1、綠 色 建 筑 的 電 氣 設(shè) 計(jì)中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司 王金元 序： 節(jié)能是國(guó)家發(fā)展經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，為使綠色建筑電氣設(shè)計(jì)符合民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范JGJT 229-2010、綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50378-2014的要求，民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范增加了第24章 建筑電氣節(jié)能和第25章 綠色建筑電氣設(shè)計(jì)兩章內(nèi)容。 綠色建筑電氣設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)下列幾個(gè)方面： 1）供配電系統(tǒng)（合理確定負(fù)荷中心、諧波治理及控制等） 2） 選擇節(jié)能電氣設(shè)備（節(jié)能變壓器、節(jié)能光源和附件等）； 3） 照明功率密度值（LPD) 4） 采用節(jié)能控制技術(shù)（建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能控制、電氣照明節(jié)能控制和生活水泵變頻控制

2、等）。 5）合理采用分布式能源（光伏發(fā)電系統(tǒng)、導(dǎo)光設(shè)備和冷熱電三聯(lián)供等）； 6） 能效監(jiān)管系統(tǒng)（集中供熱、集中供冷、生活用水、燃油和燃?xì)?、可再生能源、供配電系統(tǒng) 、電氣照明）。 上述綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)容并非每一個(gè)綠色建筑都必須包括，要根據(jù)建筑物所在區(qū)域的綠色建筑評(píng)價(jià)等級(jí)劃分要求以及當(dāng)?shù)氐臍夂?、資源、生態(tài)環(huán)境等條件綜合考慮，選擇出適合于綠色建筑的電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容。1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)舉例： 工程建筑面積31000m2,建筑高度55.2m，屋面有三處可設(shè)置光伏電池板，地室面積4767 m2,為汽車庫(kù)和設(shè)備用房。建設(shè)方擬建兩星級(jí)綠色建筑，太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是必上內(nèi)容。太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)所帶負(fù)荷為地下

3、室普通照明，照明負(fù)荷容量31kW, 采用分布式并網(wǎng)發(fā)電不可逆系統(tǒng)，并網(wǎng)接入點(diǎn)在地下室照明的四個(gè)配電箱處，并網(wǎng)逆變器為三相輸出，形式為TN-S系統(tǒng)，照明電壓220V，光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)不設(shè)蓄電池組。2 太陽(yáng)能光伏電池方陣的計(jì)算 計(jì)算內(nèi)容包括： 2.1 計(jì)算太陽(yáng)能電池方陣輸出功率Wp； 2.2 選擇太陽(yáng)能電池組件型號(hào)及規(guī)格； 2.3 計(jì)算電池組件數(shù)量； 2.4 計(jì)算方陣安裝所需占地面積； 2.5 計(jì)算電池組件串聯(lián)數(shù)量； 2.6 計(jì)算電池組件并聯(lián)數(shù)量； 2.7 確定方陣的方位角與傾斜角。2.1 計(jì)算太陽(yáng)能電池方陣輸出功率Wp； 1）選定每天日照時(shí)數(shù)t（h）。 根據(jù)沈陽(yáng)地區(qū)冬季與夏季平均日照時(shí)間t=10h

4、。 2）計(jì)算照明負(fù)荷消耗容量P。 P = Wh/V = 3100010/220 =1409(Ah) 3）計(jì)算太陽(yáng)能電池方陣工作電流。 IP = P(1+Q)/t = 1409(1+0.21)/10 = 170.5(A)式中：Q-為陰雨期富裕系數(shù)Q=0.211.000，取0.21。 Q的取值大小直接影響方陣工作電流的大小，Q值越大，需要的光伏電池越多，投資也越大。對(duì)于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，陰雨天方陣輸出電流很小，不足以滿足負(fù)荷要求時(shí)則有市電補(bǔ)充負(fù)荷所需電能，故Q值可選下限值。 4）確定電池方陣輸出工作電壓Vmp 確定主要依據(jù)下列兩方面因素： (1)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷額定電壓； 地下室照明額定電壓交

5、流220V，其最大值為2220V=311V。所以，施加在三相四線制并網(wǎng)逆變器三相橋上的直流電壓應(yīng)不小于311V。 (b) 單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能光伏電池工作電壓VmP的溫度系數(shù)為-0.0045，工程中應(yīng)計(jì)入溫度系數(shù)對(duì)方陣工作電壓的影響。沈陽(yáng)地區(qū)夏季環(huán)境最高溫度+33，光伏電池組件表面溫度高于環(huán)境最高溫度取+40，折合+40時(shí)的系數(shù)為0.0675。此時(shí)光伏電池方陣的工作電壓（VmP）降低21V。則：光伏電池方陣輸出工作電壓 VmP =311+21=332V 5) 計(jì)算太陽(yáng)能電池方陣輸出功率Wp。 Wp = IpVmp = 170.5332 =56600(W)2.2 選擇太陽(yáng)能電池組件型號(hào)及規(guī)格；

