淺析高層建筑電氣設計與節能

趙強

摘要：伴隨著人們節能環保意識的不斷提高，節能型的高層建筑電氣設計將會受到越來越多人的青睞。高層建筑電氣設計的節能性直接影響著高層建筑的能源消耗，必將給我國的建筑行業帶來新的發展機遇。建筑電氣人員在考慮滿足系統用電負荷安全、可靠的基礎上，提出電氣節能新理念，極大地促進了建筑電氣工程的發展。下面本文將從現代高層建筑電氣設計的主要內容；高層建筑電氣設計的節能原則；高層建筑電氣設計的節能措施等三個方面加以闡述，希望能為其他有關高層電氣設計與節能的研究提供參考。

關鍵詞：高層建筑；電氣設計；節能；設計原則；節能措施

前言

隨著當代社會經濟的快速發展和市場經濟改革的不斷深化，城市的發展進程速度大大加快，大量農村人口不斷向城市涌進。在這種情況下，必然導致城市的人口激增，那么城市現有的住房面積不能有效滿足人們的住房需求這一矛盾亟待尋求解決。如此以來，在現有土地面積固定的情況下，縱向延伸住房面積，修建高層建筑，成為緩解城市人口壓力的一種有效途徑。但高層建筑以其自身的高度特點，考驗了建筑從業人員，對建筑工程的設計和施工都提出了更高的目標要求。建筑施工以工程設計為前提，所以，合理的建筑設計是接下來順利開展施工的基本條件。在設計時，工程師要依據相關文件的規定，結合建筑用電設備的特點、負載容量以及供電分布等方面，自始至終本著節能的原則，進行電氣設計，同時降低運營成本。

一、高層建筑電氣設計

1.選擇供電電源和電壓

隨著高層建筑規模的加大，建筑層數和建筑面積也在不斷擴大。由于高層建筑對電氣設備的較強依賴性，所以在高層建筑中，通常配備兩個或兩個以上的獨立電源，來保障高層建筑供電的安全與可靠性。這些電源都是同時供電，充當彼此的備用電源，在一個電源出現故障時，其它電源不受影響，繼續正常工作，以確保正常供電。為了確保樓層的穩定供電，許多高層建筑安裝了發電機組，在停電時，采用發電機組發電，確保停電情況下，建筑內仍可以正常供電。

2.配電系統設計

通常來說，國內的高層建筑為了方便自動切換電壓，一般都采用單母線將10 kV的標準電壓進行高壓分段供電。配電系統的計費方式采用的是兩部電價法，對高壓采用高供高計，對于低壓，采取在配電系統旁安裝計費表的方法進行計費，通過這兩種方法，分別對高壓和低壓進行不同計費。

3.電氣設備選型

高層建筑的特點決定著電氣設備的選型，照明系統、低壓配、高壓開關柜等電氣設備是高層建筑常見的設備。高層建筑的電氣設備的選型有哪些呢？例如，高層建筑的高壓開關柜要選擇真空開關手車式開關柜，對于高層建筑里面的低壓配電屏，應當都設計成抽屜式，而對于大容量出線，應當設計成手車式等。高層建筑的發電機組要使用燃氣輪發電機，按照調光控制、燈具布置、光源等的特點進行設計，融合照明和建筑裝飾，并采用高效率的電光源，從而有效降低建筑的能耗。

4.其他方面的一些設計

（1）高層建筑的防雷、接地設計。眾所周知，高層建筑情況復雜，人員密集，因此高層建筑的安全尤其是建筑的防雷和接地安全顯得尤為重要。在設計的過程中，應當充分結合防雷接地、工作接地和保護接地三方面的設計，選擇4歐姆以下的電阻，提高高層建筑的安全性。

