樓宇大廈供配電系統(tǒng)節(jié)能設計

徐星+朱建紅

摘 要 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程不斷加快，繁華商業(yè)樓不斷出現(xiàn)，所帶來的能耗問題也日漸凸顯。論文基于此，先對設備種類及能耗特性展開研究，分析相關節(jié)能新舊標準規(guī)范基礎上，采用現(xiàn)有有關節(jié)能的技術新標準規(guī)范，引進風光互補新能源技術，進行系統(tǒng)方案設計。接著，結合工程案例，對供配電系統(tǒng)進行設計，包括負荷計算、照度計算、短路電流計算、設備選型、線纜選型等。最后，借助建筑電氣CAD分別對照明系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、高低壓供配電系統(tǒng)進行系統(tǒng)布線結構設計。

【關鍵詞】樓宇大廈 供配電 風光互補 節(jié)能

1 問題提出

隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們生活水平的提高，對建筑物的功能需求越來越高，對電能的要求也就更高，帶來的能耗也隨之增多。在全球能源危機，不可再生能源日益減少的背景下，我國提出節(jié)能環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建筑節(jié)能是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一件大事，而電氣系統(tǒng)作為建筑物最主要的能耗，加強對其的節(jié)能已勢在必行。

2 功能需求與總體方案

2.1 節(jié)能型樓宇大廈的供電需求

供電設計應根據(jù)用戶的設備容量使用要求進行設計。對于用電質量很高的樓宇大廈，分別從城市電網(wǎng)引兩路10kV高壓電源，一用一備，采用高壓電纜埋地引入高壓配電房。同時根據(jù)用電設備的需求特性，確定負荷等級。對于特別重要的負荷采取雙電源雙回路專用電纜供電，并就地設置UPS電源供電。也可以使用風光互補發(fā)電加儲能設備進行供電，并在最末一級配電箱處設置自動切換裝置。其他一二級負荷也采用雙電源供電。通常情況，對于照明負荷供電均采用風光儲系統(tǒng)供電，當蓄電量不能滿足用電負荷時，切換到城市電網(wǎng)供電。

2.2 節(jié)能型樓宇大廈的配電需求

高壓配電接線方式為單母，兩路電源一用一備分別對低壓配電所配電，低壓段采用單母線分段運行，配電采用220/380V放射式與樹干式相結合的方式，對于單臺容量較大的負荷采用放射式供電，對于照明及一般負荷采用樹干式與放射式相結合的供電方式。

2.3 節(jié)能型樓宇大廈整體供配電設計

通過對樓宇大廈供配電功能需求分析，結合用戶對用電設備的需求，得到樓宇大廈電氣系統(tǒng)基本組成如圖1所示。

由圖1可知，樓宇大廈建筑電氣系統(tǒng)組成主要有供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、以及給排水系統(tǒng)等。合理設計、動態(tài)控制及管理各個子系統(tǒng)能量需求，是樓宇大廈節(jié)能的重要工作。

3 供配電節(jié)能設計

本系統(tǒng)設計以具體工程為例，工程大廈地上12層，地下2層。建筑高度54.9m米（室外地面至屋頂構架）。建筑面積77756.9m2。項目屬于一類高層建筑。就地下1、2層展開節(jié)能設計。

3.1 結合節(jié)能元素的照明系統(tǒng)設計

對于室內(nèi)場所的照明主要選擇節(jié)能型熒光燈及低功耗LED燈，選用的照明光源、鎮(zhèn)流器的能效符合相關能效標準的節(jié)能評價值。最新頒布的《建筑照明設計標準》GB50034-2013相比《建筑照明設計標準》GB50034-2004，在6.1節(jié)和6.2節(jié)對照明節(jié)能作了一般規(guī)定，并且給出了具體的照明節(jié)能措施。規(guī)定照明節(jié)能應采用一般照明的照明功率密度值（LPD）作為評價指標，提出在滿足規(guī)定的照度和照明質量要求的前提下，進行照明節(jié)能評價。

照明設計計算主要依據(jù)《照明設計手冊》第二版，照度計算采用利用系數(shù)法，該方法考慮到光源直接照射和經(jīng)室內(nèi)反射到工作面上的光通量，計算結果比較準確，再根據(jù)選擇的燈具容量及鎮(zhèn)流器功率，計算工作平面上的照明功率密度值，并與節(jié)能目標值比較，具體結果如表1所示。

由表1可知，室內(nèi)主要場所照明的實際照度均大于標準照度的要求，實際功率密度也均小于標準規(guī)范功率密度的節(jié)能目標值，照明設計滿足節(jié)能要求。