6、選擇多晶硅太陽(yáng)能電池組件，YL185-(23)P型技術(shù)參數(shù)如下： 最大峰值功率： 185 Wp ; 最大峰值功率電壓： 23.5 V ; 最大峰值功率電流： 7.87 A ; 開(kāi)路電壓： 29.5 V ； 短路電流： 8.45 A 組件尺寸：WLH 9901310502.3 電池組件數(shù)量 =電池方陣輸出功率 電池組件最 大峰值功率 = 56600185 = 306塊2.4 需要占地面積 = 306(0.991.31) = 397 m22.5 電池組件串聯(lián)數(shù)量= 太陽(yáng)能電池方陣工作電壓(Vmp)光伏電池組件最大峰值功率電壓(Vm) = 33223.5=14.13 圓整為 14塊串聯(lián)。 2.6 電

7、池組件并聯(lián)數(shù)量 = 太陽(yáng)能電池方陣工作電流（IP）光 伏電池組件最大峰值功率電流（Im） = 170.57.87 = 21.6 圓整為 21串并聯(lián)。 總裝機(jī)容量 = (23.5x14)x(7.87x21) = 54.4kWP峰瓦。2.7確定方陣的方位角與傾斜角 正確選擇太陽(yáng)能電池方陣的方位角和傾斜角是獲得最大輸出功率的重要措施之一。只有方陣安裝合理才能獲得最大的輸出功率。 1）方位角 太陽(yáng)能電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角，一般在北半球方陣朝向正南，即方陣的垂直面與正南方向的夾角0o。 2）傾斜角 太陽(yáng)能電池方陣通常是面向赤道放置，相對(duì)于地平面有一定的傾角。即太陽(yáng)能電池方陣平面與

8、水平地面的夾角。沈陽(yáng)地區(qū)的最佳安裝傾斜角=+1，當(dāng)?shù)氐木暥?，沈?yáng)地區(qū)緯度為41.77o，則=42.77o。3 并網(wǎng)逆變器的選擇 工程要求：根據(jù)建筑物屋頂造型，電池板安裝于三塊高度不同屋面上，太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用分布式并網(wǎng)方式，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置3臺(tái)并網(wǎng)逆變器，其輸出并接，設(shè)3臺(tái)20kVA隔離變壓器，其二次側(cè)為三相四線制，通過(guò)并網(wǎng)控制器與地下室照明市電回路并網(wǎng)。 并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，它將光伏電池方陣輸出的直流電變換成交流電，并與市電電源并網(wǎng)為地下室照明供電。 據(jù)此，選用3臺(tái)GT20000W正弦波并網(wǎng)逆變器，每臺(tái)輸入電池方陣為14串7并。 選擇的并網(wǎng)逆變器的技術(shù)參數(shù)如下： 1）型 號(hào)

9、： GT20000W 2）最大輸入電壓： 600VDC 3）最大輸入電流： 60ADC 4）輸入電壓范圍： 195-600VDC 5）直流輸入端口： 2個(gè) 6）交流輸出電壓： 400V(三相) 7）交流電壓頻率： 50HZ4 電池方陣最大輸出電壓（Vmp）、開(kāi)路電壓（Voc）與逆變器輸入電壓范圍的配合 由選擇的并網(wǎng)逆變器參數(shù)可知，輸入電壓范圍為195-600VDC，電池方陣最大輸出電壓（Vmp）、開(kāi)路電壓（Voc）應(yīng)在此范圍之內(nèi)。 1）工程上通常推薦Vmp的下限值為逆變器輸入電壓范圍下限值195V的115%225V; Vmp的上限值為逆變器輸入電壓范圍上限值600V的70%420V。推薦方陣V

10、oc的下限值為逆變器輸入電壓范圍下限值195V的150%300V; Vmp的上限值為逆變器輸入電壓范圍上限值600V的90%540V。 2）計(jì)算滿足逆變器輸入電壓范圍的光伏電池組件串聯(lián)數(shù)串聯(lián)數(shù)的最小值： N1=V1Vmp 式中：V1 為推薦Vmp范圍的下限值。 則：N1=V1Vmp =22523.5=9.6 圓整為 10串。注：確定下限值時(shí)向上圓整。 串聯(lián)數(shù)的最大值：N2=V2Voc 式中：V2為推薦 Voc范圍的上限值。 則：N2=V2Voc = 54029.5=18.3圓整為 18串。在本工程中方陣的最大輸出電壓 : Vmp=23,514=329 V; 開(kāi)路電壓Voc=29.514=413

