大型政务中心电气节能研究与应用

李嘉诚，魏立明

（吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林 长春 130118）

0 引言

政务中心主要由本级地方政府主办,集中审批处理需同级以上政府部门授权受理的全部行政管理许可业务事项范围和具体服务审批项目,具有集中信息采集和集中咨询,管理协调和综合协调,投诉管理和监督等功能。政务中心以高效优质的服务质量受到广大人民群众欢迎。随着政府职能的转变和建设服务型政府要求的不断深化，其服务内容发生了变化，建筑面积随之增加，功能随之增多，负荷随之增大，相应的能耗显著增加，其中电气能耗占比达到60%，因此大型政务中心的电气节能显得尤为重要[1]。

文献[2]通过深入研究我国空调用能和发展特点，通过模拟和归纳过程计算出每项的能耗，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应用研究，在各地区建筑中的应用提出了节能设计思路。文献[3]总结了当前智能家居电器设备中的核心环节，对其节能目标进行评估，根据节能原理及经验来设计家居节能。文献[4]通过分析区域气候和能源获取，进行节能设计和能源计算，并选择控制系统，减少能源消耗和分配损失，提高经济效益，实现绿色建筑节能减排。

本文主要针对大型政务中心的电气节能问题进行研究，通过进行节能设计，提出对应的节能措施。

1 大型政务中心电气节能设计

1.1 电气设计方案

大型政务中心电气设计中普遍采用的供电方式是通过箱变电站引入一路220V/380V电源，电缆引入配电间[5]。电气设计流程如图1所示，本设计二级负荷主要为消防设备、应急和疏散照明，除以上二级负荷之外，其他用电负荷均为三级负荷。二级负荷的应急与分散照明及消防设备的供电方式采取双回路电源,而三级负荷则采取单一电源供应。照明系统以照度计算为主，布置相应的灯具以达到国家的规范与标准，插座设置的选型可以依据不同房间、不同要求进行选择；建筑物防雷设计应满足当地的雷击条件与建筑自身的防雷等级，防雷接地形式以TN-C-S形式为主，建筑物雷电防护等级为三类，在房顶最高处安装接闪杆，屋顶安装接闪带和避雷网，接闪杆、接闪带与防雷引下线均联结成一体。此外，采用金属框架、金属支架与屋顶接闪带牢固地结合，形成等电位体，针对雷击造成的过电压保护，一般采取在直流侧和交流侧设置电涌保护装置，以防止因过电压造成的设备损害；消防系统相关设备的选择和计算根据该建筑类型及建筑用途所决定[6]。

图1 电气设计流程图

1.2 电气节能设计措施

1.2.1 电力负荷的选取

大型政务中心光伏发电项目工程采用低压并网模式，利用太阳能发电，由于其自身的特性（光照强度不同，产生的电流也会有差异），因此，寻找适合于发电特性的用电量就显得尤为重要。在用电容量比光伏系统的发电量大且光伏发电期用电比较稳定的情况下，对建筑物的供电负荷进行了分析。地下室停车场照明长时间运行，负载平稳，但由于消防分区的设置，配电柜分布比较分散，而且项目初期未考虑采用太阳能发电，所以没有安装地下室照明总箱。尽管地下室的总光照面积很大，但是在分散的情况下无法与太阳能系统相匹配。地下室的送风器也存在相似的问题，并且在后期的物业管理中，为节省能源，即使仅打开一部分风扇，也会造成负载的不稳定[7]。因此，弱电系统是最好的选择，由于楼层多，所以即使负载不确定，也能满足光伏发电的需求。

1.2.2 光伏接入节点选取

太阳能发电系统普遍选择安装在建筑物的屋顶上。由于楼顶太阳能发电距离地下低压配电室走线近百米，建议尽可能接入靠近光伏发电系统的用电设备，以降低线路损耗和线路维修费用。

项目初期，太阳能发电设备的生产厂家提出将接入点设在变电站的低压主母线上，从而保证电力的稳定和被充分的利用，进而不需要担心用电的问题。不过考虑到高层建筑对电力的可靠性有很高的要求，若发生意外，会造成低压母线的停电，影响设备的使用，造成资料丢失。因此，应选择在终端进行操作。在负荷选取后，若将光伏发电系统与照明干线连接即可节约引到地下室的电缆，最后与厂方商量后，选择并入照明干线。其具体实施方式为：在主干电源上加装插接盒，安装保护开关，并将其与光伏发电系统的交流配电柜的输出端相连。

1.3.3 “孤岛现象”的影响分析

“孤岛现象”是指当电网不能供电时，当逆变器的输出端局部负荷的共振频率等于电网额定功率时，逆变器仍能正常工作。“孤岛现象”会给人和设备带来安全隐患甚至造成危险：当电网出现故障不能正常运行时，若维修人员对线路或设备进行维修，如果逆变器持续供电，则可能会引起触电事故；如果电网出现故障，而逆变器仍在持续运行，那么在电网电压恢复时，会出现与并网逆变器的输出电压相差较大，致使产生冲击电流[8]。为保证检修人员和设备的安全，将反孤岛控制器、操作开关安装在楼顶光伏发电系统旁。

2 工程案例分析

2.1 工程概况

为了深入研究绿色建筑电气节能设计，本文选取实际案例进行具体分析。案例为吉林省长春市某政务中心整体改造工程，本建筑为二类建筑，建筑总面积达到6 740 m2，建筑高度为24 m，建筑结构形式采用钢筋混凝土框架结构和桩基础。地下1层为车库和设备用房，地上5层全部为办公用房。

2.2 电气节能数据分析

传统的重要电子设备的供电方式是双电源+UPS，而光伏发电则考虑是否安装蓄电池组作为储能或是选择即发即用的问题，主要考虑到该项目发电量不大，加装蓄电池后在项目投资等各个方面的费用均有提高。从系统设置方面来看，即时使用的方式简单、直观，后期的维护工作也比较少。此外，从太阳能资源的丰富程度来看，本工程位于5级区域，其发电能力不稳定，不具备良好的蓄电池运行环境。综合上述因素，大型政务中心光伏发电项目工程最终采取“即时使用”的方法。光伏发电的系统（见图2）展示了大型政务中心光伏电站的组件、系统配置及配电方式，为可再生能源在建筑系统中应用提供设计思路。

图2 光伏发电系统

2.3 节能改造前后数据对比分析

通过本次改造，在负荷中心安装了一个0.4 kV变电站，既节约了能源用电，又减少了线路损耗及供应和分配系统的无功功率损耗。选用节能设备，变压器采用非晶合金干式变压器，负荷成本控制在85%以下，提高了变压器的工作效率。照明设计采用LED节能电器和直接照明，光质和功率分档测量，便于测量使用的电量。施工设备中风机、水泵采用变频调速设备，电梯采用具有功率反馈的电梯。本项目已获批能源监测与管理，实现了绿色建筑节能减排的目标，为能源使用的改善提供了完整的检查流程和能源使用信息，详见表1。

表1 大型政务中心改造前后全年总耗电统计kW·h

3 结论

本文针对大型政务中心电气节能问题进行了深入分析，从负荷选取、光伏发电接入点选取、孤岛效应影响等方面进行了详细阐述，提出相应电气节能措施。以北方某大型政务中心为例，进行电气节能案例分析，该中心采用建筑一体化光伏发电系统，根据实际数据分析表明，建设太阳能光伏一体化系统，实际每年发电量约9.36万kW·h，每年可节约电能约708 850 kW·h，即70.88万度电，项目节能效果良好，可为同类建筑的节能改造提供借鉴和参考。