住宅小區的建筑電氣設計存在的主要問題及其解決措施

黃冰超

0 引言

隨著社會的高速發展，我國居民不僅注重建筑的安全性還開始注重舒適性。我國建筑具有結構復雜、功能多樣以及居住面積大等特點，各地的建筑風格復雜且多樣。建筑電氣工程設計內容也日趨復雜。建筑電氣工程設計廣義指的是公路、構建物和工業建筑等戶外工程的電氣設計，而狹義則一般指民用建筑的電氣設計。

在如今的電氣設計中，不再僅粗略地分為供電和照明，而是將電氣設計根據用電電壓的高低分為強電設計和弱電設計。其中電壓較高的強電的主要內容包括照明、供配電系統及消防強電，電壓較低的弱電包括電話系統及消防弱電等。與傳統化電氣設計相比，如今的電氣設計系統還增加了電氣自動化內容、智能化系統和消防系統等。

本文研究內容主要包括：（1）住宅小區建筑電氣設計主要內容；（2）建筑電氣設計中存在的主要問題；（3）強化建筑電氣設計的主要措施。

1 住宅小區建筑電氣設計主要內容

1.1 小區電氣負荷等級

按照《供配電系統設計規范》（GB50052-2009）和《民用建筑電氣設計標準》（GB51348-2019），將負荷分為三個不同等級：將停止供電會造成重大經濟損失或影響重要用電單位的正常使用的情況歸為一級負荷；把停止供電會造成較大的經濟損失或影響較重要用電單位的正常使用的情況歸為二級負荷。除了以上兩種負荷以外的負荷情況均屬于三級負荷。

一般的現代化住宅小區劃分為商業使用區、住宅區、公共區、消防設備區等多個功能區域。這些區域所需要的用電通常包含：商業使用區（配套商業及用電）、住宅區（居民生活用電）、公共區（設備間、電梯、車庫等日常用電）、消防設備區（設備運行用電）。在設計時，需要計算出小區總用電的負荷值。計算時，首先確定所有設備的安裝容量、需要系數、自然平均功率因數、設備數量、建筑面積、負荷密度等數值大小，然后選擇負荷計算的方法，最后根據選擇的方法按照公式算出各個數值。負荷計算的方法有很多種，每種方法都有其各自的特點。常用的方法有需要系數法、單位面積功率法以及利用系數法等。

1.2 供電電源設置

針對一、二級負荷的民用建筑通常需要有兩個供電電源，其中第一個供電電源來自電網，第二個為備用電源。備用的電源可以來自周邊供電點，也可以是自備的發電機。需要注意的是必須防止備用電源和正常電源并行運行這種情況發生。除了以上幾類電源之外，還有一類為應急電源，它一般用于消防，也是一個獨立的電源，有單獨的應急供電系統，單獨的線路。通常應急電源有四種類型：專用饋電線路、應急發電機組、UPS 不間斷電源、EPS 應急電源。平常需要做好防護，避免它和普通電源并行運行這種情況發生。

在設計前，依據本地供電單位的供電能力和所建住宅小區內的負載性質、用電容量以及周邊具體環境等因素，綜合考慮小區在供電電源設計中是否加設高壓開閉場所。在設計時，還應該考慮供電設備和輸電設備在供電時的能量耗費問題，最大限度采用輸電消耗最少的節能方式。

1.3 變配電室的設置

高層建筑的總用電面積相對低層建筑更廣，需要的負荷量更大，因而需要大部分變壓器常年不間斷運行，而變壓器的長時間運行，其能量損耗是非常大的。為減少損耗并延長它的使用年限，就必須依據環境選擇合適的變壓器。根據冷卻方式將變壓器分為油浸式變壓器和干式變壓器，每種變壓器都有其適用的環境，設計時要依據周圍環境、價格高低、體積大小、重量高低、抗爆能力、抗燃能力、噪聲大小等綜合因素選擇變壓器。

1.4 小區住宅單體電氣設計

住宅小區單體電氣設計是整個建筑電氣設計工程不可忽視的重要組成部分之一。單體電氣設計通常包含：室內照明設計、強、弱電線入戶、供配電系統設計、防雷接地設計以及消防系統設計等。在單體電氣設計過程中，不僅僅在事先要考慮住宅的安全性和舒適性，還必須考慮電氣設計的節能性和實際性。單體電氣設計的節能性是依靠節能設計來實現的。其中節能設計包括照明系統節能設計、供配電系統節能設計、監控設備節能設計等方面。但對于電氣設計工作來說，由于單體電氣設計的復雜性，施工前，做好單體電氣設計工作，嚴格選用電氣設備，保證設備的質量。施工過程中，重視電氣施工過程中的質量監督，仔細檢查是否符合設計標準，保證電氣設計的整體質量和節能措施的實施。

