双碳目标下既有建筑电气改造设计思考

双碳目标下既有建筑电气改造设计思考

曾敏

华自科技股份有限公司 , 湖南 长沙 410205

摘要：近年来，我国的建筑行业有了很大发展，在建筑工程中，电气是非常重要的一项内容。为了提高建筑质量，保证其使用性能，有必要对建筑的电气设计进行优化，在电气系统的具体安装和施工中，应以先进的节能理论为指导，结合建筑的实际情况，降低能耗，最终达到建筑的使用标准。本文首先分析了既有建筑供电方案改造，其次探讨了双碳目标下既有建筑电气改造设计，以供参考。

关键词：既有建筑；改造；电气设计

引言

随着社会的进步以及经济的提升，建设市场也在扩增，并且建设项目的构造也变得愈加繁杂，而这也在无形中增加了智能化建设项目中电气工程设计与施工的困难程度。尽管当前建设企业已经极为关注建筑电气的自动化建设，但是由于被不同要素干扰，也致使其中仍旧会容易浮现出些许的偏差，若是得不到妥善的应对，将有可能使得智能化建设项目的建造出现问题。

1既有建筑供电方案改造

既有建筑的用电负荷等级最高为二级负荷，改造后的医疗建筑有较多的一级负荷，负荷等级及用电容量均有较大的提升，原供电方案不能满足供电需求。经与业主及建筑师的沟通配合，对供电设备用房作了调整，原既有建筑内变配电室改为低压进线室，在室外总平单独设置设备用房（内设有高低压配电室、柴油发电机房、泵房、污水处理压滤机房、负压机房等医疗气体用房，等等），设备用房位置设置靠近主体建筑，最大限度减少电缆供电距离，减少耗材及能耗。既有建筑在一路10kV高压电源引自院区内10kV开关站的基础上，从市政区域变电站另引接一路10kV电源接入新院区高压配电室作为高可靠电源，供电方案一路高压电源单母线方式改为双路高压电源，单母线分段互为备用的主接线方式，为保证用电的可靠性，增设柴油发电机组，室外设有埋地油罐满足供油要求。

2双碳目标下既有建筑电气改造设计

2.1普通照明系统

改造项目经常涉及装饰专业，灯具通常由装饰专业定，而装饰专业考虑的侧重点是美观和灯光效果，忽略了规范对各功能场所灯具功率密度值、光源显色指数、眩光值等的要求，需要电气专业根据相关规范进行校验和核算，特别是照明功率密度限制，是审查的重点和绿色节能措施的重要指标，电气设计师应严格遵守GB50034-2013《建筑照明设计标准》第6.3节规定。计算LDP值时可按以下原则：“装饰灯具如花灯，射灯、艺术吊顶、灯带等灯具按功率的50%计算LPD值；若照度标准值按规范提高或降低一级，LPD值按比例提高或折减”。ZigBee技术由智能空开、智能网关、人体存在传感器、人体移动传感器（主要用于在大空间）、面板开关（注意：应接入零线才能实现智能控制）等组成的一种短距离、低功耗、构架简单的双向无线通信技术，可取代传统的智能照明控制器实现灯具节能控制。照明设计中可充分应用此技术。

2.2注重电气自动化

对于智能化建设项目的电气设计来说，一定要在对项目的构造实行设计期间，就将电气自动化融入其中，这样不但可以节省各项资源，同时也能够保证智能化电气系统更好地融入到建设项目之中，从而保证建设项目的智能化属性。实际上而言，在开展建设项目的总体设计期间，就应当制订出相应的电气自动化标准，并且将这一标准作为导向，要求设计方完成建设项目电气系统的智能化设计。

2.3设计和安装防雷装置

在较大的建筑物中，设计防雷装置的重要性已得到充分证明，这有助于确保建筑物和室内人员的安全，但为了解决这一问题，必须先解决问题的根源，然后再采取有针对性的解决办法。因此，防雷装置本身是无法实现的，尽管它提高了所安装电源的建造质量，首先对设计者提出了更高的要求，根据实际建筑设计了电源的位置以及数量，而且需要明确说明电源所在位置，同时，施工现场的工作人员应严格按照课程和施工标准安装供电，施工现场应配备专业技术人员，以有效监督和指导施工工作，只有各级有效完成各自工作，才能保证建筑电气工程能够顺利完成。

