旧办公楼节能改造中的电气设计方案

2016-08-24梁晨

现代建筑电气 2016年6期

关键词：节电办公楼城市更新

梁　晨

(华东建筑设计研究院有限公司, 上海　200002)

旧办公楼节能改造中的电气设计方案

梁晨

(华东建筑设计研究院有限公司, 上海200002)

针对“城市更新”主题下旧办公楼节能改造,结合某旧办公楼项目的改造过程,分析了旧办公楼节能改造中的电气设计方案,从项目的用能特点、建筑电气设计上的针对性技术解决措施及节能技术方面进行了阐述。综合经济效益分析测算结果表明,中央空调系统部分的节能改造效果最明显,其始终保持在最经济的运行状态。

旧办公楼; 城市更新; 合同能源管理; 节能改造

0　引　言

1994～2000年属于我国第一轮办公楼建设高峰。这些第一代办公楼往往由非专业、非成熟房产机构负责开发并拥有,设计标准低,设施设备技术水准参差不齐,加上物业管理不善,能耗水平较高,在使用和效果上与目前的市场需求有较大的差距和提升空间,同时大多已进入10～15 a的物业更新期[1-2]。这就是目前“城市更新”中典型旧办公楼的群体特征。因此,“城市更新”中对于办公楼的改造需求日益高涨,其中节能改造的需求尤为突出。

1　用能设备概况

结合某高层办公楼实例(面积约为35 000 m2,建于20世纪90年代初,框架结构),剖析其用能状况。

(1) 供电系统(变压器系统)。配置2台1 250 kVA变压器,每年带载运行220 d,每天24 h运行,大厦平均电价为1.06元/kWh。

(2) 中央空调系统。中央空调主机的配置表如表1所示。

表1中央空调主机的配置表

名称输入功率/kW配置数量/台输入总功率/kW螺杆式水冷机组30×83720冷却水小循环泵30390冷冻水循环泵30390热水循环泵15230电热水锅炉60021200

表1中,在夏季,冷却水泵常开2台,冷冻水泵常开1台,热水循环泵常开1台,机组机头常开20台,特殊气候条件下开24台机头;在冬季,电热水锅炉常开2台,负载率为55%,供暖主要由2台600 kW的电热水锅炉提供。夏季供冷120 d,冬季供暖90 d,每个月运行22 d,每天运行11 h。

(3) 照明系统。照明灯具配置18 W电子节能灯45只,20 W电感式日光灯42只,36 W电感式日光灯12只,11 W电子节能灯134只,5 W电子节能灯307只,照明系统每年运行220 d,每天运行11 h,平均电价为1.06元/kWh。

2　用能设备存在问题

(1) 变压器系统。变压器输出电压为400 V,易造成铁损、铜损,电能消耗增加,灯具易损坏,增加大厦运行成本和浪费人力资源。

(2) 中央空调系统。2台水冷机组使用时间较长,其能效比严重衰减,制冷效率低,能耗大;冷却、冷冻循环水泵仍实行传统的定流量运行模式,电能浪费大; 2台600 kW的电热水锅炉提供45 ℃热水作为空调采暖热源,能效比低,能源消耗大,运行成本高。

(3) 照明系统。虽然部分区域采用电子节能灯,但大部分仍采用电感式日光灯,与新光源LED相比,还有较大的节能空间。

3　典型旧办公楼节能改造电气方案

针对该高层办公楼用能系统的用能设备,实施如下节能改造措施方案。

3.1变压器系统节能技术改造

在配电站变压器的输出端安装变压器侧智能化节电装置,从而提高电源质量,延长用电设备的使用寿命,节省电能。

变压器侧智能化节电装置主要采用信号采集存储,实时跟踪负荷变化,通过微计算机控制技术、智能化调压器等组合配置,平衡电流、电压,降低设备频繁起动产生的峰值电流,抑制高次谐波,修复电压、电流波形,提高使用设备的安全性、可靠性。

(1) 通过智能化电压采样系统,与设定的电压进行比较,使电源电压与实际使用的终端电压相匹配,符合GB 12325—1990《电能质量供电电压允许偏差》中如下规定:“10 kV以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%,220 V单相用户供电电压允许偏差为额定电压的7%～10%”。

(2) 合理调整电压,延长用电设备的使用寿命。在不影响正常运行的条件下,可大幅度地减少铜损、铁损,降低涡流,达到节能的目的。

(3) 抑制高次谐波,将电抗器、电容器等电器元件组成的一个高效滤波电路串联在电源电路中,有效抑制高次谐波,缓冲电源电压的瞬变、电涌和脉冲电流。

3.2中央空调系统节能技术改造

(1) 用模块式风冷冷(热)水机组替代螺杆式水冷机组。模块式风冷冷(热)水机组具有近100%的容积效率,保证了能效比较往复式高出20%～30%,其热气直通结构可以防止蒸发器底部融霜水结成冰,加强了机组低温制热的稳定性。机组节能认证能效比可达3.37,达到国家节能产品二级标准,可根据负荷大小自动调节机组的制冷量,使机组的输出与空调负荷保持最佳匹配。主模块设计使得任何一台机组都可作为主模块,协调整个系统按需工作,同时具有超强兼容性和可扩展性,不同型号模块间可以任意组合,为系统日后的再升级带来方便。单个模块双系统设计中模块之间独立运行,即每台模块机有2个独立的制冷系统,单个系统发生故障时不影响其他系统的正常运行,保证机组正常运行的同时可进行维修和保养,同时配备专门用于供暖、通风和空调系统的智能化节电装置。

