超高層建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)淺析

胡慶龍

【摘 要】近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，尋找可替代能源，實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)能利用是目前的主要目標(biāo)。建筑業(yè)中比較典型的耗能大戶是超高層建筑，因此， 超高層建筑的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，本文主要從節(jié)能設(shè)計(jì)的基本原則、建筑電氣設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題、電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容等幾方面進(jìn)行闡述，探討超高層建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】超高層建筑；電氣設(shè)計(jì)；節(jié)能

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，隨之而來(lái)就出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題，其中主要以能源匱乏和環(huán)境污染問(wèn)題最為嚴(yán)重，因此，國(guó)家所倡導(dǎo)的節(jié)能減排、尋找可替代能源就變得十分重要。我國(guó)三大“耗能大戶”分別是工業(yè)、交通與電力耗能，而與電力耗能息息相關(guān)的是建筑用能，其中主要包括建筑業(yè)中的照明用電、電梯用電、空調(diào)用電等等。建筑業(yè)中比較典型的耗能大戶是超高層建筑，因此，超高層建筑的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，本文主要探討超高層建筑中的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.節(jié)能設(shè)計(jì)的基本原則

節(jié)能設(shè)計(jì)的基本原則主要包括以下幾個(gè)方面：首先，應(yīng)節(jié)省能量消耗，比如像電能浪費(fèi)的地方，采取有效節(jié)能措施；其次，應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性要求，采用節(jié)能材料與設(shè)施，節(jié)省能源投資；第三，應(yīng)滿足建筑物的安全性需求、照明需求與環(huán)境舒適度的需求等等；第四，節(jié)能技術(shù)應(yīng)采用先進(jìn)性的技術(shù)。

2.建筑電氣設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題

建筑電氣設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題主要是兩個(gè)方面，分別是電氣線路與漏電開(kāi)關(guān)極數(shù)選擇。高層建筑在設(shè)計(jì)中，室外照明燈的設(shè)計(jì)是電氣線路中的主要角色。室外照明應(yīng)采用接地系統(tǒng)，且應(yīng)使用單獨(dú)的金屬外殼保護(hù)系統(tǒng)，以避免引發(fā)不必要的安全事故。電氣設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了提高靈敏度系數(shù)，設(shè)計(jì)者應(yīng)進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)設(shè)置接地故障保護(hù)，把危害降至最低。電氣設(shè)計(jì)涉及安全用電問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵循本行業(yè)的原則與規(guī)范，保證漏電開(kāi)關(guān)極數(shù)符合電氣正常使用的需求。

3.電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

3.1電氣設(shè)備主要選型

高層建筑電氣設(shè)備主要包括以下幾種：應(yīng)急發(fā)電組、低壓配電屏、電力變壓器和高壓開(kāi)關(guān)柜。

（1）應(yīng)急發(fā)電組。

近年來(lái)，隨著科技發(fā)展，國(guó)外高層建筑已經(jīng)應(yīng)用燃汽輪發(fā)電機(jī)代替過(guò)去的柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。

（2）低壓配電屏。

配電屏的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，國(guó)外大部分做成了抽屜式，其中大容量的出線做成了手車(chē)式。

（3）電力變壓器 高層建筑在防火安全要求中，是不允許安裝大容量油浸變壓器的。

（4）高壓開(kāi)關(guān)柜 應(yīng)選用手車(chē)式，而不應(yīng)采用油開(kāi)關(guān)。

3.2供電電源與電壓

現(xiàn)代的高層建筑中為了應(yīng)付停電等突發(fā)事件，應(yīng)采用獨(dú)立電源供電模式，應(yīng)設(shè)立兩個(gè)獨(dú)立電路。兩個(gè)電路可以同時(shí)供電，互相提供幫助。同時(shí)，還應(yīng)在此基礎(chǔ)上設(shè)立應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，在有停電等突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可以在第一時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。高層建筑的供電電壓一般都采用標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)電壓。

3.3配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

3.3.1配電系統(tǒng)分為高壓配電系統(tǒng)與低壓配電系統(tǒng)

高層建筑采用兩路獨(dú)立電源供電，同時(shí)在計(jì)費(fèi)方面，采用照明與動(dòng)力用電分開(kāi)的計(jì)費(fèi)方法，高壓區(qū)高供高計(jì)，低壓區(qū)裝計(jì)費(fèi)電度表。干線是配電設(shè)備中的重要部分，現(xiàn)在多采用放射式系統(tǒng)的配電方式，樓層配電多數(shù)為混合式配電系統(tǒng)。

3.3.2高效節(jié)能變壓器

現(xiàn)今的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中，選用節(jié)能的配電變壓器，不僅可以最大限度的延長(zhǎng)變壓器使用壽命，而且可以降低變壓器運(yùn)行時(shí)所需的能量消耗。配電變壓器本身就是一種能源消耗設(shè)備，同時(shí)又是重要的電能分配與轉(zhuǎn)換設(shè)備。降低能耗，提高配電變壓器電能轉(zhuǎn)換效率的重要方式之一，就是選擇合理的變壓器型號(hào)與容量。在實(shí)際應(yīng)用中，確定變壓器容量可以依據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求，按高于變壓器最佳負(fù)荷率來(lái)進(jìn)行確定。負(fù)荷率一般在70%左右是比較合理的。同時(shí)，配電變壓器選型應(yīng)選節(jié)能型的，如應(yīng)優(yōu)先選擇負(fù)載損耗小和空載的。

