浅析超高层建筑电气节能设计_杨小琴

低压电器(2009l22)现代建筑电气篇#建筑节能#

杨小琴(1976)),男,工程师,从事建筑供配电系统、智能建筑控制的设计与研究工作。

浅析超高层建筑电气节能设计杨小琴(华东建筑设计研究院有限公司,上海 200002)

摘 要:从供配电系统、电气照明系统、自动控制系统和能源管理系统等4个方面分析了超高层建筑电气节能设计的具体应用,阐述了节能设计的理论基础。指出在电气节能设计中,应在不降低建筑功能要求和标准的前提下,严格执行国家和地方节能设计标准,大力推广、应用成熟的节能新技术,尽最大可能提高能源利用率。关键词:超高层建筑;电气节能;供配电系统;照明系统中图分类号:TU201.5 文献标识码:B 文章编号:1001-5531(2009)22-0056-05

AnalysisaboutDesignofElectricEnergySavinginSuperHigh-RiseBuilding

YANGXiaoqin(EastChinaArchitecturalDesignandResearchInstituteCo.,Ltd.,Shanghai200002,China)

Abstract:Frompowersupplyanddistributionsystem,electricilluminationsystem,automaticcontrolsystemandenergymanagementsystem,thespecificapplicationofelectricenergysavingdesigninsuperhigh-risebuildingwasanalyzedandthetheorybasisofenergysavingdesignwasexpounded.Itwaspointedoutthatintheprocessofelectricenergysavingdesign,thenationalandlocalenergysavingdesignstandardsshouldbecarriedoutstrictlyonthebasisofnodecreasingtherequirementsandstandardofbuildingfunction,itshouldextendvigorouslytousema-turenewtechnologyofenergysaving,andtriedbesttoimproveenergyusingrate.Keywords:superhigh-risebuilding;electricenergysaving;powersupplyanddistributionsystem;lightingsystem

0 引 言 经过近几年对建筑节能设计的推广,大大地降低了建筑物使用能耗,明显改善了环境质量,有力地促进了资源节约型社会的发展。超高层建筑是比较典型的耗电大户,对其进行电气节能设计就显得至关重要。为进一步贯彻国家对电力节约的要求,本文结合福州世茂国际中心工程实例,浅析超高层建筑电气节能设计的具体应用和理论基础。1 工程概况 福州世茂国际中心位于福州市中心,是福建省第一高楼,也是福州城市新地标,是集五星级洲际酒店、5A写字楼、高端商业、豪华娱乐、地下停车等为一体的综合建筑。大厦主要由两部分组成:超高层酒店和办公的1号塔楼、商业和娱乐的2号裙楼,总建筑面积为161496m2,总楼层57层,总高度为270m,建筑有效高度为249m。建筑功能分布:1号塔楼9~19、21~32层为办公层,34~48、50~57层为酒店;2号楼1~4层为商业层,5~7层为娱乐层;B3~B1层为停车库。其中,8、20、33、49层为避难层。

2 供配电系统节能设计

211 高压线路深入负荷中心1号塔楼属超高层大厦,相比2号裙楼而言,塔楼是该工程的用电中心,因此高压配电室设置在塔楼地下一层核心筒附近,保证两路10kV市政电源进入高压配电室,使10kV深入负荷中心。2号裙楼相对于1号塔楼而言,是服务性用房,所以在裙楼地下一层中央位置设置了一座变电所,专为裙楼设备提供用电,使变压器靠近裙楼用电负荷中心。)56)#建筑节能#低压电器(2009l22)现代建筑电气篇

1号塔楼地下室共3层,主要是停车库和设备用房。主要的设备用房,如冷冻机房、锅炉房、消防水泵房、生活水泵房、污水处理站和酒店洗衣房都集中在地下室,并分布在核心筒周围,故在高压配电室旁设置了塔楼主变电站,给塔楼B3~7层供电。这样,主变电站就靠近电力负荷中心和大容量设备。根据1号塔楼的办公和酒店楼层功能分布,并结合避难层的位置,分别在20、33、49层设置了办公变电所、酒店低区变电所和高区变电所。如此设置变电所的位置,一是有利于变压器接近各功能区中心,缩短低压供配电线路的长度,更好地保证线路长度不超过250m;二是变电所产权明晰,有利于日后物业管理。福州世茂国际中心共使用18台电力变压器。为充分考虑其节能、环保等要求,设计均选用10型非晶合金、低损耗和低噪声变压器。设计始终要求变压器深入负荷中心,目的之一就是节能。其理论依据主要有以下3点。(1)输电线路上的损耗功率与电压的关系为P1=3(P23U)2R(1)式中 P1)))输电线路上的损耗功率(kW)P2)))输电线路上的输送功率(kW) 由式(1)可知,输电线路上的损耗功率与电压的平方成反比。所以,设计时应尽量使10kV高压线路深入负荷中心,使输电线路上的功率损耗减少,以利于节能。(2)输电线缆的截面积与电压的关系为S=QLP2U2(2)式中 S)))输电线缆的截面积(mm2)P2)))输电线路上的输送功率(kW)由式(2)得到,输电线缆的截面积与电压的平方成反比。所以采用10kV高压输电线路,能大大节省有色金属材料,有利于节约资源,保护环境。(3)配电线缆的长度与电压偏差的关系为$U=PL10UN(r0+x0tanU)(3)式中 $U)))电压偏差(V)L)))配电线缆的长度(mm)由式(3)得出,配电线缆的长度与电压偏差成正比,即线缆越长,电压偏差越大。供给用户端的电压若超过其允许范围,就会影响到用电设备的正常运行,严重时会造成用电设备损坏,给用户带来损失,故设计时应缩短低压供配电线路的长度。212 两路高压电源同时运行福州世茂国际中心的变压器的容量总计为17000kVA,向电业局申请二路10kV高压进线。采用两路电源同时运行的方案,目的是减少正常运行时的线路损耗。同时,为了降低变压器自身的有功损耗,选用D,yn11接线的变压器,这种接线方式的变压器有功损耗低于同容量Y,yn0接线的变压器。213 低压无功功率集中补偿大厦的10kV无功补偿均在配电变压器低压侧集中补偿,且保证功率因数不低于019。21311 有功负载损耗降低百分率输送有功功率不变,功率因数从cosU1提高到cosU2,电网中各串接元件的有功负载损耗降低百分率可由式(4)确定:

$P=[1-(cosU1)2

(cosU2)2]@100%(4)

式中 $P)))有功负载损耗降低百分率(%)cosU1)))补偿前的功率因数cosU2)))补偿后的功率因数21312 设备容量得到充分利用P=3UIcosU(5)式中 P)))有功功率(kW)cosU)))功率因数 根据式(5),发电机和变压器的额定电流是

一定的,在正常情况下是不允许超过的。功率因数降低,则有功出力将降低,使电力系统内电气设备容量不能得到充分利用。21313 串联电抗器高次谐波会增加电力系统的无功损耗,所以设计时在成套静电电容器自动补偿装置内均串联电抗器。该工程用于抑制3次及以上谐波,采用电抗率为12%的串联电抗器。此外,3、5次及以上的高次谐波励磁电流在设计采用的D,yn11接线的变压器原绕组内可以形成环流,这对抑制高次谐波电流十分有利,可防止电流波形畸变。)57)低压电器(2009l22)现代建筑电气篇#建筑节能#

214 柴油发电机组并机供电21411 供配电角度该工程设置柴油发电机组,一种情况是将其作为应急电源,用以保证二路市政供电故障同时火警又发生时有关消防设备的供电,以及酒店管理公司要求的火灾发生时仍不允许中断供电的设备。其中消防设备包括消防中心、消防水泵、消防电梯、排烟风机、正压风机、火灾自动报警、漏电火灾报警、自动灭火系统、防火卷帘门、应急照明、消防潜水泵等。另外,酒店管理公司要求的火灾发生时仍不允许中断供电的设备有总统套房应急设备,每套客房内一盏走道灯、一盏浴室灯、电冰箱和无绳电话、厨房冰柜。另一种情况是将其作为备用电源,用以保证二路市政供电故障而火警未发生时一级负荷和某些重要的二级负荷。设计时柴油机组容量正是按以上两种情况进行比较,选其大者作为确定发电机组容量的依据。经计算,第一种情况所需机组容量较大,最终确定机组容量为2750kVA。根据相关规程,设计选用了两台1375kVA柴油发电机组,运行方式为并机。21412 节能角度该工程应急电源采用两台柴油机组并机供电。当非火灾或负荷较低时,由单机供电;当重负载时,2台机组并机供电,使机组始终工作在节能状态下。结合该工程,并从业主和酒店管理公司的角度出发,最后决定当二路市政供电故障而火警未发生时,仅仅为满足酒店备用负荷之用。在此情况下,单台机组供电的负荷包括酒店总统套房100%供电、客房内应急设备供电、控制中心等酒店重要弱电系统、生活水泵、公共卫生间排风、生活热水设备、厨房应急供电和应急照明等。经计算,单台1375kVA机组可保证酒店供电可靠性的要求。215 变压器装机密度合理 变压器装机密度是衡量建筑物用电量的一个重要指标,大厦涵盖酒店、办公和商业3种功能业态。根据国家现行节能标准,当空调系统采用电动压缩机制冷时,酒店、办公和大中型商业楼的变压器装机密度分别为100VA/m2、100VA/m2和180VA/m2。该工程105VA/m2的变压器装机密度符合节能设计标准的要求。将其与同类型物业的建筑物相比较,详见表1。可以明显看出,大厦的变压器装机密度明显下降,这使变压器处于更经济的运行状态,也使高压线路处于更合理的负载率工作状态。

表1 该工程与同类型建筑物的变压器装机密度对比表建筑名称建筑面积/m2建筑楼层数建筑有效高度/m装机密度/(VA/m2)建筑功能福州世茂国际中心16000057249105酒店、办公和商业天津信达广场15000051238137酒店式公寓、办公和商业上海世茂国际广场17000060249118酒店和商业南京紫峰大厦26000067381123酒店、办公和商业上海金茂大厦29000088420165酒店、办公和商业

3 电气照明系统311 照明功率密度值设计该工程时,严格执行现行5建筑物照明设计标准6中所规定的照明功率密度值(LPD)中的目标值。图1为2号裙房冷冻机房照明平面图。设计的功率密度值为618W/m2,满足国标对此类机房照度值不高于150lx,相应LPD[7W/m2的要求。312 照明光源荧光灯采用T5系列,其格栅型灯具效率规定不应低于60%,镇流器采用电子式。对个别临时性预留用房,对其照度标准值降低一级考虑,所以其相应的LPD也降低,以满足节能要求。对冷冻)58)