GB 51348-2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》
——建筑電氣綠色設(shè)計(jì)部分條款解讀

王東林

(天津市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300074)

0 引言

GB 51348-2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(下文簡稱“《民標(biāo)》”)中新增了綠色建筑電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，是基于我國綠色建筑的不斷發(fā)展，有必要將原《民標(biāo)》中未包含的綠色建筑相關(guān)的電氣內(nèi)容補(bǔ)充進(jìn)去。《民標(biāo)》與JGJ/T 229-2010《民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范》在對綠色建筑的電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容的表達(dá)方式方面不盡相同，JGJ/T 229側(cè)重于設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用哪些電氣技術(shù)，對這些技術(shù)并不展開表述；而《民標(biāo)》包含的綠色建筑電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容相對比較詳盡，但分散在各個(gè)章節(jié)中，且不是針對性的論述。例如，在節(jié)能方面，涉及到供配電系統(tǒng)的內(nèi)容在第3章、第4章、第7章；涉及到照明系統(tǒng)的內(nèi)容在第10章、第24章；涉及到電氣設(shè)備節(jié)能的內(nèi)容在第9章、第24章；其他用電設(shè)備的節(jié)能控制涉及到第18章、第24章；室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控涉及到第18章；運(yùn)營管理方面涉及到建筑智能化系統(tǒng)的內(nèi)容在第14章～第21章。對于其他章節(jié)尚未涉及到的光伏發(fā)電系統(tǒng)、導(dǎo)光設(shè)備、能效監(jiān)管系統(tǒng)等內(nèi)容在第25章中進(jìn)行集中表述。由于風(fēng)能在民用建筑中應(yīng)用較少，暫不論述。

綠色建筑電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容并非每一個(gè)綠色建筑都必須全部包含，具體要根據(jù)建筑物的功能特點(diǎn)、當(dāng)?shù)氐臍夂?、資源、生態(tài)環(huán)境等條件，再經(jīng)過綠色建筑評價(jià)等級與經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定。下文就對《民標(biāo)》第25章建筑電氣綠色設(shè)計(jì)相關(guān)條款內(nèi)容進(jìn)行介紹。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

此節(jié)內(nèi)容是在參考了當(dāng)時(shí)相關(guān)光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及國家電網(wǎng)的一些技術(shù)規(guī)定后，根據(jù)民用建筑中大量使用的220V/380V電壓等級接入配電網(wǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行針對性條文編寫。主要包括：總體設(shè)計(jì)要求、光伏組件的安裝、集電線路、儲能、并網(wǎng)以及監(jiān)控系統(tǒng)和防雷接地等內(nèi)容。

(1)總體設(shè)計(jì)要求

光伏發(fā)電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮建筑所在地的日照條件、建筑遮擋、建筑自身造型、敷設(shè)光伏組件的建筑基礎(chǔ)等基本條件，其次還要關(guān)注安裝區(qū)域的建筑支撐和風(fēng)荷載安全條件，以及建筑外立面的影響，安裝、清潔和維護(hù)的便利性，整體造價(jià)及運(yùn)營成本等。

光伏發(fā)電系統(tǒng)受環(huán)境影響較大，其輸出的電能質(zhì)量不穩(wěn)定，無論是直接向負(fù)載側(cè)供電還是與電網(wǎng)并網(wǎng)，其電能質(zhì)量參數(shù)都應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12325《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》、GB/T 12326《電能質(zhì)量 電壓波動和閃變》、GB/T 14549《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》、GB/T 15543《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡》、GB/T 24337 《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波》等的有關(guān)規(guī)定。這是光伏發(fā)電系統(tǒng)可以運(yùn)行的最基本條件。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的預(yù)測發(fā)電量一般是一個(gè)預(yù)估值，受環(huán)境影響較大，不可能是一個(gè)準(zhǔn)確值，其間需要考慮諸如光伏組件設(shè)置的位置、角度、遮擋、環(huán)境溫度、太陽輻射的均勻度、表面灰塵的累積以及產(chǎn)品性能參數(shù)、電氣系統(tǒng)等多種因素。這種公式計(jì)算方法普遍存在著誤差大、分析不全面等缺點(diǎn)。但是，如果采用諸如PVsyst專業(yè)模擬軟件進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)的分析和計(jì)算，由于軟件自帶氣象、光伏組件、逆變器等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，能夠較完整地對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行模擬、計(jì)算和數(shù)據(jù)分析，效果相對好一些，但也存在著基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫參數(shù)與所在地參數(shù)不一致的問題。