3.3.3應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償策略

配電系統(tǒng)中，應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償策略，可以有效降低系統(tǒng)線損，同時(shí)顯著提高配電系統(tǒng)功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)降低損耗、節(jié)約能源的功效。民用建筑供電可分為單相負(fù)荷與三相負(fù)荷。其中單相負(fù)荷又主要包括家用以及辦公用電器等。三相負(fù)荷主要包括中央空調(diào)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備。其實(shí)，在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，居民住宅或應(yīng)用分體空調(diào)的公共建筑用電負(fù)荷多采用單相負(fù)荷，比例高達(dá)80%～90%，比采用中央空調(diào)的大型公共建筑的單相負(fù)荷比例高，而功率較大的三相機(jī)電設(shè)備，如地下室排風(fēng)機(jī)、潛水泵等卻處于閑置狀態(tài)。提高低壓配電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償方式，就是進(jìn)行集中補(bǔ)償。綜合考慮經(jīng)濟(jì)與技術(shù)方面，合理設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償方式，可分為單相分補(bǔ)或單相、三相相互結(jié)合共補(bǔ)。

3.4負(fù)荷的計(jì)算

供電設(shè)計(jì)的依據(jù)參數(shù)主要是電力負(fù)荷。電力負(fù)荷的計(jì)算是否準(zhǔn)確，在選擇設(shè)備以及是否能夠安全運(yùn)行起著舉足輕重的作用。電力負(fù)荷的計(jì)算方式主要有兩種，分別為需要系數(shù)法與負(fù)荷密度法。

3.5防雷與接地

近幾年，在防雷設(shè)計(jì)中除了運(yùn)用避雷針與避雷帶外，還出現(xiàn)應(yīng)用放射性避雷針與消雷器，新型防雷設(shè)計(jì)雖然得到了實(shí)際應(yīng)用，但是仍然存在一定的爭(zhēng)議?，F(xiàn)代高層建筑中的鋼筋混凝土剪力墻和樓板連接緊密，主要是要做好金屬管線的接地設(shè)計(jì)。現(xiàn)代高層建筑主要采用混合接地系統(tǒng)，其中包括電氣設(shè)備的保護(hù)接地、工作接地和防雷接地。接地電阻的設(shè)定要求電阻率最小，基礎(chǔ)鋼筋等雖然滿足電阻的要求，仍然需要裝設(shè)人工接地體，且人工接地體要求是水平的，這樣就形成了一種接地網(wǎng)，對(duì)于均衡電位，提高建筑物的安全性具有重要的作用。

3.6電氣照明設(shè)計(jì)

電氣照明系統(tǒng)，包括照度功率密度值、照明光源、照明控制等等。以福州世茂國(guó)際中心工程為例，在進(jìn)行此工程時(shí)，照度功率密度值嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)標(biāo)的要求，如圖1為2號(hào)裙房冷凍機(jī)房照明平面圖。

照明光源的選擇上，對(duì)層高較高的機(jī)房采用金鹵燈照明，并同時(shí)配備節(jié)能電感鎮(zhèn)流器。在照明控制上，實(shí)施分散控制，同時(shí)考慮方便性與實(shí)用性，滿足人們不同的需求。比如現(xiàn)在的賓館都實(shí)行一房一卡，電氣節(jié)能運(yùn)用到實(shí)際之中，真正做到了人來(lái)通電，人走斷電。又如樓梯間與走道的照明采用聲控或紅外等自熄開(kāi)關(guān)控制等等。集中控制的智能照明系統(tǒng)則主要用于公共建筑的較大場(chǎng)所的照明設(shè)置。智能照明控制可以有效提高照明的能效，節(jié)能功效十分顯著。

3.7電梯

電梯按使用功能、速度與電流有許多種分類(lèi)，高層建筑中如何配置以及如何造型，不單單由電氣設(shè)計(jì)師決定，也必須與建筑師和交通設(shè)計(jì)人員同時(shí)進(jìn)行商討決定才可確定。設(shè)計(jì)人員只能決定電梯的功能與臺(tái)數(shù)。

3.8自動(dòng)報(bào)警與滅火

現(xiàn)代高層建筑可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的滅火和報(bào)警。探測(cè)器在檢測(cè)過(guò)程中檢測(cè)到火災(zāi)信號(hào)后，可以進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，信號(hào)可以分別進(jìn)入負(fù)責(zé)整座大樓安全的分區(qū)報(bào)警器與消防中心兩個(gè)地方，并且可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)。其實(shí)，高層建筑中消防用電設(shè)計(jì)內(nèi)容相當(dāng)復(fù)雜，建筑規(guī)模的大小，功能的多少，都與之息息相關(guān)。

4.結(jié)語(yǔ)

超高層建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，因此，對(duì)電氣功能的要求就較高，在這種情況下，優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)，提高能源利用率就變得十分重要。電氣節(jié)能技術(shù)的合理應(yīng)用，可以有效的降低能耗，同時(shí)還可以給建筑業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)低成本、可持續(xù)的建筑發(fā)展之路，同時(shí)響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排、低碳消費(fèi)的新號(hào)召。

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