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某办公楼用电能耗数据的分析

来源:   2020-08-03 17:41:42

摘要:在设计阶段,空调及动力用电负荷基本上可以根据相关专业提供的设计资料来确定,照明用电负荷也可以根据相关的标准来确定大致的负荷容量,而插座、特殊用电负荷一般难以估算准确,通常会根据其建筑规模、档次及大致的使用需求等来估算用电负荷的容量。以上这些工作做完后,还可以通过单位指标法来进行检验,设计师通过基本判断,确认是在负荷指标范围内以后,便可以开始动手绘图了。

一个建筑工程项目从设计开始到竣工完成为止,电气设计师通常会比较关注;而建筑工程项目一旦交付使用后,对于此项目的后续运行工作,设计师一般都很少去了解。原来的设计与实际的使用到底有多大距离,原来设计中所选择的设备容量是大了、还是小了等问题,设计师关注不多。一般是运行中出现了问题,使用单位才会通知原设计师到现场处理问题。这正是大多数设计师比较欠缺的地方,建筑工程项目的后续跟踪服务、设计师多到现场去了解设备实际运行情况,发现问题及时处理,并进行分析、归纳与总结,对于以后的设计工作是很有帮助的。

笔者近日收集到了某单位办公楼电气设备的一些运行数据,通过整理、分析,发现了一些有趣的问题,或许对以后类似的工程项目设计会有些许帮助。

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。

对于办公建筑,用电负荷的构成通常是照明(含插座)用电负荷、动力(水泵、风机、电梯等)用电负荷、空调用电负荷及特殊用电负荷这4大类。其中的特殊用电负荷中,可能有厨房用电负荷及小型计算机房的用电负荷等。

在设计阶段,空调及动力用电负荷基本上可以根据相关专业提供的设计资料来确定,照明用电负荷也可以根据相关的标准来确定大致的负荷容量,而插座、特殊用电负荷一般难以估算准确,通常会根据其建筑规模、档次及大致的使用需求等来估算用电负荷的容量。以上这些工作做完后,还可以通过单位指标法来进行检验,设计师通过基本判断,确认是在负荷指标范围内以后,便可以开始动手绘图了。

在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,业内比较权威的参考资料中,有如下指标:

a.《工业与民用供配电设计手册》(第4版),≥ 130 VA / m2。

b.《全国民用建筑工程技术措施 电气》(2009),50 ~ 100 VA / m2。

c.国标图集19DX101 - 1《建筑电气常用数据》,对于一、二类办公建筑变压器容量节能评价指标限定值:110 VA / m2;目标值:70 VA / m2。

某办公楼的设计(部分)

工程概况

XX市某公司2016年新建办公楼,建筑高度23.9 m,办公楼地上实测面积 25 163.55 m2,办公楼配套地下室面积10 838 m2,合计36 001.55 m2。变压器的装机容量为2×1 000 kVA。XX市位于XX,属于典型的夏热冬冷地区。

本项目用电负荷包括了4大类:照明(插座)、空调、动力和特殊用电负荷。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2018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 %。

全年空调系统用电能耗情况

该办公楼全年空调系统运行情况:4月和10月主机系统处于停机状态,但仍有少量的末端在工作(风机盘管开启),其他月份每天的工作时间为8:30 ~ 22:00。空调系统2018年的能耗情况如图2所示。

从图2全年各月空调的耗能情况可以看出,只有7、8两个月的耗能比较大,这与XX市炎热的夏季有关。查XX市2018年全年气象资料,从每月平均气温(如图3所示)可以看出,7月、8月两个月的月平均气温在35 ℃ 左右,空调系统的用电能耗比较高;4月、10月两个月的月平均气温在24℃左右,比较舒适,不需要开空调,空调主机系统处于停运状态。

空调系统用电各月占总能耗的情况

从全年总用电能耗分布情况来看,空调系统年平均占比为57.91 %,而每个月空调系统的能耗占比却不尽相同,主要还是与当地的气温变化有关。空调系统各月能耗占比情况如图4所示。

从图4可以看出,除3月和11月,其他各月份(4月和10月停主机未计入)空调系统用电能耗,均超过了总能耗的50 %。也就是说,本栋办公建筑主要能耗为空调系统。

数据分析

从上面案例的数据可以看出,本栋办公建筑单位指标变压器的装机容量为55.6 VA / m2,小于国标图集19DX101 - 1中目标值的要求,说明本栋大楼的电气设计是节能的。

用电能耗情况分析

本项目投入使用以来,每月用电设备的能耗变化随空调系统的投入情况而变化,全年最高负荷出现在7 ~ 8月份,也是变压器负载率最高的两个月,2018年全年用电总能耗情况如图5所示。

图5中,办公楼2018年各月份的用电能耗与空调系统用电能耗情况基本是相对应的。由此可见,空调系统是办公类建筑的耗能大户。

如果不考虑空调系统的用电能耗情况,2018年整栋办公楼的用电能耗情况如图6所示,全年的用电能耗基本稳定。从图6可以看出,除2月和10月的月能耗少于100 MWh外,其他月份均超过100 MWh,基本处于一个稳定的水平。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,2018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2018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可以很直观地看出,2018年全年变压器月平均负载率的变化情况,基本上也是随空调系统投入率的变化而变化的,可见办公楼空调系统对办公楼的能耗变化起决定性的作用。在长沙这样的冬冷夏热地区,最热的月份(7 ~ 8月)变压器的负载率可以达到设计的最大值,其他时间均在61 % 及以下。

几点参考建议

通过对上面的图表及数据分析,尽管一年的数据不能完全反映全部的真实情况,特别是在2018年中,没有出现极端的气候天气,但是,还是大致可以给以后的设计提供一些参考:

a.对于冬冷夏热地区,在空调系统采用电动压缩机制冷时,办公建筑空调系统用电负荷占比在50 % 左右,部分办公楼建筑将超出50 %。

b.冬冷夏热地区的办公建筑,变压器的负载率根据气温的变化而变化,其中在炎热的夏季将达到设计的最大值,其他时间基本上在60 % 及以下。

c.在办公建筑项目的设计阶段,电气设计师可以根据空调系统的负荷情况,来确定变压器的大致装机容量,这里是在空调系统采用电动压缩机制冷,用电负荷提供的资料要求比较准确为前提条件。

d.建筑电气设计师要多收集设计项目后续的运行数据与资料,并加以分析,以便将设计做得更好。