高層辦公建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

郭貝

摘要：合理選擇、安全運(yùn)用電氣系統(tǒng)設(shè)備，才能做到真正的節(jié)能。本文從照明及智能控制、供配電系統(tǒng)及電氣裝置的選擇、建筑設(shè)備智能控制及能源管理、可再生能源的利用等電氣系統(tǒng)節(jié)能這幾個(gè)方面進(jìn)行討論，以節(jié)能的理念和對(duì)可持續(xù)發(fā)展觀的思考，說(shuō)明了高層辦公建筑電氣節(jié)能措施的應(yīng)用和選擇。

關(guān)鍵詞：智能照明控制；供配電系統(tǒng)；可再生能源

引言：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，城市建筑對(duì)能源的需求也在不斷上升，但是從我國(guó)能源情況來(lái)看，這不是一個(gè)好的發(fā)展趨勢(shì)。如何通過(guò)對(duì)建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)和能源設(shè)備的選擇來(lái)減輕電力能耗問(wèn)題的負(fù)擔(dān)，做到節(jié)能降耗，是設(shè)計(jì)工作人員值得去思考的問(wèn)題。下面以某一辦公樓電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行討論分析。

1 照明及智能照明控制

1.1 LED照明光源的應(yīng)用

LED照明即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，在半導(dǎo)體中通過(guò)載流子發(fā)生復(fù)合放出過(guò)剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。在本工程中，利用LED直管燈代替?zhèn)鹘y(tǒng)T8直管熒光燈，用于對(duì)照度均勻度要求不太高的場(chǎng)所，即地下車(chē)庫(kù)照明；利用LED筒燈代替?zhèn)鹘y(tǒng)節(jié)能管筒燈，用于公共區(qū)域及走道?？捎行Ч?jié)能約30%。

1.2 智能燈光控制系統(tǒng)的應(yīng)用

1.2.1 移動(dòng)感應(yīng)探測(cè)器的應(yīng)用及控制

1.2.1.1 地下電信數(shù)據(jù)機(jī)房、地上公共走廊及衛(wèi)生間照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

設(shè)置了移動(dòng)感應(yīng)探測(cè)器，平時(shí)以滿足保安監(jiān)控需求的低照度運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到有人員活動(dòng)時(shí)控制燈光開(kāi)啟，人員離開(kāi)后延時(shí)關(guān)閉，可以實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能控制。

1.2.1.2 單元式辦公室的照明及空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

a.系統(tǒng)功能：采用KNX/DALI數(shù)字總線技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)尋址功能，照明、窗簾、空調(diào)的控制在一個(gè)觸摸屏上實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)與安防、樓宇BAS的聯(lián)動(dòng)及可視化監(jiān)控。

b.照明控制：使用移動(dòng)感應(yīng)控制照明，在沒(méi)人時(shí)關(guān)閉照明設(shè)備，同時(shí)可分區(qū)或集中控制。恒照度控制，可以在陽(yáng)光強(qiáng)烈時(shí)將燈光亮度調(diào)低降低能耗。

c.空調(diào)控制：可以自動(dòng)及手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管高、中、低三種風(fēng)速；同時(shí)可以使用移動(dòng)感應(yīng)控制空調(diào)風(fēng)機(jī)盤(pán)管，在沒(méi)人時(shí)自動(dòng)關(guān)閉設(shè)備；根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷、制熱、通風(fēng)的參數(shù)；夜晚時(shí)集中關(guān)閉制冷、制熱。

d.窗簾控制：可以控制窗簾電機(jī)的啟停及點(diǎn)動(dòng)，可以將空調(diào)、窗簾、燈光設(shè)定場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)一鍵調(diào)用設(shè)定的狀態(tài)。

1.2.2 各類會(huì)議廳/室的智能燈光控制系統(tǒng)

在所有會(huì)議室，均將每列同種光源燈具由相應(yīng)配電盤(pán)內(nèi)獨(dú)立照明支路供電，可實(shí)現(xiàn)各列獨(dú)立控制。所有照明出線支路均集中納入EIB智能燈光控制管理系統(tǒng)，并將上位機(jī)設(shè)于中控室內(nèi)。工作人員在會(huì)議總控室內(nèi)可根據(jù)各類會(huì)議廳/室的需求、自然采光情況及實(shí)際需要，非常靈活地分別控制各會(huì)議室各列燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、場(chǎng)景及照度值；系統(tǒng)具備就近控制、遠(yuǎn)程控制、定時(shí)控制、聯(lián)動(dòng)控制、組合控制、區(qū)域控制等功能，節(jié)省大量能源同時(shí)還可以節(jié)省人力、降低管理成本，最大限度地減少電能消耗。

