高層民用建筑電氣設計要點

文／李鑫榮 香港華藝設計顧問深圳有限公司 廣東深圳 518038

引言：

隨著科技的進步和社會的發展，人們對生活質量的要求日益提高。高層民用建筑作為現代城市的重要組成部分，不僅為人們提供了舒適的生活環境，還在節能、環保、智能化等方面發揮著重要作用。電氣設計作為高層民用建筑的關鍵環節，直接關系到建筑的安全、經濟和美觀。因此，深入研究高層民用建筑電氣設計的要點具有重要的實際意義和理論價值。

1.高層民用建筑電氣設計特點

1.1 高層建筑的電氣設計高度大特點

首先，隨著建筑高度的增加（如圖1 所示），電壓穩定性的要求也會提高。由于高層建筑需要輸送的電壓較高，傳統的低壓配電系統可能無法滿足要求。為了保證電壓穩定，一般會采用高壓配電系統，這就需要電氣設計要考慮高壓配電系統的設計和設備選擇。其次，高層民用建筑內可能有大量的電力負荷，如照明、空調、電梯等設備。這就需要電氣設計要有足夠的容量來滿足這些需求。同時，由于高層建筑的高度大，電力負荷的分布可能會比較分散，這也會對電氣設計提出新的挑戰。最后，高層民用建筑的高度大，也帶來了人員疏散和安全問題。如果發生火災等事故，人員疏散可能會比較困難。因此，電氣設計需要有足夠的安全措施，如設置火災自動報警系統、自動噴水滅火系統等。

1.2 高層建筑的電氣設計面積大特點

高層民用建筑的面積通常也比較大（如圖2 所示），這就需要電氣設計要考慮如何在保證電氣設備和設施運行效率的同時，滿足用戶的各種需求。例如，高層民用建筑內可能有大量的照明、空調和電梯等設備，這就需要電氣設計要有足夠的容量來滿足這些需求。同時，面積大也帶來了用電量大的問題，這就需要電氣設計要考慮如何選擇合適的設備和設備組合，以降低電力消耗。此外，高層民用建筑的面積大，也會對電氣設計提出新的挑戰。例如，在高層民用建筑中，電力設備和設施的布局可能會比較分散，這就需要電氣設計要考慮如何將這些設備和設施進行合理的布局和設計，以提高使用效率和安全性。同時，高層民用建筑的面積大，也可能會帶來噪聲、電磁干擾等問題，這也需要電氣設計要考慮如何進行有效的降噪和電磁屏蔽設計。

圖2 某高層民用建筑立面圖

2.高層民用建筑電氣設計原則

2.1 實用性原則

高層民用建筑進行電氣設計時，需要遵循實用性原則，因為這有助于滿足用戶需求、提高建筑使用效率、降低運營成本以及保障建筑安全[4]。以下是幾個主要原因：（1）滿足用戶需求：實用性原則要求電氣設計充分考慮用戶的需求，提供充足的照明（如圖3 所示）、空調、供暖、通訊等服務。這樣可以確保用戶的工作和生活環境舒適，提高建筑的整體使用效果。（2）保障建筑安全：實用性原則要求電氣設計充分考慮安全因素，如火災自動報警系統、自動噴水滅火系統、應急照明系統等。這有助于在發生火災或其他安全事故時，迅速疏散人員，降低損失。

圖3 住宅建筑照明標準值

2.2 經濟性原則

高層民用建筑進行電氣設計時，需要遵循經濟性原則，因為這有助于降低建筑成本、提高投資回報、優化資源利用以及提高能源效率。以下是幾個主要原因：（1）降低建筑成本：經濟性原則要求在電氣設計過程中，充分考慮設備和材料的選擇，以實現最佳的投資回報。合理選擇和配置設備和材料，可以降低建筑的建造成本，提高投資回報。（2）降低運營成本：經濟性原則要求在電氣設計過程中，充分考慮設備和設施的運行成本，選擇合適的控制系統和維護方案。這有助于降低設備故障率和維修成本，提高運營效率。（3）延長設備壽命：經濟性原則要求在電氣設計過程中，充分考慮設備的使用壽命和維護成本。選擇高質量的設備和合理的維護方案，可以延長設備的使用壽命，降低長期運營成本。

