广西自治区建筑科学研究设计院 广西南宁 530005
摘要：既有建筑节能改造，是指对不符合民用建筑节能标准的既有建筑的围护结构、供热系统、采暖制冷系统、照明设备和热水供应设施等实施节能改造的活动。从而达到节约能源、降低能源消耗、提高能源效率的目的。本文以广西建设大厦节能改造项目为例，从以下五个环节浅谈对既有公共建筑的电气节能改造设计：照明系统、电机和电梯的变频调速系统、能耗计量系统、建筑设备监控管理系统、光伏发电系统。
关键字：公共建筑、建筑节能、电气节能改造；
1、项目概况
广西建设大厦位于南宁市金湖路58号，大厦建成于2005年，地下一层，地上26层。地上每层层高3.2米，总建筑面积38622㎡。其中地下一层功能为车库，设备用房；1～11层为酒店、会议室、招待所；12～25层为办公用房。
依据现行的《公共建筑节能设计标准》、《公共建筑节能改造技术规范》、《广西公共建筑节能设计规范》，对广西建设大厦的办公区域进行节能改造。本次改造旨在降低大厦能耗、水耗密度，提高能源资源利用效率，使该大厦达到“节约型公共机构示范单位”和“二星级绿色建筑”的评价要求。
2、节能诊断和改造方案
建设大厦的能源消耗种类绝大部分为电能，主要由制冷设备、采暖设备、照明设备、办公设备、电梯设备、给排水设备、特殊用电设备的耗电量构成。经分析，大厦的90%的用电是空调用电和照明插座用电。这两方面就是节能改造的重点。
按照广西建设大厦节能改造要求，结合分析和诊断的论述，提出如下改造技术方案：
2.1、照明系统节能改造
根据照明系统的节能诊断，办公区采用T8型直管荧光灯，公共区域采用紧凑型荧光灯。办公室的设计照度值200lx，现场实测照度值在160～175lx之间，均低于现行国家规范《建筑照明设计标准》中普通办公室的照度标准值300lx。控制方式，公共区域灯具为手动控制，一盏一控。人工控制导致部分公共区域夜间照明存在灯具长亮的现象。
为了解决诊断中发现的问题，经过设计单位与建设单位的协商，决定从照明光源和照明控制两种措施来改造照明系统。
措施一：灯具改造，将光源由原来使用的普通荧光灯更换为光效更高，能耗更低、寿命更长的LED光源。原有的灯具布置、灯盘、照明回路均保持不变，仅将原有荧光灯的镇流器短接，LED光源内置专用驱动电源。选用的LED的参数的色温：3000K，光效不低于80lm/W。
上表为由表2可见，仅15层办公室采用LED灯比采用T8荧光灯的年耗电量要减少7260kW•h，每年可减少电费约6534元。
措施二：照明节能控制措施改造，大厦的走廊、楼梯间、门厅灯公共区域的照明采用人体感应开关替换原有的手动控制开关；增设照度控制器、照度传感器，继电器构成照明控制系统采集并控制公共照明回路的通断。
控制原理示意图详见下图：
公共区域的照度传感器采集环境照度值，当环境照度值低于照度限值时，照度控制器作用继电器闭合，照明回路接通电源。无人经过时，灯具不亮；当有人经过触发人体感应开关后，灯具正常开启，灯具持续点亮25秒（时间可调）。当环境照度值高于照度限值时，照度控制器作用继电器断开，照明回路断开电源，无论是否有人经过触发感应开关，灯具保持关闭状态。
2.2、建筑设备节能改造
在建筑领域的电气设计中，大量的中小型电动机被广泛应用。电动机(用于空调装置，各类水泵，通风机，电梯等)均不是由电气设计人员进行选型的，其参数由相关专业选取。建筑设备的改造可以在控制方式方面入手。
能量回馈技术是目前先进电梯控制技术之一，做法是将电梯轻载上行、重载下行时的势能转换为电能返回给变频器，变频器内的直流母线电压升高，当达到设定电压时，能量回馈器开始工作将能量返回电网，再转供同一建筑中其他用电设备使用，从而达到能源再生目的。此外，电梯能量回馈技术的使用还能减少轻载上行和重载下行过程中发热电阻的散热量，改善电梯设备的运行工况，延长电梯的使用寿命。
