大型政務(wù)中心電氣節(jié)能研究與應(yīng)用

李嘉誠(chéng)，魏立明

（吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

0 引言

政務(wù)中心主要由本級(jí)地方政府主辦,集中審批處理需同級(jí)以上政府部門(mén)授權(quán)受理的全部行政管理許可業(yè)務(wù)事項(xiàng)范圍和具體服務(wù)審批項(xiàng)目,具有集中信息采集和集中咨詢(xún),管理協(xié)調(diào)和綜合協(xié)調(diào),投訴管理和監(jiān)督等功能。政務(wù)中心以高效優(yōu)質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量受到廣大人民群眾歡迎。隨著政府職能的轉(zhuǎn)變和建設(shè)服務(wù)型政府要求的不斷深化，其服務(wù)內(nèi)容發(fā)生了變化，建筑面積隨之增加，功能隨之增多，負(fù)荷隨之增大，相應(yīng)的能耗顯著增加，其中電氣能耗占比達(dá)到60%，因此大型政務(wù)中心的電氣節(jié)能顯得尤為重要[1]。

文獻(xiàn)[2]通過(guò)深入研究我國(guó)空調(diào)用能和發(fā)展特點(diǎn)，通過(guò)模擬和歸納過(guò)程計(jì)算出每項(xiàng)的能耗，分析建筑的耗能原因及可再生能源在住宅建筑中的可行性及應(yīng)用研究，在各地區(qū)建筑中的應(yīng)用提出了節(jié)能設(shè)計(jì)思路。文獻(xiàn)[3]總結(jié)了當(dāng)前智能家居電器設(shè)備中的核心環(huán)節(jié)，對(duì)其節(jié)能目標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)節(jié)能原理及經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)家居節(jié)能。文獻(xiàn)[4]通過(guò)分析區(qū)域氣候和能源獲取，進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)和能源計(jì)算，并選擇控制系統(tǒng)，減少能源消耗和分配損失，提高經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)綠色建筑節(jié)能減排。

本文主要針對(duì)大型政務(wù)中心的電氣節(jié)能問(wèn)題進(jìn)行研究，通過(guò)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，提出對(duì)應(yīng)的節(jié)能措施。

1 大型政務(wù)中心電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

1.1 電氣設(shè)計(jì)方案

大型政務(wù)中心電氣設(shè)計(jì)中普遍采用的供電方式是通過(guò)箱變電站引入一路220V/380V電源，電纜引入配電間[5]。電氣設(shè)計(jì)流程如圖1所示，本設(shè)計(jì)二級(jí)負(fù)荷主要為消防設(shè)備、應(yīng)急和疏散照明，除以上二級(jí)負(fù)荷之外，其他用電負(fù)荷均為三級(jí)負(fù)荷。二級(jí)負(fù)荷的應(yīng)急與分散照明及消防設(shè)備的供電方式采取雙回路電源,而三級(jí)負(fù)荷則采取單一電源供應(yīng)。照明系統(tǒng)以照度計(jì)算為主，布置相應(yīng)的燈具以達(dá)到國(guó)家的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，插座設(shè)置的選型可以依據(jù)不同房間、不同要求進(jìn)行選擇；建筑物防雷設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足當(dāng)?shù)氐睦讚魲l件與建筑自身的防雷等級(jí)，防雷接地形式以TN-C-S形式為主，建筑物雷電防護(hù)等級(jí)為三類(lèi)，在房頂最高處安裝接閃桿，屋頂安裝接閃帶和避雷網(wǎng)，接閃桿、接閃帶與防雷引下線(xiàn)均聯(lián)結(jié)成一體。此外，采用金屬框架、金屬支架與屋頂接閃帶牢固地結(jié)合，形成等電位體，針對(duì)雷擊造成的過(guò)電壓保護(hù)，一般采取在直流側(cè)和交流側(cè)設(shè)置電涌保護(hù)裝置，以防止因過(guò)電壓造成的設(shè)備損害；消防系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的選擇和計(jì)算根據(jù)該建筑類(lèi)型及建筑用途所決定[6]。

