超高层建筑电气设计探讨

超高层建筑电气设计探讨

超高层建筑电气设计探讨

　　摘要：随着城市规模的不断发展，高层建筑越来越多，如大型写字楼、商业大厦、购物中心等结构比较复杂，其中包括大量的动力设备、电气设备、复杂的照明系统以及完善的消防安全系统，对电气功能要求比较高。本文对现代高层建筑电气设计的主要内容进行探讨，并提出设计中应注意的有关问题。

　　关键词：超高层建筑；电气设计

　　中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

　　现代建筑向“纵深”发展，成为社会向前推进的必然趋势。随之而来的高层建筑电气设计也已成为一门综合性的应用技术，智能化、环保化的要求还在不断给我们提出新的研究课题。如何在不影响功能的情况下改善高层建筑高耗电量的现状，也迫切需要我们找到应对措施。

　　一、高层建筑电气设计要点

　　1、电力负荷的确定

　　电力负荷是供电设计的主要依据。按国家现行规范，消防用电设备（如消防水泵、消防电梯、自喷接力泵、排烟风机、消防控制中心、应急照明）、电梯、生活水泵用电、电话机房、安保设备、航空障碍灯和人防中重要负荷等应按一级负荷中特别重要的负荷要求供电，其它用电负荷分别为二级或三级负荷。电力负荷预算时应分别计算动力电和照明电。电力负荷预算正确与否，对电气设备的选择、配置，保证电气设备系统安全、高效运行，对整体工程的经济分析和相关设计，都有重要的指导意义。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。

　　2、电源及电压的选择

　　设10kV双重电源， 采用10kV标准电压供电。10kV供电电源分别来自不同的变电站。针对高层建筑中存在大量的一级负荷，还考虑备用柴油发电机组，要求在15s 内自动恢复供电， 应付意外情况的发生。

　　3、配电系统的设计

　　一般高压采用单母线分段形式。母线分段数目取决于电源进线回路数目，如有多台变压器组可分多段， 自动切换，互为备用。10kV 外部接线考虑环网接线形式，以提高配电网的可靠性。电源进线采用电缆进线。

　　高压供电系统及低压干线基本采用放射式供电，楼层配电则适合采用混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。高层建筑的竖井多采用插接式母线槽，各楼层竖井设有配电间。水平干线较难走线，可采用全塑电缆与竖井母干线联接。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。如果高层建筑需要较大供电负荷，应分散设立区域配电中心（可考虑设备层、中间层或最顶层）。

　　低压配电系统各级开关均采用自动空气开关，设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。各级自动空气开关的保护整定，应注意选择性配合，防止越级跳闸。

　　单台变压器的容量选择一般都大于1 000 kVA 以便控制变压器数量。为限制低压侧的短路电流，正常时变压器解列运行，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。单台变压器的配置对一些超高层建筑有经济上的弊端。由于这些建筑负载多而分散，可在负载相对集中的区域（如顶层）另设一配电间，以减少该区域的供电半径，降低电能损耗。电梯应采用两路不同变压器引出的专用电缆进线。在电梯机房的末端配电箱， 设两路电源的自动切换装置，互为备用。计费采用高供高计。照明与动力分开，分别安装总电表和动力电表，总表减去动力表即为照明电。

　　4、主要设备的选型

　　（1）高压开关柜

　　通常高层建筑的变配电室设在主楼地下层，不宜采用油开关。根据高层建筑地下室的规定，选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。

　　（2）电力变压器

　　根据《民用建筑电气设计规范》选择， 主楼内不能装置油浸电力变压器。高层建筑单体面积大，负载多，可选择多台大容量变压器组合使用。对季节性负载集中设置，以便在过渡期停用相应变压器，从而降低能耗。

　　（3）低压配电屏

　　多为大容量出线， 建议采用手车式。

　　（4）应急备用发电机组

　　应急发电机组应自成系统，避免接入其他负荷。位置宜靠近各区域配电中心。发电机选型建议采用燃汽轮发电机，较之传统的柴油发电机，这种发电机具有体积小、重量轻、故障率低的优势，尤其适用于高层建筑。

　　5、电气照明设计

　　（1）照明灯具选择

　　设计采用了高效能的T5 节能荧光管，将电能转化为光能的效果较好。与T8、T10 荧光管相比，T5 荧光管能发挥更好的节能效应。

　　（2）照明控制

　　超高层建筑公共照明区域大，灯具繁多，依靠人工管理无法实现。公共区域( 如大会议厅、室外泛光照明、室外LED 显示屏、公共走道、大堂等) 灯具采用总线控制技术，可根据时间及管理的不同要求对相应的灯具开关进行自动控制( 也可现场控制) ，避免长明灯现象，并节约能源。

　　（3）能源管理系统

　　超高层建筑同时也是能耗大户，传统的水、电、气、热量分别进行计量计数，不能满足超高层建筑节能的要求。超高层建筑设置能源管理系统，对抄表数据进行后期管理和服务，进行数据分析，以了解建筑设备的运行状态。能源管理系统不仅可进行数据收集，而且具有判断、评估能耗和智能识别功能，并提供各种类型的报表，为节能提供决策依据。

　　二、高层建筑电气设计的特点与对策

　　1、高层建筑由于照明及空调负荷多、电梯等运输设备多、给排水设备多，所以用电量特别大，对供电的可靠性要求很高。2、高层建筑中，动力电与照明电各成系统、分别供电。动力负荷多采用放射式供电，照明负荷则采用母线槽配电方式。3、高层建筑内部空间大、柱距大，又因其电气设备多，导致墙面埋线多、地面管道多。4、高层建筑主体通常采用干法施工，并且建筑构件的预制装配化使施工周期缩短，要求电气施工科学地高效运行。5、消防要求高。高层建筑高度高、设备多、人员密集、装修豪华、火灾隐患多，施救难度大，故对消防提出很高的要求。设计中对选材要有消防方面的针对性。6、用电设备分散，管理难度大， 要求微机系统监控管理。7、防震要求：配电屏、灯具等电气设备的防震处理；管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理。8、节能要求：高层建筑的电气设计中，要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。围绕经济、节能和环保护的原则，采用技术先进、安全适用的配电方式，选用高效率变压器、电动机和高光效电光源、无功功率补偿装置和设备监控系统，减少电耗，节约用电。

　　三、高层建筑电气设计中的节能原则

　　节能环保业已成为我国当前一项国策。作为电能高消耗主体的高层建筑， 必须在设计阶段坚定节能方针，从设备选型、配置到传输线路的距离、功耗； 从吸收先进技术到降低无谓能耗，高层建筑节能潜力很大，也对电气设计人员提出了更高要求。高层建筑电气设计必须能满足建筑物的功能，在照度、色温、温湿度、空气流通诸方面达到使人舒适的程度，为建筑物的各种服务功能提供充足的动力电。在此基础上控制无谓能耗，作为节能的着眼点。首先找出哪些能耗是与发挥建筑物功能无关的，再制定、采取节能措施。如变压器的功率损耗、输电线路上的有功损耗都是无用的能量损耗；还有量大面广的照明用电，都可以通过采用先进技术及新型节能光源加以改善。节能设计要结合实际经济效益因素，不能因为节能而盲目投资，增加运行费用。技术或设备的革新、换代增加的投资，应该能在较短的时间内用节能所节省的运行费用收回。选用节能设备时，应具体了解其原理、性能、效果，经技术、经济两方面比较而定。节能措施必须遵循技术先进、经济合理、环保实用的原则。

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