淺談高層建筑的電氣設計與節能

摘要：為了提高大型商場等現代高層建筑電氣設計質量，本文結合規范和工程管理經驗，詳細闡述了現代高層建筑電氣設計的主要內容，并從設計上滿足系統用電負荷安全性要求，同時提出了設計中應注意的電氣節能問題。

關鍵詞：高層建筑;電氣設計;電氣節能

大型商場等高層建筑電氣設計質量保證是比較復雜的一個課題，同時高層建筑耗能浪費的現象也是一個迫在眉睫的問題。作為商場的電氣工程師，不應只停留在電氣維護和商業裝修工程現場的日常管理上，還應該主動熟悉和掌握與高層建筑電氣有關的設計規范、設備選型和節能改造上。

一、高層建筑電氣設計的主要內容

（一） 負荷的計算

電力負荷是供電設計的依據參數。計算準確與否，對合理選擇設備，安全可靠與經濟運行，均起決定性作用。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。

（二）供電電源及電壓的選擇

為了保證供電可靠性，現代高層建筑至少應有兩個獨立電源，具體數量應視負荷大小及當地電網條件而定。兩路獨立電源運行方式，原則上是兩路同時供電，互為備用。另外，還須裝設應急備用柴油發電機組，要求在15 秒鐘內自動恢復供電，保證事故照明、電腦設備、消防設備、電梯等設備的事故用電。國內高層建筑的供電電壓，都采用10kV標準電壓等級。

（三）高低壓配電系統的設計

1. 高壓配電系統：現代高層建筑均是采用兩路獨立的10kV電源同時供電。一般高壓采用單母線分段，自動切換，互為備用。母線分段數目，與電源進線回路數相適應。只有當供電電源為一主一備時，才考慮采用單母線不分段的結線。電源進線幾乎全部采用電纜進線。 ?2 .高壓系統及低壓干線的配電方式基本上都采用放射式系統。樓層配電則為混合式系統。配電設備中的主要部分是干線。現代高層建筑的豎井多采用插接式母線槽。

水平干線因走線困難，多采用全塑電纜與豎井母干線聯接。每層樓豎井設配電小間。層間配電箱經插接自動空氣開關從豎井母干線取得電源。當層數較多負荷數較大時，一般按層數分區供電，或將變壓器分散設在地下層、中間層或最頂層。

3. 功率因數按規定應補償到0.9～0.95.無功補償都采用集中補償方式。為降低變壓器容量，多集中裝設在低壓側，與配電屏放在一起，但必須采用于式移相電容器。

（四）主要設備的選型

1. 高壓開關柜。現代高層建筑的變配電室設在主樓地下層，按規定不宜采用油開關。國外用于高層建筑的開關有三種類型可供選用：高壓空氣斷路器，SF6 開關和真空斷路器。其中高壓空氣斷路器因技術陳舊，SF6 開關尺寸數大，氣體具有毒性，故目前10kV真空斷路器應用的較為普遍。

因此，應根據高層建筑地下室的標準，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。根據防火要求，主樓內是不允許裝設大容量的油浸電力變壓器的。目前有干式變壓器、SFe 變壓器和硅油變壓器等三種產品可供選用。

3 .低壓配電屏。國外低壓配電屏的結構，幾乎都做成抽屜式，特別是大容量的出線，則做成手車式。

4. 應急備用發電機組。過去大多是采用柴油發電機組做應急備用電源的。近年國外高層建筑已開始采用燃汽輪發電機。這種發電機具有體積小、重量輕、反應速度快，故障率低等優點。應急備用發電機組必須是快速自起動的。一般應能在15s內恢復供電。從可靠性出發最好選用兩臺，自動并車。容量較小時也可選用一臺。

（五） 變電所位置的確定

現代高層建筑的用電量相當大，在確定變電所位置時，應盡可能使高壓深入負荷中心。這對節約電能，提高供電質量都有重要意義。

（六）電氣照明設計

電氣照明設計，包括光源選擇、照度計算、燈具造型，燈具布置，眩光控制和調光控制和照明配電線路敷設等。照明設計與建筑裝飾有著非常密切的關系，應該相互配合，在使用功能及藝術意境方面求得統一。選用高光效電光源，可以取得節能的明顯效果。

