高層辦公建筑電氣節能設計

郭貝

摘要：合理選擇、安全運用電氣系統設備，才能做到真正的節能。本文從照明及智能控制、供配電系統及電氣裝置的選擇、建筑設備智能控制及能源管理、可再生能源的利用等電氣系統節能這幾個方面進行討論，以節能的理念和對可持續發展觀的思考，說明了高層辦公建筑電氣節能措施的應用和選擇。

關鍵詞：智能照明控制；供配電系統；可再生能源

引言：

隨著我國經濟的不斷增長，城市建筑對能源的需求也在不斷上升，但是從我國能源情況來看，這不是一個好的發展趨勢。如何通過對建筑的優化設計和能源設備的選擇來減輕電力能耗問題的負擔，做到節能降耗，是設計工作人員值得去思考的問題。下面以某一辦公樓電氣系統節能設計的主要環節進行討論分析。

1 照明及智能照明控制

1.1 LED照明光源的應用

LED照明即發光二極管，是一種半導體固體發光器件。它是利用固體半導體芯片作為發光材料，在半導體中通過載流子發生復合放出過剩的能量而引起光子發射，直接發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。在本工程中，利用LED直管燈代替傳統T8直管熒光燈，用于對照度均勻度要求不太高的場所，即地下車庫照明；利用LED筒燈代替傳統節能管筒燈，用于公共區域及走道。可有效節能約30%。

1.2 智能燈光控制系統的應用

1.2.1 移動感應探測器的應用及控制

1.2.1.1 地下電信數據機房、地上公共走廊及衛生間照明系統的節能設計

設置了移動感應探測器，平時以滿足保安監控需求的低照度運行，當檢測到有人員活動時控制燈光開啟，人員離開后延時關閉，可以實現更好的節能控制。

1.2.1.2 單元式辦公室的照明及空調系統的節能設計

a.系統功能：采用KNX/DALI數字總線技術，可實現尋址功能，照明、窗簾、空調的控制在一個觸摸屏上實現，可實現與安防、樓宇BAS的聯動及可視化監控。

b.照明控制：使用移動感應控制照明，在沒人時關閉照明設備，同時可分區或集中控制。恒照度控制，可以在陽光強烈時將燈光亮度調低降低能耗。

c.空調控制：可以自動及手動控制風機盤管高、中、低三種風速；同時可以使用移動感應控制空調風機盤管，在沒人時自動關閉設備；根據需要自動調節制冷、制熱、通風的參數；夜晚時集中關閉制冷、制熱。

d.窗簾控制：可以控制窗簾電機的啟停及點動，可以將空調、窗簾、燈光設定場景，實現一鍵調用設定的狀態。

1.2.2 各類會議廳/室的智能燈光控制系統

在所有會議室，均將每列同種光源燈具由相應配電盤內獨立照明支路供電，可實現各列獨立控制。所有照明出線支路均集中納入EIB智能燈光控制管理系統，并將上位機設于中控室內。工作人員在會議總控室內可根據各類會議廳/室的需求、自然采光情況及實際需要，非常靈活地分別控制各會議室各列燈具的開關狀態、場景及照度值；系統具備就近控制、遠程控制、定時控制、聯動控制、組合控制、區域控制等功能，節省大量能源同時還可以節省人力、降低管理成本，最大限度地減少電能消耗。

2 供配電系統及電氣設備的選擇

2.1 非晶合金變壓器的選擇及應用

合理選擇變壓器的容量和臺數，是保證電氣系統節能的重要因素之一。選擇變壓器的容量和臺數時，應根據用電負荷的情況和負荷等級，綜合考慮投資和年運行費用以及負荷率等因素，對負荷進行合理分配，選取容量與電力負荷相適應的變壓器，使其工作在高效區內。

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。在材料的微觀結構中，一般金屬均為晶態材料，其內部原子排列有序；而非晶合金材料內部原子結構排列呈無序狀態。非晶態合金與晶態合金相比，在物理性能、化學性能和機械性能方面都發生了顯著的變化。

2.2 帶調諧電抗器的無功功率補償裝置的選擇及應用

本工程無功功率補償采用低壓集中自動補償與分散補償相結合的方式。為了更有效地抑制諧波，本工程的集中功率因數自動補償裝置采用電抗器與電容器組合的無功功率補償的方式。其中：電抗器必須配合電容器組，對產生諧波的大量非線性負荷進行功率因數校正。電容器和電抗器配置在串聯諧振電路中進行調諧，使串聯諧振頻率低于系統中最低的諧波頻率。因此，這種配置通常稱為“調諧電容器組”，而電抗器被稱為“調諧電抗器”。調諧電抗器是為了防止諧波共振問題而使用的，它可以避免電容器超載的風險，并有助于降低網絡的電壓諧波失真。調諧頻率可以由電抗器的電抗率來表示（以%計），或者直接由頻率（Hz）表示。最常見的電抗率值是5.7%、7%和14%（14%用于3次及以上次數的諧波）。

2.3 有源濾波裝置的選擇及應用

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數、加裝交流濾波裝置、改善三相不平衡度、在用戶進線處加裝串聯電抗器、采用有源濾波器/無源濾波器等。

