欧派总部大楼的电气节能设计优化方案

欧派总部大楼的电气节能设计优化方案

汤绍强

（广东阿海珐电气设备制造有限公司，广州 510000）

摘要：随着现代国家的工业经济发展迅速和人类科技的快速进步，电气控制系统产品的开发和应用已经越来越广泛。响应国家绿色节能发展的号召，减少运营中的能源消耗也成为工程中必须考虑的重要问题。文章以欧派总部大楼项目为例，分析了建筑工程电气设计节能的基本原则，并提出了建筑工程电气设计节能的基本策略。本次研究表明，建筑电气节能设计需要从变压器、配电线路、无功补偿装置、绿色照明、暖通系统等多个角度进行节能设计，以降低工程电气系统的运行能耗。

关键词：建筑工程；电气设计；节能

引言

在现代建筑工程中，强化电气节能设计有助于大幅减少项目建设成本。在建筑电气节能设计中，我们需要充分考虑建筑、暖通、给排水等专业的基本条件。阎保华[1]曾探讨过建筑机械设备的电气工程节能设计，从供配电平台、控制功能执行软件、节能管理上机位等方面提出了节能控制方式。史晓北[2]则基于北京市第十水厂的电气节能设计，从供配电、水泵电机启动、运行方式等方面提出了节能设计策略。通过分析已有的文献，我们可以看到专家学者们对电气工程的节能设计给予了极大的关注。因此，本文以欧派总部大楼项目为例，分析其电气系统的节能设计策略，为未来的电气系统节能设计提供参考和借鉴。

1 工程概况

欧派总部大楼项目位于广州琶洲西区，总投资额为15亿元人民币，占地面积为19742平方米，总建筑面积超过14.2万平方米。项目建成后，将拥有约5.8万平方米的商业面积和4.2万平方米的写字楼面积。它由一座35层高的办公塔楼、4层地上裙楼、2层地下家居商业和2层地下车库组成，建筑总高度为179.9米。在本次工程设计过程中，我们致力于打造符合规定的建设标准的一流室内环境。项目配备了多种设施，如污水收集系统、气体泄漏和低压报警系统以及正负压送风系统等。同时，我们利用物联网技术解决了传统建筑工艺难以应对的各种问题。与传统建筑相比，本工程在能源使用上有所增加，因此在项目设计中优化电气节能设计显得尤为重要。

2 此次工程电气设计中存在的问题

2.1 变压器的选择缺乏合理性

对于工程项目配电系统来说，变压器能够实现电能的转换，但同时也会引起一定的电力能源损耗。时间一长，这种损耗也成为了建筑工程整体能耗增加的主要原因。

从此次工程前期给出的设计方案来看，变压器型号的选择并未综合考虑整体工程的载荷需求，导致变压器自身能源消耗量明显超出标准要求。此外，在电气工程设计阶段，我们通常按照变压器的最佳负载率来挑选其容量和型号。但实际上，当变压器的负载率介于50%～65%之间时能够达到最高的运转效率，这同样也会导致变压器容量和能源资源的浪费现象，使得整个工程的能耗水平一直处于高位。

2.2 配电线路设计能耗水平较高

配电线路作为电气工程内部连接不同设备及电源的重要媒介，电缆本身便是电力能源消耗的重要来源[3]。在闲置或供电状态下，供电电缆也会产生一定的电能损耗。根据相关调查数据显示，供电电缆带来的电能损耗约占建筑工程总体损耗的2%左右。

在此次工程当中，由于部分设计人员在设计过程中对电路总体负荷计算不够精准，未进行不同区域的划分，导致供电电缆选择的粗细、长度和截面面积存在一定的一刀切现象。这就会导致供电电缆在运行过程中便会出现较大的能源损耗，无法满足建筑工程节能设计的具体需求。

2.3 照明系统设计不合理

照明系统作为建筑工程中能耗最大的系统，在现代建筑设计中，建筑工程内部的照明系统需要与自然采光有效地结合起来[4]。在工程建设设计的初级阶段，相关人员对于所处区域的自然光照资源关注度不足，尚未针对不同时间阶段自然光资源的变化进行计算，而只是根据室内照明具体需求来选择照明设施。这种做法不仅降低了外界自然光照资源的利用率，同时建筑工程内的照明系统为了满足需求长时间处于高能耗运行状态，照明系统的能耗也随之增加。该工程作为科研大楼，部分区域的行为和信息需要保密，玻璃的透光性较差，导致外界的光照资源无法全方位进入室内，同样会影响到自然光照资源的利用率。

2.4 电气系统的运行缺乏协调性

在我国现代建筑行业的持续发展影响下，建筑工程和电气工程逐渐向着自动化和智能化方向发展，以确保电气工程能够自主调整以适应外界环境的变化，促进电气工程的协调运行[5]。此外，电气工程的自动化智能化发展也能够及时监测能源的使用数量和状态，并根据实际需求进行调整，以降低能源损耗。

以点盖面，就拿此次工程为例，在建筑工程中的运行管控中，通常都是利用独立的电表和水表来搜集对应的数量，尚未建立统一化的能源资源管理平台，导致与建筑工程能耗相关的数据尚未及时进行处理，数据参考作用发挥有限，建筑工程的能耗水平始终居高不下。

