绿建电气设计.

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1、绿 色 建 筑 的 电 气 设 计 中国建筑东北设计研究院有限公司 王金元 序： 节能是国家发展经济的一项长远战略方针，为使 绿色建筑电气设计符合民用建筑绿色设计规范 JGJT 229-2010、绿色建筑评价标准GB/T 50378-2014的要求，民用建筑电气设计规范增 加了第24章 建筑电气节能和第25章 绿色建筑电气设 计两章内容。 绿色建筑电气设计主要体现下列几个方面： 1）供配电系统（合理确定负荷中心、谐波治理 及控制等） 2） 选择节能电气设备（节能变压器、节能光源 和附件等）； 3） 照明功率密度值（LPD) 4） 采用节能控制技术（建筑设备监控系统节能 控制、电气照明节能控制和

2、生活水泵变频控制等） 。 5）合理采用分布式能源（光伏发电系统、导光设 备和冷热电三联供等）； 6） 能效监管系统（集中供热、集中供冷、生活用 水、燃油和燃气、可再生能源、供配电系统 、电气 照明）。 上述绿色设计的内容并非每一个绿色建筑都必须 包括，要根据建筑物所在区域的绿色建筑评价等级划 分要求以及当地的气候、资源、生态环境等条件综合 考虑，选择出适合于绿色建筑的电气设计内容。 1 太阳能光伏发电系统举例： 工程建筑面积31000m2,建筑高度55.2m，屋面有 三处可设置光伏电池板，地室面积4767 m2,为汽车库 和设备用房。建设方拟建两星级绿色建筑，太阳能光 伏并网发电系统是必上内容

3、。太阳能光伏并网发电系 统所带负荷为地下室普通照明，照明负荷容量31kW, 采用分布式并网发电不可逆系统，并网接入点在地下 室照明的四个配电箱处，并网逆变器为三相输出， 形式为TN-S系统，照明电压220V，光伏发电系统 内不设蓄电池组。 2 太阳能光伏电池方阵的计算 计算内容包括： 2.1 计算太阳能电池方阵输出功率Wp； 2.2 选择太阳能电池组件型号及规格； 2.3 计算电池组件数量； 2.4 计算方阵安装所需占地面积； 2.5 计算电池组件串联数量； 2.6 计算电池组件并联数量； 2.7 确定方阵的方位角与倾斜角。 2.1 计算太阳能电池方阵输出功率Wp； 1）选定每天日照时数t（h

4、）。 根据沈阳地区冬季与夏季平均日照时间t=10h。 2）计算照明负荷消耗容量P。 P = Wh/V = 3100010/220 =1409(Ah) 3）计算太阳能电池方阵工作电流。 IP = P(1+Q)/t = 1409(1+0.21)/10 = 170.5(A) 式中：Q-为阴雨期富裕系数Q=0.211.000，取 0.21。 Q的取值大小直接影响方阵工作电流的大小，Q值 越大，需要的光伏电池越多，投资也越大。对于并 网发电系统，阴雨天方阵输出电流很小，不足以满 足负荷要求时则有市电补充负荷所需电能，故Q值可 选下限值。 4）确定电池方阵输出工作电压Vmp 确定主要依据下列两方面因素：

5、(1)太阳能光伏发电系统的负荷额定电压； 地下室照明额定电压交流220V，其最大值为 2220V=311V。所以，施加在三相四线制并网逆 变器三相桥上的直流电压应不小于311V。 (b) 单晶硅和多晶硅太阳能光伏电池工作电压VmP 的温度系数为-0.0045，工程中应计入温度系数对 方阵工作电压的影响。沈阳地区夏季环境最高温度 +33，光伏电池组件表面温度高于环境最高温度取 +40，折合+40时的系数为0.0675。 此时光伏电池方阵的工作电压（VmP）降低21V。 则：光伏电池方阵输出工作电压 VmP =311+21=332V 5) 计算太阳能电池方阵输出功率Wp。 Wp = IpVmp =

