張晟昊 王小曼 周楓

上海市質量監(jiān)督檢驗技術研究院

0 前言

隨著我國經濟的快速發(fā)展，城市化進程的迅速推進，建筑能耗所占的比重越來越大，節(jié)能減排問題得到了社會的高度重視，建筑節(jié)能將成為最有潛力的節(jié)能領域。為使建筑的節(jié)能效果達到最大化，應將建筑節(jié)能在工程設計階段視為重點設計對象。電氣是建筑工程設計的重要專業(yè)之一，電能也是建筑主要消耗的能源之一。在滿足建筑使用要求的前提下，在電氣設計中增加節(jié)約電能損耗的環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)建筑節(jié)能、加強能源管理的有效方法。

本文以某辦公樓設計項目為例，該工程的總建筑面積約14 300m2，地上5層、地下1層，其中地上建筑面積約11 700m2，地下建筑面積約2 600m2。

1 供配電系統(tǒng)及電氣設備的節(jié)能設計

1.1 變電所與變壓器

根據(jù)項目的負荷等級要求及負荷計算，本工程變壓器的設計容量為1 600kVA。在一層設置一座10/0．4kV變電所，變電所的位置靠近負荷中心，供電范圍不超過200m，以節(jié)省輸電材料、降低傳輸過程中的電能損耗。變壓器選用低損耗、低噪聲、接線組別為D,yn11的節(jié)能型干式變壓器。變壓器自帶溫控裝置，其空載損耗和負載損耗不應低于現(xiàn)行國家標準《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》GB 20052中規(guī)定的目標能效限定值及節(jié)能評價值的要求。從市政引來兩路10kV高壓進線至變電所，在變電所內設置2臺型號為SCB13-800/10的配電變壓器（每臺容量800kVA，總容量1 600kVA），采用兩路電源同時工作的方式運行。

1.2 無功補償與諧波治理

補償配電系統(tǒng)的無功功率，提高功率因數(shù)，可擁有以下收益：降低線路有功損耗、增加電網輸送有功功率的能力、提高電壓質量等。在變壓器的低壓側設置無功補償裝置（無功功率集中補償），要求補償后高壓供電進戶處的功率因數(shù)不小于0．9。經計算，每臺變壓器的補償容量各為200kVar。補償后，1號變壓器高壓側的功率因數(shù)達0．92，2號變壓器高壓側的功率因數(shù)達0．93，都大于0．9，滿足設計要求。在每臺變壓器的低壓側各安裝一臺容量為200kVar的無功補償柜，且無功補償柜自帶功率因數(shù)控制器，具有自動分步投切的功能。對于容量較大的用電設備，當功率因數(shù)較低且離變電所較遠時，可采用無功功率就地補償?shù)姆绞健?/p>

本工程含有大量的電子信息設備，將產生大量的諧波。諧波會使配電系統(tǒng)中的元件產生附加的諧波損耗，降低了輸電及用電設備的效率。在變壓器的低壓側設置有源濾波裝置（安裝位置一般在無功補償柜后），以有效治理諧波。此外，對于大型用電設備、大型可控硅調光設備和電動機變頻調速控制裝置等諧波含量較大的設備，可在設備配電箱的進線處設置有源濾波器或隔離變壓器，以實現(xiàn)就地的諧波抑制。

1.3 電氣設備的節(jié)能

電動機應采用高效節(jié)能產品，其能效應符合《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》GB18613中的目標能效限定值及節(jié)能評價值的規(guī)定。單臺電梯應具有集選控制、閑時停梯操作、燈光和風扇自動控制等節(jié)能控制措施；多臺電梯集中排列時，應具備按規(guī)定程序集中調度和控制的群控功能。自動扶梯應具有節(jié)能拖動及節(jié)能控制裝置，在全線各段均空載時應暫停或低速運行。

非消防用途的風機、水泵等設備宜采用變頻調速控制。由于電機轉速與工作電源輸入頻率成正比，當用戶需求的平均流量減少時，可以降低電機轉速以減少設備運行能耗，最大限度節(jié)約電能損耗。

2 照明節(jié)能設計

2.1 照明光源與燈具

在照明節(jié)能設計有關的光源選擇時，應避免選用普通白熾燈，若經濟條件允許，宜盡可能采用發(fā)光二極管（LED）燈。LED燈管與熒光燈相比，擁有光效更高、更為節(jié)能、使用壽命更長等優(yōu)點，而且更環(huán)保、不含汞等有害元素。本工程中，辦公室、會議室、設備機房等場所選用熒光燈；走道、樓梯間等無人長期逗留的公共場所，選用發(fā)光二極管(LED)燈。熒光燈應配用電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能電感鎮(zhèn)流器，采用單燈就地補償，使其功率因數(shù)不小于0．90。在滿足眩光限制和配光要求條件下，應選用高效率的燈具。

