浅谈高层建筑的电气及节能设计
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摘要：随着高层建筑向着自动化、节能化、信息化、智能化方向发展，给建筑电气设计也提出了更高更新的要求。本文就高层建筑的电气设计主要内容做了初步的探讨，同时对于建筑电气中节能设计做了简要分析。
关键词：高层建筑；电气设计；节能
随着城市的不断发展与进步，高层建筑在城市建筑中的比例也在逐年递增，对高层建筑电气设计的要求也越来越高，内容也越来越多。为了适应发展的要求，国家及地方也陆续制定出一些新的规范，并且大量采用新技术的具有高性能的，满足节能要求的，安全可靠的建筑电气产品在陆续得到开发和推广应用，各种定型产品的系列也将越来越齐全。
一、高层建筑电气设计的主要内容
传统建筑电气设计只包括供电和照明，而今天一般将其设计的内容形容为强电和弱电。强电包括变配电、照明、防雷等，弱电包括消防、综合布线、电视等。
1．负荷的计算
电力负荷计算是供电设计的依据参数。计算准确与否，对合理选择变压器容量、电器设备型号及系统安全可靠与经济的运行均起到决定性作用。一般高层建筑的负荷计算采用负荷密度法和需要系数法。
2．供电电源及电压的选择
现代高层建筑的电力负荷普遍包含一、二级负荷，为了保证供电可靠性，至少应有两路独立电源。两路独立电源运行方式，原则上为两路同时供电，互为备用。另外，一级负荷别重要的负荷，除上述两路电源还须增设应急电源。国内高层建筑的供电电压，一般采用l0kV标准电压等级，但随着城市的发展，从提高配电网的容量，降低线路上的电压损失，增大配电网的供电半径及降低线损等因素考虑，各地也陆续采用20KV电压等级，例如合肥市滨湖新区。
3．高低压配电系统的设计
3.1 高压配电系统：现代高层建筑均是采用两路独立的高压电源同时供电。一般两路电源采用单母线分段接线，设母联开关，自动切换，互为备用。
3.2 计费方式：采用高供高计。但在低压侧，仍装设计费电度表，采用将照明与动力分开的两部电价法。
3.3为限制低压侧的短路电流，正常时变压器解列运行，中间设联络开关。
3.4 高压系统及低压干线的配电方式基本上采用放射式，楼层配电则为混合式系统。高层建筑的竖井多采用插接式母线槽，水平干线因走线困难，多采用全塑电缆。
3.5功率因数补偿采用低压集中自动补偿方式，在变配电所低压侧设功率因数自动补偿装置，要求补偿后的变压器侧功率因数在0.92以上。荧光灯就地补偿，补偿后的功率因数为0.9。
4．主要设备的选型
电器设备的选择是供配电系统设计的主要内容之一。在选择时应根据实际工程特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经济合理。
4.1高压开关柜：现代高层建筑的变配电室一般设在主楼地下层，故选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。
4.2电力变压器：根据防火要求，主楼内不允许装设大容量的油浸电力变压器。
4.3低压配电屏：一般低压配电屏采用抽屉式，对于特别大容量的出线，则采用手车式。
5．电气照明设计
5.1光源：一般场所为荧光灯或节能型光源，有装修要求的场所视装修要求商定。
5.2照度标准：应按现行国家标准《建筑照明设计标准》GB50034-2004执行。
5.3设备用房、楼梯间、电梯厅、电梯机房、前室等场所均设事故照明兼作普通照明，另根据消防规范设应急照明和疏散指示。
6．防雷与接地
现代高层建筑的防雷设计，一般采用避雷针和避雷带作防直击雷的接闪器，利用建筑物结构柱子内的主筋作引下线，利用结构基础内钢筋网作接地体。现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接是十分可靠的，关键是做好金属管线的接地。
现代高层建筑的防雷接地、变压器中性点接地、电气设备保护接地及弱电接地等共用统一的接地装置。接地电阻要求不大于1欧。利用结构基础内钢筋网为自然接地体，并装设水平的人工接地体，将主要的建筑物基础连接成接地网，这样能够进一步均衡电位，提高安全性。
8．火灾自动报警及消防联动控制系统
