某经济园区电气节能设计

刘英淼(上海吉禾建筑设计有限公司，上海　201204)



某经济园区电气节能设计

刘英淼
(上海吉禾建筑设计有限公司，上海201204)

刘英淼(1979—)，男，工程师，从事建筑电气设计工作。

摘要:结合某经济园区工程实例，从供配电系统、照明系统、可再生能源利用方面介绍了经济园区的电气节能设计。提出设计人员要采用合理的设计方案，并选择先进、高效的节能设备，才能最大限度地节约能源。

关键词:电气节能;经济园区;供配电系统;照明系统;可再生能源

0　引言

近年来，随着我国经济的快速发展，城市化进程的速度在不断加快，建筑能耗总量呈直线上升趋势。为了解决日益突出的能耗问题，响应国家建筑节能减排的号召，设计人员在设计时必须采取措施降低电气系统损耗，实现高效节能。

1　工程概况

南通崇川总部经济园区占地面积约为90 656 m2，由12栋高层(1#～12#楼)及1座地下车库组成，总建筑面积约为33万m2，属于集办公、商务配套、会议等功能于一体的高层建筑群;其中11#主楼地上为2座23层塔楼，裙房3层，建筑高度为99.6 m，其余11栋楼为8～16层;地下车库为大型机械停车库和设备用房，面积为7万m2，其中非人防区域为4.6万m2，人防区域为2.4万m2。

2　电气节能设计

2.1供配电系统的节能

2.1.1合理设置变配电所位置，减少线路损耗合理设置变配电所位置，既可以有效减少项目投资，又可以减少线路损耗。线路损耗为

式中: Iφ——相电流;

σ——电导;

L——线路长度;

S——线路截面。

由式(1)可见，在线路电流和电导不变的情况下，线路损耗与线路长度成正比，与线缆截面成反比。该园区体量大，线缆长度长，线路损耗大，设计时必须合理选择线缆截面，尽量减少配电线缆的长度。

该园区10 kV开闭所、9个分变电所均兼顾地上建筑的楼层高度、负荷大小、管道进出限制及规范所要求的其他限制条件，经过合理布置，均深入负荷中心，低压供电半径均控制在150 m以内，最大限度地减少了低压线缆的长度，降低了线路损耗。

2.1.2选用高效节能型变压器及接线组别

据相关资料统计，我国变压器的总损耗占系统发电量的10％左右，10 kV配电系统中变压器的损耗占80％以上。因此，合理选择节能型变压器对整个供配电系统的节能至关重要。

该项目所有变电所内均采用非晶合金干式变压器。以铁元素为主的非晶态合金具有高饱和磁感应强度和低损耗等特点。非晶合金干式变压器与传统的干式变压器相比，其空载损耗下降为70％～80％，空载电流下降为75％～85％，节能效果显著。

变压器年有功电能损耗为

式中:ΔP0——变压器空载有功损耗;

ΔPk——变压器满载有功损耗;

Sc——变压器计算负荷;

Sr——变压器额定容量负荷;

T——最大负荷年损耗小时数;

t——变压器全年投入运行小时数，取8 760 h。

一台全年运行的SCB10型1 000 kVA变压器，年有功电能损耗ΔP0= 1 770 W，ΔPk= 7 100 W，负载率为75％，T = 3 000 h，则ΔWT= 27 495 kWh。

一台全年运行的1 000 kVA的非晶合金干式变压器，年有功电能损耗ΔP0= 450 W，ΔPk= 7 650 W，负载率为75％，T = 3 000 h，则ΔWT= 16 851 kWh。

因此，每台1 000 kVA非晶合金干式变压器比SCB10型干式变压器节电10 644 kWh。如该园区变压器总装机容量为23 150 kVA，采用非晶合金干式变压器，每年可节电246 408 kWh。按变压器正常寿命30 a计算，采用非晶合金干式变压器共节电739万kWh，节能效果非常显著。

