機(jī)場航站樓電氣系統(tǒng)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)研究

劉 慷

(北京首都機(jī)場動力能源有限公司，北京 100621)

0 引言

機(jī)場航站樓屬于大跨度公共建筑，由于功能和地標(biāo)建筑的形象需求，通常呈現(xiàn)出建筑面積大、室內(nèi)空間高等特點(diǎn)，是主要的能源消耗場所。在航站樓建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約能源，為旅客提供舒適、高效和綠色的候機(jī)樓環(huán)境，是建設(shè)“綠色機(jī)場”的重要舉措。電能消耗是機(jī)場航站樓的最大能源消耗，因此，本文將從某新建國際機(jī)場航站樓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)出發(fā)，分析其綠色節(jié)能設(shè)計(jì)和舉措，為建設(shè)“綠色機(jī)場”提供了參考。

1 航站樓電氣系統(tǒng)概況

該新建國際機(jī)場航站樓外電源引自當(dāng)?shù)貎勺?guī)劃110kV變電站，經(jīng)過10kV電纜將電能輸送至航站樓內(nèi)規(guī)劃5座10kV開閉站，再經(jīng)由樓內(nèi)26個變電室降壓至0.4kV分配至航站樓各區(qū)域用戶。

航站樓5座開閉站總設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為 105 800kVA，具體負(fù)荷分配如表1所示。

航站樓內(nèi)負(fù)荷等級分為三類：特別重要負(fù)荷、一級負(fù)荷和二級負(fù)荷。消防與安防等防災(zāi)用設(shè)備、應(yīng)急照明、信息及智能化系統(tǒng)專用電源、消防電梯、排水泵、雨水泵等負(fù)荷按特別重要負(fù)荷供電；駐場及外聯(lián)單位專用電源(邊檢、安檢、海關(guān)等)、行李系統(tǒng)、聯(lián)檢大廳照明、值機(jī)及候機(jī)廳照明、卸貨區(qū)照明等按一級負(fù)荷供電；廚房動力、扶梯步道等其余設(shè)備的供電電源均按二級負(fù)荷考慮。

航站樓裝機(jī)容量分布表 表1

2 航站樓電氣系統(tǒng)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

(1)在充分滿足、完善建筑物功能要求的前提下，減少能源消耗、提高能源利用率，強(qiáng)調(diào)設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行全壽命周期服務(wù)，而不是簡化建筑物的功能要求，降低其服務(wù)功能標(biāo)準(zhǔn)。

(2)合理配置建筑電氣設(shè)備及系統(tǒng)，優(yōu)化組合使用與運(yùn)行環(huán)境條件，并對其進(jìn)行有效、科學(xué)的控制與管理。

(3)按人性化設(shè)計(jì)要求，追求技術(shù)先進(jìn)與使用合理的統(tǒng)一，達(dá)到服務(wù)的舒適與快捷，力求實(shí)現(xiàn)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與管理的統(tǒng)一。

(4)100%選擇綠色環(huán)保、節(jié)能的電氣材料、產(chǎn)品與系統(tǒng)。

2.2 主要綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

2.2.1 照明燈具選型

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，航站樓內(nèi)照明設(shè)備的能耗可占到整個建筑用電的20%～30%，因此，需要采取切實(shí)可行的照明節(jié)能措施。其中，燈具選型對于照明節(jié)能具有重要意義，選擇高效的發(fā)光源、正確的燈用電器附件對于降低照明能耗具有極大幫助。

依據(jù)規(guī)范設(shè)定房間及場所照明照度、統(tǒng)一眩光值、照度均勻度及顯色指數(shù)等參數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，大空間場所照度標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)使用功能分區(qū)域劃分，其照度標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

航站樓不同區(qū)域照度標(biāo)準(zhǔn)表 表2

根據(jù)上述照度標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合整體照明系統(tǒng)節(jié)能需要，按照目前主流照明燈具配置，確定照明光源及燈具選型要求如下。

