试论高层建筑电气设计的主要内容及节能原则

王军花

摘 要：文章阐述了现代高层建筑电气设计的主要内容，并从设计上满足系统用电负荷安全性要求，同时提出了设计中应注意的电气节能问题。

关键词：高层建筑；电气设计；节能原则

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

1 高层建筑电气设计的主要内容

1.1 负荷的计算

电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否，对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。高层建筑的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。

1.2 供电电源及电压的选择

为了保证供电可靠性，现代高层建筑至少应有两个独立电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两路独立电源运行方式，原则上是两路同时供电，互为备用。另外，还须装设应急备用柴油发电机组，要求在15 秒钟内自动恢复供电，保证事故照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。国内高层建筑的供电电压，都采用10kV标准电压等级。

1.3 高低压配电系统的设计

1.3.1 高压配电系统：现代高层建筑均是采用两路独立的10kV电源同时供电。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进线。电源进线几乎全部采用电缆进线。

1.3.2 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。楼层配电则为混合式系统。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。

1.3.3为减少变压器台数，单台变压器的容量选择一般都大于1000kV•A。为限制低压侧的短路电流，正常时变压器并列运行，中间设联络开关。照明和动力分开设变压器，当动力用电容量太小时，动力变压器可不分开装设，而在低压侧应对动力负荷分类计费。

1.4 主要设备的选型

1.4.1 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。用于高层建筑的开关有三种类型可供选用：高压空气断路器，SF6 开关和真空断路器。其中高压空气断路器因技术陈旧，SF6 开关尺寸数大，气体具有毒性，故目前10kV真空断路器应用的较为普遍。

1.4.2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。目前有干式变压器、SFE 变压器和硅油变压器等三种产品可供选用。

1.4.3低压配电柜。现在低压配电柜的结构，几乎都做成抽屉式和固定间隔式，型号主要有GCK、GCS、MNS等。柜内受总开关和出线开关分为固定式、插入式和抽出式，可根据项目要求选择不同的形式。

1.4.4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。近年国外高层建筑已开始采用燃气汽轮发电机。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。应急备用发电机组必须是快速自起动的。一般应能在15s内恢复供电。从可靠性出发最好选用两台，自动并车。容量较小时也可选用一台。

1.5 变电所位置的确定

由于高层建筑的楼层数较多，楼层的电力负荷相对分散，为了确保电力主干线的电压在允许值范围内，尽可能的降低电能损耗，有必要科学、合理的选择变电所的位置。通常情况下可以考虑以下几种选择：在辅助建筑物内或者高层建筑的地下室设置变压器；在建筑最高层和地下室设置变压器；在建筑物中间层、最高层和地下层分别设置变压器；只在建筑物中间层内设置变压器；在建筑物上部各层和地下室分别设置主变压器。变压器究竟设置在建筑物何处，不仅需要考虑施工方便、设备条件、经济等因素，还应当注重管理和经营因素。 1.6 电气照明设计

电气照明设计，包括光源选择、照度计算、灯具造型、灯具布置、调光控制和照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系，应该相互配合，在使用功能及艺术意境方面求得统一。选用高效光源，可以取得节能的明显效果。

高层建筑因使用面积和公共面积较大，照明电能用量比较大，电气设计时可从以下几个方面入手进行节能设计：1）尽可能使用高效光源。在过去很长一段时间内，白炽灯因安装简单、价格便宜而被广泛应用于楼宇照明，但白炽灯发光率过低，因而，这种灯逐渐开始被显色性能优异、光色好、发光率高的新光源所替代。2）最大幅度的利用自然光。对于靠近室外的建筑部分应增大门窗面积，使用透光率高的玻璃。对于楼内可以使用自然光照明的部分，可以安装辅助照明设备，并配置灯光自动调节装置。3）对于通过气体放电的灯，通过调节灯丝可以实现对照明亮度的调节，但这么做成本太高，不适宜用于工作照明。 1.7 微电脑在变电所中的应用

现代高层建筑规模很大，所以其变电所的规模也较大。如某大厦的初步设计时，中心变电所设在地下三层，内设手车式高压开关柜14台，抽屉式低压配电柜近40台，电容补偿柜12台，40Ah镐镍电池柜一套及中央信号屏，1600kVA变压器二台，1250kVA变压器二台，其建筑面积150+400m2左右；在第26层(主楼)设有变电所一个。在地下一层，设600kW自起动柴油发电机组二台。整个供电系统很复杂，对这样一个供电系统，要求供电可靠，各种供电参数及开关状态、变压器运行状态和各机房运行状态，若用人工值班，通过电话联系或人工巡视，工作量大，速度也很慢。设计人员在预留的控制室内使用微电脑进行监测、管理，能迅速发现故障，使设备作最佳工况运行，实现遥控遥测，达到节约能源，减少人力，安全、合理运行。

1.8 防雷与接地

现代高层建筑的防雷设计，采用避雷针和避雷带的做法简单可靠、经济合算。但必须保证各层楼面钢筋、金属管道与该层用作引下线的钢筋有可靠的连接，形成等电位层。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确定，通常是在4 欧以下。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。

1.9 电梯

电梯按使用功能分，有高级客梯、普通客梯、观景梯、服务梯、消防梯、货梯、自动扶梯等许多种；按速度又分为低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等；按电流分则有交流和直流两大类。设计人员的任务是要确定电梯台数和决定电梯功能。电梯的配置和造型，不是电气设计人员单方面所能决定的，必须与总建筑师共同研究才能确定。

1.10 消防

现代高层建筑的火灾自动报警灭火系统，包括：火灾探测器、分区消防报警控制器、消防中心和气体自动喷射灭火及自动洒水灭火系统等四个部分，实现报警灭火自动化。探测器探测到火灾信号后转换成电信号，进入分区报警器和消防中心，发出声光报警信号。消防中心负责整座大楼火灾的监控和消防指挥。关于高层建筑中消防用电的设计问题，涉及到其他许多学科，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

2 建筑电气设计中的节能原则

2.1 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。

2.2 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。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。

在工程实践中，公共建筑暖通空调系统和照明系统能耗分别占建筑总能耗的50%和20%以上，系统节能潜力是巨大的。目前，暖通空调系统的自动控制基本上采用建筑设备自动化系统，简称BAS 或BA系统，节能效率达10%~30%。而《建筑照明设计标准》（GB50034- 2004） 推动了照明领域的科技进步，有利于提高照明能效并推进绿色照明的实施，如用细管径直管型三基色T8 和T5 荧光灯代替T12 荧光灯，节能率为25%~35%；自镇流紧凑型荧光灯取代白炽灯（40~100W），节能率为30%~75%。

参考文献：

[1] 陈一才，高层建筑电气设计手册[M].北京：建筑工业出版社，1992.

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