《宜昌规划馆》项目三星绿标强电方案设计心得

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  摘要:本文浅析了三星绿标项目强电方案设计中的取舍和利弊分析。
  关键词:绿标、太阳能、照明、光导管、遮阳帘、分项计量。
  中图分类号:TK511 文献标识码: A
  工程概况
  本项目位于湖北省宜昌市新区核心区,为宜昌市规划馆,总建筑面积2.6万m2,其中地下1.1万 m2,地上1.5万 m2,地下为设备用房和车库,地上为展览和办公等用房。建筑的设计理念为行走宜昌,夷陵拾玉。
  绿标简介
  在住建部仇保兴副部长提出的“千军万马推广绿色建筑”的号召下,业主要求此项目设计目标为国家三星级绿标建筑,即在建筑的全寿命周期内,最大限度的节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染。
  根据《绿色建筑评价标准》DGTJ08-2090-2012得知,绿标建筑评价六大部分,分三种控制要求,分别为控制项、一般项、优选项。按照设计阶段评审要求,去掉施工项和运营项,公共建筑评价体系中,项数分布如下。
  绿色建筑规划设计等级的项数要求(公共建筑)
  
  
  
  绿色建筑因地制宜,根据当地的气候、地质、人文、经济等状况进行建筑设计,选择适宜的绿色生态技术
  
  三星绿标项目强电设计方案
  结合上述三星绿标,本项目强电设计方案采取如下六条措施:
  太阳能光伏发电
  根据绿标节能与能源利用章节中的优选项第5.2.18条所述:“根据当地气候和自然资源条件,充分利用太阳能、地热能等可再生能源,可再生能源产生的热水量不低于建筑生活热水消耗量的10%,或可再生能源发电量不低于建筑用电量的2%”。
  也就是说想用此条来拿绿标优选项中的一分的话,既可以选择太阳能热水不低于建筑生活热水消耗量的10%,也可以选择太阳能发电不低于建筑用电量的2%,二者选其一即可拿到此一分。而太阳能发电量需达到变压器容量的2%,即需发2*1250KVA(此项目变压器的设计容量)*2%=50KVA的电量。设计认为此项目不适合用太阳能光伏发电来拿这一分,原因如下:
  (1)太阳能发电运行受气候环境因素影响大。此项目位于湖北省宜昌市,年太阳辐射总量属太阳能资源较差地区,太阳能发电所需光照指数偏低,全年阳光不太充足,多云或阴雨天较多,不利于太阳能发电。
  (2)光伏发电所能利用的面积不足。结合建筑外立面及屋顶的设计,电气专业需发50KVA的电量安装太阳能板的面积远远不够。
  (3)光伏发电成本太高。因国内研发需要高端材料限制,太阳能电池中硅系太阳能电池被德国、日本、美国等几个公司垄断,导致太阳能电池用的硅基本都是进口的,本项目以进口硅粗略估算发50KVA电量投入约要两百多万元以上,所以太阳能发电的成本太高让人望洋兴叹。
  (4)光电转化率很低。光能转换成电能,称为光伏效应。光电转换效率低,单晶硅为25%,多晶硅为40%,非晶硅为5%~8%。这一难题是国家乃至世界研究组一直以来希望解决的问题。
  (5)政府补贴方面。需要政府补贴电费就需并网发电,而建筑面积限制发电量太少,且需要递交政府部门繁琐的手续,若采用离网式发电又需要蓄电池室,造价更高,又得不到政府的补贴。
  综上,结合经济性比较,电气与给排水两专业设计研究决定用太阳能热水来拿绿标这一分。
  然而业主却要求此项目建成后需作为教学、教育示范基地,用太阳能发电在此项目里起一个示范效应,设计最终决定利用屋顶一小块面积设计太阳能离网式发电系统,用于提供屋顶室外景观照明,达到利用太阳能、绿色照明的示范目的,但不作为绿标的打分项处理。
  风力发电对地点、地形、运输、电网、极端气候条件、当地电价等要求非常苛刻此项目不予考虑。
  绿色照明及其节能控制
  (1)绿标节能与能源利用章节中的控制项5.2.4条、优选项5.2.19条和室内环境质量章节中控制项5.5.6条均要求照明功率密度值需按照目标值来设计。按照《建筑照明设计标准》(GB50034),对主要房间、场所和设备机房及精装修场所要求如下:
  