圖1 電氣設(shè)計(jì)流程圖

1.2 電氣節(jié)能設(shè)計(jì)措施

1.2.1 電力負(fù)荷的選取

大型政務(wù)中心光伏發(fā)電項(xiàng)目工程采用低壓并網(wǎng)模式，利用太陽(yáng)能發(fā)電，由于其自身的特性（光照強(qiáng)度不同，產(chǎn)生的電流也會(huì)有差異），因此，尋找適合于發(fā)電特性的用電量就顯得尤為重要。在用電容量比光伏系統(tǒng)的發(fā)電量大且光伏發(fā)電期用電比較穩(wěn)定的情況下，對(duì)建筑物的供電負(fù)荷進(jìn)行了分析。地下室停車(chē)場(chǎng)照明長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，負(fù)載平穩(wěn)，但由于消防分區(qū)的設(shè)置，配電柜分布比較分散，而且項(xiàng)目初期未考慮采用太陽(yáng)能發(fā)電，所以沒(méi)有安裝地下室照明總箱。盡管地下室的總光照面積很大，但是在分散的情況下無(wú)法與太陽(yáng)能系統(tǒng)相匹配。地下室的送風(fēng)器也存在相似的問(wèn)題，并且在后期的物業(yè)管理中，為節(jié)省能源，即使僅打開(kāi)一部分風(fēng)扇，也會(huì)造成負(fù)載的不穩(wěn)定[7]。因此，弱電系統(tǒng)是最好的選擇，由于樓層多，所以即使負(fù)載不確定，也能滿(mǎn)足光伏發(fā)電的需求。

1.2.2 光伏接入節(jié)點(diǎn)選取

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)普遍選擇安裝在建筑物的屋頂上。由于樓頂太陽(yáng)能發(fā)電距離地下低壓配電室走線(xiàn)近百米，建議盡可能接入靠近光伏發(fā)電系統(tǒng)的用電設(shè)備，以降低線(xiàn)路損耗和線(xiàn)路維修費(fèi)用。

項(xiàng)目初期，太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)廠(chǎng)家提出將接入點(diǎn)設(shè)在變電站的低壓主母線(xiàn)上，從而保證電力的穩(wěn)定和被充分的利用，進(jìn)而不需要擔(dān)心用電的問(wèn)題。不過(guò)考慮到高層建筑對(duì)電力的可靠性有很高的要求，若發(fā)生意外，會(huì)造成低壓母線(xiàn)的停電，影響設(shè)備的使用，造成資料丟失。因此，應(yīng)選擇在終端進(jìn)行操作。在負(fù)荷選取后，若將光伏發(fā)電系統(tǒng)與照明干線(xiàn)連接即可節(jié)約引到地下室的電纜，最后與廠(chǎng)方商量后，選擇并入照明干線(xiàn)。其具體實(shí)施方式為：在主干電源上加裝插接盒，安裝保護(hù)開(kāi)關(guān)，并將其與光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流配電柜的輸出端相連。

1.3.3 “孤島現(xiàn)象”的影響分析

“孤島現(xiàn)象”是指當(dāng)電網(wǎng)不能供電時(shí)，當(dāng)逆變器的輸出端局部負(fù)荷的共振頻率等于電網(wǎng)額定功率時(shí)，逆變器仍能正常工作?！肮聧u現(xiàn)象”會(huì)給人和設(shè)備帶來(lái)安全隱患甚至造成危險(xiǎn)：當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障不能正常運(yùn)行時(shí)，若維修人員對(duì)線(xiàn)路或設(shè)備進(jìn)行維修，如果逆變器持續(xù)供電，則可能會(huì)引起觸電事故；如果電網(wǎng)出現(xiàn)故障，而逆變器仍在持續(xù)運(yùn)行，那么在電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)與并網(wǎng)逆變器的輸出電壓相差較大，致使產(chǎn)生沖擊電流[8]。為保證檢修人員和設(shè)備的安全，將反孤島控制器、操作開(kāi)關(guān)安裝在樓頂光伏發(fā)電系統(tǒng)旁。