2.3 環保原則

高層民用建筑在進行電氣設計時，需要遵循環保原則，因為這有助于減少建筑對環境的影響、降低能源消耗、實現綠色可持續發展[5]。以下是幾個主要原因：（1）減少碳排放：環保原則要求在電氣設計過程中，采用高效節能的設備和技術，降低建筑的能源消耗。這有助于減少建筑的碳排放，降低對環境的負擔。（2）提高能源利用效率：環保原則要求在電氣設計過程中，充分考慮能源的利用和消耗，選擇高效節能的設備和技術。這有助于提高能源利用效率，降低能源消耗，減少對環境的負面影響。（3）使用可再生能源：環保原則要求在電氣設計過程中，考慮利用可再生能源，如太陽能、風能等。這有助于降低建筑對傳統能源的依賴，減少對環境的污染。（4）綠色照明：環保原則要求在電氣設計過程中，采用綠色照明技術，如LED 照明、節能燈具等。這有助于降低照明系統的能耗，減少對環境的負擔。（5）優化建筑能耗分布：環保原則要求在電氣設計過程中，合理分配建筑的能源需求，降低高能耗設備和系統的使用，優化能源消耗分布。這有助于降低建筑的整體能源消耗，實現綠色可持續發展。（6）減少電磁污染：環保原則要求在電氣設計過程中，合理布局和設計電氣設備和設施，減少電磁輻射和電磁干擾。這有助于降低電磁污染，保護建筑內部人員的身心健康。

3.高層民用建筑電氣設計要點

3.1 高層建筑配供電系統設計

高層民用建筑的配供電系統設計需要考慮到以下幾個主要點[2]：（1）供電安全性：由于高層建筑的高度大，可能存在電氣安全隱患。配供電系統設計應采取必要的安全措施，如設置火災自動報警系統、自動噴水滅火系統等。此外，應選擇符合安全標準的設備和材料，如絕緣材料、阻燃電纜等。（2）供電穩定性：由于高層建筑的高度大，可能存在電壓波動和不穩定的問題。配供電系統設計應采取必要的穩定措施，如設置自動電壓調節器（AVR）、無功補償裝置等。（3）供電可靠性：高層建筑的供電可靠性要求較高，配供電系統設計應采取必要的冗余設計，如雙路供電、備用發電機等。同時，應建立健全的電源監控和管理系統，確保供電系統的正常運行。（4）供電效率：高層建筑的用電負荷大，供電效率直接影響到能源消耗和運行成本。配供電系統設計應選擇高效節能的設備和技術，如低壓配電設備、智能化配電監控系統等。（5）設備和布線選擇：高層建筑的供電系統需要選擇合適的設備和布線方案，以降低故障率和維修成本。例如，選擇具有良好絕緣性能和耐腐蝕性能的電纜和導線，選擇性能穩定的開關和保護裝置，選擇便于維護和管理的電氣設備布局方案。（6）電氣安全設計：高層建筑的配供電系統設計應遵循電氣安全規范，如國際電工委員會（IEC）的相關標準和規定。此外，應考慮到電氣設備和布線的安全防護，如設置接地系統、過電壓保護裝置等。（7）能效管理：高層民用建筑的配供電系統設計應實現能源管理和優化，以降低能源消耗和運行成本。可以考慮使用智能化配電監控系統和能源管理系統，實現能效的實時監控和優化。

3.2 高層建筑照明系統的設計

高層民用建筑照明系統設計需要考慮以下幾個主要點[3]：（1）照明需求分析：照明系統設計首先需要分析建筑的照明需求。這包括根據不同區域的功能、使用場景和客戶需求，確定合理的照度、色溫、顯色指數等照明參數。（2）照明形式選擇：高層民用建筑照明系統設計應根據建筑的空間特點和風格，選擇合適的照明形式，如直接照明、間接照明、混合照明等。同時，應考慮照明系統的裝飾效果和美觀性。（3）照明設備選擇：照明設備的選擇應根據照明需求和照明形式進行。例如，選擇高性能的光源、高效率的燈具、智能化的照明控制系統等。此外，應考慮照明設備的能源效率、使用壽命和維護成本。（4）照明布局規劃：照明系統設計應考慮照明設備的布局規劃，以實現照明效果的最佳化。例如，合理布置燈具的位置和角度，使光線分布均勻、無陰影；根據功能區域的特點，選擇合適的照明形式和照明設備。（5）照明控制系統設計：照明控制系統設計應實現對照明系統的智能化管理和控制。可以選擇采用集中式照明控制系統或分布式照明控制系統，實現對照明設備的遠程控制、定時控制、場景切換等功能。（6）節能與環保設計：照明系統設計應遵循節能與環保原則。例如，選擇節能型光源、燈具和控制系統；采用高效的照明布局規劃，減少照明設備的能耗；優化照明系統的運行模式，降低能源消耗。（7）照明系統的安全性：照明系統設計應考慮照明設備的安全性，確保照明系統在各種極端條件下的可靠性和穩定性。例如，設置過載保護、短路保護、漏電保護等安全裝置。

