劉英淼(上海吉禾建筑設計有限公司，上?！?01204)

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某經濟園區(qū)電氣節(jié)能設計

劉英淼
(上海吉禾建筑設計有限公司，上海201204)

劉英淼(1979—)，男，工程師，從事建筑電氣設計工作。

摘要:結合某經濟園區(qū)工程實例，從供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、可再生能源利用方面介紹了經濟園區(qū)的電氣節(jié)能設計。提出設計人員要采用合理的設計方案，并選擇先進、高效的節(jié)能設備，才能最大限度地節(jié)約能源。

關鍵詞:電氣節(jié)能;經濟園區(qū);供配電系統(tǒng);照明系統(tǒng);可再生能源

0　引言

近年來，隨著我國經濟的快速發(fā)展，城市化進程的速度在不斷加快，建筑能耗總量呈直線上升趨勢。為了解決日益突出的能耗問題，響應國家建筑節(jié)能減排的號召，設計人員在設計時必須采取措施降低電氣系統(tǒng)損耗，實現(xiàn)高效節(jié)能。

1　工程概況

南通崇川總部經濟園區(qū)占地面積約為90 656 m2，由12棟高層(1#～12#樓)及1座地下車庫組成，總建筑面積約為33萬m2，屬于集辦公、商務配套、會議等功能于一體的高層建筑群;其中11#主樓地上為2座23層塔樓，裙房3層，建筑高度為99.6 m，其余11棟樓為8～16層;地下車庫為大型機械停車庫和設備用房，面積為7萬m2，其中非人防區(qū)域為4.6萬m2，人防區(qū)域為2.4萬m2。

2　電氣節(jié)能設計

2.1供配電系統(tǒng)的節(jié)能

2.1.1合理設置變配電所位置，減少線路損耗合理設置變配電所位置，既可以有效減少項目投資，又可以減少線路損耗。線路損耗為

式中: Iφ——相電流;

σ——電導;

L——線路長度;

S——線路截面。

由式(1)可見，在線路電流和電導不變的情況下，線路損耗與線路長度成正比，與線纜截面成反比。該園區(qū)體量大，線纜長度長，線路損耗大，設計時必須合理選擇線纜截面，盡量減少配電線纜的長度。

該園區(qū)10 kV開閉所、9個分變電所均兼顧地上建筑的樓層高度、負荷大小、管道進出限制及規(guī)范所要求的其他限制條件，經過合理布置，均深入負荷中心，低壓供電半徑均控制在150 m以內，最大限度地減少了低壓線纜的長度，降低了線路損耗。

2.1.2選用高效節(jié)能型變壓器及接線組別

據(jù)相關資料統(tǒng)計，我國變壓器的總損耗占系統(tǒng)發(fā)電量的10％左右，10 kV配電系統(tǒng)中變壓器的損耗占80％以上。因此，合理選擇節(jié)能型變壓器對整個供配電系統(tǒng)的節(jié)能至關重要。

該項目所有變電所內均采用非晶合金干式變壓器。以鐵元素為主的非晶態(tài)合金具有高飽和磁感應強度和低損耗等特點。非晶合金干式變壓器與傳統(tǒng)的干式變壓器相比，其空載損耗下降為70％～80％，空載電流下降為75％～85％，節(jié)能效果顯著。

變壓器年有功電能損耗為

式中:ΔP0——變壓器空載有功損耗;

ΔPk——變壓器滿載有功損耗;

Sc——變壓器計算負荷;

Sr——變壓器額定容量負荷;

T——最大負荷年損耗小時數(shù);

t——變壓器全年投入運行小時數(shù)，取8 760 h。

一臺全年運行的SCB10型1 000 kVA變壓器，年有功電能損耗ΔP0= 1 770 W，ΔPk= 7 100 W，負載率為75％，T = 3 000 h，則ΔWT= 27 495 kWh。

一臺全年運行的1 000 kVA的非晶合金干式變壓器，年有功電能損耗ΔP0= 450 W，ΔPk= 7 650 W，負載率為75％，T = 3 000 h，則ΔWT= 16 851 kWh。

因此，每臺1 000 kVA非晶合金干式變壓器比SCB10型干式變壓器節(jié)電10 644 kWh。如該園區(qū)變壓器總裝機容量為23 150 kVA，采用非晶合金干式變壓器，每年可節(jié)電246 408 kWh。按變壓器正常壽命30 a計算，采用非晶合金干式變壓器共節(jié)電739萬kWh，節(jié)能效果非常顯著。