(1)光源選型要求

1)衛(wèi)生間、機(jī)房、走廊、樓梯間、管廊、室外車道、光環(huán)境藝術(shù)景觀照明、后勤區(qū)域等人員流動場所采用LED光源。

2)公共區(qū)域主要采用小功率陶瓷金屬鹵化物燈、超高效三基色T5熒光燈。

3)控制室、管理辦公用房等采用超高效三基色T5熒光燈。

4)除特殊注明外，光源的顯色指數(shù)Ra≥80，色溫4 000K。

5)不允許選用光效低的白熾燈、熒光高壓汞燈，自鎮(zhèn)流高壓汞燈等。

(2)燈具選型要求

1)按安裝環(huán)境選用相適應(yīng)防護(hù)等級的燈具，除特殊標(biāo)注外，均采用Ⅰ類燈具，防護(hù)等級IP2X。

2)提取大廳、聯(lián)檢大廳等公共區(qū)域、大空間頂棚、無水機(jī)房等場所的燈具防護(hù)等級IP54；機(jī)電管廊、行李及服務(wù)通道、有水設(shè)備機(jī)房、行李處理機(jī)房、淋浴間等場所的燈具防護(hù)等級IP65；包括消防安全疏散指示標(biāo)志。

3)室外燈具防護(hù)等級不低于IP65，有可能浸水場所燈具防護(hù)等級不低于IP67，溫度按室外環(huán)境要求。

4)屋頂頂棚內(nèi)安裝的燈具應(yīng)有防墜落措施，防護(hù)等級不低于IP54，尚應(yīng)滿足在60℃環(huán)境溫度使用下對燈具壽命要求。

5)不選用諧波電流含量大且低于25W的熒光燈，燈具電器要求低諧波、低噪聲干擾、高可靠性、高功率因數(shù)(功率因數(shù)>0.95)，3次諧波電流不超過基波電流的33%。

6)筒燈要求燈具配光具有中心光強(qiáng)高的特性，光束角控制在30°以內(nèi)，低功耗，采用暗光技術(shù)控制眩光。

7)選擇LED燈具滿足下列要求：色溫4 000K，特殊顯色指數(shù)R9>0，光源的色容差≤3 SDCM；綜合能效的原則上規(guī)定如下：LED筒燈>80lm/W，LED射燈>60lm/W，LED燈帶>70lm/W，LED燈盤>85lm/W，LED投光燈>90lm/W，LED發(fā)光頂棚>40lm/W；燈具壽命≥35 000 h。

(3)燈具安裝要求

1)走道(廊)、辦公室、業(yè)務(wù)用房、管理室、控制機(jī)房等一般照明常明壁裝或吸頂裝飾，除特殊注明外安裝方式如下：地下室機(jī)房非公共區(qū)走道主要采用嵌入式或壁裝LED平面燈具；辦公區(qū)有吊頂?shù)淖叩啦捎们度胧絃ED平面燈具；公共區(qū)走道燈具安裝按建筑規(guī)劃；嵌入式熒光燈具；局部嵌入式熒光筒燈。

2)頂棚內(nèi)一般照明、消防應(yīng)急照明燈具結(jié)合馬道安裝并應(yīng)有防墜落措施。

3)開閉站、變配電所、配電間、弱電間等設(shè)備用房照明采用吊裝線槽控照熒光燈及部分壁裝簡易支架熒光燈，疏散指示標(biāo)志常明壁裝或吊裝。

4)電氣管廊一般照明采用吸頂或壁裝防水防塵LED燈，疏散指示標(biāo)志常明壁裝。

5)行李機(jī)房照明主要采用柱上及墻上分層壁裝防水防塵LED燈，疏散指示標(biāo)志常明壁裝或吊裝，需根據(jù)現(xiàn)場情況制作燈具安裝支架。

2.2.2 照明智能控制

若使航站樓照明方式更加合理，就一定要將其與季節(jié)、天氣以及當(dāng)?shù)亟ㄖ木唧w位置進(jìn)行綜合考慮，通過對照明設(shè)備開光時間的智能控制去完成節(jié)能過程。智能照明控制系統(tǒng)能夠?qū)艟甙凑諘r段或者按照需求進(jìn)行調(diào)光與控制，并且可以實(shí)現(xiàn)燈具的單燈控制與多燈控制，進(jìn)一步節(jié)約能源。航站樓根據(jù)不同區(qū)域采取不同的智能照明控制模式，具體情況如表3所示。

