被动式超低能耗建筑电气设计探讨

北京建都设计研究院有限责任公司

李宝印

1.引言

被动式超低能耗建筑即被动优先，主动优化，保证良好的室内环境并减少能源消耗。被动式超低能耗建筑的优势在于：

1）更加节能：建筑物全年供暖供冷需求显著降低，严寒和寒冷地区建筑节能率达到 90% 以上。与现行国家节能设计标准相比，供暖能耗降低85% 以上。

2）更加舒适:建筑室内温湿度适宜;建筑内墙表面温度稳定均匀，与室内温差小，体感更舒适;具有良好的气密性和隔 声效果，室内环境更安静。

3）更好空气品质:有组织的新风系统设计，提供室内足够的新鲜空气，同时可以通过空气净化技术提升室内空气品质。

4）更高质量保证:无热桥、高气密性设计，采用高品质材料部品，精细化施工及建筑装修一体化，使建筑质量更高、寿命更长。

本文通过被动式超低能耗建筑电气设计实例，主要从管线敷设、自动外遮阳系统、能耗监测系统等3方面对在被动式超低能耗建筑电气设计节能措施进行了探讨。

2.工程概况

本项目实例为居住类建筑，地下 1 层，地上 16 层，地上建筑面积5972.16M2，地下建筑面积 480 M2，总建筑面积 6 452.16 M2，建筑高度 44.9 m，共计 238 户，现浇钢筋混凝土剪力墙结构形 式。施工图设计单位：北京建都设计研究院有限责任公司； 本项目是北京市首批公租房超低能耗示范项目，也是首个超 小户型超低能耗示范项目。2019 年 11 月，获得住建部科技中 心和德国能源署联合颁发的《中德合作高能效建筑——被动 式低能耗建筑质量标识》；2020 年 9 月，通过北京市超低能耗 建筑示范项目专家验收组验收。本项目已经投入使用。

3.电气设计需要解决的问题

1）被动式超低能耗建筑中的电气管线在穿过气密层时 采用什么措施来降低热桥。2）采用什么系统可以减少室内太阳能得热，又不降低采光效果。 3）如何实现对建筑的电力能耗、资源利用和空气质量进行检测；对建筑的用能情况更好地进行管理，提高管理效率。

4.设计方案

4.1穿过气密层的护管敷设方式

在普通建筑中，电气穿过最底层顶板、顶层屋面等部位 的管线较多并且分散，而最底层顶板、顶层屋面、外立面是被 动式建筑的气密层，较多管线并且分散穿过气密层会导致热 桥的产生，为减少热桥需改变常规配电线路的布置思路。采 用的措施如下。

4.1.1集中穿过气密层

照明配电箱位于地下1层电井内，地下1层照明单独回路配电，各灯位处不分散向上引管线，1层开始至16层各灯位处向上引管线同一位置灯具为一供电回路配电，地上照明分支回路经电井套管集中穿过气密层（见图1），电缆安装完成后，管内用密封胶封堵。

4.1.2护管材质的选择

引至室外管线采用导热性低的PVC  护管（见图2～图4）。

4.2自动外遮阳系统

传统外遮阳只起到阻断阳光直射的作用而并未更好的利用太阳能和天空辐射。天空辐射是一种冷资源。任何物体所展现的颜色都与其自身的温度有关，叫做色温度。而蓝色晴朗的天空的温度是-20°C 左右。所以，对于建筑物太阳直射阳光（地表太阳能量700W/M2）是来自自然界的主要辐射热源，无云的天空是主要辐射冷源。在外保温做的非常好，热传导和对流被很好的阻断的前提下，利用好日射和天空冷的辐射热冷源对室内环境的影响就显得尤为重要。当建筑物确定建设在某一个地理位置时，其经纬度就已经确定，相对该位置一年四季，白天夜晚，每分每秒，太阳的位置就已经可以确定。除了太阳以外的方位布满了天空冷辐射。利用选择透过性外遮阳，根据太阳的高度角和方位角实时有效地调整遮阳角度，做到夏季引入天空冷辐射，遮蔽阳光直射，冬季反之。本项目东西向外窗设置自动外遮阳系统，外遮阳设备采用电机驱动，同时具有智能感应控制，可根据太阳光照射及其角度变化，自动升降百叶和调节百叶角度，从而自动调节光线角度和入射光通量，尤其在需要制冷的天气使太阳光辐射在到达玻璃前，就被外遮阳系统遮挡在外，同时，还可以保证在减少室内得热的同时不降低采光效果，避免出现此消彼长的能耗问题。本项目所采用的自动外遮阳系统（见图5～图6）具有自动控制系统及自主开关，整体控制日常使用，以及大风、雨雪等不利气候条件下自动收起等功能，比普通外遮阳系统更节能、智能及延长使用寿命；火灾时自动收起后切断电源。

4.3能耗监测系统

根据被动式超低能耗绿色建筑技术导则要求及便于对 能耗进行分析，对本项目的公共区域和选择有代表性的房间 进行电耗、用水量和空气质量进行监测。

4.3.1电耗监测点的设置

公共区域的电耗计量选择了19个点进行计量，详见表1。典型户型用电计量选择了5个代表性的房间进行计量监测，详见表2。

4.3.2用水量监测

公共区域的用水量计量选择了4个点进行计量，详见表3。典型户型用水量计量选择了5个代表性的房间进行计量 监测，详见表4。

4.3.3空气质量监测

典型户型空气质量监测选择了5个代表性的房间进行计量监测，详见表5。

4.3.4信息的采集

根据采集信息的类型设置3类数据信息采集单元，分别对电、水和空气质量信息进行采集。终端信息采集设备全部 采用智能型具有远传功能的仪表，仪表采用有线的RS485通讯方式，协议为标准的MODBUS协议。各数据信息采集单元与智能仪表与通讯方式读取电耗、用水量和空气质量的数 据并通过网络传送到上级数据采集处理系统。

4.3.5系统配置

分项计量和空气质量监测系统由能效管理平台、数据采集存储系统、数据采集单元、通讯设备和多功能智能型仪表组成。其系统图如图7所示。

5结语

被动式超低能耗建筑在电气设计过程中采取：1）电气管线穿过气密层采用合理的护管敷设方式和护 管材质来降低热桥。2）利用自动外遮阳系统减少室内太阳能得热，又不降低 采光效果。3）利用能耗监测系统对建筑的电力能耗、水资源利用和空气质量进行监测；对建筑的用能情况更好的管理，提高管理的效率。以上3种措施为被动式超低能耗建筑顺利实施起到重要作用。

本文来源：《程建设与设计》2021年(S1)期