3.3 高層建筑避雷系統的設計

高層民用建筑避雷系統的設計需要考慮以下幾個主要點：（1）防雷分區劃分：高層民用建筑的避雷系統設計應根據建筑的防雷分區進行劃分。根據建筑物的高度和結構特點，合理劃分防雷區，并確定各區的避雷措施。（2）接地系統設計：接地系統是高層民用建筑避雷系統的核心組成部分。設計時應遵循國際電工委員會（IEC）的相關規定和標準，如國際接地系統（IT）或國際接地系統（TT）。同時，應選擇合適的接地材料和接地導體，確保接地系統的安全可靠。（3）引下線和接地網設計：引下線設計應考慮避雷系統的負載能力和連接可靠性。選擇合適的引下線材料和敷設方式，如鋼筋混凝土內主筋、鍍鋅鋼等。接地網設計應確保接地導體之間的有效連接，形成完整的接地網絡。（4）避雷裝置選擇：避雷裝置包括避雷針、避雷帶、避雷網等。設計時應根據建筑物的高度和結構特點，選擇合適的避雷裝置類型。同時，應確保避雷裝置的安裝位置、高度和方向等符合避雷要求。（5）電氣設備的保護：高層民用建筑避雷系統設計應確保電氣設備的安全。例如，選擇具有防雷保護功能的電氣設備，如配電箱、變壓器、電動機等。同時，應考慮將電氣設備的金屬外殼或基礎與接地系統有效連接，降低設備遭受雷電侵襲的風險。（6）避雷系統的檢測和維護：避雷系統設計應考慮避雷系統的檢測和維護。建立定期的避雷系統檢測制度，及時發現并消除避雷系統的隱患。同時，應確保避雷系統的維護和管理符合相關標準和規定。

3.4 高層建筑火災自動報警系統的設計

高層民用建筑火災自動報警系統的設計需要考慮以下幾個主要點[1]：（1）系統布局規劃：首先，需要對建筑內的火災自動報警系統進行布局規劃。這包括確定探測器的安裝位置、消防設備的位置以及報警系統的連接線路。同時，應確保消防設備和報警系統與其他系統相互獨立，不受干擾。（2）探測器選擇：選擇合適的火災探測器是火災自動報警系統設計的重要環節。根據建筑物的特點和火災發生的可能性，選擇合適的火災探測器類型，如感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器等。（3）報警系統設計：報警系統設計應確保其準確性、可靠性和安全性。選擇性能穩定、反應迅速的報警設備和控制裝置，如火災報警控制器、聲光報警器等。同時，應確保報警系統與其他系統的聯動和協調。

3.5 高層建筑電氣節能的設計

高層民用建筑電氣節能設計需要考慮以下幾個主要點：（1）選擇高效的設備和材料：建筑電氣設備的效率直接影響建筑的能源消耗。選擇高效、節能的設備和材料是實現電氣節能的關鍵。例如，選擇高效變壓器、節能型燈具、高效電機等。（2）優化配電系統設計：通過合理的配電系統設計，可以降低配電系統的損耗和功率損耗，從而降低能源消耗。這包括合理分配負荷、優化配電線路的路徑和長度、選擇適當的電纜截面等。（3）智能化照明控制：智能化照明控制系統可以實現照明設備的定時開關、亮度調節、場景切換等功能，從而降低照明系統的能源消耗。

4.高層民用建筑電氣設計的未來展望

4.1 智能化與物聯網（I0T）技術的應用

智能化與物聯網技術將成為未來電氣設計的重要組成部分。通過物聯網技術，實現建筑內各種設備的互聯互通和智能控制。例如，照明系統、空調系統、電梯系統、安防系統等可以實現智能化管理和自動控制，提高能源利用效率和用戶體驗。

4.2 能源管理系統（EMS）的發展

能源管理系統將成為未來電氣設計的關鍵部分。通過能源管理系統，實現建筑內各種能源設備的實時監測、數據分析和優化控制，提高能源利用效率，降低能源消耗。

4.3 綜合布線系統的優化：

未來高層民用建筑電氣設計將更加注重綜合布線系統的優化。通過采用新型的布線技術和設備，提高布線系統的靈活性、可靠性和可擴展性，適應未來建筑電氣系統的發展需求。

4.4 數字化與虛擬化技術的應用

數字化與虛擬化技術將在未來電氣設計中發揮重要作用。通過建立數字化模型和虛擬現實技術，實現電氣系統的可視化、仿真和優化設計，提高設計的準確性和可靠性。

4.5 用戶參與與設計

在未來電氣設計中，用戶參與將發揮更重要的作用。通過用戶需求分析和參與設計，確保電氣系統能夠滿足用戶的實際需求，提高用戶滿意度和建筑的使用價值。

結語：

總而言之，高層民用建筑電氣設計要點的研究，有助于提高建筑電氣設計的質量和效率，保障建筑物的安全性和經濟性，同時也為綠色建筑的發展提供了技術支持。通過深入研究和實踐，我們期待可以為高層民用建筑電氣設計領域提供新的理念和技術，推動我國高層民用建筑的電氣設計不斷向著更加科學、合理、高效的方向發展。