住宅小区的建筑电气设计存在的主要问题及其解决措施

2022-11-08黄冰超

中国建筑金属结构 2022年10期

黄冰超

0 引言

随着社会的高速发展，我国居民不仅注重建筑的安全性还开始注重舒适性。我国建筑具有结构复杂、功能多样以及居住面积大等特点，各地的建筑风格复杂且多样。建筑电气工程设计内容也日趋复杂。建筑电气工程设计广义指的是公路、构建物和工业建筑等户外工程的电气设计，而狭义则一般指民用建筑的电气设计。

在如今的电气设计中，不再仅粗略地分为供电和照明，而是将电气设计根据用电电压的高低分为强电设计和弱电设计。其中电压较高的强电的主要内容包括照明、供配电系统及消防强电，电压较低的弱电包括电话系统及消防弱电等。与传统化电气设计相比，如今的电气设计系统还增加了电气自动化内容、智能化系统和消防系统等。

本文研究内容主要包括：（1）住宅小区建筑电气设计主要内容；（2）建筑电气设计中存在的主要问题；（3）强化建筑电气设计的主要措施。

1 住宅小区建筑电气设计主要内容

1.1 小区电气负荷等级

按照《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）和《民用建筑电气设计标准》（GB51348-2019），将负荷分为三个不同等级：将停止供电会造成重大经济损失或影响重要用电单位的正常使用的情况归为一级负荷；把停止供电会造成较大的经济损失或影响较重要用电单位的正常使用的情况归为二级负荷。除了以上两种负荷以外的负荷情况均属于三级负荷。

一般的现代化住宅小区划分为商业使用区、住宅区、公共区、消防设备区等多个功能区域。这些区域所需要的用电通常包含：商业使用区（配套商业及用电）、住宅区（居民生活用电）、公共区（设备间、电梯、车库等日常用电）、消防设备区（设备运行用电）。在设计时，需要计算出小区总用电的负荷值。计算时，首先确定所有设备的安装容量、需要系数、自然平均功率因数、设备数量、建筑面积、负荷密度等数值大小，然后选择负荷计算的方法，最后根据选择的方法按照公式算出各个数值。负荷计算的方法有很多种，每种方法都有其各自的特点。常用的方法有需要系数法、单位面积功率法以及利用系数法等。

1.2 供电电源设置

针对一、二级负荷的民用建筑通常需要有两个供电电源，其中第一个供电电源来自电网，第二个为备用电源。备用的电源可以来自周边供电点，也可以是自备的发电机。需要注意的是必须防止备用电源和正常电源并行运行这种情况发生。除了以上几类电源之外，还有一类为应急电源，它一般用于消防，也是一个独立的电源，有单独的应急供电系统，单独的线路。通常应急电源有四种类型：专用馈电线路、应急发电机组、UPS 不间断电源、EPS 应急电源。平常需要做好防护，避免它和普通电源并行运行这种情况发生。

在设计前，依据本地供电单位的供电能力和所建住宅小区内的负载性质、用电容量以及周边具体环境等因素，综合考虑小区在供电电源设计中是否加设高压开闭场所。在设计时，还应该考虑供电设备和输电设备在供电时的能量耗费问题，最大限度采用输电消耗最少的节能方式。

1.3 变配电室的设置

高层建筑的总用电面积相对低层建筑更广，需要的负荷量更大，因而需要大部分变压器常年不间断运行，而变压器的长时间运行，其能量损耗是非常大的。为减少损耗并延长它的使用年限，就必须依据环境选择合适的变压器。根据冷却方式将变压器分为油浸式变压器和干式变压器，每种变压器都有其适用的环境，设计时要依据周围环境、价格高低、体积大小、重量高低、抗爆能力、抗燃能力、噪声大小等综合因素选择变压器。

1.4 小区住宅单体电气设计

住宅小区单体电气设计是整个建筑电气设计工程不可忽视的重要组成部分之一。单体电气设计通常包含：室内照明设计、强、弱电线入户、供配电系统设计、防雷接地设计以及消防系统设计等。在单体电气设计过程中，不仅仅在事先要考虑住宅的安全性和舒适性，还必须考虑电气设计的节能性和实际性。单体电气设计的节能性是依靠节能设计来实现的。其中节能设计包括照明系统节能设计、供配电系统节能设计、监控设备节能设计等方面。但对于电气设计工作来说，由于单体电气设计的复杂性，施工前，做好单体电气设计工作，严格选用电气设备，保证设备的质量。施工过程中，重视电气施工过程中的质量监督，仔细检查是否符合设计标准，保证电气设计的整体质量和节能措施的实施。