11、 V ; 光伏電池組件串聯(lián)數(shù)為14/串，均在表4-1所合理范圍之內(nèi)，滿足系統(tǒng)要求。5 并網(wǎng)控制柜 本工程選用一臺(tái)并網(wǎng)控制柜，該柜與三臺(tái)逆變器柜并列安裝于屋頂層配電室內(nèi)，其功能如下： 1）逆變器交流輸出設(shè)短路保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)； 2）并網(wǎng)接觸器，具有自動(dòng)并網(wǎng)和離網(wǎng)功能； 3）交流電壓、電流及單臺(tái)逆變器輸出功率； 4）共設(shè)四路并網(wǎng)輸出；另設(shè)兩臺(tái)備用并網(wǎng)開(kāi)關(guān)。6逆功率保護(hù)裝置 逆功率保護(hù)裝置是由逆功率檢測(cè)器和防逆流控制器組成。為了確保光伏系統(tǒng)所發(fā)的電能全部被地下室照明消耗，而不是饋送至市電網(wǎng)絡(luò)，防逆流控制器會(huì)隨時(shí)監(jiān)控變電所至地下室照明低壓配電回路的電壓、電流，一旦發(fā)現(xiàn)向電網(wǎng)饋送電能，會(huì)立即控制逆變器降

12、低輸出電流，減少光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。當(dāng)出現(xiàn)通信故障或其他系統(tǒng)故障時(shí)，防逆流控制器會(huì)斷開(kāi)并網(wǎng)接觸器，停止向電網(wǎng)供電。 對(duì)于防逆流并網(wǎng)系統(tǒng)，逆功率檢測(cè)器安裝于并網(wǎng)點(diǎn)上一級(jí)配電回路，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有逆流時(shí)，逆功率檢測(cè)裝置與防逆流控制器通信，控制逆變器發(fā)電功率，實(shí)現(xiàn)最大利用并網(wǎng)發(fā)電而不出現(xiàn)逆流。 在本工程中，逆功率保護(hù)裝置是由4臺(tái)逆功率檢測(cè)器和1臺(tái)防逆流控制器組成。7 光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng) 光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)是由系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)(PC機(jī))、數(shù)據(jù)采集器及鏈路等組成，該系統(tǒng)集光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控功能于一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制。其主要功能如下： 1）顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體信息包括：日期、以發(fā)電總量、當(dāng)日發(fā)電

13、總量、當(dāng)前發(fā)電量；環(huán)境溫度、組件表面溫度、太陽(yáng)光輻照量、市電網(wǎng)電壓、電流、頻率。 2）顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的在線信息包括：逆變器的型號(hào)、編號(hào)；逆變器輸入直流電壓、電流及輸入功率；逆變器輸出交流電壓、電流及輸出功率；并網(wǎng)逆變器的工作狀態(tài)；并網(wǎng)逆變器當(dāng)天已工作時(shí)間。 3）打印報(bào)表：每臺(tái)逆變器日發(fā)電量報(bào)表，光伏發(fā)電系統(tǒng)日總發(fā)電量報(bào)表。 4）查詢：每天發(fā)電量查詢，每臺(tái)逆變器開(kāi)啟時(shí)間，逆變器工作狀態(tài)及歷史數(shù)據(jù)記錄、故障信息等。8光伏電纜的選擇 光伏電纜通常采用低煙無(wú)鹵輻照交聯(lián)專用電纜。對(duì)其性能要求主要有下列幾方面。1）耐高溫和耐低溫、抗紫外線、抗臭氧、耐潮濕；2）耐壓等級(jí)應(yīng)高于光伏方陣最大輸出電壓的1.25

14、倍；3）載流量應(yīng)大于光伏方陣最大輸出電流的1.25倍，且線路損耗小于2%。 據(jù)此，本工程選用了PV1-F型低煙無(wú)鹵輻照交聯(lián)光伏專用電纜，這種電纜是根據(jù)光伏電池組件所處的特殊環(huán)境設(shè)計(jì)的，主要用于光伏組件之間和匯流箱輸入、輸出直流電壓的傳輸。最高電壓1.8kVDC，（135、-40），光伏電池串連接電纜PV1-F-22.5 mm2,光伏匯流箱出線225 mm2。9 直流匯流箱 直流匯流箱是將N路光伏電池串匯接在一起合成一路輸出的設(shè)備。它由直流斷路器、正負(fù)直流匯流排、與回路數(shù)對(duì)應(yīng)的正負(fù)極熔斷器和電涌保護(hù)器組成。 匯流箱分為4路、8路、12路、16路標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，每路電流最大可達(dá)10A。由于匯流箱通常安裝

