一個建筑工程項目從設(shè)計開始到竣工完成為止,電氣設(shè)計師通常會比較關(guān)注;而建筑工程項目一旦交付使用后,對于此項目的后續(xù)運行工作,設(shè)計師一般都很少去了解。原來的設(shè)計與實際的使用到底有多大距離,原來設(shè)計中所選擇的設(shè)備容量是大了、還是小了等問題,設(shè)計師關(guān)注不多。一般是運行中出現(xiàn)了問題,使用單位才會通知原設(shè)計師到現(xiàn)場處理問題。這正是大多數(shù)設(shè)計師比較欠缺的地方,建筑工程項目的后續(xù)跟蹤服務(wù)、設(shè)計師多到現(xiàn)場去了解設(shè)備實際運行情況,發(fā)現(xiàn)問題及時處理,并進行分析、歸納與總結(jié),對于以后的設(shè)計工作是很有幫助的。
筆者近日收集到了某單位辦公樓電氣設(shè)備的一些運行數(shù)據(jù),通過整理、分析,發(fā)現(xiàn)了一些有趣的問題,或許對以后類似的工程項目設(shè)計會有些許幫助。
通常做法
電氣的設(shè)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(shè)備的型號、規(guī)格及其他相關(guān)的電氣參數(shù)。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(shù)法、二項式法等。
對于民用建筑的電氣設(shè)計,負荷計算一般采用需要系數(shù)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(shè)計項目進行驗算,并判斷設(shè)計指標是否合理。需要系數(shù)法則常常用于建筑工程項目的初步設(shè)計和施工圖階段。
對于辦公建筑,用電負荷的構(gòu)成通常是照明(含插座)用電負荷、動力(水泵、風機、電梯等)用電負荷、空調(diào)用電負荷及特殊用電負荷這4大類。其中的特殊用電負荷中,可能有廚房用電負荷及小型計算機房的用電負荷等。
在設(shè)計階段,空調(diào)及動力用電負荷基本上可以根據(jù)相關(guān)專業(yè)提供的設(shè)計資料來確定,照明用電負荷也可以根據(jù)相關(guān)的標準來確定大致的負荷容量,而插座、特殊用電負荷一般難以估算準確,通常會根據(jù)其建筑規(guī)模、檔次及大致的使用需求等來估算用電負荷的容量。以上這些工作做完后,還可以通過單位指標法來進行檢驗,設(shè)計師通過基本判斷,確認是在負荷指標范圍內(nèi)以后,便可以開始動手繪圖了。
在空調(diào)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(yè)內(nèi)比較權(quán)威的參考資料中,有如下指標:
a.《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》(第4版),≥ 130 va / m2。
b.《全國民用建筑工程技術(shù)措施 電氣》(2009),50 ~ 100 va / m2。
c.國標圖集19dx101 - 1《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》,對于一、二類辦公建筑變壓器容量節(jié)能評價指標限定值:110 va / m2;目標值:70 va / m2。
某辦公樓的設(shè)計(部分)
工程概況
xx市某公司2016年新建辦公樓,建筑高度23.9 m,辦公樓地上實測面積 25 163.55 m2,辦公樓配套地下室面積10 838 m2,合計36 001.55 m2。變壓器的裝機容量為2×1 000 kva。xx市位于xx,屬于典型的夏熱冬冷地區(qū)。
本項目用電負荷包括了4大類:照明(插座)、空調(diào)、動力和特殊用電負荷。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(diào)采用的是中央空調(diào)系統(tǒng),分為兩部分:2 ~ 3層采用水源熱泵多聯(lián)機系統(tǒng)(2層局部采用風冷熱泵多聯(lián)機系統(tǒng));地下室及1層、4 ~ 7 層采用風冷熱泵多聯(lián)機系統(tǒng)??照{(diào)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2018年全年用電總能耗數(shù)據(jù)(如圖1所示):用電總耗能為3 230.9 mwh,其中空調(diào)系統(tǒng)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(shù)據(jù)分析中,可以看出,空調(diào)系統(tǒng)用電占比達到57.91 %。
全年空調(diào)系統(tǒng)用電能耗情況