光伏發(fā)電系統(tǒng)按照與電網(wǎng)的連接方式，分為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。前者按照接入并網(wǎng)點(diǎn)的不同，可分為用戶側(cè)并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)側(cè)并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)；按照是否允許向公共電網(wǎng)饋電，又可分為逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)和非逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)；按照是否采用儲能裝置，又分為有儲能裝置系統(tǒng)和無儲能裝置系統(tǒng)。其中，非逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)不向公共電網(wǎng)饋電，但需設(shè)置逆向功率保護(hù)裝置。

對于一般公共建筑來說，通常會采用用戶側(cè)非逆流、無儲能并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，自發(fā)自用的方式，比較經(jīng)濟(jì)合理。對于一些低矮有條件在屋頂安裝光伏組件的建筑，在電網(wǎng)公司許可情況下，也可采用用戶側(cè)逆流、無儲能并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，余電售賣電網(wǎng)的方式。當(dāng)前，許多城市郊縣和農(nóng)村有條件的用戶，已經(jīng)在自家屋頂上安裝了這種余電售賣電網(wǎng)式的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

(2)光伏組件

光伏組件包括晶體硅光伏組件、薄膜光伏組件及其他類型。其中，晶體硅光伏組件通常又分為單晶硅光伏組件和多晶硅光伏組件。北方由于室外灰塵相對較多，通常以多晶硅光伏組件為主，當(dāng)然如果有足夠的空間，薄膜光伏組件也是一個(gè)很好的選擇，其受灰塵影響更小。

光伏組件在安裝時(shí)，一定要考慮建筑的結(jié)構(gòu)承載力以及所在部位的建筑防水、排水、融雪(北方地區(qū))和保溫隔熱等要求，同時(shí)還要考慮到光伏組件的維修與更換、防雷接地及線纜敷設(shè)等。光伏發(fā)電系統(tǒng)引起火災(zāi)的主要原因是電弧，通常發(fā)生在光伏組件和匯流箱等處，因此，有條件的可安裝直流電弧故障斷路器。

(3)集電線路

直流線路的選擇和安裝，在GB 16895.6《低壓電氣裝置 第5-52部分：電氣設(shè)備的選擇和安裝 布線系統(tǒng)》中有詳細(xì)規(guī)定，由于直流線路多敷設(shè)在室外，其線纜可能長期暴露在外，所以要考慮線纜的抗臭氧、抗紫外線、耐酸堿、耐高溫、耐濕熱、耐嚴(yán)寒以及受機(jī)械沖擊等的能力。

(4)逆變器

逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心器件，除了需要考慮逆變器的常規(guī)電參數(shù)外，還要關(guān)注其溫升、過載能力、隔離變壓器、通信等功能，特別是最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)和防止孤島效應(yīng)的能力。

(5)并網(wǎng)以及監(jiān)控系統(tǒng)和防雷接地

光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)要符合當(dāng)?shù)毓╇姴块T的要求，同時(shí)還應(yīng)滿足現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50865《光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB/T 50866《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范的規(guī)定。光伏發(fā)電系統(tǒng)總?cè)萘客ǔ２灰顺^所在變電站變壓器額定容量的25%，主要是因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)的輸出功率受太陽光輻照度影響較大，會從零到最大再到零不斷變化，對配電網(wǎng)的保護(hù)、無功補(bǔ)償以及其他電參數(shù)都會產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而會影響到用電設(shè)備的運(yùn)行。所以要實(shí)時(shí)監(jiān)測并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量參數(shù)，超限時(shí)應(yīng)自動將光伏系統(tǒng)與配電網(wǎng)安全解列；當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)失壓等情況時(shí)，還應(yīng)在2s內(nèi)與配電網(wǎng)斷開，實(shí)現(xiàn)防孤島保護(hù)。

當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用非逆流并網(wǎng)時(shí)，應(yīng)配置逆向功率保護(hù)裝置，通常設(shè)置在變電站低壓側(cè)；當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用逆流并網(wǎng)時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)配置的電能計(jì)量裝置應(yīng)具有雙向有功和四象限無功計(jì)量的功能，并滿足當(dāng)?shù)仉娏Σ块T的其他要求。

光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷與接地，除應(yīng)符合防雷接地相關(guān)規(guī)范的規(guī)定外，還應(yīng)注意在光伏匯流箱內(nèi)設(shè)置限壓型電涌保護(hù)器，同時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)，可以參考GB/T 16895.32/IEC 60364-7-712的具體做法。

2 導(dǎo)光設(shè)備

對于長期在地下房間或場所工作的人們，這種環(huán)境不利于他們的視力保護(hù)、身心健康和勞動效率的提高。將自然光引入地下，不僅僅是為了照明節(jié)能，更主要的是可有效地改善地下空間光環(huán)境質(zhì)量。

