摘要：结合设计经验与目前在绿色低碳建筑研究方面的几个案例，阐述了绿色低碳建筑实现的几大要素、低碳绿色建筑电气设计的主要环节、设计“光储直柔”系统的意义、“光储直柔”建筑的发展现状和亮点及全面推广的难点等，完善了传统的电气节能设计及绿色设计的内容，有助于“碳达峰、碳中和”战略目标的实现。旨在通过绿色低碳建筑电气设计的全面归纳总结，给行业的绿色低碳设计提供一点借鉴与参考。

关键词：碳达峰;碳中和;绿色建筑;低碳建筑;光储直柔;

为推进“双碳”战略（中国力争在2030年前实现“碳达峰”，目前能源结构、工业交通、生态建设和建筑房地产等各个领域都迫切需要发挥科技创新在各自领域的引领及支撑作用。本文主要就实现“双碳”战略的目标对绿色低碳建筑的电气设计进行分析总结。

1 低碳绿色建筑电气设计的主要环节

1.1 合理选择供配电方案

供配电系统对于学校校区和工业园区至关重要。设计供配电系统时不可以简单地把所有用电负荷直接相加。可以选择白天或晚上的负荷取最大值，且宜设计有联络母线的成组SCB14干式变压器，以达到变压器的实际使用台数可以随负荷变化灵活减少一半的目的，可显著地减少由于变压器轻载而引起的耗能。

1.2 低压侧的无功补偿及谐波治理

众所周知，配电系统的功率因数应达到0.9，甚至有的地区要求达到0.9 5以上，所以在设计供配电系统时应采用并联电力电容器在低压侧进行集中补偿。但随着民用建筑配电系统中不间断应急电源、LED照明、宴会厅及多功能厅的调光设备、大型LED广告屏和变频控制器等各类非线性负荷在大型公共建筑的大面积使用，不仅发生三相不平衡、零线电流过大等故障，甚至出现线路过负荷发热的现象，非常不利于绿色节能.

1.3 尽量全面使用LED光源及合适的节能控制方式

经过20年的发展，目前LED照明的成本已经非常低，照明设计符合GB 50034-2013《建筑照明设计标准》和GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》中规定的照度标准、照明功率密度（LPD）、统一眩光值（UGR）、照明均匀度、显色指数、色温和能效指标等相关要求。主要区域的照度标准、LPD、UGR、Uo和Ra等参数满足规范“主要房间或场所照度和LPD值表”。控制方式可以选择：（1）房间或场所设有两列或多列灯具时，设计所控灯列与侧窗平行，每个房间灯的开关数不少于两个（只设置一只光源的除外），每个照明开关所控光源数尽可能少；（2）门厅、公共走道、地下车库和商业公共区域采用楼宇自动化（BA）控制系统，分回路、分时间和分区域控制；（3）电梯间采用移动感应控制，设备机房采用就地控制。

1.4 采用节能型产品

电力变压器、电动机、交流接触器和照明产品的能效水平应高于能效限定值或能效等级三级的要求，这是2022年4月1日实施的强制性国家规范GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》的要求。比如变压器选用节能环保型、低损耗和低噪声，接线组别为Dyn11的干式变压器，变压器自带温控器和强迫通风装置。其能效应达到现行国家标准GB 20052—2006《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》中规定的目标能效限定值（二级能效）及节能评价值的要求，设计项目应全部选择SCB14型干式变压器。

1.5 设置能耗监测系统

建筑能耗监测系统应采集水、电、燃气、燃油、外供热源、外供冷源和可再生能源共七类能耗数据，实现对建筑能耗的监测、数据分析和管理，且能向上级平台发送建筑能耗数据。计量器具应满足现行国家标准GB 17167—2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》中的要求。系统要求：保存36个月的数据；能够远程访问数据；仪表能够每小时、每天和每月进行报告。编制《计量和验证计划》，符合《国际能效策略和验证规程》（IPMVP）方法D，便于测量结果与基准模型比较，优化建筑能源利用。

1.6 设置建筑设备监控管理系统

设置建筑设备监控管理系统目的是监控供暖系统、通风系统、空调系统、照明系统、动力系统、给排水系统和电梯等建筑设备。所有非设备自带的控制箱、电源箱均预留控制模块电源，用于节能的楼宇自控系统使用。大型会议室、宴会厅和大型多功能厅设置CO2监控与排风系统联动措施，地下车库采用CO监控与排风系统联动措施。