2 供配電系統(tǒng)及電氣設(shè)備的選擇

2.1 非晶合金變壓器的選擇及應(yīng)用

合理選擇變壓器的容量和臺(tái)數(shù)，是保證電氣系統(tǒng)節(jié)能的重要因素之一。選擇變壓器的容量和臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)用電負(fù)荷的情況和負(fù)荷等級(jí)，綜合考慮投資和年運(yùn)行費(fèi)用以及負(fù)荷率等因素，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行合理分配，選取容量與電力負(fù)荷相適應(yīng)的變壓器，使其工作在高效區(qū)內(nèi)。

非晶合金是一種采用特殊的超快速制冷工藝加工而成的金屬材料。在材料的微觀結(jié)構(gòu)中，一般金屬均為晶態(tài)材料，其內(nèi)部原子排列有序；而非晶合金材料內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)排列呈無(wú)序狀態(tài)。非晶態(tài)合金與晶態(tài)合金相比，在物理性能、化學(xué)性能和機(jī)械性能方面都發(fā)生了顯著的變化。

2.2 帶調(diào)諧電抗器的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的選擇及應(yīng)用

本工程無(wú)功功率補(bǔ)償采用低壓集中自動(dòng)補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合的方式。為了更有效地抑制諧波，本工程的集中功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償裝置采用電抗器與電容器組合的無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆绞?。其中：電抗器必須配合電容器組，對(duì)產(chǎn)生諧波的大量非線性負(fù)荷進(jìn)行功率因數(shù)校正。電容器和電抗器配置在串聯(lián)諧振電路中進(jìn)行調(diào)諧，使串聯(lián)諧振頻率低于系統(tǒng)中最低的諧波頻率。因此，這種配置通常稱為“調(diào)諧電容器組”，而電抗器被稱為“調(diào)諧電抗器”。調(diào)諧電抗器是為了防止諧波共振問(wèn)題而使用的，它可以避免電容器超載的風(fēng)險(xiǎn)，并有助于降低網(wǎng)絡(luò)的電壓諧波失真。調(diào)諧頻率可以由電抗器的電抗率來(lái)表示（以%計(jì)），或者直接由頻率（Hz）表示。最常見(jiàn)的電抗率值是5.7%、7%和14%（14%用于3次及以上次數(shù)的諧波）。

2.3 有源濾波裝置的選擇及應(yīng)用

抑制諧波的方法有很多種，常用的方法有增加換流裝置的脈動(dòng)數(shù)、加裝交流濾波裝置、改善三相不平衡度、在用戶進(jìn)線處加裝串聯(lián)電抗器、采用有源濾波器/無(wú)源濾波器等。

實(shí)際措施的選擇要根據(jù)諧波達(dá)標(biāo)的水平、效果、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)成熟度等綜合比較后確定，從而抑制高次諧波造成的系統(tǒng)發(fā)熱和損耗，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的節(jié)能。

2.4 智能SPD監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

鑒于本辦公樓的重要性，為確保供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全、可靠，省去每年雨季前后對(duì)SPD進(jìn)行的人工巡檢，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的，設(shè)置了智能SPD監(jiān)控系統(tǒng)。

智能浪涌保護(hù)器SPD包含防雷模塊和檢測(cè)模塊，具備智能檢測(cè)功能。檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)浪涌抑制期間的狀態(tài)信息，并傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)。智能SPD監(jiān)控系統(tǒng)將所有浪涌保護(hù)器進(jìn)行集中監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)了解浪涌保護(hù)器的各種狀態(tài)，無(wú)需進(jìn)行定期人工巡檢，解決了人工巡檢出現(xiàn)的問(wèn)題；在故障時(shí)通過(guò)多種方式報(bào)警，并顯示詳細(xì)的故障信息，可發(fā)送短信告知維護(hù)人員故障及解決方法；可以對(duì)浪涌保護(hù)器的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)分析，預(yù)知其工作狀態(tài)，以保證有效的防護(hù)。endprint

2.5 智能配電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

該辦公樓供配電系統(tǒng)借助于完善的智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高/低壓配電設(shè)備及相關(guān)電氣參數(shù)的監(jiān)測(cè)、控制、故障報(bào)警、通信管理、信號(hào)采集、顯示等功能。采用分層分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高/低壓配電系統(tǒng)的智能化綜合監(jiān)控、統(tǒng)一管理、“四遙”及無(wú)人職班或少人職班的功能，并與整個(gè)大樓的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)融為一體，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)方和就地監(jiān)控的有機(jī)結(jié)合，既滿足了建筑節(jié)能的要求，又為用戶大大節(jié)約了人力資源。

