南京工程学院图书馆工程的电气节能

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XXXXX论文

（国家职业资格X级）

论文题目：南京工程学院图书馆工程的电气节能姓名：沈云清

身份证号：南京工程学院图书馆工程的电气节能准考证号：南京工程学院图书馆工程的电气节能所在省市：江苏省南京市

所在单位：南京工程学院

南京工程学院图书馆工程的电气节能

沈云清

南京工程学院

摘要：随着现代科学技术的发展，人类对能源的需求越来越大，有限的能源储存与不断增长的能源需求之间，矛盾日益严重，因此，节能显得日益重要。在建筑领域，国家对节能也是日益重视，近年来新出台不少关于节能方面的政策及法规。而随着建筑科技的发展，节能在建筑领域既不再是高不可攀，也不再是贴钱换亮点，而是具体实在的工作。本文从建筑工程管理者的角度，以南京工程学院图书馆为工程实例，着重论述了如何在常规条件下采取电气节能措施，使得新建图书馆达到节能建筑的要求。

0.前言

随着现代科学技术的发展，人类对能源的需求越来越大，有限的能源储存与不断增长的能源需求之间，矛盾日益严重，因此，节能显得日益重要。在建筑领域，目前的建筑用能已超过全国能源消耗总量的1/4,随着人民生活水平的提高，将逐步增加到以1/3以上。国家对节能日益重视，近年来新出台不少关于节能方面的政策及法规，如《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）、《民用绿色建筑设计规范》（GB50054-95）等等；各省市也出台了相应的节能方面的政策及法规，如《江苏省公共建筑节能标准》（DGJ32/J96-2010）等。建筑节能审查已成为建筑工程审查的强制措施及重要组成内容。

目前不少建筑在节能设计中，为了达到节能指标，采用了许多新技术、新设备，如楼宇设备管理系统、智能照明控制系统、太阳能光

伏发电系统、冰蓄冷设备、地源热泵空调等等，这些新技术、新设备的一次资金投入均比较大。采用这些新技术、新设备之后，有的工程达到了节能效果，但是节能不省钱；还有的工程即使花了钱，也没有达到预期的节能效果。其实，在现代建筑工程实践中，除少数标志性、示范性工程可以不重视成本因素外，受资金所限，大多数建筑只能在常规条件进行节能设计，因此注重常规条件下节能措施更具有实际意义及应用前景。

1.工程概况

南京工程学院图书馆【注1】位于南京工程学院新校区礼仪性入口与功能性入口轴线的交点，是南京工程学院新校区内最重要的标志性建筑。

南京工程学院图书馆楼高5层(局部6层)，包括三个相对独立的功能：图书馆(C区)、自修中心(A区)、计算机中心(B区)。设有基本书库及业务办公、特藏书库、理工文献中心、社会科学文献中心、基础学科文献中心、外文文献中心、计算机与自动化文献中心、学术研究室、邵逸夫陈列室、中央出纳台、检索厅、视听室、多媒体教室、学生阅览（自修中心）、多媒体阅览室、书店期刊阅览室、教学参考书阅览室、工具书阅览室、餐饮服务、物业管理、安防中心及设备房、计算中心设机房、服务器室、网络中心及演播中心。藏书量达150万册，阅览座位数约3660座。总建筑面积38370平方米，建筑高度为23.45米。

按照相关标准【注2】，本工程为面积大于2万平方米，且全面设置中央空调的甲类公共建筑。

本工程主要设备房为变电所、空调主机房、水泵房，变电所内变压器容量为2X1600kVA.

2.节能65%工程

南京工程学院图书馆本已于2005年10月完成施工图设计，鉴于该工程的重要性，校方对该工程寄予厚望，在组织专家论证之后，于2006年6月1日正式向南京市墙体材料革新与建筑节能管理办公室提出申报65%建筑节能【注3】试点工程。

为达到节能65%的目标，该工程的空调通风系统设计特地做了重大调整，由原设计的水冷式冷水机组加蒸汽供热改为闭式地表水地源热泵空调技术，同时要求建筑外维护结构与电气专业均进行节能优化设计并提出了较高的节能目标。空调采用闭式地表水地源热泵空调技术及建筑采用节能外维护结构均必须投入较大的资金，电气专业于是面临一个难题：既不可能再投入较大的资金，又要采取节能措施，配合整个工程达到节能目标。

3.电气节能措施

由于资金得限制，电气专业不能再采取一般节能设计中常规采用的类似于太阳能发电、风力发电、智能化照明控制等等以资金换节能的手段，于是探索在常规条件下，不大量增加电气专业的节能投资，而是通过设计、施工、管理及设备材料使用的紧密结合，来达到节能的目的。本工程具体采取了如下措施：

供配电系统的节能：

供配电系统的能耗，包括固定损耗（约占10%~20%）和可变损耗（约占80%~90%）。固定损耗包括变压器的铁损及电缆线路、电容器、及其他电器上的介质损耗以及各种计量仪表、互感器线圈上的铁损；可变损耗包括变压器的铜损和配电线路上的铜损【注4】。