所有變壓器均采用D，yn11接線，有功損耗比同容量D，yn0接線的變壓器低。

2.1.3設置無功補償，抑制諧波

設置低壓集中自動補償與分散補償裝置，降低供電系統(tǒng)的無功功率。變壓器采用D，yn11接線，使3n次諧波電流在變壓器D接線的中壓繞組內形成環(huán)流，不流入電網。

三基色細管徑直管熒光燈采用高效低諧波電子鎮(zhèn)流器就地分散補償，補償后功率因數(shù)達0.95以上。

所有變電所低壓側均設置無功自動補償裝置，補償后高壓側功率因數(shù)不低于0.95。按照當?shù)仉娏Σ块T要求，采用三相混合補償?shù)姆绞?，其中分相補償容量不小于總補償容量的40％。為了有效地抑制諧波，確保電能質量，電容器柜內均配7％的消諧電抗器，有效抑制5次及以上的諧波。

在抑制諧波的無功補償中，電容器容量不能簡單地按計算的無功容量進行配置，應考慮由于電抗器和電容器串聯(lián)后電壓抬高及電容器降容的問題。

如額定工作電壓Un= 400 V，額定補償容量Q =200 kvar，串聯(lián)電抗率K =7％，母線短路容量S =20 MVA，母線電壓升高值為

電容器端子上所加電壓為

電抗率為7％的LC無功補償電容器的耐壓值Ucn一般取480 V，因此

2.1.4設置能耗動態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)

根據(jù)住建部2008年6月發(fā)布的《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項能耗數(shù)據(jù)采集技術導則》規(guī)定，該園區(qū)在面積＞20 000 m2的甲類公共建筑單體均設置了能耗動態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)。在11#樓設置能耗動態(tài)監(jiān)測中心，通過遠程傳輸?shù)仁侄危皶r采集能源消耗各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，并對各項數(shù)據(jù)進行分析。

按照國家能耗采集標準，內部采用分級計量。

(1)照明插座用電:包括照明和插座用電、走廊和應急照明用電、室外景觀照明用電，共3個子項。

對于公共部位的照明插座用電按樓層或區(qū)域計量;對于出租用辦公樓層的照明插座用電實行分戶計量;走廊和應急照明包括公共區(qū)域的照明;室外景觀照明僅包括建筑物立面照明，不包括室外路燈及庭院燈照明，因該部分采用太陽能景觀燈，不納入分項計量。

(2)空調用電:未采用大型中央空調，僅空調末端用電1個子項，包括多聯(lián)機空調機組、新風機組、空調室內機等。出租辦公單元內的空調室內機并入照明和插座用電，不再單獨設表計量。

(3)動力用電:包括電梯、水泵、通風機用電，共3個子項。電梯用電包括所有客梯、貨梯、消防電梯、自動扶梯及電梯機房空調等設備用電。水泵指除采暖空調系統(tǒng)和消防系統(tǒng)以外的所有水泵，包括生活泵、排污泵等。通風機指除采暖空調系統(tǒng)和消防系統(tǒng)以外的所有風機，如車庫排風機、衛(wèi)生間排風機等。衛(wèi)生間小功率排風機如接入照明回路，宜納入照明分項。

(4)特殊用電:包括信息中心、廚房餐廳或其他特殊用電。在變電所主進線開關及各低壓出線開關采用多功能表計量。

以上儀表均采用精度等級為1.0級以上的數(shù)字表，對各線路電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)等進行監(jiān)測和計量，其中變電所主進線開關處多功能表具有監(jiān)測和計量最大用電總量、總諧波含量的功能。該園區(qū)用電均屬于一級分項能耗，能耗數(shù)據(jù)須實時上傳。

2.2照明系統(tǒng)的節(jié)能

2.2.1嚴格控制照明功率密度值

根據(jù)GB 50034—2013《建筑照明設計標準》，確定不同場所的照度指標，嚴格按照目標值控制照明功率密度值。

2.2.2選用高效光源及節(jié)能燈具

在保證相同照度的情況下，三基色熒光燈的能耗要比普通節(jié)能燈節(jié)能18％～20％。因此，該項目一般室內場所均采用高光效三基色細管徑直管熒光燈(管徑不大于26 mm)。鎮(zhèn)流器產生的諧波分量不容忽視，諧波電流會使相應照明回路電壓損失增大，能耗增加。故所有直管熒光燈均配高效低諧波電子鎮(zhèn)流器(H級或L級)。電子鎮(zhèn)流器符合相應能效標準的節(jié)能評價值。

LED光源能量轉化效率和光通量利用率高，比普通熒光燈節(jié)能50％。長時間需要人工采光的公共走道、樓梯間、地下車庫等公共部位照明和疏散指示及樓層顯示等標志燈、室外景觀照明均采用LED燈。

