高校宿舍公寓樓空調(diào)安裝與電力改造的設(shè)計(jì)

廖春成/姚繼良/姚念會（北京師范大學(xué)后勤管理處，北京100875）

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高校宿舍公寓樓空調(diào)安裝與電力改造的設(shè)計(jì)

廖春成/姚繼良/姚念會（北京師范大學(xué)后勤管理處，北京100875）

摘要在歷史悠久、建筑構(gòu)筑物密集的老校區(qū)中，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，變壓器、公寓分散，樓內(nèi)配電簡單，線路截面小，要大量加裝獨(dú)立式分體空調(diào)，工程設(shè)計(jì)、施工難度大。研究舊樓加裝空調(diào)與電力改造對節(jié)約改造成本，節(jié)能降耗有一定價(jià)值。通過北京師范大學(xué)學(xué)生公寓加裝空調(diào)與電力改造實(shí)例，分析論證容量規(guī)劃、變配電選址，新型設(shè)備節(jié)能監(jiān)管措施，配電接線方式與線路優(yōu)化在電力改造中的意義。

關(guān)鍵詞老校區(qū) 加裝空調(diào) 電力改造 容量規(guī)劃 變配電 節(jié)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(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃的建議》中提出“使若干高校和一批學(xué)科達(dá)到或接近世界一流水平”。大方針政策下，為師生創(chuàng)造安心舒適的學(xué)習(xí)、工作環(huán)境，改善師生住宿條件，建設(shè)和諧校園、世界名校。加裝空調(diào)及其相應(yīng)電力改造，成為落實(shí)方針政策的一項(xiàng)行動(dòng)。

為經(jīng)濟(jì)合理地解決切實(shí)關(guān)系到學(xué)生學(xué)習(xí)、生活的環(huán)境問題，不少教育工作者做出很多實(shí)際性的工作。參考文獻(xiàn)[1]就北京高校學(xué)生公寓空調(diào)安裝情況進(jìn)行調(diào)研，并總結(jié)出使用較多的兩種安裝模式：學(xué)校出資安裝，學(xué)生繳納電費(fèi)免費(fèi)試用；商業(yè)租賃模式。分別闡述了各自利弊。文章提出了學(xué)生公寓安裝空調(diào)在基礎(chǔ)電力設(shè)施配置、電力增容、資金節(jié)能等方面面臨的普遍困難。參考文獻(xiàn)[2-4]對高校用電負(fù)荷進(jìn)行了概括，根據(jù)用電特點(diǎn)將其分為三個(gè)區(qū)域：教職工家屬用電區(qū)、教學(xué)科研用電區(qū)、學(xué)生生活用電區(qū)。其次對學(xué)生公寓進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，分析配電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。節(jié)能方面，參考文獻(xiàn)[5-7]對高校能耗特點(diǎn)、建筑設(shè)備管理平臺、能源管理系統(tǒng)、計(jì)費(fèi)、評定等進(jìn)行了詳細(xì)論述。綜上所述，對于高校的電氣運(yùn)行與改造需要因地制宜，要根據(jù)高校建筑、管網(wǎng)、負(fù)荷的實(shí)際分布，合理規(guī)劃容量、變配電所，優(yōu)化配電方式、線路、能耗控制與監(jiān)管等。

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

1　容量規(guī)劃

由于學(xué)校建校悠久，學(xué)校生活用電區(qū)域供電容量不足，加之宿舍建筑年代跨度大、20世紀(jì)90年代前建筑數(shù)量大，多數(shù)不具備空調(diào)配電線路，全區(qū)域施工、難度大，工程設(shè)計(jì)、招標(biāo)、施工、竣工驗(yàn)收等工程周期短，時(shí)間緊迫。

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

18棟公寓房間數(shù)、加裝空調(diào)數(shù)、原有負(fù)荷、增加負(fù)荷根據(jù)用電設(shè)備組需用系數(shù)法計(jì)算[8]，見式（1）。

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

計(jì)算統(tǒng)計(jì)如表1所示。結(jié)合原來供電情況，學(xué)1-4、16公寓樓新建樓在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)將空調(diào)負(fù)荷計(jì)算在內(nèi)，且室內(nèi)具備空調(diào)線路，因此需新增加負(fù)荷794kW，計(jì)劃增加兩臺800kVA變壓器。