6、 170.5332 =56600(W) 2.2 选择太阳能电池组件型号及规格； 选择多晶硅太阳能电池组件，YL185-(23)P型技 术参数如下： 最大峰值功率： 185 Wp ; 最大峰值功率电压： 23.5 V ; 最大峰值功率电流： 7.87 A ; 开路电压： 29.5 V ； 短路电流： 8.45 A 组件尺寸：WLH 990131050 2.3 电池组件数量 =电池方阵输出功率 电池组件最 大峰值功率 = 56600185 = 306块 2.4 需要占地面积 = 306(0.991.31) = 397 m2 2.5 电池组件串联数量= 太阳能电池方阵工作电压 (Vmp)光伏电池组件

7、最大峰值功率电压(Vm) = 33223.5=14.13 圆整为 14块串联。 2.6 电池组件并联数量 = 太阳能电池方阵工作电流（IP）光 伏电池组件最大峰值功率电流（Im） = 170.57.87 = 21.6 圆整为 21串并联。 总装机容量 = (23.5x14)x(7.87x21) = 54.4kWP峰瓦。 2.7确定方阵的方位角与倾斜角 正确选择太阳能电池方阵的方位角和倾斜角是 获得最大输出功率的重要措施之一。只有方阵安装 合理才能获得最大的输出功率。 1）方位角 太阳能电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正 南方向的夹角，一般在北半球方阵朝向正南，即方 阵的垂直面与正南方向的夹角0

8、o。 2）倾斜角 太阳能电池方阵通常是面向赤道放置，相对于 地平面有一定的倾角。即太阳能电池方阵平面与水 平地面的夹角。沈阳地区的最佳安装倾斜角=+1 ， 当地的纬度，沈阳地区纬度为41.77o，则=42.77o 。 3 并网逆变器的选择 工程要求：根据建筑物屋顶造型，电池板安装于 三块高度不同屋面上，太阳能光伏并网发电系统采 用分布式并网方式，系统内设置3台并网逆变器，其 输出并接，设3台20kVA隔离变压器，其二次侧为三 相四线制，通过并网控制器与地下室照明市电回路 并网。 并网逆变器是光伏发电系统的核心部件，它将光 伏电池方阵输出的直流电变换成交流电，并与市电 电源并网为地下室照明供电。

9、 据此，选用3台GT20000W正弦波并网逆变器， 每台输入电池方阵为14串7并。 选择的并网逆变器的技术参数如下： 1）型 号： GT20000W 2）最大输入电压： 600VDC 3）最大输入电流： 60ADC 4）输入电压范围： 195-600VDC 5）直流输入端口： 2个 6）交流输出电压： 400V(三相) 7）交流电压频率： 50HZ 4 电池方阵最大输出电压（Vmp）、开路电压（Voc ） 与逆变器输入电压范围的配合 由选择的并网逆变器参数可知，输入电压范围为 195-600VDC，电池方阵最大输出电压（Vmp）、开 路电压（Voc）应在此范围之内。 1）工程上通常推荐Vmp的

10、下限值为逆变器输入电 压范围下限值195V的115%225V; Vmp的上限值为逆变器输入电压范围上限值600V的 70%420V。 推荐方阵Voc的下限值为逆变器输入电压范围下限 值195V的150%300V; Vmp的上限值为逆变器输入 电压范围上限值600V的90%540V。 2）计算满足逆变器输入电压范围的光伏电池 组件串联数串联数的最小值： N1=V1Vmp 式中：V1 为推荐Vmp范围的下限值。 则：N1=V1Vmp =22523.5=9.6 圆整为 10串。注：确定下限值时向上圆整。 串联数的最大值：N2=V2Voc 式中：V2为推荐 Voc范围的上限值。 则：N2=V2Voc