監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上分為兩層：①第一層：現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)量裝置和PLC，安裝在高/低壓開(kāi)關(guān)柜中，完成各自保護(hù)及開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的信號(hào)和測(cè)量電量的采集功能。②第二層：上位監(jiān)控站，完成對(duì)PLC和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置的集中管理和信息集中，作為整個(gè)變電站的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所內(nèi)被控設(shè)備的監(jiān)視、控制和操作。同時(shí)，提供標(biāo)準(zhǔn)通信接口、數(shù)據(jù)格式與上位機(jī)系統(tǒng)通信。

3 建筑設(shè)備智能控制及能源管理系統(tǒng)

3.1 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

為保證健康舒適的室內(nèi)環(huán)境，本辦公樓設(shè)置室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，在人員變化大的一層大堂和二層3#會(huì)議室設(shè)置CO2濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并與相應(yīng)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，當(dāng)室內(nèi)CO2濃度超標(biāo)時(shí)，新風(fēng)閥與排風(fēng)閥聯(lián)動(dòng)增加開(kāi)度。在車(chē)庫(kù)內(nèi)設(shè)CO濃度探測(cè)器，根據(jù)CO濃度自動(dòng)開(kāi)啟送排風(fēng)機(jī)并調(diào)整送排風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)。

3.2 分類、分項(xiàng)能源采集與能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用

3.2.1 分類、分項(xiàng)能源采集系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過(guò)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)量裝置，將電量（含空調(diào)用電、照明用電、室內(nèi)設(shè)備用電、綜合服務(wù)用電、特殊服務(wù)用電等分項(xiàng)能耗）、水量、燃?xì)饬?、冷熱耗量等分類與分項(xiàng)能耗進(jìn)行分別計(jì)量，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與數(shù)據(jù)采集器連接將數(shù)據(jù)匯總輸出，利用管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行分析綜

3.2.2 能源管理系統(tǒng)

EMS能源管理系統(tǒng)功能分為能耗數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、能源消耗分析與管理、能源動(dòng)力過(guò)程監(jiān)控三部分，系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)分為能源監(jiān)管平臺(tái)、能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和能源信息網(wǎng)絡(luò)。

通過(guò)實(shí)時(shí)的在線監(jiān)控和分析管理，可對(duì)設(shè)備能耗狀況進(jìn)行監(jiān)視提高整體管理水平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)能源消耗異常狀態(tài)并協(xié)調(diào)解決，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可為將來(lái)節(jié)能改造提供依據(jù)。

4 可再生能源——太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

太陽(yáng)能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池板、蓄電池、充電控制單元及放電控制單元組成。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)目前主要應(yīng)用于太陽(yáng)能熱水、太陽(yáng)能鍋爐、太陽(yáng)能照明（室外照明：太陽(yáng)能路燈、庭院燈、草坪燈、停車(chē)場(chǎng)燈等；室內(nèi)照明：地下車(chē)庫(kù)燈、辦公室燈等）。隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的不斷完善發(fā)展和日趨成熟，該系統(tǒng)將會(huì)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

4.1 利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)為地下車(chē)庫(kù)照明供電

在本工程屋頂設(shè)太陽(yáng)能光電板，充分利用太陽(yáng)這一清潔純凈、可再生能源，將之轉(zhuǎn)化為電能，直接通過(guò)并網(wǎng)逆變器并入地下車(chē)庫(kù)配電盤(pán)為末端負(fù)荷供電，當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電不能滿足實(shí)際使用需求時(shí)還可由市電進(jìn)行補(bǔ)充以保證正常使用。

并網(wǎng)系統(tǒng)是通過(guò)并網(wǎng)逆變器跟蹤并模擬電網(wǎng)波形、相位，把太陽(yáng)能產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的交流電供負(fù)荷使用，并可選擇是否向電網(wǎng)反送電力。為了電網(wǎng)安全，我們推薦的是太陽(yáng)能系統(tǒng)并網(wǎng)不反送的發(fā)電模式。光照條件好時(shí)，太陽(yáng)能系統(tǒng)發(fā)的直流電通過(guò)逆變器變成交流電供建筑負(fù)荷使用；光照不足或消失時(shí)，由電網(wǎng)向負(fù)荷供電，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖見(jiàn)圖1。

4.2 利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)

本項(xiàng)目淋浴采用太陽(yáng)能熱水，太陽(yáng)能熱水用量占建筑生活熱水消耗量的27.5%，太陽(yáng)能生活熱水系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)目前能源浪費(fèi)的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，但是能源卻非常少。在供配電設(shè)備上能對(duì)節(jié)能工作做出巨大貢獻(xiàn)。為了節(jié)能減耗的目的，在高層辦公建筑電氣設(shè)計(jì)中我們應(yīng)正確設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)，選用節(jié)能的供電設(shè)備，逐步淘汰不符合節(jié)能要求的設(shè)備，結(jié)合科學(xué)的發(fā)展觀，早日實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)和用電設(shè)備能節(jié)能降耗地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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