該辦公樓全年空調(diào)系統(tǒng)運行情況:4月和10月主機系統(tǒng)處于停機狀態(tài),但仍有少量的末端在工作(風機盤管開啟),其他月份每天的工作時間為8:30 ~ 22:00??照{(diào)系統(tǒng)2018年的能耗情況如圖2所示。
從圖2全年各月空調(diào)的耗能情況可以看出,只有7、8兩個月的耗能比較大,這與xx市炎熱的夏季有關(guān)。查xx市2018年全年氣象資料,從每月平均氣溫(如圖3所示)可以看出,7月、8月兩個月的月平均氣溫在35 ℃ 左右,空調(diào)系統(tǒng)的用電能耗比較高;4月、10月兩個月的月平均氣溫在24℃左右,比較舒適,不需要開空調(diào),空調(diào)主機系統(tǒng)處于停運狀態(tài)。
空調(diào)系統(tǒng)用電各月占總能耗的情況
從全年總用電能耗分布情況來看,空調(diào)系統(tǒng)年平均占比為57.91 %,而每個月空調(diào)系統(tǒng)的能耗占比卻不盡相同,主要還是與當?shù)氐臍鉁刈兓嘘P(guān)??照{(diào)系統(tǒng)各月能耗占比情況如圖4所示。
從圖4可以看出,除3月和11月,其他各月份(4月和10月停主機未計入)空調(diào)系統(tǒng)用電能耗,均超過了總能耗的50 %。也就是說,本棟辦公建筑主要能耗為空調(diào)系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)分析
從上面案例的數(shù)據(jù)可以看出,本棟辦公建筑單位指標變壓器的裝機容量為55.6 va / m2,小于國標圖集19dx101 - 1中目標值的要求,說明本棟大樓的電氣設(shè)計是節(jié)能的。
用電能耗情況分析
本項目投入使用以來,每月用電設(shè)備的能耗變化隨空調(diào)系統(tǒng)的投入情況而變化,全年最高負荷出現(xiàn)在7 ~ 8月份,也是變壓器負載率最高的兩個月,2018年全年用電總能耗情況如圖5所示。
圖5中,辦公樓2018年各月份的用電能耗與空調(diào)系統(tǒng)用電能耗情況基本是相對應(yīng)的。由此可見,空調(diào)系統(tǒng)是辦公類建筑的耗能大戶。
如果不考慮空調(diào)系統(tǒng)的用電能耗情況,2018年整棟辦公樓的用電能耗情況如圖6所示,全年的用電能耗基本穩(wěn)定。從圖6可以看出,除2月和10月的月能耗少于100 mwh外,其他月份均超過100 mwh,基本處于一個穩(wěn)定的水平。2月份的能耗最少,是因為2月份處在春節(jié)長假期間,用電設(shè)備基本處于關(guān)機狀態(tài);10月份有國慶黃金周(還是有部分人在加班)。
空調(diào)系統(tǒng)月平均實際投入情況
從圖2空調(diào)系統(tǒng)能耗情況分析,2018年空調(diào)系統(tǒng)的實際投入率,基本上是根據(jù)全年各月份氣溫變化而有較大的差異。筆者通過每月空調(diào)系統(tǒng)的用電能耗情況及實際投入運行的大致時間,折算出空調(diào)系統(tǒng)每月平均的實際投入率,如圖7所示。
從圖7可以看出,空調(diào)系統(tǒng)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2018年全年用電能耗數(shù)據(jù)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可以很直觀地看出,2018年全年變壓器月平均負載率的變化情況,基本上也是隨空調(diào)系統(tǒng)投入率的變化而變化的,可見辦公樓空調(diào)系統(tǒng)對辦公樓的能耗變化起決定性的作用。在長沙這樣的冬冷夏熱地區(qū),最熱的月份(7 ~ 8月)變壓器的負載率可以達到設(shè)計的最大值,其他時間均在61 % 及以下。
幾點參考建議
通過對上面的圖表及數(shù)據(jù)分析,盡管一年的數(shù)據(jù)不能完全反映全部的真實情況,特別是在2018年中,沒有出現(xiàn)極端的氣候天氣,但是,還是大致可以給以后的設(shè)計提供一些參考:
a.對于冬冷夏熱地區(qū),在空調(diào)系統(tǒng)采用電動壓縮機制冷時,辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)用電負荷占比在50 % 左右,部分辦公樓建筑將超出50 %。
b.冬冷夏熱地區(qū)的辦公建筑,變壓器的負載率根據(jù)氣溫的變化而變化,其中在炎熱的夏季將達到設(shè)計的最大值,其他時間基本上在60 % 及以下。
c.在辦公建筑項目的設(shè)計階段,電氣設(shè)計師可以根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的負荷情況,來確定變壓器的大致裝機容量,這里是在空調(diào)系統(tǒng)采用電動壓縮機制冷,用電負荷提供的資料要求比較準確為前提條件。
d.建筑電氣設(shè)計師要多收集設(shè)計項目后續(xù)的運行數(shù)據(jù)與資料,并加以分析,以便將設(shè)計做得更好。