大厦4台电梯均增设了能量回馈系统：在26层的客梯机房和货梯机房中安装电梯能量回馈装置，回馈装置与电梯一一对应,电梯能量回馈装置采用并联方式连接至电梯变频器直流母线。通过电梯能量回馈装置，将母线电压限制到可接受的水平，并将制动再生电能回馈到电网。
2.3、完善能耗监控系统
广西建设大厦目前所使用的能耗监控系统于2008年投入使用，计量电表均安装在低压配电室内，随着大厦内建筑设备的增加，低压配电系统发生了一些变化，如启用了备用回路、线路改造等，因此能耗监控系统的完整性以难以满足目前能耗分析、分区计量的要求。因此，在本次改造过程中采取了如下几项措施：
(1)、加装新启用备用回路、改造回路的计量表计；
(2)、根据各楼层配电干线按照表计，实现酒店、招待所和办公区域分区能耗计量的目的；
(3)、增加中央空调的能量计量装置，通过空调能量计量对各个功能区域的空调用电进行分开计量，实现各功能区域能耗总量和能耗密度的科学计算。对中央空调冷冻水总回路，5-13层空调干管回路，采暖热水总回路、各层空调支管等管道进行冷热量的计量。
2.4、计量、维护和管理
根据大厦的使用功能和管理要求，在本次改造中，设置一套建筑设备监控管理系统，作为大厦内的中央空调设备集成控制系统、中央空调末端网络温控系统、CO2在线监测+新风机组智能控制系统、能耗和空调冷热量分项计量系统的数据后台和展示终端。改管理系统具有能耗检测、统计、分项和管理的功能。
管理系统机房设置在大厦地下一层，机房设置了服务器、UPS不间断电源、网络温控器数据采集器、CO2在线监测采集控制器、能耗数据采集器、交换机、机柜、电视墙、工控机、工控机控制台、空调等设备。
2.5、光伏发电系统
广西建设大厦还未采用可再生能源利用技术为建筑设备运营提供能源，根据二星级绿色建筑评价标准，可再生能源发电量不低于建筑用电量的2%。结合建设大厦的现状分析，地源热泵技术和污水源热泵技术不具备应用条件，而现有的空气源热泵和冷却水余热回收系统已完全能满足生活热水需求。因此，本次改造项目采用太阳能光伏发电技术，供给地下车库照明用电，剩余电量上网。
系统设计在安全、稳定的原则基础上，以年均发电量最大化为目标进行系统设计。因本大厦能布置光伏组件的区域面积有限，且四周高楼，阳光受遮挡严重，组件选择需考虑弱光效应好的产品； 本项目所在地南宁地处高纬度地区，年均温度较高，需选择温度系数低的产品；综合以上所述，转换效率高、弱光效应好、温度系数低是在安全稳定基础原则下选择组件的技术要求，故本设计采用了转换效率高的弱光效应好、温度系数低的CdTe薄膜组件与转换效率高的N型单晶硅组件结合的方案。设计方案：在5楼天面设置510m2太阳能光伏电池板，系统装机容量58kWp，年发电量约7.5万kWh。
3、结语
建筑的能源消耗占全社会能源消耗的比重较大，其中未达节能标准的既有建筑的建筑节能潜力巨大。
既有公共建筑的节能改造是一项复杂的系统工程，电气节能改造是其中重要一环。电气专业的节能改造设计，应根据既有建筑项目的实际情况，在考虑实际的经济效益和减少改造工程量的前提下，选择合适该项目的节能措施进行节能改造，推进建筑在舒适、绿色、节能、智能等多方面的整体提升。
参考文献
[1]杨栋，凌双梅，黄春鸣 广西建设大厦节能改造实践与效益分析 《广西城镇建设》 2014.
[2]中国建筑科学研究院 《公共建筑节能改造技术规范》（JGJ176-2009）．中国计划出版社，2009.
论文作者:胡廷明
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/25
标签：节能论文; 照度论文; 大厦论文; 广西论文; 回路论文; 电梯论文; 系统论文; 《基层建设》2017年4期论文;