李嘉誠，魏立明

（吉林建筑大學(xué)電氣與計算機學(xué)院，吉林 長春 130118）

0 引言

政務(wù)中心主要由本級地方政府主辦,集中審批處理需同級以上政府部門授權(quán)受理的全部行政管理許可業(yè)務(wù)事項范圍和具體服務(wù)審批項目,具有集中信息采集和集中咨詢,管理協(xié)調(diào)和綜合協(xié)調(diào),投訴管理和監(jiān)督等功能。政務(wù)中心以高效優(yōu)質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量受到廣大人民群眾歡迎。隨著政府職能的轉(zhuǎn)變和建設(shè)服務(wù)型政府要求的不斷深化，其服務(wù)內(nèi)容發(fā)生了變化，建筑面積隨之增加，功能隨之增多，負荷隨之增大，相應(yīng)的能耗顯著增加，其中電氣能耗占比達到60%，因此大型政務(wù)中心的電氣節(jié)能顯得尤為重要[1]。

文獻[2]通過深入研究我國空調(diào)用能和發(fā)展特點，通過模擬和歸納過程計算出每項的能耗，分析建筑的耗能原因及可再生能源在住宅建筑中的可行性及應(yīng)用研究，在各地區(qū)建筑中的應(yīng)用提出了節(jié)能設(shè)計思路。文獻[3]總結(jié)了當(dāng)前智能家居電器設(shè)備中的核心環(huán)節(jié)，對其節(jié)能目標(biāo)進行評估，根據(jù)節(jié)能原理及經(jīng)驗來設(shè)計家居節(jié)能。文獻[4]通過分析區(qū)域氣候和能源獲取，進行節(jié)能設(shè)計和能源計算，并選擇控制系統(tǒng)，減少能源消耗和分配損失，提高經(jīng)濟效益，實現(xiàn)綠色建筑節(jié)能減排。

本文主要針對大型政務(wù)中心的電氣節(jié)能問題進行研究，通過進行節(jié)能設(shè)計，提出對應(yīng)的節(jié)能措施。

1 大型政務(wù)中心電氣節(jié)能設(shè)計

1.1 電氣設(shè)計方案

大型政務(wù)中心電氣設(shè)計中普遍采用的供電方式是通過箱變電站引入一路220V/380V電源，電纜引入配電間[5]。電氣設(shè)計流程如圖1所示，本設(shè)計二級負荷主要為消防設(shè)備、應(yīng)急和疏散照明，除以上二級負荷之外，其他用電負荷均為三級負荷。二級負荷的應(yīng)急與分散照明及消防設(shè)備的供電方式采取雙回路電源,而三級負荷則采取單一電源供應(yīng)。照明系統(tǒng)以照度計算為主，布置相應(yīng)的燈具以達到國家的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，插座設(shè)置的選型可以依據(jù)不同房間、不同要求進行選擇；建筑物防雷設(shè)計應(yīng)滿足當(dāng)?shù)氐睦讚魲l件與建筑自身的防雷等級，防雷接地形式以TN-C-S形式為主，建筑物雷電防護等級為三類，在房頂最高處安裝接閃桿，屋頂安裝接閃帶和避雷網(wǎng)，接閃桿、接閃帶與防雷引下線均聯(lián)結(jié)成一體。此外，采用金屬框架、金屬支架與屋頂接閃帶牢固地結(jié)合，形成等電位體，針對雷擊造成的過電壓保護，一般采取在直流側(cè)和交流側(cè)設(shè)置電涌保護裝置，以防止因過電壓造成的設(shè)備損害；消防系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的選擇和計算根據(jù)該建筑類型及建筑用途所決定[6]。

圖1 電氣設(shè)計流程圖

1.2 電氣節(jié)能設(shè)計措施

1.2.1 電力負荷的選取

大型政務(wù)中心光伏發(fā)電項目工程采用低壓并網(wǎng)模式，利用太陽能發(fā)電，由于其自身的特性（光照強度不同，產(chǎn)生的電流也會有差異），因此，尋找適合于發(fā)電特性的用電量就顯得尤為重要。在用電容量比光伏系統(tǒng)的發(fā)電量大且光伏發(fā)電期用電比較穩(wěn)定的情況下，對建筑物的供電負荷進行了分析。地下室停車場照明長時間運行，負載平穩(wěn)，但由于消防分區(qū)的設(shè)置，配電柜分布比較分散，而且項目初期未考慮采用太陽能發(fā)電，所以沒有安裝地下室照明總箱。盡管地下室的總光照面積很大，但是在分散的情況下無法與太陽能系統(tǒng)相匹配。地下室的送風(fēng)器也存在相似的問題，并且在后期的物業(yè)管理中，為節(jié)省能源，即使僅打開一部分風(fēng)扇，也會造成負載的不穩(wěn)定[7]。因此，弱電系統(tǒng)是最好的選擇，由于樓層多，所以即使負載不確定，也能滿足光伏發(fā)電的需求。

