居 帼 强
[宜家购物中心(中国)管理有限公司, 上海 200235]
摘 要：介绍了宜家购物中心的电气节能工程设计,分析了照明灯具及冷冻机组、空调节能设备的选择和控制方式的对比,提出要选用高效、节能的照明灯具,设置合理的智能照明控制措施；在保持购物环境舒适度的前提下,合理控制机械设备的运行,以达到节能的目的。现场运营数据结果表明,购物中心电气节能效果明显。
关键词：购物中心; 照明灯具; 冷冻机组; 空调节能设备
居帼强(1964—),女,高级工程师,从事电气配电设计工作。
宜家“荟聚”购物中心是集商业、餐饮、超市、电器卖场、电影院等于一体的超大型综合型购物中心,现已在无锡、北京和武汉相继开业。 因大部分设备的运行都需要耗电,且电耗占整个建筑物能耗的90%以上,所以节电是购物中心可持续发展的关键。无锡、北京、武汉的荟聚购物中心的体量分别约为25万m2、50万m2、26万m2,且平面布置上以每层大面积平铺为主,这些对照明、设备的选择和控制以及运营维护提出了巨大的挑战[1]。
本文通过对照明灯具及控制设备的选择和控制方式进行对比,为类似购物中心的电气设计和运营提供参考。
购物中心照明面积广,要求高,产生的能耗相对较大,同时照明带来的热负荷会增加空调的能耗,所以首先重点要降低照明能耗[2]。
1.1 选用高效节能的照明灯具
目前,我国市场上适合应用于办公及商业建筑中的各类灯具种类繁多。传统的灯具有卤钨灯、白炽灯等,节能效果较差,但显色效果相对较好,所以有较强装设要求的店铺会选用。节能灯具主要有T5/T8荧光灯、LED节能灯等。
根据有关测试,灯具的节能效果如下:用卤钨灯替代普通照明白炽灯,节电 50%～60%;用自镇流单端荧光灯替代白炽灯,节 电70%～80%;用直管型荧光灯替代白炽灯和直管型荧光灯的升级换代,节电70%～90%;LED灯替代荧光灯,节电50%左右[3]。
LED灯具有环保节能、低碳减排、寿命长等优点,有替代荧光灯的趋势[4]。荟聚购物中心照明设计遵循以下原则:
(1) 建筑照明都选用节能灯,且以LED 为主。
(2) 尽量限制租户使用卤钨灯和白炽灯,除在显色要求高的特殊场所外。
武汉荟聚购物中心的实测照度如图1所示，可见LED的节能效果明显。
图1 武汉荟聚购物中心的实测照度
1.2 设置合理的智能照明控制措施
通过控制照明灯具来调节功率输出,以达到节能的目的。荟聚购物中心主要采用传统的BAS 控制和DALI控制系统两种模式。
1.2.1 BAS 灯具控制模式
在灯具配电回路加上接触器就可以接收BAS的信号来控制配电回路。灯具配电接线通过跳线接线方式来实现3个灯具的开/关控制。BAS信号可以是时间信号、光线感应信号、人体红外感应信号、汽车红外感应信号等,现场随时可以增加或调整。
1.2.2 专用灯控系统模式
灯具需要调光,以达到调节输入功率的目的。荟聚购物中心采用的灯具调光方式有切相调光法和DALI调光法。
(1) 切相调光法。切相调光是通过调节交流电半个波形的导通角来改变交流电流的有效值,达到调光的目的。优点是调光成本低,与现有线路兼容,不需要单独布线;缺点是每回路输出电流有限值,不适用于大面积灯具场所,只用于LED 灯带的调光控制。
(2) DALI调光法。通过调节波宽来改变功率输出,达到调光的目的。DALI控制定义了一个DALI网络,包括最大的64个单元(可独立地址)、16个组及16个场景。DALI总线上的不同单元可以灵活分组,实现不同场景控制和管理。理论上1个DALI控制器可以控制40～50盏灯,优点是控制灯数多,每个节点都具有唯一地址码,且带反馈,对物业管理中的故障检查会有一定的帮助,但实际上荟聚商场太大,每个地址码寻址很难做到;缺点是要分别布置电源线和控制线,一次投资巨大,维修困难。
(3) 灯控实例。购物中心LED筒灯和灯带控制如表1所示。
表1 购物中心LED筒灯和灯带控制
时间开/关亮度百分比/%灯型控制方式9:30开低40筒灯/灯带时控开低40筒灯/灯带光控开中60筒灯/灯带光控开高80筒灯/灯带光控17:00开全部90筒灯时控17:30开全部100灯带时控21:45提醒—40筒灯/灯带时控22:15关——筒灯/灯带时控
灯具形式有筒灯(2 000 lx,22 W)、灯带(860 lx,10.3 W/m);射灯的控制方式:射灯(金卤灯5 400 lx,80 W)