照明監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下功能：對所控制的回路自動/手動切換控制、場景控制、延時控制、定時控制、單回路電流檢測控制、亮度探測控制以及其他系統(tǒng)的聯(lián)動控制，具體內(nèi)容如下。

(1)自動/手動切換控制：根據(jù)管理的需求對公共區(qū)或其他區(qū)的照明進(jìn)行自動控制或手動控制。

(2)延時控制：系統(tǒng)可對特殊區(qū)域和各個其他區(qū)域的照明進(jìn)行功能組合延時控制，從而避免因大面積回路同時開啟，造成涌流過大引發(fā)用電安全。

(3)定時控制：根據(jù)季節(jié)的變換，系統(tǒng)可以利用時鐘控制功能對所有燈光進(jìn)行設(shè)置，隨著季節(jié)的變換來自動調(diào)節(jié)燈光的開關(guān)時間；系統(tǒng)可以時鐘控制功能，使節(jié)日期間的燈光自動進(jìn)行場景變換和延時，以突出節(jié)日氣氛。

(4)單回路電流檢測控制：系統(tǒng)在運(yùn)行中可對高桿燈單個回路的工作狀態(tài)進(jìn)行電流檢測，隨時對系統(tǒng)的回路故障和超負(fù)荷進(jìn)行報警。

(5)亮度探測控制：航站樓照明節(jié)能控制系統(tǒng)的控制手段之一是采用光感探測器控制，根據(jù)室外天然光的亮度以及室內(nèi)探測到的照度來控制照明場所內(nèi)相關(guān)燈具的啟、閉，避免開啟不必要的燈光。

2.2.3 電力分項(xiàng)計(jì)量

分項(xiàng)計(jì)量是指對建筑的水、電、燃?xì)?、集中供熱、集中供冷等各種能耗進(jìn)行監(jiān)測，從而得出建筑物的總能耗量和不同能源種類、不同功能系統(tǒng)的能耗量。分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)本身并不節(jié)能，但采取分項(xiàng)計(jì)量是進(jìn)行節(jié)能監(jiān)測與管理的有效手段。要實(shí)現(xiàn)分項(xiàng)計(jì)量，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析等。

航站樓按負(fù)荷種類、場所、部門規(guī)劃電力分項(xiàng)計(jì)量，滿足DB 11/T624《公共機(jī)構(gòu)辦公建筑用電分類計(jì)量技術(shù)要求》的相關(guān)規(guī)定，并將計(jì)量數(shù)據(jù)上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)，便于運(yùn)行單位掌握航站各類負(fù)荷設(shè)備電耗狀況，按照下列原則設(shè)置電力分項(xiàng)計(jì)量儀表：所有變配電所低壓配電干線均配置多功能數(shù)字儀表；樓層配電的照明、風(fēng)機(jī)設(shè)備、水泵設(shè)備分類計(jì)量；空調(diào)、電扶梯設(shè)備計(jì)量到單個設(shè)備；信息及智能化、廣告、標(biāo)識、景觀照明等專項(xiàng)系統(tǒng)分項(xiàng)計(jì)量；聯(lián)檢及駐場單位、商業(yè)餐飲休閑、鐘點(diǎn)客房、休息室等分區(qū)域計(jì)量；自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電量、燃油消耗等單獨(dú)計(jì)量。

航站樓不同區(qū)域照度控制方式 表3

2.2.4 合理設(shè)計(jì)變壓器

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國輸配電損耗約占全國發(fā)電量的6.6%，其中電壓等級為6～35千伏、容量在6 300千伏安及以下的配電變壓器損耗占到40%～50%，因此，變壓器損耗也是航站樓電力系統(tǒng)損耗中不可忽視的一部分。

航站樓選用節(jié)能I型D,Yn11結(jié)線的低損耗節(jié)能型變壓器，能效限定達(dá)到GB 20052-2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》中的能效1級標(biāo)準(zhǔn)，其空載及負(fù)載損耗相對于傳統(tǒng)變壓器能夠減少30%以上。