（2）電梯在我們的日常生活中超市、商場極為普遍，那么對于高層建筑來說，電梯設計更是無法獲缺的。由于高層建筑要綜合考慮設計觀景梯、消防梯以及自動扶梯等多種電梯以滿足人們日常生活的需要，所以高層建筑的電梯設計顯得更為繁雜，對設計人員提出了新要求。因此，電氣設計人員在設計高層建筑的電氣系統時，要充分與建筑設計人員進行溝通，了解建筑的特點，設計出最佳的電氣節能系統。

二、高層建筑電氣設計的節能原則

為了保證高層建筑電氣節能設計的效能，在節能設計中要遵循以下幾個設計原則：

1.以功能需求為根本

任何設計包括高層建筑電氣的節能設計都要以保證基本的功用為前提條件，首先在滿足顯色、色溫、照度等條件后，建筑物內可以符合舒適衛生的要求，上下、左右運輸通道的暢通，同時也要保證娛樂場所等特殊工藝用電的需求。

2.滿足經濟效益

節能顧名思義就是要節約能源，但節能不能沒有節制，一旦超出經濟技術條件允許的范圍，就可能得不償失。所以在進行節能設計過程中，要滿足經濟需求，要進行造價的計算，將節能設計所增加的費用從未來幾年中收回來。

3.降低不必要的電能損耗

建筑電氣節能的首要目的就是降低甚至避免無謂的能源損耗，在確保電氣基本功能正常運轉的前提下，找到多余能源損耗，采取有效措施實現節能的目標。例如電能傳輸過程中產生的有功損耗、變壓器功率損耗等都是可以避免或者降低的，對一些需要較多、使用面廣的照明設施可以通過使用先進的設施達到能耗的降低目的。

總之，高層建筑電氣設計要遵循在經濟技術條件的可控范圍內，盡可能的減少消耗的原則。

三、高層建筑電氣設計的節能措施

1.建筑配電系統和無功補償裝置的節能設計

（1）在高層建筑中，電氣設計人員應當根據當前配電系統的容量、配點距離以及電氣設備的特點來設計配電系統，盡量選取變配電所與負荷中心最優化距離路線，這樣不但節省了電纜材料，更重要的是減少了在輸電過程中的電能損耗，達到節能目的。除此以外，電氣設計人員還要考慮，合理選擇變壓器的容量和數量，通過變壓器的設計節省電能。

（2）盡量避免電容器沒有放完電就進行下次充電，因為如果電容器沒有放完電就進行充電，實際會造成會電能的無形浪費。

2.提高供配電系統功率因數

提高配電系統功率因數的方法有很多，如選擇異步電機、使用同步電動機以及實現電力變壓器輕載運行等方法都可以提高來自然功率因數。無功功率的人工補償，設計人員在設計的過程中可以采用高低壓柜集中補償和分散就地補償的辦法，結合建筑電氣設備的實際情況來進行設計。

3.減少線路電能損耗

高層建筑線路冗長、復雜，因此想要減少高層建筑電能損耗，減少線路電能損耗是其重要的一方面。設計人員要重視線路上的電能損耗，按照發熱條件、機械長度來進行低壓線路截面選擇，減少線路損耗，選用電阻率比較小的材質作為線路導線，包括銅芯導線和鋁線。

4. 照明節能設計

光源是高層建筑節能的一個不容忽視的切入點，電氣設計人員應該盡量的選用與場所相適應的高效光源，如室內場所照明可以使用小功率高壓鈉燈和熒光燈，室外照明和道路照明可以使用高壓鈉燈和金屬鹵化物燈，氣體放電燈和熒光燈要注意安裝電容器。

四、結束語

總而言之，在高層建筑的電氣設計中，由于所涉及的電氣設備種類、數量較多，線路冗長、復雜，電能耗損較多，因此在設計過程中首先要選取變電所的最優位置，其次選擇合適的變壓器設備，確定好導線的截面大小，另外，不要忽略照明設備的設計及選擇，最終實現降低能源消耗，達到節能的目的，實現可持續發展戰略目標。

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