当感光传感器(1个) 感应到照度小于70 lx时商场所有的射灯全部开启。当感光传感器(1个)感应到照度>150 lx时,商场所有的射灯全部关闭。通过功率计量表实测,得到功率损耗成正比减少,约为30%。
1.3 租户照明能耗的控制
购物中心的用电大户是租户,而非餐饮租户的主要用电设备是照明灯具。荟聚购物中心在实际的运营管理中采用如下控制方式,节能效果明显。
(1) 尽量限制租户使用卤钨灯和白炽灯,除在显色要求高的特殊场所外。
(2) 鼓励租户选用节能灯,以LED灯为首选。
(3) 设置合理的计量系统,对于运行管理有很大的帮助,通过计量收费鼓励租户节约能耗。
购物中心的能耗大户是冷机水泵和空调采暖设备等机械设备。在保持购物环境舒适度的前提下,合理控制机械设备的运行,以达到有效节能的目的。
2.1 冷冻机组的选择
电力系统为保持系统平衡通常会在晚上用电低谷时设专用的电站去消耗电能来平衡系统,如电力系统的调频电站。因此,电力公司采用分时电价以鼓励市民晚上用电来节约能耗。
北京荟聚购物中心利用电力公司电费峰谷分时电价,在冷冻机设计中采用了冰蓄冷机组,即晚上冷机蓄冰,白天融冰,既为购物中心节省了电费,又为电力系统节能做出贡献。
从表面看,用冰蓄冷实际消耗的电量要比传统冷机要多,因融冰过程会有能量损耗,但运行数据显示,比传统冷机省电5%左右。
2.2 冷冻机组运行控制
(1) 冰蓄冷与传统冷机组合的控制模式。合理地控制融冰时间,可以减少其他冷冻机的起动次数,且能协助其他冷机高效率运行。
① 在用电高峰时融冰且控制融冰量,以保证其他冷冻机可以在90%负荷率时运行,达到效率最高。
② 用电低峰时融冰,可以不开或少开冷机。
③ 适时融冰,每天用完,以保证用电量最小。
(2) 传统冷机运行控制模式。多台冷机运行严格按照下面的加减机控制方式,才能有效节能。
① 加机控制。当冷机负荷上升至电流百分比的90%及以上,且水温不能稳定在设定温度时才能触发自动加机。
② 减机控制。当1台冷机负荷电流百分比达到60%以下5 min,且供回水温差继续降低时才触发自动减机。
以上加减机控制方法可以保证最多1台冷冻机外,其余均能在高效状态下运行,是最节能的运行方式。
(3) 免费制冷运行控制模式。冷冻机组包括冷却塔风机水泵。冷冻机组开启,冷却塔风机必须开启。荟聚购物中心在设计时对特别区域在冬季需要供冷时采用冷却塔+板换与空调冷冻水系统进行热交换,实现对冷冻水的降温和对特定区域的供冷。
如果冷却塔盘管足够散热,则不开冷却塔风扇;如散热不够,则开启风扇。无论冷却塔风扇是否开启,相比冷水机组,降低了耗电量,因冷机开启,冷却塔也要配合启动。
2.3 空调节能设备的选择和控制
(1) 热转轮回收风机。热回收节能原理是将室内排风的热量或冷量通过转轮吸附后对进风进行预加热或预制冷,以达到节能的目的。
(2) 调速风机。荟聚购物中心根据需要选用双速风机和变频调速方法。
n=60f/p
式中: n——速度;
f——频率;
p——极对数。
异步电机的转速与磁极对数成反比,与频率成正比。
P=Fn
式中: P——功率;
F——力;
n——速度。
由此可知,双速风机通过改变电机定子绕组来改变电机磁极对数实现调速。如2极对应△接法,1极对应YY接法,但这种调速方法是有极限的,不能平滑调速,相应功率的改变也有极限,节能效果有限。变频风机通过改变频率来调速,可以无极平滑调速,调速范围广,相应功率改变很宽,但一次投资和日后维修费用高。
(3) BAS空调系统节能控制。
① 热转轮回收风机节能控制。根据室外和室内的焓差值对转轮变频器进行PID调节,当室外焓值与室内焓值的焓差达到最大设定值时转轮,变频器频率达到50 Hz。当焓差下降时,调节方向相反。
② 送风机和回风机的节能控制。根据CO2浓度和温/湿度两种指标值进行控制:当CO2浓度达到标准限值的最大值时,风机需调至50 Hz工频状态运行;当CO2浓度低于设定值时,风机根据温/湿度调频运行。
通过两年来对现场运营数据的跟踪,发现节能效果明显。
现场实测调光电流比值如表2所示。
表2 现场实测调光电流比值
灯具种类亮度比(80%/40%)亮度比(60%/40%)亮度(40%)灯带1.20～1.151.10～1.171筒灯1.20～1.381.30～1.601
