筆者最近收集了一些單位辦公樓電氣設備的運行數據,通過整理、分析,發現了一些有趣的問題,可能有助于今后相似的工程項目設計。
通常做法
電氣的設計過程中,一般是通過負荷計算來確定10(20)/ 0.4 kV變配電設備的型號.規格及其他相關的電氣參數。而負荷計算方法有多種,通常用得較多的是單位指標估算法.需要系數法.二項式法等。
對于民用建筑的電氣設計,負荷計算一般采用需要系數法和單位指標法。而單位指標法又通常用在建筑工程項目的可行性研究及方案階段;另外,還可以利用單位指標法來對已完成的設計項目進行驗算,并判斷設計指標是否合理。需要系數法則常常用于建筑工程項目的初步設計和施工圖階段。
關于辦公建筑,電力負荷的構成通常是照明(包括插座)電力負荷、動力(泵、鼓風機、電梯等)電力負荷、空調電力負荷和特殊電力負荷四種。其中的特殊用電負荷可能包括廚房用電負荷和小型計算機房用電負荷。
在設計階段,空調和動力電力負荷基本上可以根據相關專業提供的設計資料來決定,照明電力負荷也可以根據相關標準來決定大致的負荷容量,插座、特殊電力負荷一般難以正確估算,通常根據建筑規模、等級、大致的使用需求等來估算電力負荷的容量。以上工作結束后,也可以通過單位指標法進行檢查,設計師通過基本判斷,確認在負荷指標范圍內后,可以開始手繪。
空調冷水機組采用電動壓縮機制冷時,對于辦公建筑變壓器配置容量指標,業界比較權威的參考資料有
a.《工業民用配電設計手冊》(第4版),≥130次VA級/級m2。
b.《全國民間建筑工程技術措施電氣》(2009),500~100VA/m2。
c.國標圖集19DX101。-1《建筑電氣常用數據》1.2種辦公建筑變壓器容量節能評價指標限定值:110va/m2目標值:70va金/m2。
某辦公樓設計(部分)
工程概況
XX市某公司2021年新建辦公樓建筑高度23.9mm,辦公樓地面實測面積25163.550m2,辦公樓地下室面積10變壓器的安裝容量為2×1,000kVA。XX市位于XX,屬于典型的夏熱冬冷地區。
本項目的電力負荷包括照明(插座)、空調、動力和特殊電力負荷4種。其中的特殊用電主要是公司的職工廚房.餐廳和計算機房用電負荷。而空調采用的是中央空調系統,分為兩部分:2 ~ 3層采用水源熱泵多聯機系統(2層局部采用風冷熱泵多聯機系統);地下室及1層.4 ~ 7 層采用風冷熱泵多聯機系統。空調用電負荷總裝機容量為1.27 MW。
用電總能耗分布情況
從該辦公樓能耗平臺收集到的2021年全年用電總能耗數據(如圖1所示):用電總耗能為3 230.9 MWh,其中空調系統為1 871.2 MWh,動力100.7 MWh,照明能耗 828.6 MWh,特殊用電 430.4 MWh。從上面的數據分析中,可以看出,空調系統用電占比達到57.91 %。
全年空調系統的能源消耗狀況
該辦公大樓全年空調系統的運行狀況:4月和10月主機系統處于停止狀態,但仍有少量末端工作(鼓風機盤管打開),其他月份每天的工作時間為8:30次~22:00。空調系統2021年能耗情況如圖2所示。
從圖2全年各月空調的能源消耗狀況可以看出,僅7.8個月的能源消耗比較大,與XX市炎熱的夏天有關。調查XX市2021年全年氣象資料,從每月的平均氣溫(如圖3所示)可以看出,7月.8月2個月的月平均氣溫在35℃左右,空調系統的功耗高的4月.10月2個月的月平均氣溫在24℃左右,舒適,不需要開空調,空調主體系統停止運。
空調系統的用電量各月占總能源消耗量的
從全年總能源消耗量的分布情況來看,空調系統年平均占57.91%,但每月空調系統的能源消耗量不同,主要與當地氣溫變化有關。空調系統每月能耗的比例如圖4所示。
從圖4可以看出,除3月和11月外,其他月份(4月和10月停止主機未計入)空調系統的功耗超過總能耗的50%。也就是說,這座辦公樓的主要能源消耗是空調系統。
數據分析
從上述案例數據可以看出,本樓辦公建筑單位指標變壓器的安裝容量為55.6;VA/m2,小于國標圖集19DX101--1中標值要求,說明本樓電氣設計節能。
電力消耗狀況分析
本項目投入使用以來,每月電力消耗設備的能源消耗變化隨空調系統的投入狀況而變化,全年最高負荷出現在7月至8月,也是變壓器負荷率最高的2個月,2021年全年電力消耗總能源在
圖5中,辦公樓2021年各月的功耗與空調系統的功耗基本相對應。由此可見,空調系統是辦公建筑的能源消耗者。
如果不考慮空調系統的能耗,2021年整棟寫字樓的能耗情況如圖6所示,全年的能耗基本穩定。從圖6可以看出,除了2月和10月的月能耗小于100mmh外,其他月均超過100mmh,基本上處于穩定水平。2月份的能耗最少,是因為2月份處在春節長假期間,用電設備基本處于關機狀態;10月份有國慶黃金周(還是有部分人在加班)。
空調系統月平均實際投入情況
從圖2空調系統能耗情況分析,2021年空調系統的實際投入率,基本上是根據全年各月份氣溫變化而有較大的差異。筆者通過每月空調系統的用電能耗情況及實際投入運行的大致時間,折算出空調系統每月平均的實際投入率,如圖7所示。
從圖7可以看出,空調系統的投入率最高的月份還是7月和8月,也就是氣溫最高的兩個月,其他月份的月均投入率均不是很高,全年只有4個月時間的投入率超過了50 %。
變壓器月平均負載率
通過對辦公樓2021年全年用電能耗數據分析,折算出各月份變壓器實際運行時負荷的大致負載率,如圖8所示。
從圖8可以直觀地看出,2021年全年變壓器月平均負荷率的變化基本上隨著空調系統投入率的變化而變化,辦公樓空調系統對辦公樓能源消耗的變化起著決定性的作用。在長沙這樣的冬冷夏熱地區,最熱的月份(7~8月)變壓器的負荷率可以達到設計的最大值,其他時間在61%以下。
一些參考建議
通過上述圖表和數據分析,盡管一年的數據不能完全反映所有的真實情況,特別是在2021年,沒有極端的氣候天氣,但在今后的設計中,
a.在冬冷夏熱地區,空調系統采用電動壓縮機制冷時,辦公建筑空調系統的電負荷占50%左右,一部分辦公建筑超過50%。
b.冬冷夏熱地區的辦公樓,變壓器的負荷率根據氣溫的變化而變化,其中炎熱的夏天達到設計的最大值,其他時間基本上在60%以下。
c.在辦公建筑項目設計階段,電氣設計師可以根據空調系統的負荷情況決定變壓器的大致安裝容量。在這里,空調系統采用電壓機制冷,以電負荷提供的資料要求比較正確為前提。
d.建筑電氣設計師應收集設計項目后續運行數據和資料,進行分析,使設計更好。
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