高層建筑的電氣設計與節(jié)能

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　1.高層建筑電氣設計的主要內容

　　1.1 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。

　　1.2 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(fā)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。

　　1.3 高低壓配電系統(tǒng)的設計

　　1.3.1 高壓配電系統(tǒng)：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。

　　1.3.2 高壓系統(tǒng)及低壓干線的配電方式基本上都采用放射式系統(tǒng)。樓層配電則為混合式系統(tǒng)。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(lián)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(qū)供電，或將變壓器分散設在地下層、中間層或最頂層。

　　1.3.3 功率因數按規(guī)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。

　　1.4 主要設備的選型

　　1.4.1 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(guī)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。

　　1.4.2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。

　　1.4.3 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。

　　1.4.4 應急備用發(fā)電機組。過去大多是采用柴油發(fā)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(fā)電機。這種發(fā)電機具有體積小、重量輕、反應速度快，故障率低等優(yōu)點。應急備用發(fā)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(fā)最好選用兩臺，自動并車。容量較小時也可選用一臺。

　　1.5 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(jié)約電能，提高供電質量都有重要意義。

　　1.6 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(tǒng)一。選用高光效電光源，可以取得節(jié)能的明顯效果。

　　1.7 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?，F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?，F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(tǒng)。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。

　　1.8 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。

　　1.9 消防自動報警和自動滅火系統(tǒng)現代高層建筑的火災自動報警滅火系統(tǒng)，包括：火災探測器、分區(qū)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(tǒng)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(qū)報警器和消防中心，發(fā)出聲光報警信號。消防中心負責整座大樓火災的監(jiān)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(guī)模越大，功能越多，控制內容越廣泛，設計內容也就越復雜

　　2.建筑電氣設計中的節(jié)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(yè)提出了節(jié)能的要求，節(jié)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(jié)能的原則建筑電氣節(jié)能應堅持以下三個原則：

　　2.1 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(wèi)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。

　　2.2 考慮實際經濟效益節(jié)能應按國情考慮實際經濟效益，不能因為節(jié)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(jié)能減少下來的運行費用進行回收。

　　2.3 節(jié)省無謂消耗的能量節(jié)能的著眼點，應是節(jié)省無謂消耗的能量。

　　首先找出哪些地方的能量消耗是與發(fā)揮建筑物功能無關的，再考慮采取什么措施節(jié)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(jié)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(tǒng)和照明系統(tǒng)能耗分別占建筑總能耗的50％和20％以上，系統(tǒng)節(jié)能潛力是巨大的。目前，暖通空調系統(tǒng)的自動控制基本上采用建筑設備自動化系統(tǒng)，簡稱BAS或BA系統(tǒng)，節(jié)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(jié)能率為25％~35％；自鎮(zhèn)流緊湊型熒光燈取代白熾燈（40~100W），節(jié)能率為30％~75％。

　　民用建筑的節(jié)能潛力很大，應在設計中精心考慮。但是在選用節(jié)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(jié)能設備，以達到真正節(jié)能的目的。