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某辦公樓用電能耗數據的分析
RSS 打印 復制鏈接 發布時間:2020-07-17 17:51:05

一個建筑工程項目從設計開始到竣工完成為止,電氣設計師通常會比較關注;而建筑工程項目一旦交付使用后,對于此項目的后續運行工作,設計師一般都很少去了解。原來的設計與實際的使用到底有多大距離,原來設計中所選擇的設備容量是大了、還是小了等問題,設計師關注不多。一般是運行中出現了問題,使用單位才會通知原設計師到現場處理問題。這正是大多數設計師比較欠缺的地方,建筑工程項目的后續跟蹤服務、設計師多到現場去了解設備實際運行情況,發現問題及時處理,并進行分析、歸納與總結,對于以后的設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備的一些運行數據,通過整理、分析,發現了一些有趣的問題,或許對以后類似的工程項目設計會有些許幫助。

通常做法

電氣的設計過程中,一般是通過負荷計算來確定10(20)/ 0.4 kV變配電設備的型號、規格及其他相關的電氣參數。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、需要系數法、二項式法等。

對于民用建筑的電氣設計,負荷計算一般采用需要系數法和單位指標法。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計項目進行驗算,并判斷設計指標是否合理。需要系數法則常常用于建筑工程項目的初步設計和施工圖階段。

對于辦公建筑,用電負荷的構成通常是照明(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。

在設計階段,空調及動力用電負荷基本上可以根據相關專業提供的設計資料來確定,照明用電負荷也可以根據相關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,通常會根據其建筑規模、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,設計師通過基本判斷,確認是在負荷指標范圍內以后,便可以開始動手繪圖了。

在空調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,業內比較權威的參考資料中,有如下指標:

a.《工業與民用供配電設計手冊》(第4版),≥ 130 VA / m2。

b.《全國民用建筑工程技術措施  電氣》(2009),50 ~ 100 VA / m2。

c.國標圖集19DX101 - 1《建筑電氣常用數據》,對于一、二類辦公建筑變壓器容量節能評價指標限定值:110 VA / m2;目標值:70 VA / m2。

某辦公樓的設計(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。

本項目用電負荷包括了4大類:照明(插座)、空調、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。而空調采用的是中央空調系統,分為兩部分:2 ~ 3層采用水源熱泵多聯機系統(2層局部采用風冷熱泵多聯機系統);地下室及1層、4 ~ 7 層采用風冷熱泵多聯機系統。空調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據(如圖1所示):用電總耗能為3 230.9 MWh,其中空調系統為1 871.2 MWh,動力100.7 MWh,照明能耗 828.6 MWh,特殊用電 430.4 MWh。從上面的數據分析中,可以看出,空調系統用電占比達到57.91 %。

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全年空調系統用電能耗情況

該辦公樓全年空調系統運行情況:4月和10月主機系統處于停機狀態,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。空調系統2018年的能耗情況如圖2所示。

QQ截圖20200717174754.png

從圖2全年各月空調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。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,空調系統的用電能耗比較高;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,空調主機系統處于停運狀態。

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空調系統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,空調系統年平均占比為57.91 %,而每個月空調系統的能耗占比卻不盡相同,主要還是與當地的氣溫變化有關。空調系統各月能耗占比情況如圖4所示。

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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)空調系統用電能耗,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系統。

數據分析

從上面案例的數據可以看出,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計是節能的。

用電能耗情況分析

本項目投入使用以來,每月用電設備的能耗變化隨空調系統的投入情況而變化,全年最高負荷出現在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。

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圖5中,辦公樓2018年各月份的用電能耗與空調系統用電能耗情況基本是相對應的。由此可見,空調系統是辦公類建筑的耗能大戶。

如果不考慮空調系統的用電能耗情況,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,基本處于一個穩定的水平。2月份的能耗最少,是因為2月份處在春節長假期間,用電設備基本處于關機狀態;10月份有國慶黃金周(還是有部分人在加班)。

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空調系統月平均實際投入情況

從圖2空調系統能耗情況分析,2018年空調系統的實際投入率,基本上是根據全年各月份氣溫變化而有較大的差異。筆者通過每月空調系統的用電能耗情況及實際投入運行的大致時間,折算出空調系統每月平均的實際投入率,如圖7所示。

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從圖7可以看出,空調系統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年全年用電能耗數據分析,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。

QQ截圖20200717175036.png

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,基本上也是隨空調系統投入率的變化而變化的,可見辦公樓空調系統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,最熱的月份(7 ~ 8月)變壓器的負載率可以達到設計的最大值,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據分析,盡管一年的數據不能完全反映全部的真實情況,特別是在2018年中,沒有出現極端的氣候天氣,但是,還是大致可以給以后的設計提供一些參考:

a.對于冬冷夏熱地區,在空調系統采用電動壓縮機制冷時,辦公建筑空調系統用電負荷占比在50 % 左右,部分辦公樓建筑將超出50 %。

b.冬冷夏熱地區的辦公建筑,變壓器的負載率根據氣溫的變化而變化,其中在炎熱的夏季將達到設計的最大值,其他時間基本上在60 % 及以下。

c.在辦公建筑項目的設計階段,電氣設計師可以根據空調系統的負荷情況,來確定變壓器的大致裝機容量,這里是在空調系統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.建筑電氣設計師要多收集設計項目后續的運行數據與資料,并加以分析,以便將設計做得更好。

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