高校宿舍公寓樓空調安裝與電力改造的設計

廖春成/姚繼良/姚念會（北京師范大學后勤管理處，北京100875）

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高校宿舍公寓樓空調安裝與電力改造的設計

廖春成/姚繼良/姚念會（北京師范大學后勤管理處，北京100875）

摘要在歷史悠久、建筑構筑物密集的老校區中，地下管線錯綜復雜，變壓器、公寓分散，樓內配電簡單，線路截面小，要大量加裝獨立式分體空調，工程設計、施工難度大。研究舊樓加裝空調與電力改造對節約改造成本，節能降耗有一定價值。通過北京師范大學學生公寓加裝空調與電力改造實例，分析論證容量規劃、變配電選址，新型設備節能監管措施，配電接線方式與線路優化在電力改造中的意義。

關鍵詞老校區 加裝空調 電力改造 容量規劃 變配電 節能

Design of Air-Conditioning Installation and Power Transformation of Student Dormitories

Liao Chuncheng/Yao Jiliang/Yao Nianhui

Abstract It is difficult to design and install bigger quantity independent air conditionings in a cluster of old campus with long history，because of the complexity of underground pipeline transformers，scattered apartments，building distribution，simple and small lines cross section.Installing air conditioning and power reconstruction in research buildings have a great value in cost and energy saving.By the example of Beijing normal university student apartment equipped with air conditioning and electricity transformation，capacity planning and distribution location is analyzed，new regulations of equipment and energy saving，the significance of the power distribution wiring reform and circuit optimization are introduced.

Keywords old campus，air-conditioning installation，electricity transformation，capacity planning，transformation and distribution，energy saving

0　引言

教育部在《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十三個五年規劃的建議》中提出“使若干高校和一批學科達到或接近世界一流水平”。大方針政策下，為師生創造安心舒適的學習、工作環境，改善師生住宿條件，建設和諧校園、世界名校。加裝空調及其相應電力改造，成為落實方針政策的一項行動。

為經濟合理地解決切實關系到學生學習、生活的環境問題，不少教育工作者做出很多實際性的工作。參考文獻[1]就北京高校學生公寓空調安裝情況進行調研，并總結出使用較多的兩種安裝模式：學校出資安裝，學生繳納電費免費試用；商業租賃模式。分別闡述了各自利弊。文章提出了學生公寓安裝空調在基礎電力設施配置、電力增容、資金節能等方面面臨的普遍困難。參考文獻[2-4]對高校用電負荷進行了概括，根據用電特點將其分為三個區域：教職工家屬用電區、教學科研用電區、學生生活用電區。其次對學生公寓進行負荷預測，分析配電經濟運行。節能方面，參考文獻[5-7]對高校能耗特點、建筑設備管理平臺、能源管理系統、計費、評定等進行了詳細論述。綜上所述，對于高校的電氣運行與改造需要因地制宜，要根據高校建筑、管網、負荷的實際分布，合理規劃容量、變配電所，優化配電方式、線路、能耗控制與監管等。

北京師范大學自2014年5月供電增容方案獲批后具體推進學校學生宿舍空調安裝工程。工程設計學生宿舍公寓19棟，房間數目4 035間，安裝空調總計4 081臺，其中包括1.5匹空調4 045臺，2匹空調36臺。安裝二控多功能計量電表4 035塊，改造更新變配電站6處，樓內配電室13處。新裝高低壓柜100面，變壓器5臺。敷設高低壓電纜長度超過11km，新建管井25座。對三棟公寓樓總計505間房間進行樓內空調插座線路改造。2015年11月13日，學生宿舍空調安裝工程竣工并正式投入使用。

1　容量規劃

由于學校建校悠久，學校生活用電區域供電容量不足，加之宿舍建筑年代跨度大、20世紀90年代前建筑數量大，多數不具備空調配電線路，全區域施工、難度大，工程設計、招標、施工、竣工驗收等工程周期短，時間緊迫。

學生生活用電區，包括公寓樓18棟，如圖1所示。將學生生活用電分成五個區域，第一區域：學1-4樓、郵局、周邊門市等；第二區域：學5-7樓、東西貼建、小西門周邊門市等；第三區域：蘭蕙公寓及餐廳、新樂群食堂、中水處理站等；第四區域：學五食堂、開水房、學子超市、浴室及周邊門市、學8-12樓等；第五區域：學13-16樓、邱季端體育館等。

18棟公寓房間數、加裝空調數、原有負荷、增加負荷根據用電設備組需用系數法計算[8]，見式（1）。

其中，Pc為設備組有功功率；Kx為需用系數，取0.4；Pe為設備組總設備功率。

計算統計如表1所示。結合原來供電情況，學1-4、16公寓樓新建樓在設計時已經將空調負荷計算在內，且室內具備空調線路，因此需新增加負荷794kW，計劃增加兩臺800kVA變壓器。