对于供配电系统能耗的关键一环-变压器，目前有油浸变压器与干式变压器两大类型可以选择。在南京工程学院图书馆工程中，我们做了较为细致的经济技术比较。如果选用油浸变压器，价格上比干式变压器便宜。但是，考虑到一旦选用油浸变压器，对于建筑物的防火要求就会比选用干式变压器高很多，需要设置防火墙、事故储油设施

等等，综合投资反而会高过选用干式变压器。因此，最终本工程选用了综合性价比较高的干式变压器。

干式变压器产品，有不同的系列产品，系列号高的产品，损耗较低，但是价格较高。针对干式变压器损耗，南京工程学院图书馆采用了节能性价比较高的SCB10型DYn11变压器。

针对占比较高的可变损耗，在设计上首先合理设置供电中心，变电所与空调主机房及水泵房相邻；其次按照建筑功能分区设置配电间和配电竖井，尽量利用竖向的大截面干线配电，缩短水平供电半径。

现代建筑中所采用的气体放电灯具、电子调光设备、软启动设备，会产生奇次谐波。供电系统中的奇次谐波，会增加线路的损耗并缩短电气设备的寿命，为此本工程在变电所的电容补偿柜中设置电抗器来消除谐波。

供电系统中功率因数的高低，影响着供电系统的能耗的大小。本工程在荧光灯等气体放电灯的镇流器内设置就地电容补偿，对空调机、新风机等动力设备也要求功率因数不小于0.8，在变电所低压配电柜则设置了集中电容补偿柜。

本工程低压配电系统的电容补偿柜，采用了综合性价比较高的SVS新型无功补偿装置。SVS无功补偿装置的投且器件为晶闸管，电容采用零电位瞬间投切，无尖峰脉冲电流干扰电网。普通电容补偿装置的投切反应时间较慢，接通一组需要10~30s的时间，而SVS无功补偿装置的响应时间不超过20ms，并可实现三相不对称同时分别补偿；普通电容补偿装置的接触器寿命有限，且接触器通断所引起的浪涌导致额外的设备故障，而SVS无功补偿装置通过特有的RC吸收回路，能够吸收尖峰脉冲电流，减少对电网的冲击，保护及延长了开关模块及电容器的寿命；普通电容补偿装置由于电容组合配置精度不高，且跟踪不迅速，会造成超前或滞后等补偿不精确现象，而SVS 无功补偿装置的电容按照2n-1等容递增配置，可实现瞬时随机投切组合；普通电容补偿装置的没有远程控制既通讯功能，保护功能较为

落后，而SVS无功补偿装置的采用微型CPU控制器，可实现遥测遥控，检测及跟踪投切自动控制完成，对过压、欠压、缺相、输出端短路等线路故障均具有保护功能。

通过以上措施，本工程高压进线侧的功率因数大于0.95，高于一般标准，达到了《江苏省公共建筑节能标准》（DGJ32/J96-2010）中第5.1.5条的要求。

本工程在电缆选型上，充分考虑节能因素，使用了性价比较高的交联型YJV电缆。导线截面的选择涉及导线允许载流量、允许温升、电压损失允许值、机械强度、短路热稳定等等诸多因素，本工程在导线截面的选择上除考虑上述因素外，也重视节能因素，在选择导线截面时均按经济电流密度进行校验。供电线路的敷设环境也是影响线路损耗的因素，本工程在设计阶段就注意规划好供电区域、竖向供电管井及水平供电路径，尽量减少环境温度过高所增加的线路损耗。

电气照明的节能：

由于使用时间多于其他用电设备，虽然电气照明的功率只占建筑物总用电功率的15%~20%，年用电量却占建筑物总用电的35%~50%【注5】。通过电气照明的节能，不但直接减少了电气能耗，还因减少了灯具发热量，相应减少夏季空调的制冷量，达到事半功倍的效果。

电气照明包括功能照明与装饰照明,其中功能照明又可分为应急功能照明与普通功能照明，通常应急功能照明、普通功能照明、装饰照明三者之比为1:3:6.