由表2可知,调光控制节能效果明显,灯具调光到低亮度,电流值低,电耗相应减少。
实测冰蓄冷系统与传统系统的比较如表3所示。
表3 实测冰蓄冷系统与传统系统的比较
参数冰蓄冷系统传统系统节省值节省百分比/%电耗/kWh672554271194843939425.5电费/元47571278251458349433142.3
通过PLC与传统系统联动控制,电耗减少,但对大电力系统的节能减排有贡献,所以电费节省相当可观。
宜家荟聚购物中心的节能策略和控制模式如表4所示。
表4 宜家荟聚购物中心的节能策略和控制模式
节能策略运营控制模式高效LED灯具时控和光控高效冷冻机PLC控制免费制冷通过BAS温度控制高效水泵通过BAS变频控制高效风机通过BAS变频控制热回收系统通过BAS变频控制冰蓄冷系统与常规冷机通过PLC控制联动太阳能热水系统—远程FCU温感调节远程控制租户的温度
注:节能策略和控制模式还需在后续的运营中逐渐完善。
通过对变压器负荷率的跟踪,发现运营值明显小于设计值。北京荟聚购物中心已利用多余的电量建设了亚洲最大的电动汽车公共充电站,使其成为可持续发展购物中心。
介绍了购物中心的电气节能工程,选用高效、节能、环保的照明灯具,设置合理的智能照明控制措施;在保持购物环境舒适度的前提下,合理控制机械设备的运行,以达到有效节能的目的。
参考文献：
[1] 建筑照明设计标准:GB 50016—2013[S].
[2] 民用建筑电气设计规范:JGJ 16—2008[S].
[3] 民用建筑绿色设计规范:JGJ/T 229—2010[S].
[4] 黄丽,杨成德.LED改造节能效果探讨[J].现代建筑电气,2016,7(12):29-34.
Electrical Energy Conservation Engineering of IKEA Shopping Mall
JU Guoqiang
[IKEA Centres(China) Co., Ltd., Shanghai 200235, China]
Abstract：This paper introduced the electrical energy conservation engineering of shopping mall.The selections of lighting lamps,refrigerating set and air-conditioning energy-saving equipment were analyzed,and control modes were compared.It is pointed out that high efficient and energy-saving lighting lamps should be selected,and the reasonable intelligent lighting control measures should be set.Under a comfortable shopping environment,the operation of the mechanical equipments are reasonably controlled,in order to achieve the energy saving.The operation data results of shopping mall show that the electrical energy saving of shopping mall is evident.
Key words：shopping mall; lighting lamp; refrigerating set; air-conditioning energy-saving equipment
中图分类号：TU 201.5
文献标志码：B
文章编号：1674-8417(2017)02-0008-04
DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2017.02.002
收稿日期：2016-11-16
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