2“光储直柔”系统关键设备

2.1 电力电子变压器

为实现交流配电网向新型电力系统的转换，引入了直流输配电。从电网角度，发展交直流混合电网是目前的一个趋势，随之电力电子变压器（power electronics transformer，PET）成为研究热点。PET是采用高频变压器和高频电力电子技术实现的智能电气设备，一般应用于中高压大功率场合，主要应用于铁路电力机车牵引用车载变流器系统、智能电网和分布式可再生能源发电并网系统。PET依据输入输出所经过的电能变换环节可分为三级型、四级Ⅰ型、四级Ⅱ型和五级型。实际工程中五级型PET得到的关注最多，也就是常说的四端口PET。

PET应用在交直流混合电网中，一方面可以减少可再生能源发电系统、储能和负荷等设备接入的电能变换环节，提高能源利用效率；另一方面也可实现不同电压等级的交直流网络互联互济，实现分布式能源跨区消纳。

2.2 直流剩余电流保护装置

T/CABEE 030-2022 6.3.3条对直流配电系统RCD（简称DC-RCD）规定：“1应具备直流剩余电流监测和保护功能；2宜具备交流剩余电流监测功能，并能对交流剩余电流突变采取保护动作。”

从标准规范层面看，国内目前没有DC-RCD的自主产品标准。 （GB/Z 40680-2021《直流系统用剩余电流动作保护电器的一般要求》等同采用）在特性中规定了DC-RCD的额定电压、额定直流电流、额定分断能力、额定动作剩余电流IΔn、额定不动作剩余电流IΔno、延时及操作特性等参数。额定动作剩余电流IΔn标准值为0.08 A、0.3 A、0.6 A、1 A。

条文中明确DC-RCD应充分承受由于装置电容负载产生的对地电流浪涌和由于装置闪络而产生的接地电流浪涌。S型DC-RCD还应具备足够的电阻，以防在装置中由于闪络对地产生电流浪涌时发生意外跳闸。

3“光储直柔”系统的应用难点与对策

3.1需结合建筑屋顶资源状况、用热用电需求和经济状况，拟定应对不同应用场景包括储能系统、直流配电系统、光伏发电系统和柔性用电负荷在内的“光储直柔”发配电系统方案。

3.2光伏发电系统、直流用电负载、储能系统的功率是实时变化的，各系统都通过直流配电系统相互连接，并与外部交流配电网连接。必须对光伏发电系统、储能系统和用电负载运行特性进行研究，设计合理的运行调控系统，以保证直流配用电网的稳定运行。

3.3“光储直柔”系统需要实现对建筑光伏发电单元、储能单元、电力用户的运行参数进行采集，并结合控制方案实现对所有单元之间以及与外网之间的调度控制。

3.4在直流配用电系统中，直流电器在使用过程中容易出现电弧放电现象，就该危害研发出一套可实施的主动灭弧方案，以提高直流电器操作的安全可靠性。此外，为满足直流电器在新型低压配电系统中柔性控制和需求响应的需求，在主动灭弧的基础上研究直流负荷功率状态控制方法，配合相应的用户侧需求响应策略，实现系统对直流电器的功率响应调节，提高系统控制的柔性度水平。

结语

“光储直柔”是我国达成“双碳”目标的一条路径和实现新型电力系统的突破口。本文以某项目为例分析了“光储直柔”在建筑物中的应用。对“光储直柔”系统的应用场景、建筑直流配电系统的关注点及“光储直柔”系统关键设备进行了阐述。期待“光储直柔”在我国的城市及农村均能依托项目不断迭代发展，为国家的节能低碳政策提供支撑。

参考文献

[1]经济日报评论员.以"红绿灯"支持引导资本规范健康发展论贯彻落实中央经济工作会议精神[J].经济，2022（1）：2.

[2]李惠民，童晶晶.中国建筑部门碳排放的区域差异及其碳中和路径选择[J].环境保护，2021，49（17）：23-29.

[3]吴羽柔，张双璐，江练鑫.我国建筑碳排放现状及碳中和路径探讨[J].重庆建筑，2021，20（S1）：66-68.