3.2 結合節(jié)能元素的動力系統(tǒng)設計

在樓宇大廈動力系統(tǒng)中，電機拖拽系統(tǒng)是主要的能耗部分，其主要節(jié)能方法利用變頻調速控制方式，根據(jù)系統(tǒng)控制對象需求，調節(jié)輸入電源頻率，通過調節(jié)電機轉速使整個電機拖拽系統(tǒng)達到輸入與輸出間動態(tài)平衡，從而達到提高系統(tǒng)功率因素，節(jié)能降耗。在采取變頻調速控制的基礎上，各子系統(tǒng)還有其他的節(jié)能措施。就空調系統(tǒng)的節(jié)能設計來說，2004年頒布施行的《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》GB50019-2003相比于2001年頒布施行的《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》GBJ19-1987，在第八章監(jiān)測與控制中明確提出對采暖、通風與空氣調節(jié)系統(tǒng)應設置監(jiān)測與控制系統(tǒng)，采用集中監(jiān)控系統(tǒng)可合理利用能量實現(xiàn)節(jié)能運行，2005年7月頒布實施的《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189-2005在第五章對空調系統(tǒng)的節(jié)能設計做了明確規(guī)定，并根據(jù)09CDX008-3《建筑設備節(jié)能控制與管理》圖集，設計空調控制系統(tǒng)。電梯系統(tǒng)還可采用電梯群控技術，通過對樓宇大廈內(nèi)部多部電梯進行合理調度分配管理，防止電梯長期運行在空載或輕載工況下，降低電梯系統(tǒng)能耗。電梯回饋技術，將電梯輕載上行和重載下行運行過程中產(chǎn)生的一部分電能反饋到供配電系統(tǒng)中，供其他用電設備使用。

3.3 結合節(jié)能元素的變壓器設計

3.3.1 合理選擇變壓器容量和數(shù)量

變壓器容量按變壓器所帶用電負荷來選擇，與負荷特性匹配，并合理分配負荷，力求三相平衡。變壓器臺數(shù)選擇，依據(jù)《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50052—2009中第3.3.1條，本工程均為一級二級負荷，所以選用兩臺或兩臺以上變壓器。綜合考慮投資和運行費用，變壓器主接線采用單母線分段，確定變電所1變壓器T1、T2容量為2000KVA，變電所2變壓器T3、T4容量為1600KVA。

3.3.2 選用節(jié)能型變壓器

2008年頒布施行的《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJ16-2008相比于已廢止的《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJ/T 16-1992，在配電變壓器選擇一節(jié)中，明確規(guī)定配電變壓器選擇應根據(jù)建筑物的性質和負荷情況、環(huán)境條件確定，并應選用節(jié)能型變壓器。節(jié)能型變壓器中鐵損很小，將有效減少變壓器輸配電過程中的電能損耗。課題采用SCB10-10/0.4kV系列的干式變壓器。

3.3.3 選用D，yn11接線組別變壓器

樓宇大廈節(jié)能燈、熒光燈、計算機、變頻空調、鎮(zhèn)流器、UPS電源等的大量使用，會產(chǎn)生很大的三次諧波。因此，配電變壓器宜選用D，yn11接線組別的變壓器，能有效限制三次諧波，也能降低三相系統(tǒng)中的零序阻抗。

3.4 結合新能源利用供電靈活切換

目前風光互補發(fā)電效率較低， 無法完全滿足樓宇大廈的電力需求，因此需要市電和風光互補發(fā)電共同為居民供電。在用電低谷時，用戶可以直接從電網(wǎng)取電；用電高峰時，切換到風光互補系統(tǒng)蓄電池供電，蓄電池為重要負荷及照明負荷供電，當控制器檢測到蓄電池電壓不能滿足用電負荷使用時，切換到城市電網(wǎng)供電，并根據(jù)風光條件與用電負荷合理配置風光互補發(fā)電系統(tǒng)，風光互補發(fā)電系統(tǒng)基本組成如圖2所示。

4 計算機輔助工程設計

4.1 照明系統(tǒng)

課題在建筑條件圖的基礎上對地下一二層照明進行設計，室內(nèi)公共場所的照明選用節(jié)能型T5熒光燈，疏散指示燈采用低功耗LED光源，根據(jù)表1的計算結果進行照明平面圖繪制。公共場所照明，可采用樓宇自控系統(tǒng)，樓梯間采用節(jié)能延時自熄開關控制。照明控制根據(jù)功能要求采用分組、分區(qū)、動靜控制、時間控制、光敏調節(jié)照度或開關等方式。照明配電系統(tǒng)圖如圖3所示，車庫照明回路設接觸器，并接入樓宇自控系統(tǒng)（BA）。

4.2 動力系統(tǒng)

對功率大于4KW的電動機（除消防設備）均采用變頻降壓啟動控制，以節(jié)約能源。并采用樓宇設備自控管理系統(tǒng)對空調設備、水泵、各類風機及其他用電設備進行能量自動控制、自動調節(jié)、實時監(jiān)察，以實現(xiàn)最優(yōu)化運行，達到集中管理、程序控制和節(jié)約能源等目的。動力配電系統(tǒng)圖如圖4所示。

4.3 低壓配電系統(tǒng)

低壓配電系統(tǒng)采用兩路10kV電源進線，一用一備，兩路進線開關不能同時閉合。正常工作時只用1#主進線，2#進線備用。在低壓配電柜及饋線柜設多功能儀表，支持RS485通信，MODBUS協(xié)議，可接入多種軟件通訊系統(tǒng)，通過智能聯(lián)網(wǎng)設計，可在人機界面實時觀察動態(tài)用電情況。

5 總結

課題以某12層大廈為研究對象，結合建筑電氣設計相關新舊標準規(guī)范及樓宇大廈主要能耗，分析樓宇大廈電氣節(jié)能技術，對樓宇大廈供配電系統(tǒng)進行節(jié)能設計，并結合工程案例進行具體分析。同時，引進新能源領域風光互補發(fā)電系統(tǒng)，為樓宇大廈的供電提供了多種渠道，減少用電高峰對城市電網(wǎng)的用電。

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