超高層建筑電氣設計關鍵技術解析

謝新龍

摘 要 隨著城市規模的不斷發展，高層建筑越來越多，如大型寫字樓、商業大廈、購物中心等結構比較復雜，其中包括大量的動力設備、電氣設備、復雜的照明系統以及完善的消防安全系統，對電氣功能要求比較高。本文對現代高層建筑電氣設計的主要內容進行探討，并提出設計中應注意的有關問題。

關鍵詞 超高層建筑;電氣設計;電力負荷

1高層建筑電氣設計要點

1.1 電力負荷的確定

電力負荷是供電設計的主要依據。按國家現行規范，消防用電設備（如消防水泵、消防電梯、自噴接力泵、排煙風機、消防控制中心、應急照明）、電梯、生活水泵用電、電話機房、安保設備、航空障礙燈和人防中重要負荷等應按一級負荷中特別重要的負荷要求供電，其他用電負荷分別為二級或三級負荷。電力負荷預算時應分別計算動力電和照明電。電力負荷預算正確與否，對電氣設備的選擇、配置，保證電氣設備系統安全、高效運行，對整體工程的經濟分析和相關設計，都有重要的指導意義。高層建筑的電力負荷計算，基本上采用負荷密度法和需要系數法[1]。

1.2 電源及電壓的選擇

設10kV雙重電源， 采用10kV標準電壓供電。10kV供電電源分別來自不同的變電站。針對高層建筑中存在大量的一級負荷，還考慮備用柴油發電機組，要求在15s內自動恢復供電， 應付意外情況的發生。

1.3 配電系統的設計

一般高壓采用單母線分段形式。母線分段數目取決于電源進線回路數目，如有多臺變壓器組可分多段， 自動切換，互為備用。10kV外部接線考慮環網接線形式，以提高配電網的可靠性。電源進線采用電纜進線。

低壓配電系統各級開關均采用自動空氣開關，設置瞬時、短延時、長延時三級過流保護裝置。各級自動空氣開關的保護整定，應注意選擇性配合，防止越級跳閘。

1.4 主要設備的選型

（1）高壓開關柜。通常高層建筑的變配電室設在主樓地下層，不宜采用油開關。根據高層建筑地下室的規定，選用具有“五防”功能的真空開關手車式高壓開關柜。

（2）電力變壓器 。根據《民用建筑電氣設計規范》選擇， 主樓內不能裝置油浸電力變壓器。高層建筑單體面積大，負載多，可選擇多臺大容量變壓器組合使用。對季節性負載集中設置，以便在過渡期停用相應變壓器，從而降低能耗。

（3）低壓配電屏。多為大容量出線， 建議采用手車式。

（4）應急備用發電機組。應急發電機組應自成系統，避免接入其他負荷。位置宜靠近各區域配電中心。發電機選型建議采用燃汽輪發電機，較之傳統的柴油發電機，這種發電機具有體積小、重量輕、故障率低的優勢，尤其適用于高層建筑[2]。

1.5 電氣照明設計

（1）照明燈具選擇。設計采用了高效能的T5 節能熒光管，將電能轉化為光能的效果較好。與T8、T10 熒光管相比，T5 熒光管能發揮更好的節能效應。

（2）照明控制。超高層建筑公共照明區域大，燈具繁多，依靠人工管理無法實現。公共區域（ 如大會議廳、室外泛光照明、室外LED 顯示屏、公共走道、大堂等） 燈具采用總線控制技術，可根據時間及管理的不同要求對相應的燈具開關進行自動控制（ 也可現場控制） ，避免長明燈現象，并節約能源。

（3）能源管理系統。超高層建筑同時也是能耗大戶，傳統的水、電、氣、熱量分別進行計量計數，不能滿足超高層建筑節能的要求。超高層建筑設置能源管理系統，對抄表數據進行后期管理和服務，進行數據分析，以了解建筑設備的運行狀態。能源管理系統不僅可進行數據收集，而且具有判斷、評估能耗和智能識別功能，并提供各種類型的報表，為節能提供決策依據。

2高層建筑電氣設計的特點與對策

①高層建筑由于照明及空調負荷多、電梯等運輸設備多、給排水設備多，所以用電量特別大，對供電的可靠性要求很高。②高層建筑中，動力電與照明電各成系統、分別供電。動力負荷多采用放射式供電，照明負荷則采用母線槽配電方式。③高層建筑內部空間大、柱距大，又因其電氣設備多，導致墻面埋線多、地面管道多。④高層建筑主體通常采用干法施工，并且建筑構件的預制裝配化使施工周期縮短，要求電氣施工科學地高效運行。⑤消防要求高。高層建筑高度高、設備多、人員密集、裝修豪華、火災隱患多，施救難度大，故對消防提出很高的要求。設計中對選材要有消防方面的針對性。⑥用電設備分散，管理難度大， 要求微機系統監控管理。⑦防震要求：配電屏、燈具等電氣設備的防震處理;管線的層間貫通和建筑伸縮縫與沉降縫的耐震處理。⑧節能要求：高層建筑的電氣設計中，要把電能消耗指標作為全面技術經濟分析的重要組成部分。圍繞經濟、節能和環保護的原則，采用技術先進、安全適用的配電方式，選用高效率變壓器、電動機和高光效電光源、無功功率補償裝置和設備監控系統，減少電耗，節約用電[3]。

3高層建筑電氣設計中的節能原則

節能環保業已成為我國當前一項國策。作為電能高消耗主體的高層建筑， 必須在設計階段堅定節能方針，從設備選型、配置到傳輸線路的距離、功耗; 從吸收先進技術到降低無謂能耗，高層建筑節能潛力很大，也對電氣設計人員提出了更高要求。高層建筑電氣設計必須能滿足建筑物的功能，在照度、色溫、溫濕度、空氣流通諸方面達到使人舒適的程度，為建筑物的各種服務功能提供充足的動力電。在此基礎上控制無謂能耗，作為節能的著眼點。首先找出哪些能耗是與發揮建筑物功能無關的，再制定、采取節能措施。如變壓器的功率損耗、輸電線路上的有功損耗都是無用的能量損耗;還有量大面廣的照明用電，都可以通過采用先進技術及新型節能光源加以改善。節能設計要結合實際經濟效益因素，不能因為節能而盲目投資，增加運行費用。技術或設備的革新、換代增加的投資，應該能在較短的時間內用節能所節省的運行費用收回。選用節能設備時，應具體了解其原理、性能、效果，經技術、經濟兩方面比較而定。節能措施必須遵循技術先進、經濟合理、環保實用的原則[4]。

參考文獻

[1] 陳卓禮.對高層建筑物的防雷保護措施分析[J].廣東科技，2008，（22）：

67-68.

[2] 胡龍才.現代建筑電氣設計節能方法探討[J].科技資訊，2009，（33）：47.

[3] 趙國富. 超高層建筑配電系統設計簡介[J]. 建筑電氣，2010，29（6）：

42-44.

[4] 韓風明.超高層辦公建筑電氣設計[J].現代建筑電氣，2011，2（1）：37-41.