某办公楼改造工程电气设计及总结

1、electrical design and summary of anofficial building econstruction projectzhang li某办公楼改造工程电气设计及总结张 力( 北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045)摘 要 既有建筑改造是电气设计中的一项重要内容，与新建工程的电气设计相比有其特殊 性。本文以某办公楼改造电气设计为例，通过对该工程设计的总结和分析，提出了既有建筑改 造工程的电气设计要点及绿色节能设计方法。关键词 既有建筑改造 节能改造 节能诊断 节能改造综合评估 绿色设计 bim 设计abstract the electrical desig

2、n for reconstructing old architecture is an important part in electrical design，it does not like the electrical design for new buildings this paper takes the electrical design for an old building for example，it summarizes and analyzes the de- sign，propounds the key points of the electrical design fo

3、r old building reconstruction and the method of green and energy conservation designkeywords the electrical design for old architecture reconstruction，energy conservation reconstruction，energy diagnose，comprehensive evaluation of energy conservation recon- struction，green design，bim design0引言既有建筑改造是

4、电气设计中的一项重要内容， 不同于新建建筑的电气设计。新建建筑好比是一 张白纸，有较大的发挥余地。既有建筑改造电气设 计要在既有条件下进行，在深入了解原有建筑构造 的基础上，尽量克服既有建筑的先天不足，采用新 规范进行设计，在设计中选用新产品，在满足业主 需求的前提下，落实节能高效、低碳环保的设计理 念，使老旧建筑脱胎换骨焕发新的活力。本文以一 个政府办公楼的改造项目为例谈谈既有建筑改造 工程的电气设计。1工程概况本工程为政府办公楼，省部级办 公建筑，甲 乙两个副部级政府机关共用。该建筑已使用二十几 年，虽曾经改造过，但已不符合当前的电气设计规 范要求，配电系统上存在着安全隐患; 设备老旧，也

5、 不符合节能要求。因此，根据国管局要求对本楼进 行改造装修。本楼地上 11 层，地下 2 层，其中地下二层为厨 房、配电室和设备用房，地下一层为车库，首层至三 层为餐厅、多功能厅、综合机房用房，五、六层局部 为甲单位计算中心，其余楼层为办公用房。由于本 楼为甲乙两个单位共用，楼内每层都有分隔墙，每 层都有两套机电管井，每个单位均有配电室、弱电 机房、消防 安防控制室，但变电室为合用，设 在室 外。消防水池及消防泵房合用设在地下二层，由甲 单位管理。本楼总面积为 33 300m2 ，总高度为 40m， 为一类防火建筑。2设计概述本工程强电设计包括: 配电系统，照明、动力系 统，防雷接地系统。智能

6、化设计包括: 综合布线系 统( pds) 、有 线电视系统 ( catv) 、楼 宇自控系统 ( bas ) 、安 防 系 统 ( sas ) 、火 灾 自 动 报 警 系 统 ( fas) 。本楼除暗埋在结构内的管线和接地防雷设 施外，其他设备原则上均更换。2. 1变配电系统设计在熟悉本工程新旧图纸的基础上，设计人员多 次现场调研，了解甲方使用要求，提 出改造方案。 新设计保留了原有变电室及部分强弱电机房，增加 了层弱电间，保证内外网设备及管线的安装间距， 满足政府机关办公要求。在配电系统设计中，按照现行规 范要求，对 本 楼消防安防用电、重要机房、事故照明负荷、高层客 梯、排污泵等一级负荷

7、，其电源由配电室单独供电， 采用双电源末端互投; 生活泵等二级负荷采用双电 源末端互投; 普通照明、空调等三级负荷采用树干 或放射式配电方式。针对原有低压配电系统存在 消防负荷与其他负荷电源混用、系统保护分级过多 以及接线不规范的问题，进行了改造。在进行变电室设计之前，调查了变电室的运行 情况。原有变电所已运行 20 年之久，供电兼顾办公 楼和附近住宅，因此设 2 000kva 干式变压器两台。 在几年前的改造中，住宅负荷已改为由供电局变压 器供电。经了解日常仅运行 1 台变压器，负载率约 为 50% ，在夏季最大负载率约为 90% 。由于变压器 容量偏大，改为两台 1 250kva 变压器。

