浅谈现代高层建筑电气设计

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摘要:随着我国社会经济的发展，人们对电气设计的要求越来越高，高层建筑的电气设计工作是一项复杂的工程，在设计过程中应充分考虑其特点，并注重节能的功效，才能满足现代高层建筑的各项需求。本文对高层建筑电气设计的特点及节能设计方案等进行分析与阐述，以提高电气设计工作使用效率。

关键词: 高层建筑; 电气设计

一高层建筑电气设计的特点

与高层建筑电气关联的用电设备品种繁多。室内、楼梯过道、安全照明等电器照明设备; 货梯、客梯等电梯设备; 生活水泵和消防泵等给排水设备; 冷却塔风机以及水机组等制冷设备；引风机和鼓风机等锅炉房设备；排风机、电冰箱等厨房设备；包括送风机、回风机、风机管盘在内的空调系统送电设备；包括正压风机、排烟风机等在内的消防设备；另外，不同用处的高层建筑在用电量上也存在差别，不过总的来说耗电量比较大。再加上高层建筑的消防用电、客梯电力、应急照明等还要有分别独立的电源。

二高层建筑电气设计的主要内容

（一） 用电负荷的计算

高层建筑供电设计的重要参数依据就是电力负荷，其计算的准确程度对选择合理设备并确保电力安全可靠的运行，都能起到重要作用，并发挥节能功效。一般用电负荷的计算方式主要采取负荷密度法与需要系数法。

（二）高低压配电系统的设计

①高压配电系统。一类高层建筑是采用两路独立的10kV市电电源同时供电; 二类高层建筑可采用一路10kV市电电源供电。一般高压采用单母线分段，自动切换，互为备用。母线分段数目，与电源进线回路数相适应。只有当供电电源为一主一备时，才考虑采用单母线不分段的结线。电源进线几乎全部采用电缆进线。

②计费方式，采用高供高计。居民负荷与其他负荷(商业、非居、动力) 分开设置。居民负荷的高供高计为参考计量。居民的表计为IC卡智能电表。其他负荷在高压部分的高供高计一般为商业计量。在低压侧，装设非居与动力计费电度表，分开计费。商业总计量扣减非居和动力后，再按商业电价计费。

③变压器宜选用干式变压器，加金属屏蔽罩，采取减振、防潮措施。应采用节能环保、低损耗、低噪声( 如非晶合金变压器、三维立体卷铁芯变压器) ，接线组别一般采用D・yn11。单台变压器的容量一般都不大于1250kV・A。相同容量和相同接线组别的两台变压器可以并列运行。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。严禁三台及以上变压器并列运行。

④高压系统及低压干线的配电方式基本上都采用放射式系统和树干式系统相结合。配电设备中的主要部分是干线。现代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，多采用全塑电缆与竖井母干线联接。每层楼竖井设层间配电小间。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。当层数较多负荷数较大时，一般按层数分区供电，或将变压器分散设在地下层、中间层或最顶层。

⑤低压配电系统的总进线断路器，设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。其余各级断路器的保护整定，应注意选择性配合，防止越级跳闸。

⑥所有电梯均要求采用两路由不同变压器引出的专用电缆进线。在电梯机房的末端配电箱，设两路电源的自动切换装置，互为备用。

⑦功率因数按规定应补偿到0.9 ～ 0.95。为降低变压器容量，多集中装设在低压侧，与配电屏放在一起。采用智能型免维护无功补偿装置，配备自愈式干式电容，具备自动过零投切、分相补偿等功能。无功补偿大于180kvar及以上时应使用发热量小的电容器，接触器应采用无接点接触器，过零投切，无合闸涌流。

（三）供电电源以及电压的选择

为保证现代高层建筑的供电可靠性，设置两个相对独立的电源是必须的，而电源的具体数量则可以根据负荷的大小以及实际的电网条件来定量。尽管两路电源独立运行，但它们实际上仍然同时供电，彼此相互备用。此外还要安装柴油发电机组以应急备用，确保能够在15s之内正常恢复供电。为了保障照明、电脑、电梯、消防等设备的事故用电，我国国内的高层建筑，其供电电压都是用的标准电压为10kV。

（四）主要设备的选型

①高压开关柜。现代高层建筑的变配电室设在主楼地下层，按规定不宜采用油开关。应根据高层建筑地下室的标准，选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。

②电力变压器。根据防火要求，主楼内是不允许装设大容量的油浸电力变压器的。

③低压配电屏。国内外低压配电屏的结构，几乎都做成抽屉式或固定分隔式。

④应急备用发电机组。过去大多是采用柴油发电机组做应急备用电源的。近年来国外高层建筑已开始采用燃汽轮发电机。这种发电机具有体积小、重量轻、反应速度快、故障率低等优点。

