舊辦公樓節(jié)能改造中的電氣設(shè)計方案

梁　晨

(華東建筑設(shè)計研究院有限公司, 上?！?00002)

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舊辦公樓節(jié)能改造中的電氣設(shè)計方案

梁晨

(華東建筑設(shè)計研究院有限公司, 上海200002)

針對“城市更新”主題下舊辦公樓節(jié)能改造,結(jié)合某舊辦公樓項目的改造過程,分析了舊辦公樓節(jié)能改造中的電氣設(shè)計方案,從項目的用能特點、建筑電氣設(shè)計上的針對性技術(shù)解決措施及節(jié)能技術(shù)方面進行了闡述。綜合經(jīng)濟效益分析測算結(jié)果表明,中央空調(diào)系統(tǒng)部分的節(jié)能改造效果最明顯,其始終保持在最經(jīng)濟的運行狀態(tài)。

舊辦公樓; 城市更新; 合同能源管理; 節(jié)能改造

0　引　言

1994～2000年屬于我國第一輪辦公樓建設(shè)高峰。這些第一代辦公樓往往由非專業(yè)、非成熟房產(chǎn)機構(gòu)負責開發(fā)并擁有,設(shè)計標準低,設(shè)施設(shè)備技術(shù)水準參差不齊,加上物業(yè)管理不善,能耗水平較高,在使用和效果上與目前的市場需求有較大的差距和提升空間,同時大多已進入10～15 a的物業(yè)更新期[1-2]。這就是目前“城市更新”中典型舊辦公樓的群體特征。因此,“城市更新”中對于辦公樓的改造需求日益高漲,其中節(jié)能改造的需求尤為突出。

1　用能設(shè)備概況

結(jié)合某高層辦公樓實例(面積約為35 000 m2,建于20世紀90年代初,框架結(jié)構(gòu)),剖析其用能狀況。

(1) 供電系統(tǒng)(變壓器系統(tǒng))。配置2臺1 250 kVA變壓器,每年帶載運行220 d,每天24 h運行,大廈平均電價為1.06元/kWh。

(2) 中央空調(diào)系統(tǒng)。中央空調(diào)主機的配置表如表1所示。

表1中央空調(diào)主機的配置表

名稱輸入功率/kW配置數(shù)量/臺輸入總功率/kW螺桿式水冷機組30×83720冷卻水小循環(huán)泵30390冷凍水循環(huán)泵30390熱水循環(huán)泵15230電熱水鍋爐60021200

表1中,在夏季,冷卻水泵常開2臺,冷凍水泵常開1臺,熱水循環(huán)泵常開1臺,機組機頭常開20臺,特殊氣候條件下開24臺機頭;在冬季,電熱水鍋爐常開2臺,負載率為55%,供暖主要由2臺600 kW的電熱水鍋爐提供。夏季供冷120 d,冬季供暖90 d,每個月運行22 d,每天運行11 h。

(3) 照明系統(tǒng)。照明燈具配置18 W電子節(jié)能燈45只,20 W電感式日光燈42只,36 W電感式日光燈12只,11 W電子節(jié)能燈134只,5 W電子節(jié)能燈307只,照明系統(tǒng)每年運行220 d,每天運行11 h,平均電價為1.06元/kWh。

2　用能設(shè)備存在問題

(1) 變壓器系統(tǒng)。變壓器輸出電壓為400 V,易造成鐵損、銅損,電能消耗增加,燈具易損壞,增加大廈運行成本和浪費人力資源。

(2) 中央空調(diào)系統(tǒng)。2臺水冷機組使用時間較長,其能效比嚴重衰減,制冷效率低,能耗大;冷卻、冷凍循環(huán)水泵仍實行傳統(tǒng)的定流量運行模式,電能浪費大; 2臺600 kW的電熱水鍋爐提供45 ℃熱水作為空調(diào)采暖熱源,能效比低,能源消耗大,運行成本高。