2.2.3采取合理、先進的照明控制方式

該項目公共部位照明均采用智能照明控制系統(tǒng)，具體如下:

(1)大廳燈具的選用、燈光的布置不僅滿足照明的需要，更應考慮照明的氣氛及照明與建筑裝飾的協(xié)調。①整個大廳的燈光由系統(tǒng)自動管理，自動調整燈光效果，使大廳實現(xiàn)智能化管理;②大廳值班處安裝可編程控制面板，根據(jù)不同的時間和氣氛，預設多種燈光場景，按各照明回路亮暗需要的不同搭配組合成多種不同的燈光效果(稱為燈光場景)，存入控制面板的某一按鍵中，當需要改變燈光效果時，就可調用相應的燈光場景。

(2)樓梯間采用定時控制和紅外移動控制等方式。上下班期間全部開啟，平時啟動紅外移動控制方式，下班后延時關閉?；馂陌l(fā)生時強制點亮樓梯間應急照明燈。

(3)公共走道和電梯廳采用間隔控制，正常工作時間全開，非工作時間減光照明，節(jié)假日無人時只點亮少數(shù)燈，還可以通過現(xiàn)場控制面板實現(xiàn)全開、半開等模式?；馂陌l(fā)生時強制點亮公共走道和電梯廳內所有應急照明燈。

(4)地下車庫車道照明、車位照明實行間隔和分區(qū)控制，同時配智能紅外控制，當無人無車時燈光處于休眠狀態(tài)。

采用智能照明控制系統(tǒng)不僅滿足燈光效果設計要求，節(jié)電達20％～50％以上，燈具壽命延長2～4倍，運行費用降低，且省去常規(guī)照明所需的大部分配電控制設備、穿管布線的工作量。

2.3可再生能源的利用

2.3.1光伏建筑一體化的應用

根據(jù)《江蘇省公共建筑節(jié)能設計標準》規(guī)定，在超過2萬m2的1#～5#樓、11#樓均設置了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，總功率不低于建筑物變壓器裝機容量的0.2％，其中1#～5#樓均為4 kW，11#樓為12 kW，共計22 kW。

在1#～5#樓、11#樓屋頂無遮擋區(qū)域設若干組太陽能光伏陣列，通過電池組件將光能轉化成直流電能，再通過直流匯線箱，經并網逆變器輸出220/380 V、頻率(50±2％)Hz的交流電，并入地下車庫照明配電箱，供地下車庫照明使用。當光伏陣列發(fā)出的電力不足時，由電網向負載供電。該項目采用并網光伏系統(tǒng)，為了防止光伏系統(tǒng)產生的電能向公共電網逆向流入，在計量柜和逆變器之間設置接觸器和防逆流控制器。

光伏建筑一體化實現(xiàn)了光伏發(fā)電與建筑的完美結合，是園區(qū)打造綠色建筑的一個亮點。

2.3.2室外太陽能景觀燈的應用

室外照明結合景觀總平面布置，在日照充分的區(qū)域設置獨立式太陽能路燈及庭院燈，采用LED光源。

傳統(tǒng)室外景觀照明線路往往需要多處穿越景觀水系、溝渠，操作難度大，而每個太陽能燈具都是一個獨立系統(tǒng)，安裝時只需制作地基，無需穿線、挖溝，安裝簡便，節(jié)約投資。太陽能燈具的電壓均低于36 V，安全可靠，避免了戶外金屬燈桿發(fā)生危及人身安全的情況。

3　結語

大型經濟園區(qū)節(jié)能潛力很大，電氣設計人員應從安全性、可靠性、經濟性及節(jié)能效果等方面綜合考慮。只有采取合理的設計方案，選擇先進的高效節(jié)能設備，才能實現(xiàn)建筑電氣節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展，最大限度地節(jié)約能源。

參考文獻

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［8］北京照明學會照明設計專業(yè)委員會.照明設計手冊［M］.2版.北京:中國電力出版社，2006.

Electrical Energy-saving Design of Economic Park

LIU Yingmiao
(Shanghai Jihe Architectural Design Co.，Ltd.，Shanghai 201204，China)

Abstract:Combing by the economic park as an example，this paper introduced the design of electrical energy saving in economic park，including by power supply and distribution system，lighting system，and utilization of renewable energy.It is pointed out that the electrical designer adopts the reasonable design scheme and selects the advanced and efficient energy-saving equipments in order to maximize energy conservation.

Key words:electrical energy saving; economic park; power supply and distribution system; lighting system;renewable energy

收稿日期:2016-01-12

DOI:10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.03.006

中圖分類號:TU 201.5

文獻標志碼:B

文章編號:1674-8417(2016)03-0024-04