(2) 采用高效节能水泵替代高能耗水泵。在冷冻循环水泵的电机上安装水泵智能化节电装置,控制循环水泵的流量,实行变流量运行,节省电能。

中央空调系统采用的智能化节电装置自动调节水泵、电机风机转速,使系统保持在最经济的运行状态,通过人工智能界面实时跟踪电机运行负荷变化,并及时调整电机转速,达到节能的目的。同时,使电机起动电流小于满载电流,减少电流对电网的冲击,降低设备的运行噪声,延长设备使用寿命,使其具有各种保护功能和软起动功能。

3.3照明系统节能技术改造

在提高电能质量的前提下,LED替代电感式日光灯和电子式荧光灯,达到节能目的,并延长用电设备的使用寿命。

LED高效光源,特别是白色光源(适用于一般照明)的发展,对于大幅降低照明用电量具有重要的作用,可以降低电能消耗增长速度,减少新增电网容量的费用。相对传统光源,LED光源具有以下特点:

(1) 节能。光谱集中于可见光频段,发光效率可达80%～90%,光线质量高,基本无辐射,属于典型的绿色照明光源。

(2) 寿命长。普遍在30 000 h以上,即便是频繁进行开关,也不影响其使用寿命。

4　综合经济效益分析测算

综合经济效益分析测算如表1所示。

表1综合经济效益分析测算

名称具体措施年节电量/kWh折合标煤/t年节约费用/万元投资/万元变压器系统安装智能化节电装置356400106.9237.78186.74中央空调系统安装智能化节电装置10160030.4910.77439.78安装模块式风冷冷(热)水机组736200220.8578.03439.78照明系统安装LED节能灯61001.830.656.09

由表1可见,该办公楼综合节能改造方案包含3个系统4项节能技术措施,预计每年可节电1 200 000 kWh,折算标准煤360.09 t,每年综合节能效益为127.23万元,节能效果明显,其中,中央空调系统的节能改造效果最为明显。

节能改造工程的全部投入由节能服务公司先期提供的前提下,经过经济模型测算,合同管理提供三种合作模式[3-4]:

(1) 节能量保证型,客户一次性支付节能改造工程费用632.61万元,投资回收期为4.97 a。

(2) 节能效益支付型,即用户零投资零风险的使用节能设备,将节省的能源费用直接支付给节能项目公司,直至付清为止。合同总金额为 899.86万元,投资回收期为7.07 a。

(3) 节能效益分享型,即用户零投资零风险的使用节能设备,将节省的能源费用按比例分享。若按节能公司占有80%节省的能源费用,分享期限按10 a设定,则在合同分享期限内,凡节能设备的维护费、保养费均由合同双方按分享比例共同分担,并在当月的节能款中扣除。

5　结　语

在“城市更新”主题下旧办公楼节能改造中,电气专业可以发挥相当大的作用,涉及配电源头的变压器、大型机组(如空调主机)的供电、长时间运行的水泵等设备节电技术,以及末端照明绿色技术的更新等。

“城市更新”给建筑电气设计领域提出新的课题,需要电气设计人员深入研究用电设备的运营特性,针对性地采用电工技术进行适配,从技术端提升自身能力,以满足业主的各种需求。

[1]郝桂珍,孟冲.上海电气总部办公大楼综合改造技术集成示范工程[J].建设科技,2015(9):43-47.

[2]姜杰,张晓峰,宋立焘.城市更新与中国实践[M].济南:山东大学出版社,2013.

[3]顾卿.简述合同能源管理机制及运营模式[J].智能建筑,2014(8):26-28.

[4]KAMARUZZAMAN S N,ZULKIFLI N.A review of the lighting performance in buildings through energy efficiency[C]∥2nd International Conference on Research in Science,Engineering and Technology(ICRSET’2014),2014:165-169.

Electrical Design Scheme of Energy-saving Renovation in Old Office Building

LIANG Chen

(East China Architectural Design & Research Institute Co., Ltd., Shanghai 200002, China)

Aiming at the energy-saving renovation of old office building under urban regeneration,combining by an old office building,this paper analyzed the electrical design schemes of energy-saving renovation.The features of energy consumption,specific technical solutions of electrical design scheme and energy-saving technologies were elaborated.The comprehensive economic analysis results show that the energy-saving renovation of central air-conditioning system has the mostobvious effect which is always in the most economic operating state.

old office building; urban regeneration; energy management contracting; energy-saving renovation