公共建筑电气设计中绿色节能技术的应用研究

程玲军

(中交温州高铁新城投资发展有限公司，浙江 温州 325000)

0 引 言

电气设计是公共建筑项目施工中不可缺少的设计环节，科学、合理的电气设计可以提高公共建筑在市场内的价值。在智能化技术高速发展的产业背景下，具有智能化功能的建筑电气在公共建筑设计中的应用越来越广泛，并逐步融入了人们的日常生活中[1]。与此同时，建筑电气的高耗能问题成了开发商亟须解决的问题，如何在保证电气设备发挥其原有效能的同时，实现电气节能目标，成了设计方的关注重点。下述将对此方面问题展开详细的论述。

1 公共建筑电气设计中绿色节能技术的应用

1.1 合理选用节能型变压器

针对公共建筑中的电气设计，为体现其绿色节能特性，针对电气设备的变压器装置进行合理选择，结合当前市面上常见的变压器类型，对其应用性能进行分析，可在此过程中，尝试用非合金材料的铁芯变压器代替传统变压器进行推广使用[2]。相比早期公共建筑内的变压器设备，此次研究提出的新型变压器主要构成材料为新型导磁，与传统硅钢片材料为铁芯的变压器相比，其空载状态下的损耗通常能够降低80%左右。此项研究成果也是我国建筑领域在近几年研究中发现的使用效果最佳的变压配电设备[3]。以1 000 kVA的变压器装置为例，表1为不同材料铁芯的变压器应用性能对比表。

表1 不同材料铁芯的变压器应用性能对比表

从表1中记录的不同材料铁芯的变压器应用性能对比情况可以看出，非晶合金铁芯变压器无论是在空载状态下还是在负载状态下，其损耗均明显小于硅钢片铁芯变压器，由此可以看出非晶合金铁芯变压器具备的应用优势[4]。同时，对于公共建筑而言，在非使用时期基本处于低负荷的运行阶段，因此采用非晶合金铁芯变压器能够达到更加理想的节能效果。综合当前公共建筑的市场投资情况对变压器装置的应用成本进行分析，这种材料的变压器装置价格通常会高出普通硅钢片铁芯变压器价格三成，但综合其节能效果为公共建筑电气带来的直接经济效益，基本能够在5～8年实现对增加部分投资成本的收回，而公共建筑一般使用年限超过20年[5]。综合上述论述分析，选择非晶合金铁芯变压器无论是在绿色节能方面，还是在经济适用性方面都更加具备优势。

1.2 公共建筑电动机应用控制

为了达到绿色节能效果，在对公共建筑中的电动机进行应用控制时，首先选择YX2系列的电动机设备。该系列电动机设备不仅能够保证在运行过程中满足绿色节能的评价指标，同时与当前公共建筑当中常见的Y系列电动机相比，在经济效益上也具备显著优势[6]。针对公共建筑中功率超过200 kW的用电设备，可尝试在设计中使用YX2等一系列的高压设备作为电动机。在此过程中，当建筑电气设备在常规环境下运行出现短路、容量不足等异常现象时，可以采用调试大容量电动机的方式，对建筑电气进行恒频变压调整，电气在此种条件下运行，能够有效改善其自身在启动时的特性[7]。同时，当电动机出现空载状态运行时，能够根据其功率因素的大小进行自动调整，实现对晶闸管的导通角度控制，进而达到提升功率因数的目的，从而满足绿色节能的目标。

在完成对公共建筑中电动机设备的选型后，还需要对其进行变频调速控制[8]。常见的电动机变频调试包含两种模式，一种为交流-交流的变频调速模式，一种为交流-直流-交流的变频调速模式。前一种调速模式平均带电在25%～55%，而第二种调速模式节能频率段在5～40 Hz范围内，节电率在25%～50%。针对公共建筑当中电梯、水泵、风机等动力设备，需要根据实际情况选择上述两种变频调速模式中的一种，而针对消防设备，水泵和风机等不需要采用变频调速电动机进行控制。针对公共建筑当中存在风量、流量等均在一定范围内进行规律变化的场合，其电动机可通过变线圈匝数调速实现控制。

1.3 绿色照明智能优化控制

针对公共建筑中的绿色照明设计，可采用第四代新光源LED作为主要节能光源。在相同的亮度条件下，LED灯的耗电通常是普通白炽灯的1/10倍，并且使用寿命延长了超过100倍，在颜色上也有了更多样性的选择。但在实际应用中，LED灯存在散热慢，无法适用于高功率输出的大型照明体系当中，因此无法实现对外部环境，例如广场、建筑外墙等照明任务需要，相反在小环境以及公共建筑的局部照明区域内，LED灯具有更强的应用优势。因此，基于这一特点，选择将LED灯作为公共建筑中的绿色照明装置。在基于LED灯应用优势的基础上，将其与光伏发电技术相结合，设计出如图1所示的光伏与LED灯照明体系。

图1 公共建筑内光伏与LED灯照明体系结构示意图

目前市面上常见的白光LED灯已经能够达到每瓦光效超过1 000 m的效果，并且其光效是普通白炽灯的4倍甚至以上，利用LED灯具备的直流低电压的工作特点，按照如图1所示的结构将其与光伏技术结合能够达到最佳的绿色节能效果。在确定照明的光源后，还需要对灯具的节能进行设计，不同的灯具具有不同的反射率，反射率越高，则照明节能效果越好，反之反射率越低，则照明节能效果越差。当前市面上常见的灯具包括棱镜保护罩式、格栅式、透明式和控照式，其反射率分别对应50%、65%、68%和75%。因此，综合上述分析，在对公共建筑当中的照明设备进行选择时应当尽可能选用控照式灯具，同时在为灯具配光时应当结合其室形或室空间比等参数对配光指数进行综合设置，以此达到提升灯具照明利用系数的目的。

