浅谈高层民用建筑电气设计中存在的问题和分析

2023-01-12李鹏

建筑与装饰 2022年10期

关键词：配电箱设计者电气设计

李鹏

吉林北银规划建筑设计有限责任公司吉林长春 130000

引言

可靠的电气设计能够保障建筑使用者的生命和财产安全，也是提高建筑价值的重要因素。因此，我们设计者、工程建设参与者需要从国家规范、图集中汲取更多宝贵的知识。

1 高层建筑的电气设计的基本概述

高层建筑电气设计工作直接关系到各类电气设备的正常运行和后期使用和维护，也同样影响用户舒适度以及对建筑的整体满意度。近些年，高层建筑内部电气系统涉及的电气设备繁多，供配电、火灾自动报警及联动控制、防排烟、消防给水等各系统之间的联动也愈发紧密，繁多的设备种类与使用功能场景所需要的负荷等级的要求也存在较大差异，但无论是消防负荷的一级负荷、二级负荷，还是非消防的一级负荷、二级负荷，均需要设置备用电源，保证在市电电源故障或停电情况下，备用电源能够正常使用，保障高层建筑内的电气设备供电可靠、有效运行[1]。

2 高层建筑电气设计的基本要求

2.1 设计环节的梳理

高层建筑电气设计过程中负荷种类繁多更应注意负荷等级的划分，配电系统除此之外有竖向系统的绘制，配电系统方案的选取，大量的负荷容量统计及负荷计算以及平面图干线的、点位、配电室、电井大样图的绘制等。照明系统的设计中照明平面图的绘制包括灯具的选取、照明平面的绘制和大量的照度计算。此外，建筑应急照明系统设计过程中也要考虑到部分特殊场所的特定需求，如娱乐场所以及老年人照料设施等场所，设计环节还需考量特殊空间使用者的服务特性。

2.2 注重经济节能

首先，建筑电气设计应该注重节能环保。高层建筑电气设备数量繁多，种类、功能更是多样，导致大量的电气设备在使用环节将会消耗大量电能，对此，在减少能耗方面上，电气设备应采用高效节能产品，电动机等设备能效也要满足现行节能评价值的规定。其次，采用能耗统计监测系统，将动力与照明分别挂表进行能耗监测。在配电系统设计上，合理设置变配电室、柴油发电机室、配电竖井、配电间的位置，使它们能够尽可能处于用电负荷的中心位置，减少线路损失损耗。降低三相低压配电系统的不平衡度，尽量做到三相平衡。综上各个方面，进一步凸显我们建筑电气设计方案的经济性、合理性。

2.3 注重不同要素相互之间的影响

高层建筑电气设计过程中，设计工作者应将安全性、可靠性以及经济性有效结合，同步思考三者之间的关联与影响，以科学技术手段，实现这三者的同步提升。对于高层建筑使用过程而言，无论是何种电气设计方案，都要将安全性放在首位，只有保证高层建筑电气系统的足够安全，才能为居住者人身健康负责。设计团队在安全性与稳定性结合的基础上，也要考虑到电气设备总体经济性，将电气设备使用环节的能耗问题考虑其中，认证分析电气设计是否科学合理，规划方案是否有效。总体而言，高层建筑电气设计工作应将安全性与可靠性放在首位，在满足这两项基本需求的前提下，尽可能提高电气系统的经济效益，降低能耗以及电气系统施工环节的资金投入[2]。

3 当前电气设计工作存在的问题及对策

3.1 高层建筑中负荷等级划分

以高层民用建筑中的负荷为例，其中消防负荷等级按照《建筑设计防火规范》GB50016中10.1.1的规定：一类高层民用建筑的消防用电按照一级负荷供电，二类高层民用建筑的消防用电按照二级负荷供电。非消防负荷的负荷等级按照《民用建筑电气设计标准》GB51348续表A规定：一类高层民用建筑的主要业务和计算机系统、电子信息设备机房、客梯、排水泵、生活水泵、值班照明、警卫照明、障碍照明用电按照一级负荷供电。一类高层民用建筑的楼梯间和主要通道的照明用电按照二级负荷供电。二类高层民用建筑的主要通道和楼梯间照明、客梯用电、生活水泵、排水泵用电按照二级负荷供电。除此之外，还应注意按照建筑物的使用性质进行补充，例如：大中型百货商店、商场、超市营业厅的空调用电为二级负荷。学校大型会堂主要通道照明、乙等会堂舞台电声设备和照明用电；学校学生宿舍、教学楼等主要通道照明用电，学校食堂冷库及厨房主要设备用电以及主要操作间、备餐间照明用电为二级负荷。避免设计遗漏。在续表A中设计者应注意当各类建筑物与一类、二类高层建筑的用电负荷级别以及消防用电负荷级别不相同时，负荷级别应该按其中的高负荷要求确定。

