教育建筑电气节能改造设计的几点体会

2014-08-06刘志燕

智能建筑电气技术 2014年6期

杨璐 / 刘志燕

(山东同圆设计集团有限公司，山东济南 250101)

1 引言

我国是能源大国，也是耗能大国，而建筑能耗是总能耗的一个重要组成部分。最新数据显示，在我国，建筑能耗约占社会总能耗的1/3，占能源总消耗量的27.5%，单位建筑能耗比同气候国家高2～3倍[1]。而学校建筑作为公共建筑的一种，特别是近几年学校建筑新建、改建项目集中爆发，项目占地和体量越来越大，学校建筑也成为继办公建筑之后的一个耗能大户[2]。

我国一直非常重视建筑的节能指标，颁布了一系列的相关规范法规，对学校建筑的节能指标更是严格要求。住房和城乡建设部分别于2009年10月和2012年5月印发《高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则》(建科[2009]163号)、《“十二五”建筑节能专项规划》(建科[2012]72号)，都提出将学校建筑作为能耗监管和节能改造的重点[3-4]。学校建筑的节能要求日渐迫切，节能改造的工作也已经陆续展开。

2 学校建筑的特点

2.1 学校建筑的组成

学校建筑一般由教学楼、实验楼、办公楼、图书馆、餐厅、学生宿舍等组成，各建筑的特点见表1。

表1 学校建筑的特点

表3 供配电系统的节能诊断内容

2.2 学校各类建筑的一般用电指标[5]

各类建筑的用电指标见表2。

表2 学校建筑的用电指标

3 学校建筑的节能改造措施

3.1 供配电系统的改造

3.1.1 供配电系统的节能诊断

供配电系统节能诊断的内容见表3。

3.1.2 学校建筑供配电系统改造

上述改造措施为公共建筑节能改造的一般改造原则及措施，对于学校建筑而言，节能改造又有其特殊性。

分析了学校各类建筑的特点之后，可以看出，围绕学生的作息时间，学校各单体建筑的使用时间不尽相同，这种时间上的差异，恰恰可以被配电系统所利用，错开单体建筑的用电高峰。如学生宿舍与学生餐厅、教学楼宜接入同一变压器，而避免与景观照明接入同一变压器。这种做法在学校多台变压器负载率高低不均衡的情况下，可以适当考虑。

依据《民用建筑能耗数据采集标准》(JGJ/T 154-2007)及《公共建筑节能监测系统技术规范》(DBJ/T 14-071-2010)中规定，应把电量按4个分项分别监测。即照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电。照明插座用电包括室内照明用电、办公设备插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电4个子项；空调用电包括冷热站用电、空调末端用电、分散空调用电3个子项；动力用电包括电梯用电、水泵用电、通风机用电、电开水器用电4个子项；特殊用电包括信息中心、洗衣房、厨房餐厅、游泳池、健身房、基本不耗能设备(如消防水泵)的用电。学校建筑在节能改造中，配电系统设计也尽量遵循这个原则，为能耗的基础数据统计及后期的数据分析搭建平台。但节能改造毕竟会有许多实际的条件制约，比如在原设计中照明与动力可能在配电线路上并未分开、末端空调机电源引自层配电箱，节能改造配电系统时，必须从实际出发，灵活掌握，末端负荷不好统计时，也可依据照明、空调、动力的容量比例，给出大致数据，切不可伤筋动骨，盲目改造，过分变更不仅得不偿失，而且容易增加安全隐患。

3.2 照明系统的改造

3.2.1 照明系统的节能诊断

照明系统的节能诊断内容见表4。

表4 照明系统的节能诊断内容

3.2.2 学校建筑照明系统改造

更换节能光源是一种立竿见影的节能改造措施。近几年，随着科技水平的飞速发展，灯具及光源也有了进一步的提高。很多数据限于篇幅不再罗列，但一个比较直接的结果是国家住建部在2013年11月底，颁布了新的《建筑照明设计标准》(GB 50034-2013)，并于2014年6月1日起开始实施。该规范的一大亮点就是普遍调低了照明功率密度限值。这不是政策干预的强硬结果，而是由于灯具及光源的发展水平已经自然地达到了更高的水平。新的规范中，对教育建筑的照明标准值及照明功率密度限值有了严格的规定，如表5和表6所示。