(3) 照明系統(tǒng)。雖然部分區(qū)域采用電子節(jié)能燈,但大部分仍采用電感式日光燈,與新光源LED相比,還有較大的節(jié)能空間。

3　典型舊辦公樓節(jié)能改造電氣方案

針對該高層辦公樓用能系統(tǒng)的用能設(shè)備,實施如下節(jié)能改造措施方案。

3.1變壓器系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造

在配電站變壓器的輸出端安裝變壓器側(cè)智能化節(jié)電裝置,從而提高電源質(zhì)量,延長用電設(shè)備的使用壽命,節(jié)省電能。

變壓器側(cè)智能化節(jié)電裝置主要采用信號采集存儲,實時跟蹤負荷變化,通過微計算機控制技術(shù)、智能化調(diào)壓器等組合配置,平衡電流、電壓,降低設(shè)備頻繁起動產(chǎn)生的峰值電流,抑制高次諧波,修復電壓、電流波形,提高使用設(shè)備的安全性、可靠性。

(1) 通過智能化電壓采樣系統(tǒng),與設(shè)定的電壓進行比較,使電源電壓與實際使用的終端電壓相匹配,符合GB 12325—1990《電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差》中如下規(guī)定:“10 kV以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7%,220 V單相用戶供電電壓允許偏差為額定電壓的7%～10%”。

(2) 合理調(diào)整電壓,延長用電設(shè)備的使用壽命。在不影響正常運行的條件下,可大幅度地減少銅損、鐵損,降低渦流,達到節(jié)能的目的。

(3) 抑制高次諧波,將電抗器、電容器等電器元件組成的一個高效濾波電路串聯(lián)在電源電路中,有效抑制高次諧波,緩沖電源電壓的瞬變、電涌和脈沖電流。

3.2中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造

(1) 用模塊式風冷冷(熱)水機組替代螺桿式水冷機組。模塊式風冷冷(熱)水機組具有近100%的容積效率,保證了能效比較往復式高出20%～30%,其熱氣直通結(jié)構(gòu)可以防止蒸發(fā)器底部融霜水結(jié)成冰,加強了機組低溫制熱的穩(wěn)定性。機組節(jié)能認證能效比可達3.37,達到國家節(jié)能產(chǎn)品二級標準,可根據(jù)負荷大小自動調(diào)節(jié)機組的制冷量,使機組的輸出與空調(diào)負荷保持最佳匹配。主模塊設(shè)計使得任何一臺機組都可作為主模塊,協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)按需工作,同時具有超強兼容性和可擴展性,不同型號模塊間可以任意組合,為系統(tǒng)日后的再升級帶來方便。單個模塊雙系統(tǒng)設(shè)計中模塊之間獨立運行,即每臺模塊機有2個獨立的制冷系統(tǒng),單個系統(tǒng)發(fā)生故障時不影響其他系統(tǒng)的正常運行,保證機組正常運行的同時可進行維修和保養(yǎng),同時配備專門用于供暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)的智能化節(jié)電裝置。

(2) 采用高效節(jié)能水泵替代高能耗水泵。在冷凍循環(huán)水泵的電機上安裝水泵智能化節(jié)電裝置,控制循環(huán)水泵的流量,實行變流量運行,節(jié)省電能。

中央空調(diào)系統(tǒng)采用的智能化節(jié)電裝置自動調(diào)節(jié)水泵、電機風機轉(zhuǎn)速,使系統(tǒng)保持在最經(jīng)濟的運行狀態(tài),通過人工智能界面實時跟蹤電機運行負荷變化,并及時調(diào)整電機轉(zhuǎn)速,達到節(jié)能的目的。同時,使電機起動電流小于滿載電流,減少電流對電網(wǎng)的沖擊,降低設(shè)備的運行噪聲,延長設(shè)備使用壽命,使其具有各種保護功能和軟起動功能。

3.3照明系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造

在提高電能質(zhì)量的前提下,LED替代電感式日光燈和電子式熒光燈,達到節(jié)能目的,并延長用電設(shè)備的使用壽命。

LED高效光源,特別是白色光源(適用于一般照明)的發(fā)展,對于大幅降低照明用電量具有重要的作用,可以降低電能消耗增長速度,減少新增電網(wǎng)容量的費用。相對傳統(tǒng)光源,LED光源具有以下特點:

(1) 節(jié)能。光譜集中于可見光頻段,發(fā)光效率可達80%～90%,光線質(zhì)量高,基本無輻射,屬于典型的綠色照明光源。

(2) 壽命長。普遍在30 000 h以上,即便是頻繁進行開關(guān),也不影響其使用壽命。

4　綜合經(jīng)濟效益分析測算

綜合經(jīng)濟效益分析測算如表1所示。

表1綜合經(jīng)濟效益分析測算

名稱具體措施年節(jié)電量/kWh折合標煤/t年節(jié)約費用/萬元投資/萬元變壓器系統(tǒng)安裝智能化節(jié)電裝置356400106.9237.78186.74中央空調(diào)系統(tǒng)安裝智能化節(jié)電裝置10160030.4910.77439.78安裝模塊式風冷冷(熱)水機組736200220.8578.03439.78照明系統(tǒng)安裝LED節(jié)能燈61001.830.656.09

由表1可見,該辦公樓綜合節(jié)能改造方案包含3個系統(tǒng)4項節(jié)能技術(shù)措施,預計每年可節(jié)電1 200 000 kWh,折算標準煤360.09 t,每年綜合節(jié)能效益為127.23萬元,節(jié)能效果明顯,其中,中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造效果最為明顯。

節(jié)能改造工程的全部投入由節(jié)能服務(wù)公司先期提供的前提下,經(jīng)過經(jīng)濟模型測算,合同管理提供三種合作模式[3-4]:

(1) 節(jié)能量保證型,客戶一次性支付節(jié)能改造工程費用632.61萬元,投資回收期為4.97 a。

(2) 節(jié)能效益支付型,即用戶零投資零風險的使用節(jié)能設(shè)備,將節(jié)省的能源費用直接支付給節(jié)能項目公司,直至付清為止。合同總金額為 899.86萬元,投資回收期為7.07 a。

(3) 節(jié)能效益分享型,即用戶零投資零風險的使用節(jié)能設(shè)備,將節(jié)省的能源費用按比例分享。若按節(jié)能公司占有80%節(jié)省的能源費用,分享期限按10 a設(shè)定,則在合同分享期限內(nèi),凡節(jié)能設(shè)備的維護費、保養(yǎng)費均由合同雙方按分享比例共同分擔,并在當月的節(jié)能款中扣除。

5　結(jié)　語

在“城市更新”主題下舊辦公樓節(jié)能改造中,電氣專業(yè)可以發(fā)揮相當大的作用,涉及配電源頭的變壓器、大型機組(如空調(diào)主機)的供電、長時間運行的水泵等設(shè)備節(jié)電技術(shù),以及末端照明綠色技術(shù)的更新等。

“城市更新”給建筑電氣設(shè)計領(lǐng)域提出新的課題,需要電氣設(shè)計人員深入研究用電設(shè)備的運營特性,針對性地采用電工技術(shù)進行適配,從技術(shù)端提升自身能力,以滿足業(yè)主的各種需求。

[1]郝桂珍,孟沖.上海電氣總部辦公大樓綜合改造技術(shù)集成示范工程[J].建設(shè)科技,2015(9):43-47.

[2]姜杰,張曉峰,宋立燾.城市更新與中國實踐[M].濟南:山東大學出版社,2013.

[3]顧卿.簡述合同能源管理機制及運營模式[J].智能建筑,2014(8):26-28.

[4]KAMARUZZAMAN S N,ZULKIFLI N.A review of the lighting performance in buildings through energy efficiency[C]∥2nd International Conference on Research in Science,Engineering and Technology(ICRSET’2014),2014:165-169.

Electrical Design Scheme of Energy-saving Renovation in Old Office Building

LIANG Chen

(East China Architectural Design & Research Institute Co., Ltd., Shanghai 200002, China)

Aiming at the energy-saving renovation of old office building under urban regeneration,combining by an old office building,this paper analyzed the electrical design schemes of energy-saving renovation.The features of energy consumption,specific technical solutions of electrical design scheme and energy-saving technologies were elaborated.The comprehensive economic analysis results show that the energy-saving renovation of central air-conditioning system has the mostobvious effect which is always in the most economic operating state.

old office building; urban regeneration; energy management contracting; energy-saving renovation

梁晨(1972—),男,高級工程師,從事電氣節(jié)能設(shè)計。

TU 852

B

1674-8417(2016)06-0031-03

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.06.008

2016-05-11