2.4配电系统

新旧配电箱图纸应备注清楚，利用原有配电箱时，应复核原设计容量是否满足新增需求；已有配电回路、改造新增、改造修改等均应在图上备注清楚。配电系统是电气设计的核心灵魂部分，不仅要满足使用需求且要达到经济合理性，同时还应考虑安全可靠性。电缆设计路径关系到线缆损失及末端用电设备电压降，尽量缩短敷设距离，特别对于局部改造项目，电缆路径在尽量利用原有通路情况下，还需要结合现场实际条件设计。举例说明，某工程改造区位于既有建筑二层，属于局部改造。改造后配电方案为：照明、插座、空调、弱电设备容量为154kW（改造区利用原有空调主机系统，末端空调电量24kW；弱电设备容量20kW）；泳池设备容量160kW；厨房设备容量100kW；以上设备总容量为414kW，考虑同时需要系数后（改造区建筑面积约4000m³，照明及插座需要系数取0.75；空调、泳池、弱电机房需要系数均取1.0；厨房需要系数取0.5），总计算负荷约336kW。而现场已有电源容量为290kW，不能满足使用要求。考虑厨房及泳池用电量大，且后期可能更换厂房造成设备增容，为保证供电可靠性，厨房及泳池单独供电。跟甲方及商场管理方沟通协商后，商场同意增容，并按设计方案提供三路电源进线分别给泳池、厨房、其他用电。而改造区一层新增的两个正压送风机房（用于二层改造区独立疏散的楼梯间火灾时补风）上一级消防配电箱位于建筑屋面，根据甲方提供原设计图纸，考虑从建筑屋面沿电缆竖井至二层，再经原有消防线槽至二层改造区，后在改造区新增消防线槽最终至一层正压送风机房，四条电缆总长度约500m。后经现场实勘，发现电缆竖井出来后至相邻非改造区是孩子王童乐园，若拆除吊顶敷设电缆再复原，会破坏原有吊顶的承载力，鉴于安全考虑，电缆路径改为由竖井直接到一层物业管理区，再由消防线槽至末端配电箱，此方案最终电缆总长度约800m，根据电压降计算，电缆规格较之前增大一级。改变后的电缆敷设方案虽然增加了一些电缆购置费，但排除了后续安全隐患问题。

2.5项目低碳化改造的电气设计

在改造设计时，应注重项目的低碳设计建造，如利用建筑构造拓展可再生能源的应用，设备上更换采用节能的新型设备、对机电设备改用智能化控制等。变压器根据医院的用电设备负荷计算后增容并采用节能变压器，室内公共照明及景观照明采用LED节能光源并采用智能灯光控制系统，地下室车库设置一氧化碳监测系统，并联动排风机。在会议区等人员密集度高的房间设置二氧化碳监测系统，并与空调新风机联动。在既有建筑的内装改造上，采用装配式内装修，实现机电管线与主体结构的管线分离设计，减少开槽挖洞。病房及卫生间采用相同模数，用BIM技术对装配式病房、卫浴标准化深化设计，对设备末端点位开孔、线管走向等精准定位。设置综合能源管理系统，准确记录各项能源消耗，通过能耗分析避免不必要的能源成本增长，结合碳排放计算方法，将能源数据转换成可追踪的碳排放量。

2.6加强建筑物电气设计管理

设计人员应保持密切联系与合作，并为结构规划和电路设计采用综合讨论标准；在实地研究和设计中，需要设立分组，以提高总体效率，并收集大量样本进行研究；在建筑物电气设计的模拟阶段，应强调建筑物电气设计的实际适用性，同时考虑到对所有环境方面和因素的影响；对综合控制设计的分析以及对多层面指标的评估和评价不能仅限于效率研究。

2.7变电所智慧配电及BIM运维

变电所内采用智慧配电，由监控管理层、通信接口层、现场隔离层构成系统。监控管理层是系统的控制中心，由后台监控设备组成；通信接口层完成监控管理层和现场隔离层的实时信息交换，包括数据交换机、网关等设备；监控管理层与通信接口层采用以太网结构，现场隔离层包含微机智能保护装置、电力监控仪表等，完成测量、保护、监控等功能。通过对综合继电保护装置、多功能仪表、测温模块、断路器等的数据采集，可实时监测用电数据、对测量参数分析及故障报警，进行配电管理、能耗管理、电能质量与分析。采用BIM深化设计，BIM模型与智慧运维管理平台相结合（如图1所示），对建筑的空间、设备资产等进行可视化管理，设备构件的运维数据包含有设计、产品数据与现场实时状态数据，对可能发生的电气故障进行预警。运用物联网、云存储技术等将BIM模型、运维系统与移动终端等结合起来应用，最终形成变电所的BIM智能运维管理系统。