3 针对此次电气设计中存在问题的节能策略

3.1 合理选用变压器

变压器是配电系统中重要的电能转换设备，但其自身也存在电力损耗。因此，在电气设计中，合理选择和设计变压器的型号、数量及位置是实现电气节能的重要措施

[6]。在保证供电可靠性和供电质量的前提下，应追求按经济负载率选择变压器容量，以确保变压器的高效运行。

欧派总部大楼由35层高的办公塔楼、4层地上裙楼、2层地下家居商业和2层地下车库组成。根据建筑功能需求，变电所设在地下1层，并设置公共变压器2台、实验室专用变压器2台，负荷率控制在78%～82%之间。变压器型号选用SCB11干式节能变压器，并配备强制风冷系统和温度监测、报警装置，从而有效减少能源浪费、降低使用成本。

3.2 合理设计配电线路

统计显示，供电线路的电能损耗大约占据建筑总电力消耗的2%左右。在欧派总部大楼中，我们一方面结合建筑平面和负荷分布，将配电房设置在建筑负一楼各类设备用房中部，将配电电井安排紧邻配着电房并设置在大楼中间，这样做，一来便于在有效的供电半径内对各类负荷进行配电，确保供电线路最短，同时也能将末端配电箱布置在各层负荷的中心位置，尽可能地缩短供电线路长度，避免电缆布设过长，增加线路电损；另一方面，在电缆截面的选择上，我们严格按照电缆电流指标和经济条件来确定电缆的截面大小，对部分较长的配电线路，在确保电流和电压降满足设备运行要求的前提下，适当放大电缆截面，提高其后期运行的经济性。

此外，在设计当中，我们根据实际情况，综合运用“单相分补”和“多相共补”的无功补偿方式，以提高配电系统的功率因数并控制配电系统的损耗，从而达到了节能降耗的目标。通过在变压器低压侧无功功率补偿柜内设置集中自动补偿和有源滤波装置，并使用共补和分相补偿设备，在改善供配电系统电能质量的同时，还抑制了高次谐波对供电电网的影响，进一步提高系统的节能降耗效果。

3.3 利用自然采光，应用绿色照明

在欧派总部大楼工程当中，为了充分利用自然光，建筑物室外的部分我们选择了使用透光效果好的玻璃，以利用白天的自然光来降低室内的人工照明能耗。在灯具的布置上，我们结合实际需求，将灯具布置在操作台、办公桌区域，以满足工作照明的需要。在照明灯具的分组控制上，我们采用了由外向内分组控制临窗的照明灯具，在自然采光满足要求的条件下，可以不开启靠窗侧的照明灯具。在灯具的选择上，我们均采用了节能的荧光灯和LED光源，并配备了功率因数不小于0.9的节能型电子整流器；同时，在门厅、公共走道及室外照明中采用智能照明控制系统I-bus进行自动控制，实现了灯光不同场景、不同分区和时间开关的控制的智能照明控制系统，以及建筑楼梯间照明控制上采用热释红外感应节能延时开关实施节能控制，实现了照明用电的节约管理。在此次工程的科研办公大楼的设计中，我们采用了中庭回廊式的布局。这种布局围绕着中庭，增加了公共共享空间，同时也增加了建筑的通风和采光面积。通过利用自然采光和自然通风，从而降低了大楼的能源消耗。

3.4 运用能耗监测管理系统

在欧派总部大楼工程项目中，我们设计了一套完善的能源监测系统。变电所的各回路、楼层照明配电箱、楼层空调末端配电箱都配备了电能计量装置，这些装置采用数字式电能表，并配置有通信接口网络。这个系统持续收集配电中相关节点的电参数和状态信息，通过网络接入能耗监测管理系统，实现对照明、电力、空调等根据各楼层、功能及区域分别计量，以及对照明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电等能耗分项计量分析。同时，能耗监测管理系统还分类采集电耗、水耗、空调冷热量等能耗数据指标，并在数据中心进行存储、处理、分析，形成能耗指标表，供给大楼运营分析和能耗管理。该项目的能耗检测系统如下图1所示。

图1 能耗检测系统图

4 结语

文章选取欧派总部大楼作为主要研究对象，针对电气工程的节能设计进行探究，在早期设计阶段中，该工程在变压器选取、配电线路设计、照明系统配置、暖通系统规划等方面存在设计缺陷，导致整个工程的能耗一直处于较高水平。经过我们的多次工程方案调整后，按时完成了设计服务，同时，通过合理地利用了自然光源，综合运用绿色照明技术、无功补偿装置和能源监测系统等措施，成功降低了工程运行过程中的能源消耗。

参考文献

[1]阎保华,吕新华.建筑机械设备电气工程自动化的供配电节能控制分析[J].制造业自动化,2021,43(03):164-167.

[2]史晓北.市政水处理行业电气节能设计实例研究[J].环境工程,2016,34(07):171-175.

[3]许伟.200m超高层总部大楼电气设计探析[J].福建建筑,2023(01):108-111+122.

[4]张玮.某实验大楼供配电系统谐波治理案例分析[J].建筑电气,2021,40(03):65-68.

[5]张玲. 大型综合医院医疗工程大楼电气设计研究[D].华南理工大学,2018.

[6]时鹏.某银行办公大楼电气设计若干问题及解决方案[J].福建建筑,2016(09):88-90.