（七）防雷與接地

現代高層建筑的防雷設計，采用避雷針和避雷帶的做法簡單可靠、經濟合算。但必須保證各層樓面鋼筋、金屬管道與該層用作引下線的柱筋有可靠的連接，形成等電位層。現代高層建筑都是采用鋼筋混凝土剪力墻，與樓板的連接是十分可靠的。關鍵是做好金屬管線的接地。現代高層建筑的防雷接地、電氣設備的保護接地和工作接地，都是合在一起的，組成混合接地系統。接地電阻按最小的要求而定，通常是在4 歐以下。利用建筑物的鋼筋混凝土基礎作接地板。盡管基礎鋼筋等自然接地體已能滿足接地電阻的要求，仍需要裝設水平的人工接地體，將主要的建筑物基礎連接成接地網，這對均衡電位，提高安全性都有好處。

（八）電梯

電梯按使用功能分，有高級客梯、普通客梯、觀景梯、服務梯、消防梯、貨梯、自動扶梯等許多種;按速度又分為低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等;按電流分則有交流和直流兩大類。設計人員的任務是要確定電梯臺數和決定電梯功能。電梯的配置和造型，不是電氣設計人員單方面所能決定的，必須與總建筑師或總體交通設計人員共同研究才能確定。

（九） 消防

自動報警和自動滅火系統現代高層建筑的火災自動報警滅火系統，包括：火災探測器、分區消防報警控制器、消防中心和氣體自動噴射滅火及自動灑水滅火系統等四個部分，實現報警滅火自動化。探測器探測到火災信號后轉換成電信號，進入分區報警器和消防中心，發出聲光報警信號。消防中心負責整座大樓火災的監控和消防指揮。關于高層建筑中消防用電的設計問題，涉及到其他許多學科，而且規模越大，功能越多，控制內容越廣泛，設計內容也就越復雜。

二、

建筑電氣設計中的節能原則及主要措施現今社會能源消耗急劇增加，能源危機迫在眉睫。因此，各行各業提出了節能的要求，節約二次能源---電能，也就成為民用建筑電氣設計的焦點。建筑電氣設計節能的原則建筑電氣節能應堅持以下三個原則：

（一）滿足建筑物的功能即滿足照明的照度、色溫、顯色指數;滿足舒適性空調的溫度及新風量，也就是舒適衛生;滿足上下、左右的運輸通道暢通無阻;滿足特殊工藝要求，如娛樂場所的一些電氣設施的用電，展廳的工藝照明及電力用電等。

（二）考慮實際經濟效益節能應按國情考慮實際經濟效益，不能因為節能而過高地消耗投資，增加運行費用。而是應該讓增加的部分投資，能在幾年或較短的時間內用節能減少下來的運行費用進行回收。

（三）節省無謂消耗的能量節能的著眼點，應是節省無謂消耗的能量。

首先找出哪些地方的能量消耗是與發揮建筑物功能無關的，再考慮采取什么措施節能。如變壓器的功率損耗，傳輸電能線路上的有功損耗都是無用的能量損耗，又如量大面廣的照明容量，宜采用先進技術使其能耗降低。

因此，節能措施也應貫徹實用、經濟合理、技術先進的原則。

在工程實踐中，公共建筑暖通空調系統和照明系統能耗分別占建筑總能耗的50%和20%以上，系統節能潛力是巨大的。目前，暖通空調系統的自動控制基本上采用建筑設備自動化系統，簡稱BAS 或BA系統，節能效率達10%～30%.而《建筑照明設計標準》（GB50034- 2004） 推動了照明領域的科技進步，有利于提高照明能效并推進綠色照明的實施，如用細管徑直管型三基色T8 和T5 熒光燈代替T12 熒光燈，節能率為25%～35%;自鎮流緊湊型熒光燈取代白熾燈（40～100W），節能率為30%～75%.

民用建筑的節能潛力很大，應在設計中精心考慮。但是在選用節能的新設備上，應具體了解其原理、性能、效果，從技術、經濟上進行比較后，再選定節能設備，以達到真正節能的目的。

作者簡介：

羅琳琳，遼寧躍邁建設工程有限公司。