8、原有变电 所高压柜为 gg1a 型，低压柜为 pgl 型，电器产品 的正常使用寿命通常为 15 20 年，以上柜型现在基 本已淘汰。高低压柜及变压器设备陈旧，有安全隐 患。另外变电所无消防联动设备和设备监控系统， 不满足消防系统和智能化楼宇的管理要求，需要增 加消防联动设备和设备监控系统。因此，更换变电 室内全部设备。变压器更换为 scb10 型产品，这 种变压器绝缘耐热等级高、散热条件好、空载损耗 低，过载能力强; 环保可回收、低噪音、防尘、防潮能 力更佳，用电更安全。高低压柜采用金属铠装抽屉 柜，进出线柜均设智能表，对负荷的集中监控和调 控，可实现对主要设备进行能耗监测、统计、分析和管理的

9、功能。请专业厂家对办公楼供配电系统谐 波进行测量及谐波治理，在计算中心机房电源柜设 置滤波装置，变电室低压柜内设消谐电抗器及分相 无功自动补偿装置。另外，原有变电所通风系统不 满足使用要求，夏季室内温度过高，也进行了土建 改造。根据改造需要，要增加出线电缆，改造和增 加电缆引 出 管。 对接地网重新检测并相应整改。 图 1 为层电气小间及变电所改造平面图。2. 2照明系统设计在照明系统中，根据建筑照明设计标准( gb 50034 2013) 要求，在满足照度标准的前提下降低 功率密度值，办公室内光源显色指数不低于 80，采 用节能光源( t5 荧光灯及 led 灯) 及高效灯具，要 求灯具电子

10、镇流器谐波量12% ; 电感镇流器加电 容补偿，cos 0. 9。照明控制方面，室外照明、公共 照明可根据 bas 系统设定程序自动开关，各办公室 和机房照明采用手动控制，楼梯间照明采用自熄开 关控制。2. 3bas 设计本工程建筑设备管理系统( bas) ，采用直接数 字控制技术，对全楼的供水、排水、冷水、热水系统 及设备、公共区域照明、空调设备及供电系统和设 备进行监视及节能控制。在首层安防控制室设设备监控系统主机，大楼 内各监控点设现场 ddc 控制模块。各控制器均能 独立工作，具备通讯接口，主机对各 ddc 控制器进 行监测管理。系统具有灵活、开放的接口及通讯协 议，便于系统集成的实施

11、。ba 系统具备设备的手 / 自动状态监视，启 停控制，运 行状态显示，故 障报 警，温湿度监测、控制及实现相关的各种逻辑控制 关系等功能。设备管理系统控制、监测范围包括:1) 对空调系统设备、通风设备、公共区照明、立 面照明进行监视、控制、测量、记录。2) 对配电室低压开关柜内开关的运行状态进 行监视。3) 对公共场所的送、排 风机、生 活水泵、排 污 泵、各水箱和水池的液 位、电梯运行状态等进行 监视。智能表及智能照明控制器在配电盘柜内的安 装系统图如图 2 所示。图 1 层电气小间及变电所改造平面图图 2 智能表及智能照明控制器在 配电盘柜内的安装系统图3设计总结既有建筑改造电气设计有以

12、下几个阶段。3. 1既有建筑图纸及现状调研改造工程设计的第一步就是熟悉既有建筑，了 解既有建筑的新旧图纸和现状。虽然既有建筑的 原有建筑布局大多要改变，但是有些部分可能还是 要保留的，如出入口、楼梯、竖井、车库、部分设备用 房等。原有的强弱电进出管、预留孔洞、强弱电干 线路由、防雷接地设施等有可能还能利用，或不得 不继续使用。由于既有建筑在使用中可能被改造 过多次，现有图纸和现状可能大相径庭，这就需要 设计人员多次进行现场勘查，特别是要熟悉建筑结 构情况及建筑标高及做法，在此基础上确定机电用 房和干线路由。3. 2确定改造目标和改造方案确定改造目标需要满足业主使用需要，满足各 类常规建筑及电气

