高层办公建筑电气节能设计

郭贝

摘要：合理选择、安全运用电气系统设备，才能做到真正的节能。本文从照明及智能控制、供配电系统及电气装置的选择、建筑设备智能控制及能源管理、可再生能源的利用等电气系统节能这几个方面进行讨论，以节能的理念和对可持续发展观的思考，说明了高层办公建筑电气节能措施的应用和选择。

关键词：智能照明控制；供配电系统；可再生能源

引言：

隨着我国经济的不断增长，城市建筑对能源的需求也在不断上升，但是从我国能源情况来看，这不是一个好的发展趋势。如何通过对建筑的优化设计和能源设备的选择来减轻电力能耗问题的负担，做到节能降耗，是设计工作人员值得去思考的问题。下面以某一办公楼电气系统节能设计的主要环节进行讨论分析。

1 照明及智能照明控制

1.1 LED照明光源的应用

LED照明即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。在本工程中，利用LED直管灯代替传统T8直管荧光灯，用于对照度均匀度要求不太高的场所，即地下车库照明；利用LED筒灯代替传统节能管筒灯，用于公共区域及走道。可有效节能约30%。

1.2 智能灯光控制系统的应用

1.2.1 移动感应探测器的应用及控制

1.2.1.1 地下电信数据机房、地上公共走廊及卫生间照明系统的节能设计

设置了移动感应探测器，平时以满足保安监控需求的低照度运行，当检测到有人员活动时控制灯光开启，人员离开后延时关闭，可以实现更好的节能控制。

1.2.1.2 单元式办公室的照明及空调系统的节能设计

a.系统功能：采用KNX/DALI数字总线技术，可实现寻址功能，照明、窗帘、空调的控制在一个触摸屏上实现，可实现与安防、楼宇BAS的联动及可视化监控。

b.照明控制：使用移动感应控制照明，在没人时关闭照明设备，同时可分区或集中控制。恒照度控制，可以在阳光强烈时将灯光亮度调低降低能耗。

c.空调控制：可以自动及手动控制风机盘管高、中、低三种风速；同时可以使用移动感应控制空调风机盘管，在没人时自动关闭设备；根据需要自动调节制冷、制热、通风的参数；夜晚时集中关闭制冷、制热。

d.窗帘控制：可以控制窗帘电机的启停及点动，可以将空调、窗帘、灯光设定场景，实现一键调用设定的状态。

1.2.2 各类会议厅/室的智能灯光控制系统

在所有会议室，均将每列同种光源灯具由相应配电盘内独立照明支路供电，可实现各列独立控制。所有照明出线支路均集中纳入EIB智能灯光控制管理系统，并将上位机设于中控室内。工作人员在会议总控室内可根据各类会议厅/室的需求、自然采光情况及实际需要，非常灵活地分别控制各会议室各列灯具的开关状态、场景及照度值；系统具备就近控制、远程控制、定时控制、联动控制、组合控制、区域控制等功能，节省大量能源同时还可以节省人力、降低管理成本，最大限度地减少电能消耗。

2 供配电系统及电气设备的选择

2.1 非晶合金变压器的选择及应用

合理选择变压器的容量和台数，是保证电气系统节能的重要因素之一。选择变压器的容量和台数时，应根据用电负荷的情况和负荷等级，综合考虑投资和年运行费用以及负荷率等因素，对负荷进行合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效区内。

非晶合金是一种采用特殊的超快速制冷工艺加工而成的金属材料。在材料的微观结构中，一般金属均为晶态材料，其内部原子排列有序；而非晶合金材料内部原子结构排列呈无序状态。非晶态合金与晶态合金相比，在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。

2.2 带调谐电抗器的无功功率补偿装置的选择及应用

本工程无功功率补偿采用低压集中自动补偿与分散补偿相结合的方式。为了更有效地抑制谐波，本工程的集中功率因数自动补偿装置采用电抗器与电容器组合的无功功率补偿的方式。其中：电抗器必须配合电容器组，对产生谐波的大量非线性负荷进行功率因数校正。电容器和电抗器配置在串联谐振电路中进行调谐，使串联谐振频率低于系统中最低的谐波频率。因此，这种配置通常称为“调谐电容器组”，而电抗器被称为“调谐电抗器”。调谐电抗器是为了防止谐波共振问题而使用的，它可以避免电容器超载的风险，并有助于降低网络的电压谐波失真。调谐频率可以由电抗器的电抗率来表示（以%计），或者直接由频率（Hz）表示。最常见的电抗率值是5.7%、7%和14%（14%用于3次及以上次数的谐波）。