實際措施的選擇要根據諧波達標的水平、效果、經濟性和技術成熟度等綜合比較后確定，從而抑制高次諧波造成的系統發熱和損耗，實現電氣系統的節能。

2.4 智能SPD監控系統的應用

鑒于本辦公樓的重要性，為確保供電系統運行的安全、可靠，省去每年雨季前后對SPD進行的人工巡檢，實現節能環保的目的，設置了智能SPD監控系統。

智能浪涌保護器SPD包含防雷模塊和檢測模塊，具備智能檢測功能。檢測模塊實時檢測浪涌抑制期間的狀態信息，并傳輸至監控系統主機。智能SPD監控系統將所有浪涌保護器進行集中監控，可以實時了解浪涌保護器的各種狀態，無需進行定期人工巡檢，解決了人工巡檢出現的問題；在故障時通過多種方式報警，并顯示詳細的故障信息，可發送短信告知維護人員故障及解決方法；可以對浪涌保護器的當前狀態進行檢測分析，預知其工作狀態，以保證有效的防護。endprint

2.5 智能配電監控系統的應用

該辦公樓供配電系統借助于完善的智能配電監控系統，實現了對高/低壓配電設備及相關電氣參數的監測、控制、故障報警、通信管理、信號采集、顯示等功能。采用分層分布式的網絡結構，實現了高/低壓配電系統的智能化綜合監控、統一管理、“四遙”及無人職班或少人職班的功能，并與整個大樓的建筑設備監控系統融為一體，實現了機電設備遠方和就地監控的有機結合，既滿足了建筑節能的要求，又為用戶大大節約了人力資源。

監控系統在結構上分為兩層：①第一層：現場綜合測量裝置和PLC，安裝在高/低壓開關柜中，完成各自保護及開關柜內的信號和測量電量的采集功能。②第二層：上位監控站，完成對PLC和現場測量裝置的集中管理和信息集中，作為整個變電站的人機界面，實現對變電所內被控設備的監視、控制和操作。同時，提供標準通信接口、數據格式與上位機系統通信。

3 建筑設備智能控制及能源管理系統

3.1 建筑設備監控系統的應用

為保證健康舒適的室內環境，本辦公樓設置室內空氣質量監控系統，在人員變化大的一層大堂和二層3#會議室設置CO2濃度監測系統，并與相應空調機組進行聯動控制，當室內CO2濃度超標時，新風閥與排風閥聯動增加開度。在車庫內設CO濃度探測器，根據CO濃度自動開啟送排風機并調整送排風機臺數。

3.2 分類、分項能源采集與能源管理系統的應用

3.2.1 分類、分項能源采集系統

該系統通過安裝在現場的計量裝置，將電量（含空調用電、照明用電、室內設備用電、綜合服務用電、特殊服務用電等分項能耗）、水量、燃氣量、冷熱耗量等分類與分項能耗進行分別計量，通過現場總線與數據采集器連接將數據匯總輸出，利用管理系統軟件進行分析綜

3.2.2 能源管理系統

EMS能源管理系統功能分為能耗數據采集存儲、能源消耗分析與管理、能源動力過程監控三部分，系統應用結構分為能源監管平臺、能源監測系統和能源信息網絡。

通過實時的在線監控和分析管理，可對設備能耗狀況進行監視提高整體管理水平，及時發現能源消耗異常狀態并協調解決，通過對各項數據進行統計分析可為將來節能改造提供依據。

4 可再生能源——太陽能光伏發電系統的應用

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

太陽能光伏發電系統目前主要應用于太陽能熱水、太陽能鍋爐、太陽能照明（室外照明：太陽能路燈、庭院燈、草坪燈、停車場燈等；室內照明：地下車庫燈、辦公室燈等）。隨著太陽能光伏發電技術的不斷完善發展和日趨成熟，該系統將會廣泛應用于各個領域。

4.1 利用太陽能光伏發電系統為地下車庫照明供電

在本工程屋頂設太陽能光電板，充分利用太陽這一清潔純凈、可再生能源，將之轉化為電能，直接通過并網逆變器并入地下車庫配電盤為末端負荷供電，當太陽能發電不能滿足實際使用需求時還可由市電進行補充以保證正常使用。

并網系統是通過并網逆變器跟蹤并模擬電網波形、相位，把太陽能產生的直流電轉換成標準的交流電供負荷使用，并可選擇是否向電網反送電力。為了電網安全，我們推薦的是太陽能系統并網不反送的發電模式。光照條件好時，太陽能系統發的直流電通過逆變器變成交流電供建筑負荷使用；光照不足或消失時，由電網向負荷供電，并網光伏發電系統圖見圖1。

4.2 利用太陽能光伏發電系統

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

5 結語

綜上所述，我國目前能源浪費的現象比較嚴重，但是能源卻非常少。在供配電設備上能對節能工作做出巨大貢獻。為了節能減耗的目的，在高層辦公建筑電氣設計中我們應正確設計供配電系統，選用節能的供電設備，逐步淘汰不符合節能要求的設備，結合科學的發展觀，早日實現供配電系統和用電設備能節能降耗地運行。

參考文獻

[1]胡共榮.高層辦公樓在建筑節能設計研究分析[J].城市建設理論研究，2012年第7期.

[2]陳錦槐.淺談高層辦公樓建筑電氣設計[J].城市建設理論研究，2011年第18期.endprint