3.2 高层建筑低压配电设备的选择

现阶段，很多高层建筑的低压配电系统，设计工作者对于低压配电系统图中设备选择上应注意，例如：柴油发电机容量在设计中应大于1.1倍MAX（消防、非消防工况）计算容量，在设计时设计者往往容易忽略对其容量进行必要的校验。举例：发电机消防工况下最大总负荷为300kW，非消防工况应保障用电的最大总负荷为350kW，这时如果不进行校验，柴油发电机的安装容量只按照安装容量的1.1倍选择，即大于1.1×350KW=385kW，即选择一台450kW的柴油发电机，这时就会有问题。现在再来看一下校验后的结果，比如最大一台消防泵的安装容量为110kW，采用星/三角启动，按15%压降时，发电机为被启动设备功率的最小倍数的2.3倍，柴油发电机容量应大于等于2.3×110+300-110=443kW，校验后我们应选择500kW的柴油发电机才能够满足要求，设计中我们设计者容易忽视这个问题需要重视。另外，在柴油发电机的选择上，还应注意柴油发电机的单台容量不宜选择超过1250kW，容量较大可选择多台发电机并联供电，但并联供电给同一系统的发电机组不宜超过三台800kW。在常用的配电用低压电器选择上，设计者还应注意除满足标称电压、频率、环境条件和计算电流要求外，还应满足短路下的通断能力。一般情况下，开关额定运行短路能力不小于三相短路电流。例如：10/0.4kV变压器低压侧母线处三相短路电流可在新版的建筑电气常用数据手册中查找，继电保护装置的设计还应满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求，可靠性即要求保护装置动作可靠，避免误动和拒动，应选择简单的保护方式，设计上选用可靠的元器件构成简单的回路，检测调试、维护也会比较方便。选择性即应先由故障电气设备或者线路的保护装置切掉故障，为了保证选择性，对一个回路的电气设备和配电线路的保护装置，它的上下级之间的灵敏性和动作时间也应该逐级相互配合。速动性即保护装置应最快的切除故障，提高系统稳定性，缩小故障影响范围。继电保护对供电的可靠性起着至关重要的作用，因此，在设计交底时还应加强对施工环节科学指导、解决低压配电系统可靠性的常见问题。

3.3 照明系统的设计

照明设计中，高层建筑的功能场所繁多，照度计算量大，而且照度计算中对功率密度值、照度值、眩光的要求以及色温等指标，都需要在电气设计环节予以考量，我们设计者除了按照《建筑照明设计标准》GB50034各场所规定的相关参数、指标的要求外，还应根据相应建筑的相关规范标准进行调整，举例说明：如老年人照料设施的建筑还应按照《老年人照料设施建筑设计标准》JGJ450现行规范执行，即：单元起居厅的照度要求为200LX，走廊照度值要求为150LX，楼梯间照度值要求为100LX，因此我们设计者注意对规范的应用和把握。

3.4 防雷系统的设计

高层建筑的高度往往会达到数百米，这就导致其在雷电多发季节很容易出现雷击事故，对此，设计者应格外注重防雷设计。其中屋面风机、空调制冷机组的防雷常常被遗漏，造成雷击重大隐患。另外，对于高度超过60m的建筑物，楼梯上部占高度20%并且超过60m的部位还应考虑防侧击，防侧击相关设计应符合《建筑物防雷设计规范》GB50057相关要求，避免遗漏。

3.5 火灾自动报警及联动系统设计

为确保建筑内部发生火灾时可及时发现并有效控制火情发展，火灾自动报警系统的重要性不言而喻，高层建筑的火灾自动报警及联动系统组成也较为复杂，与设备专业联系密切，且管线繁多，火灾自动报警及联动系统的设计工作者常常更关注系统图部分的绘制和深度考虑，图纸的平面部分常常因为图面局促等原因，缺少部分系统的平面路由。举例说明：如在电气火灾监控系统设计中，往往在系统图中表示了非独立式电气火灾监控探测器接入电气火灾监控器，但在火灾自动报警及联动控制系统的平面图中往往找不到对应此系统相关路由。设计者应重点关注消防泵房、高位消防水箱间、防排烟机房、电梯机房、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁、配电间、低压配电室等需要联动控制较多的场所，逐一系统进行梳理，避免遗漏。加强火灾自动报警、消防广播、消防电话及联动控制、防火门监控、电气火灾监控、可燃气体报警等各系统平面与系统图的联系。除上述联动场所部分需要注意外，还应熟悉系统的控制流程。举例说明：《火灾自动报警系统设计规范》图示中关于湿式消火栓系统联动控制中，出水干管低压压力开关、高位消防出水管上设置的流量开关，应有连锁启泵线连接到消防泵的控制柜，还应该将消火栓泵控制箱的启动、停止按钮用专用控制线路直接连接到消防控制室的手动控制盘。通过梳理发现，加强对图示的理解对我们设计大有帮助。图示中关于布线部分的系统敷设线路汇总表中还明确：系统供电应单独敷设，应急照明系统电源线路24V，消防联动系统电源线路24V及报警总线24V线路可共管，手动连锁专用线路宜单独敷设，连锁控制线单独敷设，消防应急广播线应单独敷设，消防专用电话线应单独敷设。所以，我们可以在设计中将布线的线槽隔板分隔上标注清楚、明确[3]。

3.6 电井、电间设备平面布置设计

高层建筑中如商业综合体，建筑体量大，防火分区数量多，电气竖井大小形状各异，而且竖井中配电箱数量较多，配电箱种类包括非消防动力配电箱、非消防公共照明配电箱、非消防电表箱、消防双电源配电箱、消防应急照明集中电源等，因此配电箱尺寸高、宽不一，且消防配电线路与其他配电线路敷设在同一电缆井内时，应分别布置在电缆井两侧的要求，在设计中如果不进行细致的电井大样设计，施工时将会出现配电箱安装困难、安装高度过高、检修不方便等一系列问题，故在我们设计者应在配电箱系统图中给出配电箱体的合理参考尺寸、并将配电箱的参考尺寸、安装间距、安装高度逐一体现到大样图当中，其中配电箱尺寸和安装可参考《民用建筑电气设计与施工室内布线》08D800-5中的动力、照明配电箱（柜）部分，竖井的设备安装参考《民用建筑电气设计与施工室内布线》08D800-6中的电气竖井安装部分，应急照明集中电源的尺寸参考《应急照明设计与安装》19D702-7中的相关技术资料部分。因此，要求我们设计者在设计提资前期需要根据具体工程情况确定其合理面积。