2.3 有源滤波装置的选择及应用

抑制谐波的方法有很多种，常用的方法有增加换流装置的脉动数、加装交流滤波装置、改善三相不平衡度、在用户进线处加装串联电抗器、采用有源滤波器/无源滤波器等。

实际措施的选择要根据谐波达标的水平、效果、经济性和技术成熟度等综合比较后确定，从而抑制高次谐波造成的系统发热和损耗，实现电气系统的节能。

2.4 智能SPD监控系统的应用

鉴于本办公楼的重要性，为确保供电系统运行的安全、可靠，省去每年雨季前后对SPD进行的人工巡检，实现节能环保的目的，设置了智能SPD监控系统。

智能浪涌保护器SPD包含防雷模块和检测模块，具备智能检测功能。检测模块实时检测浪涌抑制期间的状态信息，并传输至监控系统主机。智能SPD监控系统将所有浪涌保护器进行集中监控，可以实时了解浪涌保护器的各种状态，无需进行定期人工巡检，解决了人工巡检出现的问题；在故障时通过多种方式报警，并显示详细的故障信息，可发送短信告知维护人员故障及解决方法；可以对浪涌保护器的当前状态进行检测分析，预知其工作状态，以保证有效的防护。endprint

2.5 智能配电监控系统的应用

该办公楼供配电系统借助于完善的智能配电监控系统，实现了对高/低压配电设备及相关电气参数的监测、控制、故障报警、通信管理、信号采集、显示等功能。采用分层分布式的网络结构，实现了高/低压配電系统的智能化综合监控、统一管理、“四遥”及无人职班或少人职班的功能，并与整个大楼的建筑设备监控系统融为一体，实现了机电设备远方和就地监控的有机结合，既满足了建筑节能的要求，又为用户大大节约了人力资源。

监控系统在结构上分为两层：①第一层：现场综合测量装置和PLC，安装在高/低压开关柜中，完成各自保护及开关柜内的信号和测量电量的采集功能。②第二层：上位监控站，完成对PLC和现场测量装置的集中管理和信息集中，作为整个变电站的人机界面，实现对变电所内被控设备的监视、控制和操作。同时，提供标准通信接口、数据格式与上位机系统通信。

3 建筑设备智能控制及能源管理系统

3.1 建筑设备监控系统的应用

为保证健康舒适的室内环境，本办公楼设置室内空气质量监控系统，在人员变化大的一层大堂和二层3#会议室设置CO2浓度监测系统，并与相应空调机组进行联动控制，当室内CO2浓度超标时，新风阀与排风阀联动增加开度。在车库内设CO浓度探测器，根据CO浓度自动开启送排风机并调整送排风机台数。

3.2 分类、分项能源采集与能源管理系统的应用

3.2.1 分类、分项能源采集系统

该系统通过安装在现场的计量装置，将电量（含空调用电、照明用电、室内设备用电、综合服务用电、特殊服务用电等分项能耗）、水量、燃气量、冷热耗量等分类与分项能耗进行分别计量，通过现场总线与数据采集器连接将数据汇总输出，利用管理系统软件进行分析综

3.2.2 能源管理系统

EMS能源管理系统功能分为能耗数据采集存储、能源消耗分析与管理、能源动力过程监控三部分，系统应用结构分为能源监管平台、能源监测系统和能源信息网络。

通过实时的在线监控和分析管理，可对设备能耗状况进行监视提高整体管理水平，及时发现能源消耗异常状态并协调解决，通过对各项数据进行统计分析可为将来节能改造提供依据。

4 可再生能源——太阳能光伏发电系统的应用

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，太阳能光伏发电系统主要由太阳电池板、蓄电池、充电控制单元及放电控制单元组成。

太阳能光伏发电系统目前主要应用于太阳能热水、太阳能锅炉、太阳能照明（室外照明：太阳能路灯、庭院灯、草坪灯、停车场灯等；室内照明：地下车库灯、办公室灯等）。随着太阳能光伏发电技术的不断完善发展和日趋成熟，该系统将会广泛应用于各个领域。

4.1 利用太阳能光伏发电系统为地下车库照明供电

在本工程屋顶设太阳能光电板，充分利用太阳这一清洁纯净、可再生能源，将之转化为电能，直接通过并网逆变器并入地下车库配电盘为末端负荷供电，当太阳能发电不能满足实际使用需求时还可由市电进行补充以保证正常使用。

并网系统是通过并网逆变器跟踪并模拟电网波形、相位，把太阳能产生的直流电转换成标准的交流电供负荷使用，并可选择是否向电网反送电力。为了电网安全，我们推荐的是太阳能系统并网不反送的发电模式。光照条件好时，太阳能系统发的直流电通过逆变器变成交流电供建筑负荷使用；光照不足或消失时，由电网向负荷供电，并网光伏发电系统图见图1。

4.2 利用太阳能光伏发电系统

本项目淋浴采用太阳能热水，太阳能热水用量占建筑生活热水消耗量的27.5%，太阳能生活热水系统示意图如图2所示。

5 结语

综上所述，我国目前能源浪费的现象比较严重，但是能源却非常少。在供配电设备上能对节能工作做出巨大贡献。为了节能减耗的目的，在高层办公建筑电气设计中我们应正确设计供配电系统，选用节能的供电设备，逐步淘汰不符合节能要求的设备，结合科学的发展观，早日实现供配电系统和用电设备能节能降耗地运行。

参考文献

[1]胡共荣.高层办公楼在建筑节能设计研究分析[J].城市建设理论研究，2012年第7期.

[2]陈锦槐.浅谈高层办公楼建筑电气设计[J].城市建设理论研究，2011年第18期.endprint