13、规范，满足节能和绿建规范。 3. 2. 1既有建筑改造电气设计内容既有建筑的原有电气设计大多已不满足现行 规范的要求，需要对照现行规范逐条整改。通常需 要解决的问题有:1) 安全问题: 如照明电源线无 pe 线，接地型式 未采用 tn-s 系统，配电系统的保护级数过多等;2) 消防问题: 如消防负荷与普通负荷电源混 用，消防负荷电源线未采用耐火线，应急照明未按 防火分区分路，火灾自动报警系统不符合新建筑 设计防火规范要求等;3) 照明问题: 照明功率密度值不满足建筑照 明设计标准要求;4) 节能问题: 原设计选用的电气设备不符合现 行规范的节能要求和产品安全要求等。3. 2. 2既有建筑改造电

14、气设计应执行的节能和绿 建规范近年来，国家颁布了多部规范极大推动了全社 会的节能减排，相关规范主要有建筑照明设计标 准( gb 50034-2013) 、公共建筑节能改造技术规 范( jgj 176-2009) 、公共建筑节能检测标准( jgj 177-2009) 、民用建筑绿色设计规范( jgj / t 229-2010) 、绿色办公建筑评 价 标 准 ( gb / t 50908-2013) 、绿色建筑评价标准( gb / t 50378-2014 ) 、城市照明节能评价标准( jgj / t 307-2013) 、建筑 节能工程施工质量验收规范( gb 50411-2007 ) 、全国民

15、用建筑工程设计技术设施节能专篇等。3. 2. 3既有建筑改造节能诊断及综合评估节能环保是既有建筑改造的重要目标。根据公共建筑节能改造技术规 范 ( jgj 176-2009 ) 3. 1. 1 条规定，公共建筑节能改造前应对建筑物外 围护结构热工性能、采暖通风空调及生活热水供应 系统、供配电与照明系统、监测与控制系统进行节 能诊断。针对电气系统的节能诊断，应包括对配电 系统容量及结构，用电分项纪录，电气设备状况，电 能质量测量等情况的调研，在此基础上确定节能改 造方案。全面的节能诊断需要有大量的数据支持， 需要收集既有建筑的能源消费账单，变压器的运行 纪录，相关设备的使用年限、技术参数，这些资

16、料都 需要物业部门提供。功率因数、谐波、三相不平衡 度、电压降等电能质量参数还需要采用专用工具现 场采集。通常设计单位的设计周期短，如果没有相 关部门的支持很难进行全面的节能诊断，最好由业 主聘请具备相应资质的公共建筑节能检测机构进 行节能诊断及综合评估。否则，设计单位应尽量收 集资料，做出节能诊断为改造方案提供设计依据。 在完成节能改造后，应对被改造的系统和设备进行 检测和评估。3. 2. 4确定改造方案首先，要协同建筑、结构、设备各专业把电气机 房及强弱电干线路由确定下来。原则上既有建筑 的电气机房宜继续使用，但是由于既有建筑的站房 可能存在位置及条件不满足现行规范或改造后的 使用需求的情

17、况，需要重新选址或改扩建，这就需 要综合考虑土建层高、标高、疏散运输通道、结构承 重、加固、站房对周围环境的电磁干扰以及周围环 境对站房有无电磁干扰等问题。既有建筑的线路 敷设宜使用原有路由进行敷设，特别是原有进出建 筑的预留套管应尽量利用，新增穿墙套管应尽量做 好防水。其次，合理确定各子系统改造方案。不满足现 行国家规范的系统应彻底改造，如原有系统符合规 范要求，设备未到使用年限，运行状况尚可，可以继 续使用或留出条件分批分期的改造。应针对业主 的需求和现有设备状况制定设计标准，避免高大上的设计造成新的浪费。另外，既有建筑改造往 往改造和装修同时进 行。改造设计和装修设计同时进行，在房间的强