反射式采光系統(tǒng)的傳輸管道截面較大，但導(dǎo)光效果好；光纖式采光系統(tǒng)的傳輸管道截面較小，敷設(shè)相對方便，但導(dǎo)光效果相對差一些。

在實(shí)際安裝時(shí)，需要根據(jù)建筑物所在的地理位置、安裝空間的敷設(shè)條件、太陽光的遮擋等情況綜合考慮。

導(dǎo)光設(shè)備不能作為主照明，僅是照明方式的一種補(bǔ)充，通常與人工照明系統(tǒng)及控制相結(jié)合使用。

3 能效監(jiān)管系統(tǒng)

此系統(tǒng)通常也被稱作能耗監(jiān)測系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)等。本標(biāo)準(zhǔn)為與GB 50314-2015《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》保持一致，故也稱之為能效監(jiān)管系統(tǒng)。

早期對空調(diào)、水泵、照明插座、供配電、電梯等設(shè)備的計(jì)量通常采用各種遠(yuǎn)傳表計(jì)和電壓、電流、功率因數(shù)等變送器將信號傳至直接數(shù)字控制器(DDC)，再由建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析等。

能效監(jiān)管系統(tǒng)本身并不具有控制功能，主要是實(shí)現(xiàn)能耗的監(jiān)管功能，以及為當(dāng)?shù)啬茉垂芾淼臎Q策、建筑物的物業(yè)管理、綠色建筑的功效驗(yàn)證、建筑物用電設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行和優(yōu)化控制等提供數(shù)據(jù)支撐。

本標(biāo)準(zhǔn)中建筑分類能耗和建筑電類分項(xiàng)能耗等內(nèi)容是依據(jù)住建部制定出臺的《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)上報(bào)規(guī)范》和JGJ/T 285-2014《公共建筑能耗遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編制的。

能效監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)置不應(yīng)影響建筑用能系統(tǒng)的既有功能，不應(yīng)降低系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)。對于一些重要管路/線路，在選用能耗計(jì)量裝置時(shí)，一定不能選用可以自動切斷用能管路/線路的計(jì)量裝置，這樣會影響到用能系統(tǒng)的正常工作。比如醫(yī)院手術(shù)室的供電回路，如果以直接接入的方式安裝電能表，在表計(jì)出現(xiàn)故障時(shí)，會直接影響到手術(shù)室的正常用電。

一般來講，在條件許可時(shí)，可將作為貿(mào)易結(jié)算和計(jì)費(fèi)的計(jì)量數(shù)據(jù)用于能效監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)量裝置的合理利用，降低投資成本，但須事先征得相關(guān)能源部門的同意，并且計(jì)量裝置應(yīng)設(shè)有可與能效監(jiān)管系統(tǒng)連接的標(biāo)準(zhǔn)通信接口(如接入建筑物的燃?xì)夤艿篮妥詠硭艿郎系挠?jì)量裝置)。但是，反之將能效監(jiān)管系統(tǒng)的計(jì)量裝置用作貿(mào)易結(jié)算和計(jì)費(fèi)，通常是不具備條件的。

在能耗數(shù)據(jù)采集時(shí)，可以利用建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)或變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。在圖1中，利用變電站綜合自動化系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)通信接口(RJ485網(wǎng)口或者RS232、RS485接口)和OPC/ModBus通信協(xié)議將變電站綜合自動化系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)傳送至能效監(jiān)管系統(tǒng)。

圖1 能效監(jiān)管系統(tǒng)與變電站綜合自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享的方式

電能計(jì)量裝置在選型時(shí)，其多功能電能表的精度等級不應(yīng)低于1.0級，電流互感器精度等級不應(yīng)低于0.5級，互感器變比應(yīng)與被測量回路的實(shí)際電流值相匹配，如果實(shí)際運(yùn)行中的互感器變比過大，就會直接影響到電能計(jì)量裝置的測量精度，其累計(jì)誤差會較大。同時(shí)，保護(hù)裝置與測量儀表也不宜共用同一組電流互感器的二次線圈。

能效監(jiān)管系統(tǒng)軟件應(yīng)支持B/S架構(gòu)或C/S架構(gòu)。同時(shí)，數(shù)據(jù)加密還應(yīng)滿足《電子認(rèn)證服務(wù)密碼管理辦法》和中國國家密碼管理局的相關(guān)要求。

能耗數(shù)據(jù)的采集頻率應(yīng)從1次/s到1次/h，具有可調(diào)節(jié)性，上傳數(shù)據(jù)要滿足上一級數(shù)據(jù)中心的要求，通常為1次/15min、1次/30min、1次/60min不等。

4 結(jié)束語