15、于屋頂，其外殼的防護(hù)等級(jí)不應(yīng)低于IP45。 本工程中每臺(tái)逆變器輸入端需接7路光伏組件串，故選用8路直流匯流箱。10 防雷 由于太陽(yáng)能光伏電池方陣輸出為直流，通常采用專用型電涌保護(hù)器，因此在選擇電涌保護(hù)器時(shí)應(yīng)注意下列問(wèn)題： 1）不宜選用放電間隙。如果選用可能會(huì)導(dǎo)致雷電流過(guò)后，放電間隙因直流續(xù)流不能關(guān)斷（除有特殊技術(shù)保證者外）。 2）在選擇太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)專用電涌保護(hù)器時(shí)，應(yīng)特別注意其導(dǎo)通時(shí)的保護(hù)電壓Up不應(yīng)大于1.2kA,否則是保護(hù)不了光伏發(fā)電系統(tǒng)的。有不少專用電涌保護(hù)器的Up值為2.5kA,而控制器和逆變器的單板機(jī)要求不大于1.5kV。 3）可采用兩級(jí)直流電涌保護(hù)器保護(hù)，第一級(jí) 40kA、8

16、/20A、Up 2.5kA；第二級(jí)20kA、 Up 1.2kA 4）太陽(yáng)能光伏電池組件的安裝支架應(yīng)多點(diǎn)與屋面避雷帶連接，根據(jù)分流理論，連接的點(diǎn)數(shù)越多,雷擊電磁脈沖幅值越小。 5）當(dāng)采用避雷針保護(hù)光伏電池方陣時(shí)，避雷針應(yīng)設(shè)置在方陣的背向，且離方陣邊緣距離不小于2m，避雷針與避雷帶的連接導(dǎo)體，嚴(yán)禁直接連至方陣安裝支架在與避雷帶連接。11 接地 光伏電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的接地采用共用接地系統(tǒng)。在11層設(shè)備間設(shè)局部接地端子箱LEB，逆變器柜設(shè)置中性線（N）母排和保護(hù)線（PE）母排，并接后引出PE線與LEB箱連接，系統(tǒng)的直流地和設(shè)備的金屬外殼等均采用絕緣銅導(dǎo)體與LEB箱可靠連接連接，接地電阻不應(yīng)大于1歐姆。

17、12 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)圖如圖2所示：2 導(dǎo)光設(shè)備 導(dǎo)光設(shè)備有兩種：1）導(dǎo)光管 ； 2）光纖采光系統(tǒng)。 導(dǎo)光管不需要電源，將室外陽(yáng)光直接導(dǎo)入室內(nèi)。其布置見(jiàn)下圖： 2.1 導(dǎo)光管的選擇安裝 1 導(dǎo)光管采光系統(tǒng)的反射材料的反射率不宜低于95%。 2 導(dǎo)光管采光系統(tǒng)安裝長(zhǎng)度不宜大于3m。彎管的彎曲角度不應(yīng)大于90o，彎曲次數(shù)不宜超過(guò)2次。 3 高度較高或照度要求較高的房間，宜采用大管徑導(dǎo)光管；高度較低或照度要求較低的房間，宜采用中小管徑導(dǎo)光管。導(dǎo)光管的規(guī)格：DS250、DS350、DS530，DS650、DS750、DS900。 導(dǎo)光管采光系統(tǒng)應(yīng)具有防盜、防水、防撞擊、抗老化和隔熱、隔絕紫外線的功能。2.2光纖采光系統(tǒng) 光纖采光系統(tǒng)適用于高度較低或照度要求較低的房間。宜采用混合光源的產(chǎn)品。 不同廠家的光纖采光系統(tǒng)參數(shù)會(huì)有一定差異性，以帕蘭光纖為例，每個(gè)太陽(yáng)能光伏電池板可引出4根光纖（0.75mm6mm直徑），每根光纖直徑為6mm，重量為30g/m，長(zhǎng)度可至20m，彎曲半徑為25mm。 光纖采光系統(tǒng)應(yīng)具有隔熱、隔絕紫外線和紅外線的功能。 3 能效監(jiān)管系統(tǒng) 能效監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)建筑物使用功能、能耗類別和用能設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)可為當(dāng)?shù)厣弦患?jí)數(shù)據(jù)中心提供準(zhǔn)確、可靠的能耗數(shù)據(jù)，也可為建筑物的節(jié)能降耗提供服務(wù)。在為建