綠建電氣設(shè)計

1、綠 色 建 筑 的 電 氣 設(shè) 計 中國建筑東北設(shè)計研究院有限公司 王金元 序： 節(jié)能是國家發(fā)展經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，為使 綠色建筑電氣設(shè)計符合民用建筑綠色設(shè)計規(guī)范 JGJT 229-2010、綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50378-2014的要求，民用建筑電氣設(shè)計規(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) 計兩章內(nèi)容。 綠色建筑電氣設(shè)計主要體現(xiàn)下列幾個方面： 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

2、生活水泵變頻控制等） 。 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)狻⒖稍偕茉?、供配電系統(tǒng) 、電氣 照明）。 上述綠色設(shè)計的內(nèi)容并非每一個綠色建筑都必須 包括，要根據(jù)建筑物所在區(qū)域的綠色建筑評價等級劃 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)計內(nèi)容。 1 太陽能光伏發(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 和設(shè)備用房。建設(shè)方擬建兩星級綠色建筑，太陽能光 伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是必上內(nèi)容

3、。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系 統(tǒng)所帶負(fù)荷為地下室普通照明，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 太陽能光伏電池方陣的計算 計算內(nèi)容包括： 2.1 計算太陽能電池方陣輸出功率Wp； 2.2 選擇太陽能電池組件型號及規(guī)格； 2.3 計算電池組件數(shù)量； 2.4 計算方陣安裝所需占地面積； 2.5 計算電池組件串聯(lián)數(shù)量； 2.6 計算電池組件并聯(lián)數(shù)量； 2.7 確定方陣的方位角與傾斜角。 2.1 計算太陽能電池方陣輸出功率Wp； 1）選定每天日照時數(shù)t（h

4、）。 根據(jù)沈陽地區(qū)冬季與夏季平均日照時間t=10h。 2）計算照明負(fù)荷消耗容量P。 P = Wh/V = 3100010/220 =1409(Ah) 3）計算太陽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：

5、(1)太陽能光伏發(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)計入溫度系數(shù)對 方陣工作電壓的影響。沈陽地區(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時的系數(shù)為0.0675。 此時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) 計算太陽能電池方陣輸出功率Wp。 Wp = IpVmp =

6、 170.5332 =56600(W) 2.2 選擇太陽能電池組件型號及規(guī)格； 選擇多晶硅太陽能電池組件，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 ; 開路電壓： 29.5 V ； 短路電流： 8.45 A 組件尺寸：WLH 990131050 2.3 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 m2 2.5 電池組件串聯(lián)數(shù)量= 太陽能電池方陣工作電壓 (Vmp)光伏電池組件

7、最大峰值功率電壓(Vm) = 33223.5=14.13 圓整為 14塊串聯(lián)。 2.6 電池組件并聯(lián)數(shù)量 = 太陽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0

8、o。 2）傾斜角 太陽能電池方陣通常是面向赤道放置，相對于 地平面有一定的傾角。即太陽能電池方陣平面與水 平地面的夾角。沈陽地區(qū)的最佳安裝傾斜角=+1， 當(dāng)?shù)氐木暥?，沈陽地區(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臺并網(wǎng)逆變器，其 輸出并接，設(shè)3臺20kVA隔離變壓器，其二次側(cè)為三 相四線制，通過并網(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)

9、此，選用3臺GT20000W正弦波并網(wǎng)逆變器， 每臺輸入電池方陣為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： 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 6）交流輸出電壓： 400V(三相) 7）交流電壓頻率： 50HZ 4 電池方陣最大輸出電壓（Vmp）、開路電壓（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 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

10、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Voc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 = 5

11、4029.5=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; 開路電壓Voc=29.514=413 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 本工程選用一臺并網(wǎng)控制柜，該柜與三臺逆變器 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)、過負(fù)荷保護(hù)； 2）并網(wǎng)接觸器，具有自動并網(wǎng)和離網(wǎng)功能； 3）交流電壓、電流及單臺逆變器輸出功率； 4）共設(shè)四路并網(wǎng)輸出；另設(shè)兩臺備用并網(wǎng)開關(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器和防逆流控制 器組成。為了確保光伏系統(tǒng)所發(fā)

12、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 器會隨時監(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，會立即控 制逆變器降低輸出電流，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，防逆流控制器 會斷開并網(wǎng)接觸器，停止向電網(wǎng)供電。 對于防逆流并網(wǎng)系統(tǒng)，逆功率檢測器安裝于并網(wǎng) 點(diǎn)上一級配電回路，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有逆流時，逆功率檢測 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臺逆功率檢測 器和1臺防逆流控制器組成。 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)

13、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)對光伏發(fā)電系統(tǒng) 實(shí)時檢測與控制。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)電總量、當(dāng)前發(fā)電量；環(huán)境溫度、 組件表面溫度、太陽光輻照量、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、編號；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)天已工作時間。 3）打印報表：每臺逆變器日發(fā)電量報表，光伏發(fā) 電系統(tǒng)日總發(fā)電量報表。 4）查詢：每天發(fā)電量查詢，每臺逆變器開啟時 間，逆變器工作狀態(tài)及歷史數(shù)據(jù)

14、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鹵輻照交聯(lián)專用電纜。 對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）耐壓等級應(yīng)高于光伏方陣最大輸出電壓的1.25 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

15、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于屋 頂，其外殼的防護(hù)等級不應(yīng)低于IP45。 本工程中每臺逆變器輸入端需接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)器時應(yīng)注 意下列問題： 1）不宜選用放電間隙。如果選用可能會導(dǎo)致雷電 流過后，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）在選擇太陽能光伏發(fā)

16、電系統(tǒng)專用電涌保護(hù)器 時，應(yīng)特別注意其導(dǎo)通時的保護(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）可采用兩級直流電涌保護(hù)器保護(hù)，第一級 40kA、8/20A、Up 2.5kA；第二級20kA、 Up 1.2kA 4）太陽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，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。

17、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。 12 太陽能光伏并網(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，將室外陽光直接導(dǎo)入室內(nèi)。 其布置見下圖： 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)安裝長度不宜大于3m。彎 管的彎曲角度不應(yīng)大于9

18、0o，彎曲次數(shù)不宜超過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)會有一定差異 性，以帕蘭光纖為例，每個太陽能光伏電池板可 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。 建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)可為當(dāng)?shù)厣弦患墧?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)。在為建筑物自身需要設(shè)置能耗計 量裝置時