按照上述内容在完成对绿色照明的设计后，针对其智能化控制进行设计。图2为绿色照明智能控制体系结构示意图。

图2 绿色照明智能控制体系结构示意图

引入计算机技术、网络通信技术以及自动化控制技术，根据公共建筑内部环境变化、客户需求等对照明控制需求信息进行采集，以此为达到最终控制效果提供重要依据。在对其进行控制时可采用场景控制体系，例如根据公共建筑的使用情况，设置平时控制机制、节假日控制机制、白天控制机制以及夜晚控制机制等。同时针对公共建筑内部有无人员进行智能感应，并根据光线明暗度进行适当调整。为了确保公共建筑的电气照明安全，还应当实现照明体系与火灾报警和消防体系的联动，在发生火灾第一时间采取相应的灭火措施，将火灾带来的损失降低到最低，确保公共建筑的安全运行。除此之外，针对绿色照明的智能化控制还可以采用网络技术与传统电气控制技术相结合的方式，建立多个独立的控制模式和联网控制模式，从而达到智能化控制效果。

2 对比分析

本次研究的工程项目为温州地区高铁新城产城融合综合开发的PPP项目中的开发新建工程，并对现有建筑立面进行施工改造，可以为高铁新城展现枢纽门户、为瓯海特色提供展示平台，以此提升城市形象，增加城市内涵，优化城市公共建筑的综合服务水平。总之，该项目所在地区是集会议中心、展览交流、景观生态、精品商业、智慧城市等功能于一体的城市核心和城市地标空间。

此工程项目绿化工程建设用地面积为18 220.72 m2，其中包括A-19地块12 976.31 m2，A-20地块1 373.44 m2，道路3 870.98 m2。地上建筑面积29 660.64 m2[已建办18 886 m2，城市客厅6 677.62 m2(展示客厅6 036.68 m2，休息区106.69 m2，城市书屋139.61 m2，设备用房394.64 m2)，配套服务4 097.02 m2(配套用房3 410.16 m2，食堂460.76 m2，设备用房226.10 m2)]。地下建筑面积16 163.38 m2(已建4 802 m2，新建11 361.38 m2)。新建一栋地下2层、地上4～5层(含一层夹层)的城市客厅，建筑整体为框架式结构。完成对工程项目的分析后，对此工程项目简介进行阐述，见表2。

续表

建设场地行政隶属温州市瓯海区，属于温瑞海滨平原地貌。瓯江温州段河流的稀释自净能力较强。瓯江属强潮河流，感潮河段约90 km。潮差自江口沿程递增，龙湾以上则沿程递减。温州郭公山处最高潮位为735 cm(吴淞基准面)。为了确保工程绿色节能施工的顺利实施，在开展施工前，由实验方与地方气象台进行信息对接，获取项目施工区域的气候特征，得到下述数据：年平均气压1 015 HPa；无霜期265～284 d；雷暴天51.1 d；雾天20.7 d；最大积雪10 cm；年日照时数1 811 h。由此可见，该地区属于季风季候，雨水量充沛，冬季与夏季温度相对适宜。

在对施工区域周边道路及交通情况调查时发现，项目仅东侧宁波路能进行交通运输，且车流量较大，出入交通情况受一定影响。目前现场无给水、无供电、无通路、无网络。临建区水电均需先从本工程北部温州建设集团移动大厦工地协调接入，待后期由项目自行向当地有关供水、供电提出申请，并接入施工用电、用水。拟DN50水源接入点位于本工程项目东北角，2台400 kVA电源接入点位于本工程西北角，目前还未提供接入点。场地内2 m左右直径废弃市政供水管线纵向穿过，其具体位置目前无法确定，且另有现有潘桥街道办大楼北侧存在地下给水、消防及雨污排水管网，桩基施工会受影响，需提前做好迁移及拆除，如在施工过程中碰到，则会影响工期。且场地周边为潘桥街道政府办公大楼、站南服装城及大象城，因此场地施工环境要求比较高，需防止噪声和扬尘污染。

完成对项目施工区域相关信息的获取后，按照本文设计的绿色节能技术施工方案，对建筑工程项目进行施工设计。将设计前后建筑电气耗能作为评价指标，其中建筑耗能计算公式如下：

W=UIt=Pt

(1)

式中：W为建筑电气耗能，kW·h；U为电气运行电压；I为电气运行电流；t代表电气运行时间，h；P代表电气运行功率，kW。采用累加计算的方式，对不同层电气耗能进行计算，结果如图3所示。

图3 绿色节能技术应用前后公共建筑电气耗能对比

从图3可以看出，应用绿色节能技术后的公共建筑电气耗能明显小于应用绿色节能技术前的公共建筑电气耗能，由此可以证明应用绿色节能技术可以起到降低公共建筑电气综合耗能的作用。

3 结束语

本文在完成了绿色节能技术的应用研究后，设计了对比实验，结果表明，此次设计应用的绿色节能技术，可以起到降低公共建筑电气综合耗能的作用。为了进一步推进此项工作，需要在后续开展建筑绿色施工作业时，将《环境保护管理制度》《节能与能源利用管理制度》等制度贯穿在工程始终。通过制度的约束，对工人的施工行为进行管控，以此种方式，实现绿色化发展制度在市场内的推广，解决我国既有建筑或新建建筑耗能高、污染排放大等问题。