2 建筑电气设计中存在的主要问题

在建筑电气设计工程中存在的主要问题有：（1）一些旧式住宅在设计配电改造时，采用直敷布线，将距离地面1.4m的电线在没有保护措施的情况下接入了照明开关内，这与现行国家标准《低压配电设计规范》（GB50054-95）的第5.2.1条“当导线垂直敷设至地面低于1.8m 时，应穿管保护”的规定不相符合；（2）在一些建筑电气工程的设计中未重视节能工作，造成不必要的能源损失。但是，过分强调节能工作又会损害经济效益，节能工作与经济效益之间未达到有效的平衡；（3）在二次装修过程中，未充分考虑防雷接地设计，比如卫生间未设计局部等电位箱，导致出现触电事故，威胁使用者的人身安全。（4）在设计过程中，未充分考虑后期用户装修的实际需求布置电气点位，导致后面装修设计拆改量巨大。

3 强化建筑电气设计的主要措施

3.1 灵活增加用电容量

经过对我国家庭日常用电的分析，发现日常主要的电耗有电炊具、热水器和空调这三类。可以看出卧室、厨房和卫生间是家庭日常用电的主要场所。因而，在对住宅电气进行设计时，可以根据室内的用电量灵活增减线路的导线规格和断路器容量。通常断路器的开关宜选用20A，导线规格宜选用4mm。在别墅住宅和大型住宅的线路选取上，最好使用三相线路，这样便于使用一些高功率电器。住户配电箱所使用的进线电缆规格按《住宅设计规范》（GB 50096-2011）第8.7.2 条规定：每套住宅进户线截面面积不应小于10mm；在一些较大房型中可以增加导线直径，每个地区供电部门都有发布关于当地住宅小区供配电设计标准，如户型面积对应用电容量，具体可参见相关文件。

另外，变电器的容量也应当灵活增加。一般变电器的容量应根据住宅小区计算所得的用电负荷进行确定，然后对小区的长远及局部进行分析，灵活调整变电器的容量，争取使变电器处于经济运行的状态。例如，夏季炎热人们多使用空调，冬季寒冷人们多使用电暖气，造成冬夏季节与春秋季节的电负荷差异较大，在这种情况下可以灵活增设变电器，用以调节季节差异带来的用电需求。

3.2 对住宅小区配电干线进行合理设计

对于如今越来越多一梯多户的高层住宅来说，普遍存在比较严重的用电负荷。而对于低层住宅小区可以采取预分支电缆方法，增加使用电缆的数量，达到减少用电负荷的目的；而对高层住宅采用这种方法虽然能减少用电负荷，但却不便于前期的施工和后期的维护工作。针对高层建筑出现这种情况则可以采取母线槽分段供电，有效地减少垂直干线的电线量。因此，建筑住宅的电气干线需要考虑具体情况来选取。

为了减少配电线路产生的损耗，一般使用的方法有：（1）使用电阻率小的材料。通常导线材料电阻率越小，线路损耗就越少。一般的工程应该选取铜线或新型铝合金导线作为导线材料。（2）改变供电路径的方式。在设计供电线路路径时，由于弯曲路线会增大电阻率造成线路的耗损增加，所以在设计线路时尽可能设计成竖直路线。（3）灵活选取导线截面面积。在结合施工成本、峰值用电量和电压大小等因素综合选取供电导线的截面面积。如果供电线路过长，则可以适当放大电阻的横截面积，以满足电流、电压使用条件，从短期看虽然是增加了成本，却有效地降低了线路的损耗。从长期来看既节约了能源，又增加了经济效益；（4）提高电力系统的功率因数。一般来说，电力系统的功率因数对线路损耗有一定的影响。所以，在电气系统优化的时候，优先选择高功率因数的设备来降低线路中的损耗，如同步电机、电容补偿灯等。