功能照明方面，相关的规范及技术措施不少，技术较为成熟。本工程在功能照明设计中采用一般照明结合局部照明，既减少了照明用电量，又能确保局部高照度的需求。公共走道照明2/3为一般照明，在配电箱处集中控制，1/3为应急照明兼值班照明，设就地控制开关。文献中心、阅览室等大开间场所灯具按临窗远近分回路，回路内灯具则设就地墙面开关分别控制，便于根据日照光线、使用人员位置及数

量灵活决定开启照明灯具的数量。光源主要采用T5荧光灯管及卤素节能灯，灯具主要采用荧光灯盘，技术成熟，质量可靠，性价比高。对于荧光灯、金卤灯等气体放电灯具，均要求在其镇流器内加装就地补偿电容，使得灯具的功率因数不低于0.9，通过减少照明线路的电流，减少照明线路的损耗。对于照明灯具的控制，细分回路、开关，便于根据具体使用要求开启灯具。

装饰照明布灯多，用电量大，现有规范条文制约较少，如不加以控制，极易成为能耗黑洞。如果能够进行针对性设计，则可收到较好的节能效果。从理论上来讲，装饰照明的节能，首先就是要在满足装饰功能的情况下，尽量降低装饰照明的功率；其次，就是要在使用中控制装饰照明的使用时间，使得装饰照明用得其所，物有所值。

本工程在装饰照明设计施工过程中，从三个方面采取了节能措施。首先，在装饰照明的光源上使用上，主要采用T5荧光灯管及卤素节能灯，充分发挥高效光源的节能作用；其次，在灯具选型上，主要采用灯具厂的高效灯具，避免以往一些工程中，由装饰专业现场制作灯具，只注意装饰效果，而忽视自制灯具的光效。再者，本工程加强了电气工程师与装饰设计师的配合，在文献中心、阅览室、餐饮服务等公共场所，尽量将装饰照明兼做功能照明，降低纯装饰照明在本工程中所占的比例，从而达到节能效果。例如，上述场所装修原设计方案采用了不少细长的灯槽，需要装修单位现场加工，光反射效果较差，光效较低，经配合后改为装修在天花上按荧光灯盘宽度预留好洞口，采用荧光灯盘拼成光带，该光带兼做功能照明的一部分，利用成熟的产品高光效，达到节能目的。部分装饰性的筒灯，则兼做局部照明光源。对于纯装饰性照明【注6】，也注意控制灯具的数量、安装位置、投射角度，以期充份发挥光效。

日常管理中的节能：

作为管理方，南京工程学院业主在设计阶段就与设计人员及工程学院图书馆的各个职能部门以及后勤水电、网络中心等紧密配合，使得图书馆的配电系统设计按使用功能及使用场所分系统、分回路，在夏季、冬季、春秋季均可分别开启空调或通风设备，可集中或分别切断空调主机、末端空调器、风机盘管等设备的电源；照明设计则按照明模式分回路、分灯具控制，既便于管理人员操作，又有利于节能。

在日常管理上，严格制定管理人员操作规程，分区域指派人员管理，实行定时操作与不定时巡查，减少不必要的亮灯，尽量做到节能。

4.工程效果

在业主、设计、监理与施工各方的通力合作之下，通过采取上述综合措施，不断地修改完善，南京工程学院图书馆的电气节能，达到了预期目的。本工程最终变压器装机容量为2X1600kVA，折合每平方米的单位指标为83.39VA,而同类建筑的单位指标一般为80~120VA,本工程接近下限值。经过三年多的使用，本工程运行良好，证明电气专业的节能措施实用有效。

在2009年度的全国优秀工程勘察设计行业奖评选中，该项工程获得建筑工程二等奖。

5.结语

南京工程学院图书馆的电气设计，探索了在常规条件下节能设计的措施，并经受了实际验证。在现代建筑中，节能显得日益重要。如果有条件采用节能新技术新设备当然好，如果没有条件采用节能新技术新设备，只能在常规条件进行设计，也要重视节能。事实上大多数建筑只能在常规条件进行节能设计，因此注重常规条件下节能设计更具有实际意义及应用前景。本工程的探索实践证明，节能工作不应只在少数重亮点工程实施，不应是花钱买亮点，而是应该落实到每一项工程之中，并且落实到工程实践的每一个环节。在常规条件进行电气

节能设计，重点在于解决供配电系统及电气照明的节能，从而达到既省钱又节能的效果。

注释：

1.“南京工程学院图书馆”在设计施工阶段的正式全称为“南京工程学院图书

信息中心”，建成后投入使用的全称是“南京工程学院逸夫图书馆”。

2.《江苏省公共建筑节能标准》（DGJ32/J96-2010）第

3.1.1.1条。

3.《江苏省公共建筑节能标准》（DGJ32/J96-2010）第1.0.4条。

4.《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇-电气》第2.2节P3表2.2.1.

5.《南京工程学院图书馆建筑节能设计计算书》P13~14表10.

6.装饰照明涉及美学、光学、电气、人体工程学、环境、心理学等诸多学科，

本文仅是从节能角度着眼，展开论述。

参考文献：

(1)《图书馆建筑设计规范》JGJ38－99；

(2)《民用建筑电气设计规范》JGJ16－2008；

(3)《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇-电气》

(4)《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005；

(5)《民用绿色建筑设计规范》GB50054-95；

(6)《江苏省公共建筑节能标准》DGJ32/J96-2010；

(7)《通用用电设备配电设计规范GB50055-93；

(8)《建筑照明设计标准》GB50034-2004；

(9)《南京工程学院图书馆建筑节能设计计算书》