2 工程案例分析

2.1 工程概況

為了深入研究綠色建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，本文選取實(shí)際案例進(jìn)行具體分析。案例為吉林省長(zhǎng)春市某政務(wù)中心整體改造工程，本建筑為二類(lèi)建筑，建筑總面積達(dá)到6 740 m2，建筑高度為24 m，建筑結(jié)構(gòu)形式采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)。地下1層為車(chē)庫(kù)和設(shè)備用房，地上5層全部為辦公用房。

2.2 電氣節(jié)能數(shù)據(jù)分析

傳統(tǒng)的重要電子設(shè)備的供電方式是雙電源+UPS，而光伏發(fā)電則考慮是否安裝蓄電池組作為儲(chǔ)能或是選擇即發(fā)即用的問(wèn)題，主要考慮到該項(xiàng)目發(fā)電量不大，加裝蓄電池后在項(xiàng)目投資等各個(gè)方面的費(fèi)用均有提高。從系統(tǒng)設(shè)置方面來(lái)看，即時(shí)使用的方式簡(jiǎn)單、直觀(guān)，后期的維護(hù)工作也比較少。此外，從太陽(yáng)能資源的豐富程度來(lái)看，本工程位于5級(jí)區(qū)域，其發(fā)電能力不穩(wěn)定，不具備良好的蓄電池運(yùn)行環(huán)境。綜合上述因素，大型政務(wù)中心光伏發(fā)電項(xiàng)目工程最終采取“即時(shí)使用”的方法。光伏發(fā)電的系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）展示了大型政務(wù)中心光伏電站的組件、系統(tǒng)配置及配電方式，為可再生能源在建筑系統(tǒng)中應(yīng)用提供設(shè)計(jì)思路。

圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)

2.3 節(jié)能改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比分析

通過(guò)本次改造，在負(fù)荷中心安裝了一個(gè)0.4 kV變電站，既節(jié)約了能源用電，又減少了線(xiàn)路損耗及供應(yīng)和分配系統(tǒng)的無(wú)功功率損耗。選用節(jié)能設(shè)備，變壓器采用非晶合金干式變壓器，負(fù)荷成本控制在85%以下，提高了變壓器的工作效率。照明設(shè)計(jì)采用LED節(jié)能電器和直接照明，光質(zhì)和功率分檔測(cè)量，便于測(cè)量使用的電量。施工設(shè)備中風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速設(shè)備，電梯采用具有功率反饋的電梯。本項(xiàng)目已獲批能源監(jiān)測(cè)與管理，實(shí)現(xiàn)了綠色建筑節(jié)能減排的目標(biāo)，為能源使用的改善提供了完整的檢查流程和能源使用信息，詳見(jiàn)表1。

表1 大型政務(wù)中心改造前后全年總耗電統(tǒng)計(jì)kW·h

3 結(jié)論

本文針對(duì)大型政務(wù)中心電氣節(jié)能問(wèn)題進(jìn)行了深入分析，從負(fù)荷選取、光伏發(fā)電接入點(diǎn)選取、孤島效應(yīng)影響等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，提出相應(yīng)電氣節(jié)能措施。以北方某大型政務(wù)中心為例，進(jìn)行電氣節(jié)能案例分析，該中心采用建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)分析表明，建設(shè)太陽(yáng)能光伏一體化系統(tǒng)，實(shí)際每年發(fā)電量約9.36萬(wàn)kW·h，每年可節(jié)約電能約708 850 kW·h，即70.88萬(wàn)度電，項(xiàng)目節(jié)能效果良好，可為同類(lèi)建筑的節(jié)能改造提供借鑒和參考。