根據(jù)GB/T 13462-2008《電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》，變壓器在帶負(fù)載時有其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)和最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)，根據(jù)理論計(jì)算，變壓器負(fù)載率在30%以上時運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)。因此，在設(shè)計(jì)航站樓變壓器容量時，要考慮遠(yuǎn)期負(fù)荷增加的需要，盡量將設(shè)計(jì)使用負(fù)荷率在30%以上。航站樓不同區(qū)域變壓器負(fù)載率參見表4。

航站樓不同區(qū)域變壓器負(fù)載率 表4

變壓器參數(shù)選型：(1)節(jié)能I型，10.5kV/400V，D/yn11，50Hz，3相，H級絕緣，IP22防護(hù)箱體，具有接地端子。(2)阻抗電壓Uk%：630kVA及以下選4%；800～1 600kVA選6%；2 000kVA及以上選8%。(3)高壓工頻耐壓≥42kV/min；低壓工頻耐壓≥5kV/min；沖擊試驗(yàn)電壓≥75kV；局部放電量≤5PC。(4)高壓分接范圍±2×2.5%，過電壓10%時，可連續(xù)無負(fù)荷運(yùn)行；過電壓5%時，可連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行(環(huán)境溫度+40℃以下)。(5)電腦溫控器：具有三相繞組、鐵芯溫度巡回檢測及最大值顯示，溫度設(shè)定面板操作，溫度傳感器故障報警。(6)噪聲水平、空載及負(fù)載損耗應(yīng)小于國家標(biāo)準(zhǔn)限值，選用達(dá)到1級能效標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

2.2.5 其他綠色節(jié)能措施

(1)變配電部綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

1)開閉站、變配電所在樓內(nèi)合理布置，盡量靠近負(fù)荷中心以縮短配電半徑并減少線路損耗。

2)供配電系統(tǒng)簡單可靠，低壓集中采用電容器串電抗器+小容量SVG相結(jié)合的補(bǔ)償濾波方案，即提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)又抑制減小諧波，減少無功損耗，同時使諧波限制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

3)70mm2以上電纜按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，在電纜全壽命周期內(nèi)減少電纜的自身電能損耗。

(2)樓宇自控管理系統(tǒng)應(yīng)用

1)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，全方位地對航站樓內(nèi)的各類機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和最佳控制，達(dá)到在滿足需求的前提下最大限度地節(jié)能。

2)配合設(shè)備工藝要求，采用變頻技術(shù)對電動機(jī)運(yùn)行進(jìn)行變速控制，以達(dá)到節(jié)能效果；應(yīng)用有變風(fēng)量空調(diào)箱、變頻水泵、變頻風(fēng)機(jī)、電梯、自動扶梯及自動步道。

3)配合設(shè)備工藝要求，控制充分利用自然通風(fēng)；控制最小新風(fēng)比；控制空氣品質(zhì)。

4)無人值守的變配電所內(nèi)風(fēng)機(jī)根據(jù)室內(nèi)溫度自動啟停。

5)屋面天窗根據(jù)室內(nèi)CO2濃度及室外風(fēng)雨傳感器自動啟停。

6)扶梯、步道變頻控制，設(shè)置光控探測，無人使用時，低速或停運(yùn)。

(3)節(jié)能、環(huán)保材料及產(chǎn)品應(yīng)用

1)選用的中小型三相異步電動機(jī)在額定輸出功率和75%額定輸出功率的效率不應(yīng)低于GB 18613-2012《中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及能效等級》規(guī)定的能效限定值。

2)選用能耗低的變壓器、電動機(jī)、燈具等機(jī)電產(chǎn)品及器件，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)“能效限定值能效等級”規(guī)定的1級標(biāo)準(zhǔn)。

3)選用干式變壓器、電容器及電抗器。

4)選用交流接觸器的吸持功率不高于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 21528《交流接觸器能效限定值及能效等級》規(guī)定的節(jié)能評價值。

5)開關(guān)、插座及電氣器件等均采用難燃環(huán)保材料。

3 結(jié)束語