2.2 照明節(jié)能設計的評價指標

照明的節(jié)能設計應考慮提高整個照明系統(tǒng)的效率，且不應以損失照度和照明質量。照明節(jié)能應采用一般照明的功率密度值(LPD)作為評價指標，應符合現(xiàn)行國家標準《建筑照明設計標準》GB50034中的相關要求。

本工程的照明設計參數(shù)見表1。

2.3 照明控制方式

設計合理的照明控制方式可以使照明節(jié)能效果達到最大化。本工程中，辦公室和會議室等場所的照明采用翹板開關進行分區(qū)、分組控制。走廊、樓梯間和電梯廳等公共場所的照明采用集中控制方式，并選用聲光控開關控制，在無人時或夜間自動熄滅，以節(jié)約電能。

在條件允許的情況下，可將走廊、樓梯間、電梯廳等公共場所的照明采用智能照明控制系統(tǒng)進行控制。該系統(tǒng)的優(yōu)點包括：集中管理、減少人為浪費；自動調光、充分利用自然光、保持照度一致性和延長燈具壽命等[1]。

3 建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)設計

建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)能通過對公共建筑安裝分類和分項能耗計量裝置，采用遠程傳輸?shù)仁侄螌崟r采集能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)公共建筑能耗在線監(jiān)測和動態(tài)分析功能。同時，通過對多種實時和歷史的能耗數(shù)據(jù)和變化趨勢的統(tǒng)計、對比和分析，幫助管理者發(fā)現(xiàn)和解決能源消耗方式和結構中存在的問題，從而有針對性地對能源消耗過程和方式進行改善、調整和優(yōu)化，提高能源使用效率。該系統(tǒng)能為建筑的科學用能管理、節(jié)能診斷、能源審計等提供準確可靠的數(shù)據(jù)信息。

建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)由計量裝置、數(shù)據(jù)采集器、傳輸網絡、能耗采集服務器、能耗監(jiān)測系統(tǒng)軟件等組成[2]。能耗監(jiān)測系統(tǒng)主機房可與建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)等智能化系統(tǒng)的機房合用，以便進行綜合管理。

表1 照明設計參數(shù)

本項目的主要能源種類包括電、水、燃氣。電能是建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中主要監(jiān)測的能源之一，應采用電子式電能計量裝置測量和記錄。本項目電能的種類按用途可分為照明插座電耗（室內照明插座、公共區(qū)域照明、室外景觀照明等）、空調系統(tǒng)電耗（冷水機組、新風機組、分體式空調等）、動力系統(tǒng)電耗（電梯、水泵等）和特殊電耗（電子信息機房、廚房、洗衣房等）。在設計低壓配電系統(tǒng)時，應在變壓器低壓側分別用不同的配電干線將不同種類的電耗進行分開配電、自成系統(tǒng)。將電子式電能計量裝置分別安裝在照明插座、空調、動力、特殊電耗的配電干線回路上，以及變壓器的低壓出線側，以實現(xiàn)電能的分項計量。其中，變壓器的低壓出線側裝設的電能計量裝置應具有測量有功功率、無功功率、功率因數(shù)、諧波等參數(shù)功能的電力質量分析儀表。

在市政給水管網的引入總管、一層廚房餐廳的供水管處裝設數(shù)字式水表；在市政供氣管網的引入總管、一層廚房餐廳的供氣管處裝設數(shù)字式燃氣表。

同時，采用RS485網絡將各測量儀表接入串口服務器，通過數(shù)據(jù)傳輸網絡（以太網、光纖、無線等）與監(jiān)控中心的能耗監(jiān)測服務器相連。能耗監(jiān)測服務器裝有能耗監(jiān)測系統(tǒng)軟件，軟件具有對能耗數(shù)據(jù)的采集、處理、分析等功能。系統(tǒng)結構如圖1所示：

圖1 能耗數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

4 結論

在我國，城市中的大部分建筑是我國能源消耗的大戶，建筑電氣設計人員應熟練掌握建筑節(jié)能的專業(yè)知識，在工程設計階段應重視建筑節(jié)能，不斷學習節(jié)能領域最新的國家規(guī)范。通過對供配電系統(tǒng)、電氣設備、照明系統(tǒng)的節(jié)能設計，可有效減少電能損耗、提高能源利用效率；通過設置建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)，可為建筑的科學用能管理、節(jié)能診斷提供重要依據(jù)。