所有变压器均采用D，yn11接线，有功损耗比同容量D，yn0接线的变压器低。

2.1.3设置无功补偿，抑制谐波

设置低压集中自动补偿与分散补偿装置，降低供电系统的无功功率。变压器采用D，yn11接线，使3n次谐波电流在变压器D接线的中压绕组内形成环流，不流入电网。

三基色细管径直管荧光灯采用高效低谐波电子镇流器就地分散补偿，补偿后功率因数达0.95以上。

所有变电所低压侧均设置无功自动补偿装置，补偿后高压侧功率因数不低于0.95。按照当地电力部门要求，采用三相混合补偿的方式，其中分相补偿容量不小于总补偿容量的40％。为了有效地抑制谐波，确保电能质量，电容器柜内均配7％的消谐电抗器，有效抑制5次及以上的谐波。

在抑制谐波的无功补偿中，电容器容量不能简单地按计算的无功容量进行配置，应考虑由于电抗器和电容器串联后电压抬高及电容器降容的问题。

如额定工作电压Un= 400 V，额定补偿容量Q =200 kvar，串联电抗率K =7％，母线短路容量S =20 MVA，母线电压升高值为

电容器端子上所加电压为

电抗率为7％的LC无功补偿电容器的耐压值Ucn一般取480 V，因此

2.1.4设置能耗动态监测管理系统

根据住建部2008年6月发布的《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》规定，该园区在面积＞20 000 m2的甲类公共建筑单体均设置了能耗动态监测管理系统。在11#楼设置能耗动态监测中心，通过远程传输等手段，及时采集能源消耗各个环节的数据，并对各项数据进行分析。

按照国家能耗采集标准，内部采用分级计量。

(1)照明插座用电:包括照明和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电，共3个子项。

对于公共部位的照明插座用电按楼层或区域计量;对于出租用办公楼层的照明插座用电实行分户计量;走廊和应急照明包括公共区域的照明;室外景观照明仅包括建筑物立面照明，不包括室外路灯及庭院灯照明，因该部分采用太阳能景观灯，不纳入分项计量。

(2)空调用电:未采用大型中央空调，仅空调末端用电1个子项，包括多联机空调机组、新风机组、空调室内机等。出租办公单元内的空调室内机并入照明和插座用电，不再单独设表计量。

(3)动力用电:包括电梯、水泵、通风机用电，共3个子项。电梯用电包括所有客梯、货梯、消防电梯、自动扶梯及电梯机房空调等设备用电。水泵指除采暖空调系统和消防系统以外的所有水泵，包括生活泵、排污泵等。通风机指除采暖空调系统和消防系统以外的所有风机，如车库排风机、卫生间排风机等。卫生间小功率排风机如接入照明回路，宜纳入照明分项。

(4)特殊用电:包括信息中心、厨房餐厅或其他特殊用电。在变电所主进线开关及各低压出线开关采用多功能表计量。

以上仪表均采用精度等级为1.0级以上的数字表，对各线路电流、电压、有功、无功、功率因数等进行监测和计量，其中变电所主进线开关处多功能表具有监测和计量最大用电总量、总谐波含量的功能。该园区用电均属于一级分项能耗，能耗数据须实时上传。

2.2照明系统的节能

2.2.1严格控制照明功率密度值

根据GB 50034—2013《建筑照明设计标准》，确定不同场所的照度指标，严格按照目标值控制照明功率密度值。

2.2.2选用高效光源及节能灯具

在保证相同照度的情况下，三基色荧光灯的能耗要比普通节能灯节能18％～20％。因此，该项目一般室内场所均采用高光效三基色细管径直管荧光灯(管径不大于26 mm)。镇流器产生的谐波分量不容忽视，谐波电流会使相应照明回路电压损失增大，能耗增加。故所有直管荧光灯均配高效低谐波电子镇流器(H级或L级)。电子镇流器符合相应能效标准的节能评价值。

LED光源能量转化效率和光通量利用率高，比普通荧光灯节能50％。长时间需要人工采光的公共走道、楼梯间、地下车库等公共部位照明和疏散指示及楼层显示等标志灯、室外景观照明均采用LED灯。