3.3 对照明系统进行合理的设计

在照明系统设计中采取的措施有：（1）合理的光源选择。通过各个光源的耗能率、节能效果以及使用寿命等多个指标综合比较，从中选择最经济节能的光源。同时，根据建筑物的不同，光源的选择也有所区别。在亮度较低的建筑中，一般使用小功率的金属卤化物灯或者直管型荧光灯；而大跨度的工业建筑则采用大功率卤化物灯；（2）合理的控制形式。照明系统设计中，常采用感应控制、集中控制以及分组控制这三种控制形式。而想要建筑物在节能方面达到预定的效果，常常需要根据建筑内空间方位的实际情况选择一种或者多种混合的控制方式，以达到在正常使用的情况下尽可能减少能量消耗的目标。例如在高层住宅敞开式连廊的设计中，可以充分利用太阳光能直射在走廊上这点，采用节能自熄开关（光控感应）减少能量消耗；在一些建筑的楼梯间和走廊的照明设计中，可以使用集中控制的方式；（3）新型光源的选用。近年来，发光二极管（LED）灯在我国照明系统中得到了广泛的应用。其主要特点是高效节能、超长的使用寿命、安全系数高等。与白炽灯相比，LED 灯能节省超过80%的用电量。光纤照明技术也逐渐应用在景观照明、工业以及室内照明（尤其是地下车库）中。该技术是利用光纤导体的传输，将光源传导到指定地点达到照明的目的。

灯具的基本功能是照明。一般不同的灯具的使用效果是不同的，如日光灯的亮度要高于白炽灯，直接照明灯的亮度要高于间接照明灯。因此需要结合实际需求选取合适的灯具。安装灯具时，要与建筑专业有效结合。灯具布置前，要对建筑的层高、梁间的间距、是否安装吊顶等情况有一定的了解，提前规划灯具的位置。灯具布置时，尽量选择居中布置，可以使灯光照到房间各个角落。同时，光源是灯具的核心，所选光源如果有更高的功率因数、更大的亮度以及更合理的安装方式，不仅能保证舒适的使用条件还可以节约能源。如果房间只有均匀化的照明，会显得房间呆板，降低舒适度。一般需要利用不同光源的搭配，营造出一个温馨舒适的生活环境。另外，设计时还应当考虑灯具的使用年限，在灯具及遮光材料等老化之后其透射率是否满足设计要求。对光源的选择则须综合考虑使用寿命、光效、功率等因素，对灯具的型号进行合理化布置及设计，确保房间亮度满足设计要求的同时尽可能地达到节能环保的需求，充分考虑灯具的老化维修等因素。照明节能是建筑使用者提出的新要求，建筑照明节能不仅能够缓解日益增长的能源短缺问题，还能够节约建筑物的使用成本，起到了一箭双雕的作用。因此在照明系统设计时，应当尽可能地选用环保节能的灯具，例如如果设计时选用了荧光灯，则应考虑附带电子镇流器，有时选择普通镇流器或者节能型镇流器也须充分考虑建筑长期使用的综合能耗成本。

3.4 做好配电线路的接地防雷工作

如图1 所示，综合接地防雷应包括外部防雷系统和内部防雷系统。防雷主要是将接闪装置连接到容易被雷击的地方，然后用引下线向下连接接地装置。安装的时候，金属部件应与避雷针紧密连接。同时，建筑中的消防梯和烟囱可以承担引下线的作用。用埋在基础内的钢筋代替接地装置将雷电电流疏散至地下，屋顶的金属焊接栏杆代替防雷带，选择有一定导电性材料的屋面代替接闪器，从而有效地节约成本。在建设施工过程中还应重视等电位的连接。尽可能地使建筑物内部的金属物体连接起来，形成有效的等电位体，这有助于平衡建筑物内金属部件之间的电位差，保障设备和人的安全。当雷电波侵入时，可以利用避雷器和其相配合的进线段进行防护。同时，将阀型或金属氧化物防雷SPD（电涌保护器）安装在变压器的主母线和分段母线上能有效防止雷电波的侵入。此外，在安装防雷SPD 时，应当选择合适的位置，不仅需要靠近主设备，还要兼顾其他的设备。如果主变压器与防雷SPD 的电气距离超过规定值时，则需要增加一组避雷器在主变压器附近，以保证主设备的正常使用。建筑外的电源线和信号线的金属管通过防雷SPD 来连接消除雷电造成的电位差。各部分等电位母线也应互相连接，然后再连接到主等电位母线。