（五）变电所位置的确定

现代高层建筑的用电量相当大，在确定变电所位置时，应尽可能使高压深入负荷中心。这对节约电能、提高供电质量都有重要意义。

（六）接地和防雷设计

现代高层建筑的防雷设计，除采用避雷针和避雷带的传统做法外，近年还出现有消雷器和放射性避雷针。这两种防雷技术虽然在工程上得到不少实际应用，但在理论上一直是有争议的。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、电气设备的保护接地和工作接地，都是合在一起的，组成混合接地系统。接地电阻按最小的要求而定，通常是在4Ω以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求，仍需要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。这对均衡电位、提高安全性都有好处。

（七）电气的照明设计

高层建筑的电气照明设计，主要包括灯具的造型设计、灯具的布置、照明度的计算、光源类型选择等。电气的照明设计实际上与建筑的装饰密切相关，因此二者之间应相互照应、相互配合，应确保艺术意境与使用功能的统一。在现代高层建筑中，普遍采取传感器、定时器或者光敏元件来实现照明的自动控制作用，并通过各种建筑物的自动化系统来实现照明电路与接触器; 另外，采取高光效的电光源，也是节能照明的重要手段。

（八）消防自动灭火与报警机制的设计

随着科技的进步，高层建筑在火灾自动报警灭火机制方面也逐渐统一，目前主要包括5 个部分: 火灾探测器、分区消防报警控制器、消防中心自动洒水灭火器和气体自动喷射，以保证报警灭火自动化系统。在这个过程中，由探测器探测火灾信号，并自动转为电信号，电信号进入分区报警器以及消防中心，转为声光报警信号。而整个消防指挥与监控由消防中心完成。由于高层建筑消防用电设计跨多学科，规模、功能和控制范围都日趋复杂，因此设计的复杂程度也越来越高。

（九）电梯的用电设计

电梯机房一般在井道的上方。普通电梯的梯井能够连通或者设置开口相连通。电梯根据使用功能多分为客用电梯与货用电梯等; 而按照速度划分可分为超高速、高速、快速与低速电梯; 按电流可分为直流和交流两种。在现代高层建筑中使用的电梯，为了缩短等待的时间并提高运输能力多采用超高速或者高速的电梯，分组采取控制。为了提高运行的舒适性与稳定度，客用电梯多采取直流电动机作为驱动; 另外，在进行电梯的电气设计时，需要做好各项配电设计、电气照明、选择主开关、设置插座、装置通风及控制等相关问题。

三高层建筑电气设计中应注意的问题

①高层建筑由于照明及空调负荷多、电梯等运输设备多、给排水设备多，所以用电量特别大，且供电的可靠性要求很高。

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，照明负荷则多采用母线槽配电，与动力分开。

③由于在结构上多数采用大柱距，形成大空间，使墙面安装的设备增多，必然使地面管道增多。

④由于建筑构件的预制装配化及干法施工缩短了施工周期，而且顶棚一般采用标准化、系统化的吊顶。

⑤电气设备的管线应采取防火措施。

⑥ 空调设备等主要用电设备分散，多数要求集中管理，即要求采用电脑管理和监控系统。

⑦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。

⑧消防要求高。因为高层建筑高度高、体量大、人员密集、设备多、装饰豪华、建筑本身火灾隐患多，故对消防要求很高。

节省能源是我国经济建设中的一项重大政策，节约用电又是节省能源工作中的一个重要方面，它直接关系到企业的经济效益和人们的日常生活。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。采用合理的配电方式，采用高效率变压器、电动机和照明光源、无功功率补偿装置和设备监控电脑系统等措施，减少电能损耗，节约用电。采用壁灯时需将容量提高一级或增加盏数。

四高层建筑电气设计中的节能原则

由于人口的增加、工业的发展、生活水平的提高，能源的消耗也就急剧增加，能源危机迫在眉睫。因此，各行各业提出了节能的要求，节约二次能源―――电能，也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气节能应坚持以下三个原则:

（一）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; 满足上下、左右的运输通道畅通无阻; 满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电、展厅的工艺照明及电力用电等。

（二）考虑实际经济效益

节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用，而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。

（三）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耗是与发挥建筑物功能无关，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗、传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。民用建筑的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。

五结束语

总之，随着我国社会经济的发展，人们对电气设计的要求越来越高，高层建筑电气设计也呈现复杂化。因此，设计人员应遵从国家相关规范，从技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的设计原则出发，使建筑电气设计更加合理，满足功能完备、适用安全的目的。