2 建筑電氣設計中存在的主要問題

在建筑電氣設計工程中存在的主要問題有：（1）一些舊式住宅在設計配電改造時，采用直敷布線，將距離地面1.4m的電線在沒有保護措施的情況下接入了照明開關內，這與現行國家標準《低壓配電設計規范》（GB50054-95）的第5.2.1條“當導線垂直敷設至地面低于1.8m 時，應穿管保護”的規定不相符合；（2）在一些建筑電氣工程的設計中未重視節能工作，造成不必要的能源損失。但是，過分強調節能工作又會損害經濟效益，節能工作與經濟效益之間未達到有效的平衡；（3）在二次裝修過程中，未充分考慮防雷接地設計，比如衛生間未設計局部等電位箱，導致出現觸電事故，威脅使用者的人身安全。（4）在設計過程中，未充分考慮后期用戶裝修的實際需求布置電氣點位，導致后面裝修設計拆改量巨大。

3 強化建筑電氣設計的主要措施

3.1 靈活增加用電容量

經過對我國家庭日常用電的分析，發現日常主要的電耗有電炊具、熱水器和空調這三類。可以看出臥室、廚房和衛生間是家庭日常用電的主要場所。因而，在對住宅電氣進行設計時，可以根據室內的用電量靈活增減線路的導線規格和斷路器容量。通常斷路器的開關宜選用20A，導線規格宜選用4mm。在別墅住宅和大型住宅的線路選取上，最好使用三相線路，這樣便于使用一些高功率電器。住戶配電箱所使用的進線電纜規格按《住宅設計規范》（GB 50096-2011）第8.7.2 條規定：每套住宅進戶線截面面積不應小于10mm；在一些較大房型中可以增加導線直徑，每個地區供電部門都有發布關于當地住宅小區供配電設計標準，如戶型面積對應用電容量，具體可參見相關文件。

另外，變電器的容量也應當靈活增加。一般變電器的容量應根據住宅小區計算所得的用電負荷進行確定，然后對小區的長遠及局部進行分析，靈活調整變電器的容量，爭取使變電器處于經濟運行的狀態。例如，夏季炎熱人們多使用空調，冬季寒冷人們多使用電暖氣，造成冬夏季節與春秋季節的電負荷差異較大，在這種情況下可以靈活增設變電器，用以調節季節差異帶來的用電需求。

3.2 對住宅小區配電干線進行合理設計

對于如今越來越多一梯多戶的高層住宅來說，普遍存在比較嚴重的用電負荷。而對于低層住宅小區可以采取預分支電纜方法，增加使用電纜的數量，達到減少用電負荷的目的；而對高層住宅采用這種方法雖然能減少用電負荷，但卻不便于前期的施工和后期的維護工作。針對高層建筑出現這種情況則可以采取母線槽分段供電，有效地減少垂直干線的電線量。因此，建筑住宅的電氣干線需要考慮具體情況來選取。

為了減少配電線路產生的損耗，一般使用的方法有：（1）使用電阻率小的材料。通常導線材料電阻率越小，線路損耗就越少。一般的工程應該選取銅線或新型鋁合金導線作為導線材料。（2）改變供電路徑的方式。在設計供電線路路徑時，由于彎曲路線會增大電阻率造成線路的耗損增加，所以在設計線路時盡可能設計成豎直路線。（3）靈活選取導線截面面積。在結合施工成本、峰值用電量和電壓大小等因素綜合選取供電導線的截面面積。如果供電線路過長，則可以適當放大電阻的橫截面積，以滿足電流、電壓使用條件，從短期看雖然是增加了成本，卻有效地降低了線路的損耗。從長期來看既節約了能源，又增加了經濟效益；（4）提高電力系統的功率因數。一般來說，電力系統的功率因數對線路損耗有一定的影響。所以，在電氣系統優化的時候，優先選擇高功率因數的設備來降低線路中的損耗，如同步電機、電容補償燈等。

3.3 對照明系統進行合理的設計

在照明系統設計中采取的措施有：（1）合理的光源選擇。通過各個光源的耗能率、節能效果以及使用壽命等多個指標綜合比較，從中選擇最經濟節能的光源。同時，根據建筑物的不同，光源的選擇也有所區別。在亮度較低的建筑中，一般使用小功率的金屬鹵化物燈或者直管型熒光燈；而大跨度的工業建筑則采用大功率鹵化物燈；（2）合理的控制形式。照明系統設計中，常采用感應控制、集中控制以及分組控制這三種控制形式。而想要建筑物在節能方面達到預定的效果，常常需要根據建筑內空間方位的實際情況選擇一種或者多種混合的控制方式，以達到在正常使用的情況下盡可能減少能量消耗的目標。例如在高層住宅敞開式連廊的設計中，可以充分利用太陽光能直射在走廊上這點，采用節能自熄開關（光控感應）減少能量消耗；在一些建筑的樓梯間和走廊的照明設計中，可以使用集中控制的方式；（3）新型光源的選用。近年來，發光二極管（LED）燈在我國照明系統中得到了廣泛的應用。其主要特點是高效節能、超長的使用壽命、安全系數高等。與白熾燈相比，LED 燈能節省超過80%的用電量。光纖照明技術也逐漸應用在景觀照明、工業以及室內照明（尤其是地下車庫）中。該技術是利用光纖導體的傳輸，將光源傳導到指定地點達到照明的目的。