圖1　學生生活用電區域用電分布圖

2　變配電選址

10kV變配電所選址應按照經濟、技術比較后進行確定[9-10]。應當靠近負荷中心，壓降損耗盡可能小，要與學校發展規劃相協調，投資小且進出線方便等。原有變配電所選址比較合理，根據第一節內容分析需增加兩臺800kVA變壓器進行分配，在冷庫區域增加1臺800kVA變壓器，貼建樓增加1臺800kVA變壓器。

3　新型設備節能監管措施

供配電系統作為建筑節能的重要組成部分，為構建綠色建筑提供條件。重點是建立健全節能管理機制，優化供配電系統，選擇低耗工藝的用電設備。本工程采取的具體降低供配電系統能耗的措施有：

1）高能耗變壓器的更換。本工程將SC9-630、SCB9-1000更換成SC10-630、SC10-1000各1臺，其更換前與更換后能耗效果[11]比較如表2所示。

根據表2數據可知，每年可以節省電耗6 482kW?h，電費按照0.6元/（kW?h）計算，每年可以節約電費3 889元，10年可以節約電費38 890元。

表1　增加負荷統計表

表2　變壓器能耗效果對比

2）加裝電容電抗無功補償裝置，提高功率因數，減少無功損耗。

3）正確選擇和配置變壓器容量和臺數，合理調整負荷，實現變壓器的經濟運行。

4）建設配電系統智能化監測平臺，為能耗控制提供科學數據。

5）加裝有源電力濾波器，減少諧波污染，提高電能質量。

4　配電方式與線路優化

學1-4樓建筑高度都為12層，房間總數為1 289間，在宿舍內未安裝空調前，為減少變壓器低負載率所帶來的損耗，將原互為備用變壓器的運行方式改為單臺運行方式，其配電方式如圖2所示。改后的配電方式可使得變壓器互為備用，提高供電可靠性。

學生生活用電區變配電站分布在六個不同的地方，全部由學校中心配電站引高壓電源，加裝高低壓柜，高壓線路電纜多、經濟成本大。為解決成本，在冷庫變電站處新建一座學生生活區域配電站，該區域配電站10kV電壓，由學校中心配電站通過原有隧道引入。201、202兩路高壓再從區域配電站向各10kV變電站輻射，這種線路優化節省了土方量（見表3）。

表3　土方量、高壓線纜長度統計

圖2　配電方式

5　結束語

為高校原有學生公寓樓加裝空調，進行電力改造，既要注重供電安全性與可靠性，同時也要考慮經濟、能耗效益。本文通過實例改造工程，分析了容量規劃、變配電站選址、新型設備節能監管措施、配電方式與線路優化，在改造方案中對供電要求與經濟決策意義，其主要結論可歸納如下。

1）容量規劃：新增空調或其他負載的負荷計算要合理，確定新增容量結合原有變配電站變壓器實際負載率，合理融合原有負載，提高變壓器負荷率，有效節省變壓器的損耗。

2）變配電站選址：在變配電站選址時，一定要深入負荷中心，對于改建工程，由于原有變配電站具備進出線土建條件，大部分在原有土建上改造，有效節省經濟成本。

3）新型設備節能監管措施：新設備運用新科學技術，具有低功耗、安全可靠度高的特點，在改造過程中積極采用新設備，有利節省電能的損耗。智能化配電是信息系統在配電網中的應用，實現監控信息化，對能耗數據的統計、分析提供接口，為節能措施提供科學、可靠的依據。

4）配電方式與線路優化：電力系統中，高壓配電不超過二級，電壓配電不超過三級，對于一二級負荷。采用變壓器互備方式供電，大大提高安全性和可靠性，同時一定程度上節約了改造的經濟成本，減少了變壓器的損耗。線路選擇根據學校現有管網情況，盡量減少土方與電力施工量，以求最經濟合理。

參考文獻

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[4]楊之俊，曹成付.高校學生公寓用電負荷特點及其配電經濟運行[J].工程與建設，2008，22（4）：512-514.

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[6]馮威，程大章，建筑物能源管理系統（BEMS）.智能建筑與城市信息，2005，6（3）：38～40.

[7]江億.我國建筑耗能狀況及有效的節能途徑[J].暖通空調，2005，35（5）：30～40.

[8]任遠會主編.工業與民用配電設計手冊（第三版）[D].北京：中國電力出版社，2005.

[9]中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.供配電系統設計規范（GB 50052-2009）[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[10] 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.低壓配電設計規范（GB 50054-2011）[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[11] http://www.docin.com/p-1132174869.html[EB/OL].2015-4-25.