现代高层建筑的火灾报警系统一般由感烟、感温智能型光电探测器、手动报警按钮、水流指示器和水流阀等组成。消防控制室设在一层，内设火灾自动探测报警器、消防联动控制柜、消防广播、消防电话及消防报警装置。关于高层建筑中消防用电的设计，涉及到其他许多专业，而且规模越大，功能越多，控制内容越广泛，设计内容也就越复杂。
9．综合布线系统
综合布线系统是将语音信号、数据信号的配线，经过统一的规范设计，综合在一套标准的配线系统上，由工作区、水平布线子系统、主干子系统、设备间、进线间及建筑群子系统组成。
10．有线电视系统
有线电视系统一般由前端设备、干线、放大器、分支分配器、支线及用户终端等组成，有线节目源由室外城市有线电视网引来。
二、高层建筑电气设计中应注意的几个问题
1．高层建筑对于供电的可靠性要求比较，因为高层建筑内一般有消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、火灾自动报警等消防设备及其他一、二级负。
2．在高层建筑中，照明与动力基本上不共用干线。动力负荷多采用放射式供电，照明负荷则多采用树干式配电，与动力分开。
3．电气设备的管线和桥架应采取防火措施，电气管道井每层须用防火材料封堵。
4．采取防震措施。如配电屏、灯具等电气设备的防震；管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理等。
5．消防要求高。因为高层建筑高度高，体量大，人员密集，设备多，建筑本身火灾隐患多，故对消防要求很高；
6．为了确保消防报警控制系统的正常运行。系统中的广播、电话、信号总线、直流电源线及联动控制线路室外布线，应分别采用电缆布线。同一电压等级的信号总线及联动控制线路可以采用一根电缆敷设。
7．在高层建筑的电气设计中，要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。节电的设计方案，应根据技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的原则确定。
三、电气设计的节能原则
建筑电气的节能设计应坚持以下四个原则：
1．供配电系统的节能设计应根据负荷容量，供电距离及分布，用电设备特点等因素合理设计供配电系统，尽量做到系统简单，可靠，操作方便。
2．满足建筑物的功能，即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足特殊工艺要求。
3．考虑实际经济效益。节能应根据国情考虑实际经济效益，不能因为注重节能而过高地消耗投资，增加运行费用。
4．节省无谓消耗的能量。节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。节能措施贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。
四、电气节能设计
1．照明光源采用三基色荧光灯、紧凑型节能荧光灯、节能点光源为主，根据装饰要求个别需要连续调光的会议室、多功能厅等设置少量白炽灯（100W以下）。
2．三基色荧光灯和紧凑型节能荧光灯均采用高品质电子镇流器，既提高了功率因数，又降低了能耗，功率因数应达到0.90以上。采用的镇流器应符合该产品的国家能效标准。
3．照明功率密度值及照度标准应满足《建筑照明设计标准》GB50034-2004要求。
4．照明控制根据功能要求可采用分组、分区、动静控制、时间控制、光敏调节照度或开关等方式。
5．用户变电所紧靠负荷中心，变压器选用难燃、低噪音、高效低功率的节能型产品。
6．变电所低压侧设置集中无功功率自动补偿装置，以使高压侧功率因数达到0.90以上；对用电量大、功率因数低的用电设备设置就地无功功率自动补偿装置，以降低无功损耗，提高电压质量，减小导线截面。
7．变电所设置计算机能量管理系统，主要配电设备设置检测和控制模块，实现变电配电能量管理，便于实时控制和监测电能运行状况，有利于优化和制定有效的节能措施。
8．大功率水泵设置变频软启动、生活泵和部分空调机组设置变频控制系统，以节约能源。
四、结束语
在整个高层建筑电气设计过程中，我们应从安全性、可靠性、经济性及节能性等方面进行综合分析，选择合理的设计方案，不断的研究探讨、总结经验，为建筑节能做出应有的贡献，达到最佳的节能效果及取得最佳的经济效益，真正做到高效、节能、舒适。只有这样，才能进一步使节能在建筑中得到长足发展，从而缓解能源紧缺，促进可持续发展，建设节约型社会。