18、弱 电插座布置时，应按照家具定位图做好样板间的强 弱电插座定位，避免使用中的拆改。在照明设计时 装修设计师为了装修效果往往使用低效光源和灯 具，设计照度大大超出规范要求，这就需要电气设 计师坚持原则而不是被动服从，使装修设计方案符 合节能要求。在 led 灯的使用方面，有的业主要求 办公室也要全部采用 led 灯具。这显然是不了解 led 光源的特性，led 光源由于其光谱不连续，显 色性不完整，在室内会影响人的生物钟，存在着生 物安全性方面的不确定性，因此在长时间办公、书 写的工作场所是不宜采用的。4绿色、节能设计4. 1设计中实现绿色、节能1) 在设计方案中，仔细研究既有建筑结构，合理 配

19、置系统，做到适合而不浪费，不能为所谓的“亮点” 而过分投资，增加运行费用。这一点说来简单，但实 际设计中却往往不到位。有条件的工程应进行节能 诊断及综合评估，提高方案的合理性。2) 在方案设计阶段，尽量在用电负荷中心处设 置变电室，以减少线路损耗。既有建筑的电气机房 如尚可利用宜继续使用，线路敷设宜使用原有路由 进行敷设。3) 在选择变压器容量时，新建工程的设计中往 往采用负荷密度估算的方法。由于既有建筑改造 后的用途确定，甚至装修照明的负荷也是确定的， 负荷计算时可以不再采用负荷密度估算的方法，而 直接进行负荷统计，再考虑相应需要系数和同时系 数，预留一定发展余量后选定变压器容量。4) 在确

20、定电缆截面时，应根据用电负荷的工作 性质和运行工况，不仅依据技术条件还应按经济电 流来选用电缆截面。5) 对功率因数、谐波、三相不平衡度、电压降等 电能质量参数进行计算和测量，在配电系统设计中 采用功率补偿、消谐装置、合理分配三相负荷等方 法提高电能质量。6) 在照明设计中，引导业主和装修设计师采用 节能光源和灯具，保证照明功率密度不超过规范中的限值。景观照明设计应采用有效措施限制光污 染，建筑立面夜景照明的照明功率密度不超过规范 中的限值。景观照明灯具可采用太阳能灯具，如有 条件，可采用光导照明系统，充分利用自然光减少 人工照明。7) 根据工程投资情况，可以采用智能照明系 统、设备管理系统、

21、能源管理系统提高设备管理水 平和能源使用效率。智能照明系统是设备管理系 统的子系统，采用智能照明系统，可以通过场景控 制、定时控制、人体感应控制等方式实现节能。设 备管理系统是通过对配电设备、照明设备、空调设备、给排水设备的监控，实现各子系统的节能运行。 能源管理系统以设备管理系统为基础，通过遍布配 电系统的智能仪表，对建筑的中央空调、照明、办公 设备、动力设备等用电量分别计量，采用专业软件 对计量数据进行监测、统计和分析，做出节能诊断， 提出节能解决方案。设备管理系统及能源管理系 统原理如图 3 所示。8) 发电机房的排烟设施应满足民用建筑电气设计规范( jgj 16-2008) 第 6.

22、1. 3 条要求。9) 在条件允许的情况下，采用太阳能光伏电源 系统，促进可再生能源利用。图 3 设备管理系统原理图4. 2设计中采用节能、环保产品1) 变压器应选用 d，yn11 接线组别，满足三相 配 电变压器能效限定 值及节能评价 值 ( gb 20052-2013) ，在资金允许的条件下，采用非晶 合金铁心型低损耗变压器，可使变压器的空载损耗 降低 60% 80% 。2) 电缆可选用铝合金电缆，降低铜材的使用， 减少有害气体排放量。3) 选用电动机应满足中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值( gb 18613-2012) 的规定。4) 选用高效照明光源、灯具及其附件。4. 3采用 bim 设计平台近年来，各设计单位都在大力推动采用 bim 平 台进行电气设计。bim 技术是一种应用于工程设计 建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项 目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命图 4 能源管理系统原理图周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各 种建筑信息做出正确理解和高效应对，为设计团队 以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供 协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩 短工期方面发挥重要作用。采用 bim 技术进行既 有建筑的改造设计非常必要，由于改造工程中既有 建筑的层高、路由等条件通常都不理想