在保证规定照度的前提下，依据新的照明功率密度限值，必定会减少照明的单位容量，达到节能的效果。

另外，近几年LED光源发展迅猛，尤其LED光源具有效率高、功耗小、寿命长、响应快、可控性高、绿色环保等独特优势，越来越引起大家的注意。但由于当前照明领域关于照明质量的评价指标多是基于荧光灯等传统光源制定的，而LED作为一种新型光源，不能简单套用相关的评价指标，其适应性还在研究阶段；同时，LED光源自身的颜色漂移、蓝光危害等缺陷，制约了它在室内照明中的大面积应用。虽然在长时间工作的室内不宜大面积采用LED光源，但对于学校的景观照明、学生餐厅等短时间停留的场所，在照明节能改造时，LED光源还是一个不错的选择。况且，LED光源的自身问题必将在新一轮的技术革新中得到解决，据美国预测，最晚2020年，LED光源将取代其他光源被广泛应用。

表5 教育建筑照明标准值

表6 教育建筑照明功率密度限值

照明的控制系统近几年随着智能照明系统的发展也得到长足进步。对照明除了进行集中、自动控制外，还可利用软件编程技术，对教室、实验室、自习室等学生学习时间相对固定的场所，进行自动的时间控制；对卫生间等学生短暂停留的场所还可进行自动人体感应控制，对景观照明、立面照明等可采用光照与时间相结合的自动控制方式。太阳能照明作为一种成熟技术也可用在学校道路照明上。

3.3 监测与控制系统的改造

3.3.1 监测与控制系统的节能诊断

监测与控制系统的节能诊断内容见表7。

表7 监测与控制系统的节能诊断内容

3.3.2 学校建筑监测与控制系统改造

一般来说，学校建筑监测与控制系统的实现一般是借助建筑设备监控系统(BA系统)来完成的，若单体建筑无该系统，需要依据相关规范及需要增设；若已经具备该系统，则需要根据建筑节能改造后的具体情况改造现有的BA系统，使之与节能的需求相匹配。另外，BA系统是依靠设备现场大量的传感器、阀门、执行器等稳定工作来发挥作用的，故这些末端器件的安装会直接影响BA系统的控制功能和控制精度，因此要特别注意严格按设备产品说明书的要求，规范施工设备的安装及线路的敷设，并严格执行《自动化仪表工程施工及质量验收规范》(GB 50093-2013)中的相关规范。

近几年，随着技术的发展及人们对电气安全的越发重视，智能变配电管理系统已经在很多工程上得到广泛应用。该系统具有安全可靠，使用方便等特点，而且可以通过网关将数据传输给BA系统，系统虽然分别设置，但统一管理，在节能改造的项目中应用广泛。

智能照明目前也是从BA系统中剥离出来，从主机到末端设备，再到软件，都自成系统，并且可以通过数据接口将相关数据传输给BA系统，统一管理。这点在节能改造时也应该注意。

3.4 建立能耗管理平台

近几年，我国已经越来越重视节能问题，也出台了一系列的规范、标准来强制性的推广一些节能措施，如《民用建筑节能条例》、《建设部、财政部关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》、《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》(住房和城乡建设部，2008)等，而地方上也积极响应，如山东省出台了《公共建筑节能监测系统技术规范》(DBJ/T 14-071-2010)。从国家到省市，再到具体单体建筑，构建公共建筑能耗监测平台，及时了解能耗信息，全面掌控能耗水平。因此，学校建筑在节能改造时，应注意同时搭建能耗管理平台，在自己管理能耗，分析能耗数据的同时，及时将能耗数据上传至上级平台。能耗数据包括电量、水耗量、燃气量(天然气量或煤气量)、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量及其他能源应用量(如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等)6项。其中电量还要统计4个分项的能耗数据(前面已经阐述)。具体细节可参考相关规范文件执行。对于节能改造项目，能耗管理平台应该一步到位，虽然目前从国家到省市级的平台还在陆续建设中，平台发挥的作用还未完全显现，但在不久的将来，能耗管理平台必将在节能控制中发挥巨大作用。