笔者最近收集了一些单位办公楼电气设备的运行数据,通过整理、分析,发现了一些有趣的问题,可能有助于今后相似的工程项目设计。
通常做法
电气的设计过程中,一般是通过负荷计算来确定10(20)/ 0.4 kV变配电设备的型号.规格及其他相关的电气参数。而负荷计算方法有多种,通常用得较多的是单位指标估算法.需要系数法.二项式法等。
对于民用建筑的电气设计,负荷计算一般采用需要系数法和单位指标法。而单位指标法又通常用在建筑工程项目的可行性研究及方案阶段;另外,还可以利用单位指标法来对已完成的设计项目进行验算,并判断设计指标是否合理。需要系数法则常常用于建筑工程项目的初步设计和施工图阶段。
关于办公建筑,电力负荷的构成通常是照明(包括插座)电力负荷、动力(泵、鼓风机、电梯等)电力负荷、空调电力负荷和特殊电力负荷四种。其中的特殊用电负荷可能包括厨房用电负荷和小型计算机房用电负荷。
在设计阶段,空调和动力电力负荷基本上可以根据相关专业提供的设计资料来决定,照明电力负荷也可以根据相关标准来决定大致的负荷容量,插座、特殊电力负荷一般难以正确估算,通常根据建筑规模、等级、大致的使用需求等来估算电力负荷的容量。以上工作结束后,也可以通过单位指标法进行检查,设计师通过基本判断,确认在负荷指标范围内后,可以开始手绘。
空调冷水机组采用电动压缩机制冷时,对于办公建筑变压器配置容量指标,业界比较权威的参考资料有
a.《工业民用配电设计手册》(第4版),≥130次VA级/级m2。
b.《全国民间建筑工程技术措施电气》(2009),500~100VA/m2。
c.国标图集19DX101。-1《建筑电气常用数据》1.2种办公建筑变压器容量节能评价指标限定值:110va/m2目标值:70va金/m2。
某办公楼设计(部分)
工程概况
XX市某公司2021年新建办公楼建筑高度23.9mm,办公楼地面实测面积25163.550m2,办公楼地下室面积10变压器的安装容量为2×1,000kVA。XX市位于XX,属于典型的夏热冬冷地区。
本项目的电力负荷包括照明(插座)、空调、动力和特殊电力负荷4种。其中的特殊用电主要是公司的职工厨房.餐厅和计算机房用电负荷。而空调采用的是中央空调系统,分为两部分:2 ~ 3层采用水源热泵多联机系统(2层局部采用风冷热泵多联机系统);地下室及1层.4 ~ 7 层采用风冷热泵多联机系统。空调用电负荷总装机容量为1.27 MW。
用电总能耗分布情况
从该办公楼能耗平台收集到的2021年全年用电总能耗数据(如图1所示):用电总耗能为3 230.9 MWh,其中空调系统为1 871.2 MWh,动力100.7 MWh,照明能耗 828.6 MWh,特殊用电 430.4 MWh。从上面的数据分析中,可以看出,空调系统用电占比达到57.91 %。
全年空调系统的能源消耗状况
该办公大楼全年空调系统的运行状况:4月和10月主机系统处于停止状态,但仍有少量末端工作(鼓风机盘管打开),其他月份每天的工作时间为8:30次~22:00。空调系统2021年能耗情况如图2所示。
从图2全年各月空调的能源消耗状况可以看出,仅7.8个月的能源消耗比较大,与XX市炎热的夏天有关。调查XX市2021年全年气象资料,从每月的平均气温(如图3所示)可以看出,7月.8月2个月的月平均气温在35℃左右,空调系统的功耗高的4月.10月2个月的月平均气温在24℃左右,舒适,不需要开空调,空调主体系统停止运。
空调系统的用电量各月占总能源消耗量的
从全年总能源消耗量的分布情况来看,空调系统年平均占57.91%,但每月空调系统的能源消耗量不同,主要与当地气温变化有关。空调系统每月能耗的比例如图4所示。
从图4可以看出,除3月和11月外,其他月份(4月和10月停止主机未计入)空调系统的功耗超过总能耗的50%。也就是说,这座办公楼的主要能源消耗是空调系统。
数据分析
从上述案例数据可以看出,本楼办公建筑单位指标变压器的安装容量为55.6;VA/m2,小于国标图集19DX101--1中标值要求,说明本楼电气设计节能。
电力消耗状况分析
本项目投入使用以来,每月电力消耗设备的能源消耗变化随空调系统的投入状况而变化,全年最高负荷出现在7月至8月,也是变压器负荷率最高的2个月,2021年全年电力消耗总能源在
图5中,办公楼2021年各月的功耗与空调系统的功耗基本相对应。由此可见,空调系统是办公建筑的能源消耗者。
如果不考虑空调系统的能耗,2021年整栋写字楼的能耗情况如图6所示,全年的能耗基本稳定。从图6可以看出,除了2月和10月的月能耗小于100mmh外,其他月均超过100mmh,基本上处于稳定水平。2月份的能耗最少,是因为2月份处在春节长假期间,用电设备基本处于关机状态;10月份有国庆黄金周(还是有部分人在加班)。
空调系统月平均实际投入情况
从图2空调系统能耗情况分析,2021年空调系统的实际投入率,基本上是根据全年各月份气温变化而有较大的差异。笔者通过每月空调系统的用电能耗情况及实际投入运行的大致时间,折算出空调系统每月平均的实际投入率,如图7所示。
从图7可以看出,空调系统的投入率最高的月份还是7月和8月,也就是气温最高的两个月,其他月份的月均投入率均不是很高,全年只有4个月时间的投入率超过了50 %。
变压器月平均负载率
通过对办公楼2021年全年用电能耗数据分析,折算出各月份变压器实际运行时负荷的大致负载率,如图8所示。
从图8可以直观地看出,2021年全年变压器月平均负荷率的变化基本上随着空调系统投入率的变化而变化,办公楼空调系统对办公楼能源消耗的变化起着决定性的作用。在长沙这样的冬冷夏热地区,最热的月份(7~8月)变压器的负荷率可以达到设计的最大值,其他时间在61%以下。
一些参考建议
通过上述图表和数据分析,尽管一年的数据不能完全反映所有的真实情况,特别是在2021年,没有极端的气候天气,但在今后的设计中,
a.在冬冷夏热地区,空调系统采用电动压缩机制冷时,办公建筑空调系统的电负荷占50%左右,一部分办公建筑超过50%。
b.冬冷夏热地区的办公楼,变压器的负荷率根据气温的变化而变化,其中炎热的夏天达到设计的最大值,其他时间基本上在60%以下。
c.在办公建筑项目设计阶段,电气设计师可以根据空调系统的负荷情况决定变压器的大致安装容量。在这里,空调系统采用电压机制冷,以电负荷提供的资料要求比较正确为前提。
d.建筑电气设计师应收集设计项目后续运行数据和资料,进行分析,使设计更好。
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