民用高层建筑电气设计要点分析

2021-08-16陕西省建筑设计研究院集团有限公司

门窗 2021年5期

黄璐陕西省建筑设计研究院（集团）有限公司

1 前言

当前，现代城市建设面貌日新月异，民用高层建筑越来越普遍。民用高层建筑不仅对城市经济建设起到重要的反哺作用，还能够满足当代人的物质文明需求。与此同时，电气工程设计也取得了长足的进步。民用高层建筑电气工程设计存在的最显著的问题就是能源损耗高，生态污染重，与国家倡导的可持续发展理念相悖。为此，全面探究民用高层建筑电气设计要点显得尤为重要。

2 民用高层建筑电气设计特点

民用高层建筑与普通建筑存在一定的客观差异，建筑高度明显增高，内部空间规模更大，内部结构更加复杂，建筑电气设备增多。这也在一定程度上增大了民用高层建筑电气工程的设计难度。同时，民用高层建筑对各类电气工程设备的功能多样性与性能稳定性的要求也更高。例如，常规照明设备、应急照明设备、电梯动力设备、消防用电设备及楼宇智能设备。随着人们生活水平的不断提高，对民用高层建筑的舒适性、便捷性与安全性的要求也随之提高。为此，电气工程设计人员一方面要结合建筑内部结构特征展开合理设计，另一方面，应为后续工程施工提供便利条件，满足人们的多方面需求。

3 民用高层建筑电气设计的原则

3.1 遵循现有规范标准要求

民用高层建筑电气设计中，要严格遵照现有的规范标准，并结合项目所在地的实际情况、地方标准和特殊要求，注重各规划内容的合理性、可靠性，维护电气工程整体效益。在设计中及时发现存在的问题，做好科学调整和优化，维持电气系统的安全高效运转。

3.2 最大化发挥建筑使用功能

电气设计是优化民用高层建筑功能，增强建筑实用性的重要手段，只有结合民用高层建筑要求及特点，合理规划电气工程内容，才能促进建筑内部设施设备的高效运转，满足人们的实际需求。设计人员应做到全面分析和考量，完善电气设计内容，合理规划照明、消防等电气设施，发挥建筑功能。

3.3 经济和环保效益的保证

节能环保是目前人们普遍关注的问题，也是实现可持续发展的重要战略措施。民用高层建筑作为能源消耗量较大的项目，在开展电气设计时，应考虑节能环保理念，优化电气设备的设置，科学选择绿色材料和技术，对相应功能的设备设施等采用集中或智能控制以降低能源损耗，加强民用高层建筑的经济性。

4 分析民用高层民用建筑电气设计的要点

4.1 负荷计算

负荷计算是民用高层建筑电气设计的首要工作，其目的是了解建筑内电气设备的用电需求及其能承受的最大值，避免因负荷过大发生危险。在电力负荷计算中，要注重计算数值的准确性，开展计算结果审核工作，避免偏差生成带来不良影响。目前常见的电力负荷计算方法以单位指标法（初步设计阶段）、需要系数法为主，设计人员可结合实际情况科学选择，加强计算准确性。

4.2 电源设置

民用高层建筑中，供电电源的数量可通过建筑分类及负荷等级来确定。一级负荷，应由双重电源供电。当一个电源发生故障是，另一个电源不应同时受到损坏。二级负荷采用双回线路供电。同时，对于一级负荷中特别重要负荷，设置自备电源比从电力系统取得第二电源更经济合理，或第二电源不能满足一级负荷要求时，应同时设置备用电源。保证在供电电源发生故障时，实行临时供电，以免因突然停电带来危险。现阶段，民用高层建筑内部常以应急发电机组作为备用电源，目的是防止建筑电路发生运行故障后，整栋建筑物失去电源，无法在短时间内恢复供电。应急发电机组应在停电的15秒时间内自动开启，以保证民用高层建筑的供电质量，促进相关设备设施的正常运转。

4.3 电气设备选型

（1）高压开关柜。传统民用高层建筑的配电间会单独设置，与变压器之间不存在相互干扰情况，高压开关柜的选择种类较多，图1为成套开关柜。但现阶段民用高层建筑因结构特征的关系，配电间一般会设置在地下室结构中，很容易与变压器相互影响。工作人员除了要按照现有的规范标准，进行空间规划隔离外，还需遵循五防的基本要求，合理选择高压开关柜种类。目前常使用的高压开关柜以真空手车式为主。

