徐星+朱建红

摘 要 随着社会经济的发展，城市化进程不断加快，繁华商业楼不断出现，所带来的能耗问题也日渐凸显。论文基于此，先对设备种类及能耗特性展开研究，分析相关节能新旧标准规范基础上，采用现有有关节能的技术新标准规范，引进风光互补新能源技术，进行系统方案设计。接着，结合工程案例，对供配电系统进行设计，包括负荷计算、照度计算、短路电流计算、设备选型、线缆选型等。最后，借助建筑电气CAD分别对照明系统、动力系统、高低压供配电系统进行系统布线结构设计。

【关键词】楼宇大厦 供配电 风光互补 节能

1 问题提出

随着经济的迅速发展，人们生活水平的提高，对建筑物的功能需求越来越高，对电能的要求也就更高，带来的能耗也随之增多。在全球能源危机，不可再生能源日益减少的背景下，我国提出节能环保，可持续发展战略，建筑节能是贯彻可持续发展战略的一件大事，而电气系统作为建筑物最主要的能耗，加强对其的节能已势在必行。

2 功能需求与总体方案

2.1 节能型楼宇大厦的供电需求

供电设计应根据用户的设备容量使用要求进行设计。对于用电质量很高的楼宇大厦，分别从城市电网引两路10kV高压电源，一用一备，采用高压电缆埋地引入高压配电房。同时根据用电设备的需求特性，确定负荷等级。对于特别重要的负荷采取双电源双回路专用电缆供电，并就地设置UPS电源供电。也可以使用风光互补发电加储能设备进行供电，并在最末一级配电箱处设置自动切换装置。其他一二级负荷也采用双电源供电。通常情况，对于照明负荷供电均采用风光储系统供电，当蓄电量不能满足用电负荷时，切换到城市电网供电。

2.2 节能型楼宇大厦的配电需求

高压配电接线方式为单母，两路电源一用一备分别对低压配电所配电，低压段采用单母线分段运行，配电采用220/380V放射式与树干式相结合的方式，对于单台容量较大的负荷采用放射式供电，对于照明及一般负荷采用树干式与放射式相结合的供电方式。

2.3 节能型楼宇大厦整体供配电设计

通过对楼宇大厦供配电功能需求分析，结合用户对用电设备的需求，得到楼宇大厦电气系统基本组成如图1所示。

由图1可知，楼宇大厦建筑电气系统组成主要有供配电系统、照明系统、消防系统、空调系统、电梯系统、以及给排水系统等。合理设计、动态控制及管理各个子系统能量需求，是楼宇大厦节能的重要工作。

3 供配电节能设计

本系统设计以具体工程为例，工程大厦地上12层，地下2层。建筑高度54.9m米（室外地面至屋顶构架）。建筑面积77756.9m2。项目属于一类高层建筑。就地下1、2层展开节能设计。

3.1 结合节能元素的照明系统设计

对于室内场所的照明主要选择节能型荧光灯及低功耗LED灯，选用的照明光源、镇流器的能效符合相关能效标准的节能评价值。最新颁布的《建筑照明设计标准》GB50034-2013相比《建筑照明设计标准》GB50034-2004，在6.1节和6.2节对照明节能作了一般规定，并且给出了具体的照明节能措施。规定照明节能应采用一般照明的照明功率密度值（LPD）作为评价指标，提出在满足规定的照度和照明质量要求的前提下，进行照明节能评价。

照明设计计算主要依据《照明设计手册》第二版，照度计算采用利用系数法，该方法考虑到光源直接照射和经室内反射到工作面上的光通量，计算结果比较准确，再根据选择的灯具容量及镇流器功率，计算工作平面上的照明功率密度值，并与节能目标值比较，具体结果如表1所示。