燈具的基本功能是照明。一般不同的燈具的使用效果是不同的，如日光燈的亮度要高于白熾燈，直接照明燈的亮度要高于間接照明燈。因此需要結合實際需求選取合適的燈具。安裝燈具時，要與建筑專業有效結合。燈具布置前，要對建筑的層高、梁間的間距、是否安裝吊頂等情況有一定的了解，提前規劃燈具的位置。燈具布置時，盡量選擇居中布置，可以使燈光照到房間各個角落。同時，光源是燈具的核心，所選光源如果有更高的功率因數、更大的亮度以及更合理的安裝方式，不僅能保證舒適的使用條件還可以節約能源。如果房間只有均勻化的照明，會顯得房間呆板，降低舒適度。一般需要利用不同光源的搭配，營造出一個溫馨舒適的生活環境。另外，設計時還應當考慮燈具的使用年限，在燈具及遮光材料等老化之后其透射率是否滿足設計要求。對光源的選擇則須綜合考慮使用壽命、光效、功率等因素，對燈具的型號進行合理化布置及設計，確保房間亮度滿足設計要求的同時盡可能地達到節能環保的需求，充分考慮燈具的老化維修等因素。照明節能是建筑使用者提出的新要求，建筑照明節能不僅能夠緩解日益增長的能源短缺問題，還能夠節約建筑物的使用成本，起到了一箭雙雕的作用。因此在照明系統設計時，應當盡可能地選用環保節能的燈具，例如如果設計時選用了熒光燈，則應考慮附帶電子鎮流器，有時選擇普通鎮流器或者節能型鎮流器也須充分考慮建筑長期使用的綜合能耗成本。

3.4 做好配電線路的接地防雷工作

如圖1 所示，綜合接地防雷應包括外部防雷系統和內部防雷系統。防雷主要是將接閃裝置連接到容易被雷擊的地方，然后用引下線向下連接接地裝置。安裝的時候，金屬部件應與避雷針緊密連接。同時，建筑中的消防梯和煙囪可以承擔引下線的作用。用埋在基礎內的鋼筋代替接地裝置將雷電電流疏散至地下，屋頂的金屬焊接欄桿代替防雷帶，選擇有一定導電性材料的屋面代替接閃器，從而有效地節約成本。在建設施工過程中還應重視等電位的連接。盡可能地使建筑物內部的金屬物體連接起來，形成有效的等電位體，這有助于平衡建筑物內金屬部件之間的電位差，保障設備和人的安全。當雷電波侵入時，可以利用避雷器和其相配合的進線段進行防護。同時，將閥型或金屬氧化物防雷SPD（電涌保護器）安裝在變壓器的主母線和分段母線上能有效防止雷電波的侵入。此外，在安裝防雷SPD 時，應當選擇合適的位置，不僅需要靠近主設備，還要兼顧其他的設備。如果主變壓器與防雷SPD 的電氣距離超過規定值時，則需要增加一組避雷器在主變壓器附近，以保證主設備的正常使用。建筑外的電源線和信號線的金屬管通過防雷SPD 來連接消除雷電造成的電位差。各部分等電位母線也應互相連接，然后再連接到主等電位母線。

圖1 綜合防雷系統結構圖

此外，還應當考慮防側擊雷的設計。在高于設計地面45m以上的位置，應將金屬窗框、金屬欄桿以及其他大面積金屬設施等連接在一起。建筑結構外部的圈梁中直徑超過20mm 主筋也應連接成閉合的回路。同時將金屬設施與主筋閉合回路與建筑物內部的防雷接地系統進行連接。

4 結語

建筑電氣工程的設計中存在的主要問題包括：導線垂直敷設沒有保護措施、不重視節能、二次裝修過程中未充分考慮防雷接地設計、未充分考慮后期用戶裝修的實際需求布置電氣點位等。這些問題可以通過靈活增加用電容量、對住宅小區配電干線和室內照明系統進行合理的設計、做好配電線路的接地防雷工作等措施得到有效解決。

建筑電氣工程的設計水平高低直接影響著工程質量的好壞，同時與用戶的正常用電和人身安全密切相關。因此，應該合理和規范地對建筑電氣工程進行設計。高標準、嚴要求的對待節能設計和電氣安全設計部分，這不僅可以提高電氣設計的整體質量還可以提升建筑的安全性和節能性。