1.2.2 光伏接入節(jié)點選取

太陽能發(fā)電系統(tǒng)普遍選擇安裝在建筑物的屋頂上。由于樓頂太陽能發(fā)電距離地下低壓配電室走線近百米，建議盡可能接入靠近光伏發(fā)電系統(tǒng)的用電設(shè)備，以降低線路損耗和線路維修費用。

項目初期，太陽能發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)廠家提出將接入點設(shè)在變電站的低壓主母線上，從而保證電力的穩(wěn)定和被充分的利用，進而不需要擔(dān)心用電的問題。不過考慮到高層建筑對電力的可靠性有很高的要求，若發(fā)生意外，會造成低壓母線的停電，影響設(shè)備的使用，造成資料丟失。因此，應(yīng)選擇在終端進行操作。在負荷選取后，若將光伏發(fā)電系統(tǒng)與照明干線連接即可節(jié)約引到地下室的電纜，最后與廠方商量后，選擇并入照明干線。其具體實施方式為：在主干電源上加裝插接盒，安裝保護開關(guān)，并將其與光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流配電柜的輸出端相連。

1.3.3 “孤島現(xiàn)象”的影響分析

“孤島現(xiàn)象”是指當(dāng)電網(wǎng)不能供電時，當(dāng)逆變器的輸出端局部負荷的共振頻率等于電網(wǎng)額定功率時，逆變器仍能正常工作。“孤島現(xiàn)象”會給人和設(shè)備帶來安全隱患甚至造成危險：當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障不能正常運行時，若維修人員對線路或設(shè)備進行維修，如果逆變器持續(xù)供電，則可能會引起觸電事故；如果電網(wǎng)出現(xiàn)故障，而逆變器仍在持續(xù)運行，那么在電網(wǎng)電壓恢復(fù)時，會出現(xiàn)與并網(wǎng)逆變器的輸出電壓相差較大，致使產(chǎn)生沖擊電流[8]。為保證檢修人員和設(shè)備的安全，將反孤島控制器、操作開關(guān)安裝在樓頂光伏發(fā)電系統(tǒng)旁。

2 工程案例分析

2.1 工程概況

為了深入研究綠色建筑電氣節(jié)能設(shè)計，本文選取實際案例進行具體分析。案例為吉林省長春市某政務(wù)中心整體改造工程，本建筑為二類建筑，建筑總面積達到6 740 m2，建筑高度為24 m，建筑結(jié)構(gòu)形式采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)。地下1層為車庫和設(shè)備用房，地上5層全部為辦公用房。

2.2 電氣節(jié)能數(shù)據(jù)分析

傳統(tǒng)的重要電子設(shè)備的供電方式是雙電源+UPS，而光伏發(fā)電則考慮是否安裝蓄電池組作為儲能或是選擇即發(fā)即用的問題，主要考慮到該項目發(fā)電量不大，加裝蓄電池后在項目投資等各個方面的費用均有提高。從系統(tǒng)設(shè)置方面來看，即時使用的方式簡單、直觀，后期的維護工作也比較少。此外，從太陽能資源的豐富程度來看，本工程位于5級區(qū)域，其發(fā)電能力不穩(wěn)定，不具備良好的蓄電池運行環(huán)境。綜合上述因素，大型政務(wù)中心光伏發(fā)電項目工程最終采取“即時使用”的方法。光伏發(fā)電的系統(tǒng)（見圖2）展示了大型政務(wù)中心光伏電站的組件、系統(tǒng)配置及配電方式，為可再生能源在建筑系統(tǒng)中應(yīng)用提供設(shè)計思路。

圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)

2.3 節(jié)能改造前后數(shù)據(jù)對比分析

通過本次改造，在負荷中心安裝了一個0.4 kV變電站，既節(jié)約了能源用電，又減少了線路損耗及供應(yīng)和分配系統(tǒng)的無功功率損耗。選用節(jié)能設(shè)備，變壓器采用非晶合金干式變壓器，負荷成本控制在85%以下，提高了變壓器的工作效率。照明設(shè)計采用LED節(jié)能電器和直接照明，光質(zhì)和功率分檔測量，便于測量使用的電量。施工設(shè)備中風(fēng)機、水泵采用變頻調(diào)速設(shè)備，電梯采用具有功率反饋的電梯。本項目已獲批能源監(jiān)測與管理，實現(xiàn)了綠色建筑節(jié)能減排的目標(biāo)，為能源使用的改善提供了完整的檢查流程和能源使用信息，詳見表1。

表1 大型政務(wù)中心改造前后全年總耗電統(tǒng)計kW·h

3 結(jié)論

本文針對大型政務(wù)中心電氣節(jié)能問題進行了深入分析，從負荷選取、光伏發(fā)電接入點選取、孤島效應(yīng)影響等方面進行了詳細闡述，提出相應(yīng)電氣節(jié)能措施。以北方某大型政務(wù)中心為例，進行電氣節(jié)能案例分析，該中心采用建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)實際數(shù)據(jù)分析表明，建設(shè)太陽能光伏一體化系統(tǒng)，實際每年發(fā)電量約9.36萬kW·h，每年可節(jié)約電能約708 850 kW·h，即70.88萬度電，項目節(jié)能效果良好，可為同類建筑的節(jié)能改造提供借鑒和參考。