由表1可知，室内主要场所照明的实际照度均大于标准照度的要求，实际功率密度也均小于标准规范功率密度的节能目标值，照明设计满足节能要求。

3.2 结合节能元素的动力系统设计

在楼宇大厦动力系统中，电机拖拽系统是主要的能耗部分，其主要节能方法利用变频调速控制方式，根据系统控制对象需求，调节输入电源频率，通过调节电机转速使整个电机拖拽系统达到输入与输出间动态平衡，从而达到提高系统功率因素，节能降耗。在采取变频调速控制的基础上，各子系统还有其他的节能措施。就空调系统的节能设计来说，2004年颁布施行的《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003相比于2001年頒布施行的《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-1987，在第八章监测与控制中明确提出对采暖、通风与空气调节系统应设置监测与控制系统，采用集中监控系统可合理利用能量实现节能运行，2005年7月颁布实施的《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005在第五章对空调系统的节能设计做了明确规定，并根据09CDX008-3《建筑设备节能控制与管理》图集，设计空调控制系统。电梯系统还可采用电梯群控技术，通过对楼宇大厦内部多部电梯进行合理调度分配管理，防止电梯长期运行在空载或轻载工况下，降低电梯系统能耗。电梯回馈技术，将电梯轻载上行和重载下行运行过程中产生的一部分电能反馈到供配电系统中，供其他用电设备使用。

3.3 结合节能元素的变压器设计

3.3.1 合理选择变压器容量和数量

变压器容量按变压器所带用电负荷来选择，与负荷特性匹配，并合理分配负荷，力求三相平衡。变压器台数选择，依据《供配电系统设计规范》GB50052—2009中第3.3.1条，本工程均为一级二级负荷，所以选用两台或两台以上变压器。综合考虑投资和运行费用，变压器主接线采用单母线分段，确定变电所1变压器T1、T2容量为2000KVA，变电所2变压器T3、T4容量为1600KVA。

3.3.2 选用节能型变压器

2008年颁布施行的《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008相比于已废止的《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-1992，在配电变压器选择一节中，明确规定配电变压器选择应根据建筑物的性质和负荷情况、环境条件确定，并应选用节能型变压器。节能型变压器中铁损很小，将有效减少变压器输配电过程中的电能损耗。课题采用SCB10-10/0.4kV系列的干式变压器。

3.3.3 选用D，yn11接线组别变压器

楼宇大厦节能灯、荧光灯、计算机、变频空调、镇流器、UPS电源等的大量使用，会产生很大的三次谐波。因此，配电变压器宜选用D，yn11接线组别的变压器，能有效限制三次谐波，也能降低三相系统中的零序阻抗。

3.4 结合新能源利用供电灵活切换

目前风光互补发电效率较低， 无法完全满足楼宇大厦的电力需求，因此需要市电和风光互补发电共同为居民供电。在用电低谷时，用户可以直接从电网取电；用电高峰时，切换到风光互补系统蓄电池供电，蓄电池为重要负荷及照明负荷供电，当控制器检测到蓄电池电压不能满足用电负荷使用时，切换到城市电网供电，并根据风光条件与用电负荷合理配置风光互补发电系统，风光互补发电系统基本组成如图2所示。

4 计算机辅助工程设计

4.1 照明系统

课题在建筑条件图的基础上对地下一二层照明进行设计，室内公共场所的照明选用节能型T5荧光灯，疏散指示灯采用低功耗LED光源，根据表1的计算结果进行照明平面图绘制。公共场所照明，可采用楼宇自控系统，楼梯间采用节能延时自熄开关控制。照明控制根据功能要求采用分组、分区、动静控制、时间控制、光敏调节照度或开关等方式。照明配电系统图如图3所示，车库照明回路设接触器，并接入楼宇自控系统（BA）。

4.2 动力系统

对功率大于4KW的电动机（除消防设备）均采用变频降压启动控制，以节约能源。并采用楼宇设备自控管理系统对空调设备、水泵、各类风机及其他用电设备进行能量自动控制、自动调节、实时监察，以实现最优化运行，达到集中管理、程序控制和节约能源等目的。动力配电系统图如图4所示。

4.3 低压配电系統

低压配电系统采用两路10kV电源进线，一用一备，两路进线开关不能同时闭合。正常工作时只用1#主进线，2#进线备用。在低压配电柜及馈线柜设多功能仪表，支持RS485通信，MODBUS协议，可接入多种软件通讯系统，通过智能联网设计，可在人机界面实时观察动态用电情况。

5 总结

课题以某12层大厦为研究对象，结合建筑电气设计相关新旧标准规范及楼宇大厦主要能耗，分析楼宇大厦电气节能技术，对楼宇大厦供配电系统进行节能设计，并结合工程案例进行具体分析。同时，引进新能源领域风光互补发电系统，为楼宇大厦的供电提供了多种渠道，减少用电高峰对城市电网的用电。

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