超高層建筑電氣節能設計

廣東廣州 510520

摘要：本文主要針對超高層建筑電氣節能設計展開了探討，通過結合具體的工程實例，對供配電系統的節能和照明的節能作了深入詳細的分析闡述，通過合理的電氣節能設計，并對其進行科學的管理和控制，從而減少能耗，提高能源利用率，以期能為有關方面的需要提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：超高層建筑；電氣節能；設計

目前人類正面臨傳統能源日益枯竭，環境污染日趨嚴重的嚴峻形勢。這迫使人們將目光投向節能減排、新型替代能源的開發，尋求可持續發展道路。而超高層建筑無疑是能耗大戶，并且具有用電量大、負荷密度高、供電線路復雜、電氣用房多、電氣系統復雜等特點，因此，超高層建筑的電氣節能應用技術就顯得尤為重要。基于此，本文就超高層建筑電氣節能設計進行了探討性分析，相信能為類似的電氣節能提供一定的幫助。

1工程概況

本工程為一棟超高層綜合辦公樓，總建筑面積146943m2，其中地上建筑面積108103m2，地下建筑面積38824m2。大樓由主樓及副樓組成，地下室共兩層，局部設夾層。主樓主要為各類辦公用房，建筑總高度202m，建筑層數48層。其中21層及以下為某傳媒集團辦公用房，22～31層為對外招商辦公用房，32～47層為某集團辦公用房，48層為報業博物館。9層、24層、40層為避難層。副樓由商業及餐飲出租、員工食堂餐廳、報告廳等組成，建筑高度22.35m，建筑層數5層。

2供配電系統的節能

2.1合理配置負荷密度

超高層建筑單位面積負荷密度與建筑功能、建筑高度、附屬功能等因素有關，據不完全統計，國內現有使用中的超高層單位面積負荷密度值一般在80～150kVA/m2。

本項目使用功能較為單一，主要為各類辦公用房，僅副樓有少量商業用房，設計時對負荷密度合理取值，除了滿足實際需要外，適當留有遠期發展的預留量，不盲目增加負荷密度及裝機容量。另外要特別注意對空調制冷設備與采暖設備等季節性負荷取其大者計入總設備容量，不應累加。

2.2降低供配電系統線損率，減少有功損耗

供配電系統中線損率α的定義為供給用電體系的電量由體系受電端經變電站（所）至低壓供配電線路末端所損耗的電量之和占體系總供給電量的百分數。

2.2.1合理設置變配電所位置，盡量深入負荷中心

對于高層建筑電氣節能，應該對本建筑物的電氣使用狀況、投資及以后使用效果進行經濟比較，不能因為節能目的而造成過高的消耗投資，形成“偽節能”效果，因此合理設置變配電所位置，既可以有效減少項目的一次投資，又可以減少線路損耗，節約運行成本，其帶來的經濟性是顯而易見的。本項目主變配電所及分變配電所的位置均靠近其服務的負荷中心，大樓變配電所的設置位置及供電范圍如表1所示，經過合理配置，有效減少了低壓電纜的長度，使大樓低壓供電半徑基本上控制在150m范圍以內。

表1 變配電所設置位置及裝機容量

2.2.2供配電系統力求簡單可靠

供配電系統力求簡單可靠，不僅能提高系統的可靠性，對節能的意義也是非常明顯的，本案設計中同一電壓等級配電級數均不大于三級，大量采用兩級配電，大型設備采用放射式直配方式，盡量減少配電級數過多產生的電能損耗，合理選擇電纜、導線截面，盡可能減少回頭輸送電能的支線。

2.2.3選用高效節能型變配電設備

設計采用D，yn11接線的高效低損耗節能型變壓器，根據相關產品技術參數對比，SGB11系列卷鐵芯干式變壓器比SC（B）9系列產品空載損耗降低40%，空載電流降低70%～85%；比SGB10系列變壓器空載損耗降低24%，負載損耗降低11.7%；由此可見選用節能型變壓器對降低電能損耗的作用是非常明顯的。同時，D，yn11接線的變壓器有功損耗低于同容量Y，yn0接線的變壓器。

2.2.4季節性負荷設置專用變壓器

設計對空調主機房內的主設備設置兩臺互相聯絡的2000kVA的專用變壓器，可在過渡季節及非空調季節進行靈活投切，根據實際需要可只運行一臺變壓器或將全部變壓器停用，以避免變壓器長期處于低負荷率的運行工況，減少變壓器電能損耗。

2.3設置功率因數補償裝置，采取諧波防治措施，降低無功損耗

提高功率因數，可以降低供電系統的無功損耗，而且在變壓器額定電流一定的情況下，可以提高變壓器的輸出功率，其節能意義不言而喻。電氣設計在變壓器低壓側設置集中無功補償裝置，采用自動循環投切方式，按本地供電部門的要求，補償后的功率因數高壓側達0.95以上。

諧波的危害有很多，單從電能損耗的角度來看，高次諧波會增加供電系統中的無功損耗，同時諧波電流會增加變壓器銅損及漏磁損耗，諧波電壓還會增加變壓器鐵損。而超高層建筑中，除了常見的諧波源如鐵磁性設備、氣體放電燈鎮流器、調光設備外，高速電梯及大型空調設備的變頻控制設備也會產生大量的高次諧波，另外超高層建筑智能化系統配置標準較高，其信息機房UPS、EPS設備及計算機、復印機、打印機等辦公自動化設備等諧波源也多于一般建筑。設計中主要從以下幾個方面來抑制諧波：