  
  
  (2)绿标运营管理章节中的5.6.8条:建筑智能化系统定位合理,信息网络系统功能完善。5.6.9条:建筑通风、空调、照明等设备自动监控系统技术合理,系统高效运营。
  故本项目一般照明采用了智能照明控制系统和应急照明采用了应急疏散智能照明控制系统。
  各个区域智能控制要求如下:(a)室外展区及地下车库区域,采用定时功能,在高峰期间灯光全部开启,在非高峰期间,灯光部分(隔灯)开启,实现节能效果(可根据每天日出日落时间的不同自动调节)。(b)公共区域分为公共走道:公共走道采用定时功能,根据定时每天自动开启和关闭灯光。(c)办公区采用本地智能面板和时钟逻辑控制功能联动控制,即灯光在上下班时间提前开启或延迟关闭,同时当有人员加班时还可手动开启和关闭。(d)会议室的灯光采用部分开关,部分调光的控制方式,即基礎照明选择开关控制,重点照明选择调光控制,通过本地智能面板实现场景切换、窗帘控制、电动投影幕、灯光的调亮、调暗操作(可设置多个场景,如:清洁模式、会前模式、会议模式、放映模式、休息模式等);还可实现与视频会议系统的联动控制。(e)展厅的灯光采用调光的控制方式,配合照度感应器的日光采集功能和系统天文时钟功能,实现灯光定时开启和关闭,并根据室内照度值,自动调节灯光亮度,达到节能的效果。(f)4D影院的灯光均采用调光的控制方式,通过本地智能面板实现场景切换,还可实现对特殊灯具的单独控制。(g)展示模型区的灯光均采用调光的控制方式,通过定时功能及本地智能面板,即可实现场景的定时自动切换,也可手动实现场景切换(可设置多个场景,如:上午模式、下午模式 黄昏模式、晚上模式、清洁模式等)。(h)以上所有智能照明回路均可通过监控管理电脑进行远程控制。
  应急照明采用了智能应急疏散及照明控制系统。此系统由操作软件支持,实时解析设备信息.平时24小时不间断监测终端灯具的工作及故障状态,并以声光报警的方式显示设备的电池故障、电源线故障、通讯线故障等信息。定时对系统内的所有灯具蓄电池进行电池容量检测。能保存、打印系统运行时的日志记录,并有自动数据备份功能,记录存储5年以上。具有防非专业人员误操作功能,并可根据不同操作权限及设置密码。
  发生火灾时,系统根据火灾报警系统的联动信息自动执行以下动作:(a)灯具转入应急状态,按照系统指示的疏散预案执行命令;(b)灯具启动频闪功能,对危险区域的灯具表示进行调整,通向危险区域的出口灯关闭,点亮通向安全区域的出口灯并原指向危险区域的应急标志灯调整为指向安全区域。(c)开启应急照明灯具。应急照明控制器的应急工作时间不小于180min。应急照明灯具有独立地址,能向主机上报故障状态,并接受主机的控制命令,灯具采用超高亮度白光LED光源。集中控制型消防应急标志灯在应急状态下,当主电供电线路发生开路、短路、接地等故障时,系统内所有设备应能执行集中控制主机发出的控制命令而不受故障灯具影响。消防联动需FAS系统提供联动所需的RS232或RS485或TCP/IP协议及协议接口。
  (4)灯具选择:办公室、会议室、展厅、设备房等采用T5三基色荧光灯具为主。走廊等公共区域采用筒灯、吸顶灯,以节能灯作为光源;应急照明、疏散指示灯和室外景观照明光源均采用LED灯光源。各设备机房、小办公室等区域照明采用开关分散控制,灯具按照平行于窗户方向以列为单位开启,近窗的灯具采用独立控制的照明开关,充分利用自然光。
  光导管系统