11、= 54029.5=18.3 圆整为 18串。 在本工程中方阵的最大输出电压 : Vmp=23,514=329 V; 开路电压Voc=29.514=413 V ; 光伏电池组件串联数为14/串，均在表4-1所合 理范围之内，满足系统要求。 5 并网控制柜 本工程选用一台并网控制柜，该柜与三台逆变器 柜并列安装于屋顶层配电室内，其功能如下： 1）逆变器交流输出设短路保护、过负荷保护； 2）并网接触器，具有自动并网和离网功能； 3）交流电压、电流及单台逆变器输出功率； 4）共设四路并网输出；另设两台备用并网开关。 6逆功率保护装置 逆功率保护装置是由逆功率检测器和防逆流控制 器组成。为了确保光伏系

12、统所发的电能全部被地下 室照明消耗，而不是馈送至市电网络，防逆流控制 器会随时监控变电所至地下室照明低压配电回路的 电压、电流，一旦发现向电网馈送电能，会立即控 制逆变器降低输出电流，减少光伏系统的发电量。 当出现通信故障或其他系统故障时，防逆流控制器 会断开并网接触器，停止向电网供电。 对于防逆流并网系统，逆功率检测器安装于并网 点上一级配电回路，当发现有逆流时，逆功率检测 装置与防逆流控制器通信，控制逆变器发电功率， 实现最大利用并网发电而不出现逆流。 在本工程中，逆功率保护装置是由4台逆功率检测 器和1台防逆流控制器组成。 7 光伏发电监控系统 光伏发电监控系统是由系统监控主机(PC机)

13、、 数据采集器及链路等组成，该系统集光伏发电系统 数据处理和监控功能于一体，实现对光伏发电系统 实时检测与控制。其主要功能如下： 1）显示光伏发电系统的总体信息包括：日期、以 发电总量、当日发电总量、当前发电量；环境温度、 组件表面温度、太阳光辐照量、市电网电压、电流、 频率。 2）显示光伏发电系统的在线信息包括：逆变器的 型号、编号；逆变器输入直流电压、电流及输入功 率；逆变器输出交流电压、电流及输出功率；并网逆 变器的工作状态；并网逆变器当天已工作时间。 3）打印报表：每台逆变器日发电量报表，光伏发 电系统日总发电量报表。 4）查询：每天发电量查询，每台逆变器开启时 间，逆变器工作状态及历

14、史数据记录、故障信息等。 8光伏电缆的选择 光伏电缆通常采用低烟无卤辐照交联专用电缆。 对其性能要求主要有下列几方面。 1）耐高温和耐低温、抗紫外线、抗臭氧、耐潮湿； 2）耐压等级应高于光伏方阵最大输出电压的1.25 倍； 3）载流量应大于光伏方阵最大输出电流的1.25倍， 且线路损耗小于2%。 据此，本工程选用了PV1-F型低烟无卤辐照交联 光伏专用电缆，这种电缆是根据光伏电池组件所处 的特殊环境设计的，主要用于光伏组件之间和汇流 箱输入、输出直流电压的传输。最高电压 1.8kVDC，（135、-40），光伏电池串连接电 缆PV1-F-22.5 mm2,光伏汇流箱出线225 mm2。 9 直

15、流汇流箱 直流汇流箱是将N路光伏电池串汇接在一起合 成一路输出的设备。它由直流断路器、正负直流汇 流排、与回路数对应的正负极熔断器和电涌保护器 组成。 汇流箱分为4路、8路、12路、16路标准产品， 每路电流最大可达10A。由于汇流箱通常安装于屋 顶，其外壳的防护等级不应低于IP45。 本工程中每台逆变器输入端需接7路光伏组件 串，故选用8路直流汇流箱。 10 防雷 由于太阳能光伏电池方阵输出为直流，通常采用 专用型电涌保护器，因此在选择电涌保护器时应注 意下列问题： 1）不宜选用放电间隙。如果选用可能会导致雷电 流过后，放电间隙因直流续流不能关断（除有特殊 技术保证者外）。 2）在选择太阳能光伏发电系统专用电涌保护器 时，应特别注意其导通时的保护电压Up不应大于 1.2kA,否则是保护不了光伏发电系统的。