2.2.3采取合理、先进的照明控制方式

该项目公共部位照明均采用智能照明控制系统，具体如下:

(1)大厅灯具的选用、灯光的布置不仅满足照明的需要，更应考虑照明的气氛及照明与建筑装饰的协调。①整个大厅的灯光由系统自动管理，自动调整灯光效果，使大厅实现智能化管理;②大厅值班处安装可编程控制面板，根据不同的时间和气氛，预设多种灯光场景，按各照明回路亮暗需要的不同搭配组合成多种不同的灯光效果(称为灯光场景)，存入控制面板的某一按键中，当需要改变灯光效果时，就可调用相应的灯光场景。

(2)楼梯间采用定时控制和红外移动控制等方式。上下班期间全部开启，平时启动红外移动控制方式，下班后延时关闭。火灾发生时强制点亮楼梯间应急照明灯。

(3)公共走道和电梯厅采用间隔控制，正常工作时间全开，非工作时间减光照明，节假日无人时只点亮少数灯，还可以通过现场控制面板实现全开、半开等模式。火灾发生时强制点亮公共走道和电梯厅内所有应急照明灯。

(4)地下车库车道照明、车位照明实行间隔和分区控制，同时配智能红外控制，当无人无车时灯光处于休眠状态。

采用智能照明控制系统不仅满足灯光效果设计要求，节电达20％～50％以上，灯具寿命延长2～4倍，运行费用降低，且省去常规照明所需的大部分配电控制设备、穿管布线的工作量。

2.3可再生能源的利用

2.3.1光伏建筑一体化的应用

根据《江苏省公共建筑节能设计标准》规定，在超过2万m2的1#～5#楼、11#楼均设置了太阳能光伏发电系统，总功率不低于建筑物变压器装机容量的0.2％，其中1#～5#楼均为4 kW，11#楼为12 kW，共计22 kW。

在1#～5#楼、11#楼屋顶无遮挡区域设若干组太阳能光伏阵列，通过电池组件将光能转化成直流电能，再通过直流汇线箱，经并网逆变器输出220/380 V、频率(50±2％)Hz的交流电，并入地下车库照明配电箱，供地下车库照明使用。当光伏阵列发出的电力不足时，由电网向负载供电。该项目采用并网光伏系统，为了防止光伏系统产生的电能向公共电网逆向流入，在计量柜和逆变器之间设置接触器和防逆流控制器。

光伏建筑一体化实现了光伏发电与建筑的完美结合，是园区打造绿色建筑的一个亮点。

2.3.2室外太阳能景观灯的应用

室外照明结合景观总平面布置，在日照充分的区域设置独立式太阳能路灯及庭院灯，采用LED光源。

传统室外景观照明线路往往需要多处穿越景观水系、沟渠，操作难度大，而每个太阳能灯具都是一个独立系统，安装时只需制作地基，无需穿线、挖沟，安装简便，节约投资。太阳能灯具的电压均低于36 V，安全可靠，避免了户外金属灯杆发生危及人身安全的情况。

3　结语

大型经济园区节能潜力很大，电气设计人员应从安全性、可靠性、经济性及节能效果等方面综合考虑。只有采取合理的设计方案，选择先进的高效节能设备，才能实现建筑电气节能的可持续发展，最大限度地节约能源。

参考文献

［1］民用建筑电气设计规范: JGJ 16—2008［S］.

［2］供配电系统设计规范: GB 50052—2009［S］.

［3］建筑照明设计规范: GB 50034—2013［S］.

［4］公共建筑节能设计标准: DGJ 32/J 96—2010［S］.

［5］公共建筑能耗监测系统技术规程: DGJ 32/TJ 111—2010［S］.

［6］王兆安，杨君，刘进军，等.谐波抑制和无功功率补偿［M］.2版.北京:机械工业出版社，2016.

［7］中国航空工业规划设计研究院组.工业与民用配电设计手册［M］.3版.北京:中国电力出版社，2005.

［8］北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册［M］.2版.北京:中国电力出版社，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

中图分类号:TU 201.5

文献标志码:B

文章编号:1674-8417(2016)03-0024-04