（1）變壓器采用D，yn11接線組別，3n次諧波電流在變壓器D接線的中壓繞組內短接形成環流，不流入電網。

（2）諧波功率較大的設備由變配電所采用專線供電。

（3）低壓側無功功率補償時電容器串接電抗器，采用電抗率為12%的電抗器，用于抑制3次及以上的諧波。

（4）在大功率空調主設備控制箱內變頻器后就地串聯電抗器，對諧波源就地治理。

（5）鑒于諧波治理的復雜性，在變配電所預留有源濾波器的位置以便日后增加，有源電力濾波器作為一種主動型動態抑制諧波的裝置，能對頻率和大小都變化的諧波和無功進行補償，獲得比無源濾波器更好的補償特性。鑒于有源濾波器價格較高，本次設計僅預留土建安裝位置，待后期運營時根據對諧波的實測情況確定是否需要增加。

2.4設備運行節能措施

電梯、生活水泵、大容量空調系統水泵、空調機房新風換氣機組、空調機組等長期運行電動機采用變頻調速控制。

3照明節能

3.1合理選擇照度、控制照明功率密度

本項目設計均按目標值選取，各主要場所照明設計參數如表2所示。

表2 主要場所照明設計參數

3.2選用高光效的光源及高效節能燈具

照明光源選擇從發光效率高、顯色性好、使用壽命長、啟動可靠、方便快捷、性能價格比高等方面選擇高效光源。按不同的工作場所，選擇相適應的高效光源，可以降低電能消耗，節約能源。

大樓一般工作場所照明光源主要采用T5系列高光效三基色直管熒光燈或緊湊型節能燈，配置電子鎮流器。高空間場所采用小型金屬鹵化物燈，配置節能型電感鎮流器。

地下室及公共走道采用高光效的LED節能燈具，LED節能燈有效利用光通量，光效分別是傳統普通節能燈、鹵素燈、白熾燈泡的1.6倍、4倍、5倍。比普通節能燈節電約50%，比鹵素燈節電約85%，比白熾燈節電約90%，節電效果十分明顯。

3.3選擇合理、先進的照明控制措施

合理、先進的照明控制手段對照明節能的作用是非常明顯的。本案在公共走道、電梯廳、門廳、地下車庫、重要辦公室及會議室、展示區等場所設置智能照明系統：

（1）公共走道：燈具間隔控制，合理分組，采用智能照明系統對照明回路進行開關控制，可通過場景面板實現全開、半開、區域控制等模式。

（2）電梯廳：平時采用預設場景控制，在夜間節能模式下采用紅外感應智能控制，做到人來燈亮，人走燈滅。

（3）展示區：該區域為自然光采光區域，采用室內照度傳感器智能控制，亦可通過場景面板實現手動控制。

（4）會議室及重要的辦公室：采用智能照明系統對照明回路實施調光控制及開關控制，通過場景控制面板可實現預設的多種場景模式。

（5）地下車庫：車道照明、車位照明均按間隔控制劃分回路。由控制室集中控制，可對任意區域實現多種模式的控制。

（6）強、弱電間排氣扇采用室內溫度傳感器控制。

（7）樓梯間普通照明采用聲光控節能開關控制，以減少開燈時間。

4樓宇控制、計量及管理

利用計算機技術、現場能耗計量設備、總線制通訊網絡組成一個綜合的能源管理網絡；將耗能設備進行分類或獨立計量，對計量數據自動采集，用戶對耗能設備可自行定義計量范圍、監測區域。對各計量點、區域實現能源在線動態監測、能源匯總、能耗指標綜合考評參考、歷史數據記錄查詢、能耗報表自動生成。為能源合理調配提供決策根據，為能源自動化管理提供有效手段，為系統地量化能耗數據、節能降耗提供科學的管理手段。

（1）本按設置建筑設備監控（BAS）系統，控制范圍包括建筑內的通風系統、給水排水系統、電梯交通系統等；空調機房自動控制系統、變配電自動化系統、照明系統等，通過對各系統的高效集成化監控，根據使用情況調整各用電設備的運行工況，達到最大限度地節省能源消耗，實現各系統的高效運營。

（2）本案的中央空調綜合管理自動控制系統采用模糊控制系統，同傳統的BAS系統采用的基于靜態參數的PID算法相比，該系統是以模糊集合論、模糊語言變量、模糊邏輯推理為基礎的、基于實時負荷需求的自動控制運行系統，節能效果更加明顯，該系統監控的對象主要包括：制冷機組、冷凍水泵、冷卻水泵、空調熱水泵、冷卻塔風機、管路電動蝶閥、傳感器等，對其進行高效節能控制，自動耦合運行、調節，實現運行中的節能，達到系統能效比最高。

（3）能源管理系統：大樓設置全時能源管理系統，采用三層設計結構，分為主站層、通訊層和設備層。

5結語

綜上所述，在目前我國面臨嚴峻的耗能問題的狀況下，而作為耗能大戶的建筑行業，做好建筑的電氣節能改造工作對解決耗能嚴重的問題有一定的幫助。綜上所述，本文就超高層建筑電氣節能設計進行了探討，以便能為類似的電氣節能提供一定的幫助。

參考文獻：

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