图1BIM数字孪生与智慧运维管理平台

2.8火灾自动报警系统

对于原建筑火灾自动报警系统，平面严格遵守“隔离模块保护的消防设备总数不超过32个”，相邻非改造区与改造区有管线连接处的原始消防点位一并表达在改造区消防图上，并备注“因改造区影响邻近非改造区消防点位或线路破坏时应对其复原，不能影响原有消防使用功能”。若涉及不同防火分区的连线，“总线穿越防火分区时，应在穿越处设置总线短路隔离器”。对于需增设防火门监控主机的改造项目，“因为常开防火门电磁释放器和电动闭门器的启动电流和维持电流较大，对供电电源负荷要求较高，常开防火门的控制及状态信号的反馈要求有别于其他系统部件，所以常开防火门不适合采用模块直接接入报警系统，为保障系统整体运行的稳定性和可靠性，常开防火门应接入专门的防火门监控器”，可在消控室或改造区值班室设防火门监控主机；若改造区仅有常闭防火门，可接入原消防报警主机。

2.9既有建筑空间净高控制

受既有建筑主体结构限制，公共走道宽度及楼层净高无法改造，办公建筑改为医养建筑后，机电管道增加较多，空间净高很难达到要求。在设计上，尽量较少桥架的数量，比如智能化桥架，尽量采用各系统共用桥架中间加隔板的方式，在净高特别低的空间，与结构工程师沟通，部分小管穿梁（见图2）。在机电管线综合设计上，预先考虑支吊架的安装空间，采用BIM技术精细化排布，出深化详图。设计师在BIM模型上准确地反映梁位的开洞尺寸和位置。为了避免施工上的偏差，不破坏主体结构，本项目引入AR技术，在施工现场，透过架设的设备可以看到BIM的数字孪生模内的结构梁位1∶1投射到现场相同位置的结构梁，梁上仿真的洞口清晰可见，施工上可无偏差。

图5采用小管穿梁布置方式提升净高

2.10重视建设管理

建筑电气设计与混凝土施工连接之间存在不可分割的关系，施工期间存在许多质量风险，主要原因是施工期间没有参照设计标准、原则和方法。因此，要重视建筑电气施工质量监督，对整体设计方案进行深入探索和分析，提前了解主要流程和方法，并在施工过程中按照设计标准进行相关操作，以实现电气设计的预期目标。

2.11安全接地系统

在某幼儿园改造项目中，原建筑为一独栋五层办公楼，要改造成幼儿园，一层新增了消控室、安防监控室、广播室、餐梯、弱电机房等需独立接地的功能房间，因建筑单体已完成且年限久远，不可能从原有基础做接地引上线，因此考虑在距建筑散水外1m，采用50mm×5mm热镀锌扁钢水平敷设，垂直方向采用长5m规格为Φ25热镀锌钢管，埋深-0.6m沿建筑外圈做人工接地体，并与原建筑单体的钢筋网多处做可靠联结。以上需单独接地的房间设LEB箱，水平方向独自敷设两条50mm×5mm热镀锌扁钢与室外人工接地网可靠联结。在卫生间、盥洗室、洗衣房、厨房等潮湿场所，靠近柱子或有钢筋处设LEB箱，做局部等电位联结。接地系统不仅影响电气系统的正常运行，且关系到人身安全，而改造项目的接地做法不像新建项目那么便捷，现场条件有限且复杂，需要我们在充分理解建筑功能和掌握现场已有条件的基础上，把电气安全接地措施落实到位。

结语

综上所述，为了使用户能够获得更好地电力服务，重要的是要正确地设计建筑的电力，这是整个建筑工程过程中建筑的一个非常重要的组成部分。在响应双碳目标布局推动社会发展的新形势下，既有建筑的电气设计应从低碳节能的目标出发，采用节能设备、机电控制节能、智慧能源综合管理分析等绿色低碳减排的有效技术手段，亦可在不同建筑类型的项目中推进应用。

参考文献

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