  绿标室内环境质量章节的优选项5.5.15条:采用合理措施改善室内或地下空间的自然采光效果;此章节的一般项5.5.11条:建筑75%以上的主要功能空间室内采光系数满足现行国家标准《建筑采光设计标准》GB 50033的要求。
  尽管建筑在一层做了室内庭院和室外庭院,用于地下室采光,一层以上结合窗、门尽可能的大面积采用了自然采光,但还是未能达到75%的要求,为了能在绿标中拿到这一分,电气专业对此条做了补充设置了光导管系统。
  光导管系统是一种将阳光通过前端捕捉,中间传输及终端漫射射原理,将外部自然光引入室内的一项技术。
  (1)前端采集捕捉技术主要有两种方式,主动式和被动式,它们的区别如下:(a)成本方面。主动式造价及后期维护成本较大。因为主动式的采集部分增加了更多的跟随太阳转动的机械结构,无形中增加了成本,也造成了日后可能出现故障及维护的几率,这样,后期维护成本自然会增大;而被动式则因采集装置中无机械部分,后期几乎不需要维护成本投入,也减少了损坏的可能性。(b)低角度光线引入方面。当光照度不强时,主动式的采集部分不能够准确搜索太阳位置,在早晨、傍晚、多云或阴天时,可能无法正常使用;而被动式则可通过引入如光线折弯技术或者其他捕捉低角度阳光的技术即可在照度不大的早上或者傍晚等阳光不充足情况下使用。
  (2)光线的传输方面。根据光线采集的主动式及被动式也将传输分为两种不同的方式:光纤传输与管道传输,光纤就是以光学纤维为材料的传输介质,管道是通过将金属等介质上增加一些反射膜等增强反射的介质,而后折成圆形的空心管道。主动式的采光一般采用的是光线传输方式,被动式则是通过管道进行传输,两者的区别如下:(a)成本方面。光纤传输所采用的光纤造价几倍于管道,因此,采用光纤传输时,工程材料成本相对管道明显增加。(b)传输的光源方面。光纤传输为点光源,到达室内的点光源类似一个个灯泡或LED灯,比较刺眼且覆盖面较窄,与管道传输的面光源相比时,光线传输点光源效果显得不够理想。(c)占用空间方面。光纤因体积小,普通单芯光纤的直径只有3mm,而管道直径则至少要几十甚至上百倍于光纤,因此对建筑结构要求十分严格的情况下,光纤传输相对管道则有特天独厚的优势。同时,因为光纤直径小,也十分容易安装固定,管道则无法与之相比。(d)光损耗相对管道传输也低一些。综述以上,管道传输因为其成本等因素,成为目前比较流行的传输方式选择。
  (3)漫射器方面。产品类型诸多,有透镜漫射器,棱镜或者磨砂型漫射器等。
  (4)智能控制方面。在很多对光线要求严格的场合,通过采光罩的工艺改造或管道内的遮光板来进行简单的光线照度控制,更多的则是自然光与电灯的综合控制,让室内维持恒定的光照度环境。
  按照度要求分布,在地下一层设4套光导管,三层设9套光导管系统,前端采集均选择被动式,传输采用管道传输。
  地上三层展馆功能的主要是用于展览展示,9套光导照明系统是直接把室外的自然光线传输到室内公共走道,因展厅对光线的要求非常严格,三层光导管照明系统带有控制;地下一层车库4套光导管用于车库白天所需要照明。
  光导管技术直接节省耗电、耗材(节省灯泡、灯罩的更换费用)、节省人工定期清洁费用、节能减排,无需配带电器设备和传导线路,避免了因线路老化引起的火灾隐患。
  可调节电动外遮阳帘
  绿标优选项5.5.13条要求采用可调节外遮阳,改善室内热环境。