图1 高压开关柜

（2）变压器。为了安全起见，目前民用高层建筑电气设计中，开始控制油式变压器的使用，以免油引起火灾带来危险，图2为电力变压器。现阶段以非油式变压器来实现电能把控，并建立相匹配的防火消防系统，降低危险系数。

图2 电力变压器

（3）应急发电机组。目前，在民用高层建筑工程中采用的自备柴油发电机组的额定电压为230V/400V。但随着建筑规模面积的不断增大，使得低压电源供电半径太大，供电压降难以满足要求。这时，就会考虑6kV～10kV电压等级的自备柴油发电机组。无论是低压柴发还是高压柴发，其目的都是在供电电源出现故障时，柴油发电机组能够快速自动开启，降低突然断电带来的不良影响，保障电气设备安全性，保证应急情况下的供电质量。

（4）变电所。民用高层建筑中电气设备数量较多，对电能需求量较大，所以在变电所设置中，需尽可能将高压电引入负荷中心，通过科学转化实现低压电能供应，在保障电气系统运行可靠性的同时，降低电能损耗，达到能源节约目标。

4.4 高低压配电系统

目前民用高层建筑高低压配电系统设计中，通常采用两路10kV电源维持运行稳定性，实现高低压的科学转换，改进电能供应质量。不过在实际设计中，要对线路形式实行科学规划，满足两者稳定运行要求。对于高压配电，可采用单母线分段连接的形式，减少自主切换带来的危险。低压干线与高压系统的配电方式，通常情况下选择放射式系统，楼层的配电方式选择放射式与树干式相结合的方式。现代民用高层建筑施工中，普遍使用插接式母线槽，这使得配电系统的走线难度增加，不利于电气设计。

4.5 照明

在电气照明设计中，需要对光源、亮度、设备摆放位置、炫光情况、线路敷设予以综合考量，在维持建筑内部美观性的同时，加强照明效果，提供清晰的视野。同时要考虑到节能效应，可采用智能照明控制系统，在灯具及结构规划上实施优化处理。在应急照明设备规划中，在满足规范要求的前提下，改善其指示效果，满足自动开启需求，在危险出现后，给出清晰指示，帮助人员快速离开建筑。

4.6 防雷接地

当前，防雷措施有很多，如放射性避雷针，且市面上也出现较多防雷技术，但由于缺少理论支持，这些技术应用效果仍存在较大争议。针对民用高层建筑，防雷接地处理可直接采用剪力墙与地面连接的方式实现，利用接地金属管，将产生的多余电流快速传导到地下，保证民用建筑及内部电气设备的安全性。同时，在建筑物顶部安装相应的避雷设施。由于接地电阻最小要求为1Ω或更小，建筑物作为使用接地板的钢筋混凝土基础，虽然基体钢和其他天然接地的接地电阻已能满足要求，但仍需安装一个水平的人工接地，主要建筑连接到基于地面的网络，以维护安全性。

4.7 消防

建筑电气防火设计中，应合理设置消防应急照明及疏散指示系统、消防火灾自动报警系统、消防设备联动控制系统和消防负荷供配电系统。在设计中，对于消防应急照明系统，可结合建筑物性质、空间内部结构，合理选择控制方式、配电形式及灯具形式，依照建筑内的疏散指示方案，合理布置灯具。为人员疏散和发生火灾时仍需工作的场所提供照明和疏散指示。对于火灾自动报警系统，一般是借助各类火灾探测器、手动报警按钮及火灾警报器等设备，通过火灾报警控制器，探测火灾早期特征并报警。同时将火灾信息发送到消防控制中心，通过消防联动控制器，发出报警信号，并保证消防联动设备正常启动并运行，加快疏散和救援速度，减少危险问题的发生。

随着技术水平的提高，现阶段还会配备完善的消防电源监控系统，对电源进行实时监督和控制，且在问题出现后快速报警。增设防火门监控设备，在火灾发生时防护和操作防火门，避免火势蔓延，尽可能地将人员伤亡和财产损失控制在最小范围。设置电气火灾监控系统，常采用剩余电流式探测器，自动检测电流情况，一旦存在漏电现象予以及时预警，消除火灾隐患。

4.8 智能系统

在电气设计中融入智能技术，是改善设计水平，维持电气系统高效运转的关键，同时也是实现故障科学管控的重要措施。设计中一方面要注重线路的科学规划，建立完善的电气网络体系，另一方面需做到线路与智能家居间的有效连接，提高智能化水平。除此之外，在设计中，应考虑到远程监控功能的发挥，注重电气与主控室的有效连接，确保在问题发生时可快速报警解决，增大安全系数。且借助远程监控，可实现费用的智能化收取，增强工作便利性。