圖1　學(xué)生生活用電區(qū)域用電分布圖

2　變配電選址

10kV變配電所選址應(yīng)按照經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較后進(jìn)行確定[9-10]。應(yīng)當(dāng)靠近負(fù)荷中心，壓降損耗盡可能小，要與學(xué)校發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)，投資小且進(jìn)出線方便等。原有變配電所選址比較合理，根據(jù)第一節(jié)內(nèi)容分析需增加兩臺800kVA變壓器進(jìn)行分配，在冷庫區(qū)域增加1臺800kVA變壓器，貼建樓增加1臺800kVA變壓器。

3　新型設(shè)備節(jié)能監(jiān)管措施

供配電系統(tǒng)作為建筑節(jié)能的重要組成部分，為構(gòu)建綠色建筑提供條件。重點(diǎn)是建立健全節(jié)能管理機(jī)制，優(yōu)化供配電系統(tǒng)，選擇低耗工藝的用電設(shè)備。本工程采取的具體降低供配電系統(tǒng)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(jù)表2數(shù)據(jù)可知，每年可以節(jié)省電耗6 482kW?h，電費(fèi)按照0.6元/（kW?h）計(jì)算，每年可以節(jié)約電費(fèi)3 889元，10年可以節(jié)約電費(fèi)38 890元。

表1　增加負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

表2　變壓器能耗效果對比

2）加裝電容電抗無功補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù)，減少無功損耗。

3）正確選擇和配置變壓器容量和臺數(shù)，合理調(diào)整負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4）建設(shè)配電系統(tǒng)智能化監(jiān)測平臺，為能耗控制提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

5）加裝有源電力濾波器，減少諧波污染，提高電能質(zhì)量。

4　配電方式與線路優(yōu)化

學(xué)1-4樓建筑高度都為12層，房間總數(shù)為1 289間，在宿舍內(nèi)未安裝空調(diào)前，為減少變壓器低負(fù)載率所帶來的損耗，將原互為備用變壓器的運(yùn)行方式改為單臺運(yùn)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(xué)生生活用電區(qū)變配電站分布在六個(gè)不同的地方，全部由學(xué)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(jīng)濟(jì)成本大。為解決成本，在冷庫變電站處新建一座學(xué)生生活區(qū)域配電站，該區(qū)域配電站10kV電壓，由學(xué)校中心配電站通過原有隧道引入。201、202兩路高壓再從區(qū)域配電站向各10kV變電站輻射，這種線路優(yōu)化節(jié)省了土方量（見表3）。

表3　土方量、高壓線纜長度統(tǒng)計(jì)

圖2　配電方式

5　結(jié)束語

為高校原有學(xué)生公寓樓加裝空調(diào)，進(jìn)行電力改造，既要注重供電安全性與可靠性，同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)、能耗效益。本文通過實(shí)例改造工程，分析了容量規(guī)劃、變配電站選址、新型設(shè)備節(jié)能監(jiān)管措施、配電方式與線路優(yōu)化，在改造方案中對供電要求與經(jīng)濟(jì)決策意義，其主要結(jié)論可歸納如下。

1）容量規(guī)劃：新增空調(diào)或其他負(fù)載的負(fù)荷計(jì)算要合理，確定新增容量結(jié)合原有變配電站變壓器實(shí)際負(fù)載率，合理融合原有負(fù)載，提高變壓器負(fù)荷率，有效節(jié)省變壓器的損耗。

2）變配電站選址：在變配電站選址時(shí)，一定要深入負(fù)荷中心，對于改建工程，由于原有變配電站具備進(jìn)出線土建條件，大部分在原有土建上改造，有效節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本。

3）新型設(shè)備節(jié)能監(jiān)管措施：新設(shè)備運(yùn)用新科學(xué)技術(shù)，具有低功耗、安全可靠度高的特點(diǎn)，在改造過程中積極采用新設(shè)備，有利節(jié)省電能的損耗。智能化配電是信息系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息化，對能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析提供接口，為節(jié)能措施提供科學(xué)、可靠的依據(jù)。

4）配電方式與線路優(yōu)化：電力系統(tǒng)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(fù)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(shí)一定程度上節(jié)約了改造的經(jīng)濟(jì)成本，減少了變壓器的損耗。線路選擇根據(jù)學(xué)校現(xiàn)有管網(wǎng)情況，盡量減少土方與電力施工量，以求最經(jīng)濟(jì)合理。

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