  当然可调节电动遮阳帘的取舍与否主要是由建筑根据整个建筑的外立面等因素而定,电气专业跟随配套,电气专业也算出了一份力,这里也一并介绍下。
  可调节电动遮阳帘具有“遮阳、装饰、自然风景”三大优点。多元化系统控制方式,通过220V红外、无线控制系统,同时与户外的感应器相连,实现全自动智能控制。系统关闭后可完全封闭,具有保温、隔热、降低噪音等功能,可完全替代传统百叶窗;远距离遥控,随心而控。夏天可遮阳隔热,降低室内温度,使空调、冰箱的耗电量减少30%左右;冬天可保温防风,大幅度减少室内温度流失,高效降低取暖器的耗电量。
  分项计量
  绿标节能与能源利用章节控制项5.2.5条提出:新建的公共建筑,冷热源、输配系统和照明等各部分能耗进行独立分项计量。绿标运营管理章节一般项5.6.10條提出:办公、商场类建筑耗电、冷热量等实行计量收费。
  本项目10KV计量设在一层变电所内,满足供电部门的计量要求。分项计量如下:(a)一般照明插座,室内应急照明,室外景观照明及插座;(b)空调用电(含末端风机盘管),末端排气扇纳入照明负荷;(c)给排水系统设备,电梯,自动扶梯,计算机房,监控中心,及其他动力设备用电;(d)4D影院用电;(e)LED大屏用电;(f)展厅用电。
  建筑设备监控系统
  绿标室内环境质量章节的5.5.14条提出:设置此系统是为了保证健康舒适的室内环境。绿标运营管理章节的5.6.8条提出:建筑智能化系统定位合理,信息网络系统功能完善。绿标运营管理章节的5.6.9条提出:建筑通风、空调、照明等设备自动监控系统技术合理,系统高效运营。
  本工程配置智能型建筑设备监控系统。采用网络形式将智能控制盘进行环型连接,并采用集中显示、报警和控制。具体监控详述如下:
  (a).对空调系统监控:显示热泵的运行参数;监控热泵、冷热水循环水泵;采集水泵房的出水温度、回水温度和压差信号、监控各层的空调风机、新风机和排风机。末端公共区域、大办公室、大会议室、展厅、4D影院等空调系统的新风、补风量用室内二氧化碳浓度控制方法。
  (b).对给排水系统监控:监视排水泵、生活泵运行状态;显示水箱的水位及极限报警信号、监视热水水箱的温度,显示集水坑的水位及极限报警信号、显示污水处理系统的运行状态。
  (c).对变配电系统监视:变配电所设独立电力综合自动化管理系统,对变电所内主要电气设备的进行状态监视、电能参数测量、记录和故障报警。可通过通讯接口纳入BA系统,只监不控。
  (d). 对照明系统监视:智能照明和智能应急照明两个系统均自成子系统,可通过通讯接口纳入BA系统,只监不控。
  (e).对其它系统监视:显示电梯的运行状态。
  
   结束语
  根据上述三星绿标设计中电气专业所采取的各项措施,为绿标贡献详见下表.
  
  
  
  此表可知,电气专业对绿标建筑的影响和贡献是相当巨大的,望所有电气设计人员为绿色星级项目的设计目标做出越来越多的贡献!
  
  参考文献
  《建筑照明设计标准》GB 50034-2004
  《智能建筑设计标准》GB/T 50314-2006
  《绿色建筑评价标准》(上海市)DGTJ08-2090-2012
  《绿色建筑评价标准》 GB/T50378-2006
  《公共建筑节能设计标准》GB_50189-2005
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