超高層建筑電氣設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)解析

謝新龍

摘 要 隨著城市規(guī)模的不斷發(fā)展，高層建筑越來越多，如大型寫字樓、商業(yè)大廈、購物中心等結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其中包括大量的動(dòng)力設(shè)備、電氣設(shè)備、復(fù)雜的照明系統(tǒng)以及完善的消防安全系統(tǒng)，對(duì)電氣功能要求比較高。本文對(duì)現(xiàn)代高層建筑電氣設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容進(jìn)行探討，并提出設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的有關(guān)問題。

關(guān)鍵詞 超高層建筑;電氣設(shè)計(jì);電力負(fù)荷

1高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 電力負(fù)荷的確定

電力負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。按國家現(xiàn)行規(guī)范，消防用電設(shè)備（如消防水泵、消防電梯、自噴接力泵、排煙風(fēng)機(jī)、消防控制中心、應(yīng)急照明）、電梯、生活水泵用電、電話機(jī)房、安保設(shè)備、航空障礙燈和人防中重要負(fù)荷等應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷要求供電，其他用電負(fù)荷分別為二級(jí)或三級(jí)負(fù)荷。電力負(fù)荷預(yù)算時(shí)應(yīng)分別計(jì)算動(dòng)力電和照明電。電力負(fù)荷預(yù)算正確與否，對(duì)電氣設(shè)備的選擇、配置，保證電氣設(shè)備系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行，對(duì)整體工程的經(jīng)濟(jì)分析和相關(guān)設(shè)計(jì)，都有重要的指導(dǎo)意義。高層建筑的電力負(fù)荷計(jì)算，基本上采用負(fù)荷密度法和需要系數(shù)法[1]。

1.2 電源及電壓的選擇

設(shè)10kV雙重電源， 采用10kV標(biāo)準(zhǔn)電壓供電。10kV供電電源分別來自不同的變電站。針對(duì)高層建筑中存在大量的一級(jí)負(fù)荷，還考慮備用柴油發(fā)電機(jī)組，要求在15s內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)供電， 應(yīng)付意外情況的發(fā)生。

1.3 配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一般高壓采用單母線分段形式。母線分段數(shù)目取決于電源進(jìn)線回路數(shù)目，如有多臺(tái)變壓器組可分多段， 自動(dòng)切換，互為備用。10kV外部接線考慮環(huán)網(wǎng)接線形式，以提高配電網(wǎng)的可靠性。電源進(jìn)線采用電纜進(jìn)線。

低壓配電系統(tǒng)各級(jí)開關(guān)均采用自動(dòng)空氣開關(guān)，設(shè)置瞬時(shí)、短延時(shí)、長延時(shí)三級(jí)過流保護(hù)裝置。各級(jí)自動(dòng)空氣開關(guān)的保護(hù)整定，應(yīng)注意選擇性配合，防止越級(jí)跳閘。

1.4 主要設(shè)備的選型

（1）高壓開關(guān)柜。通常高層建筑的變配電室設(shè)在主樓地下層，不宜采用油開關(guān)。根據(jù)高層建筑地下室的規(guī)定，選用具有“五防”功能的真空開關(guān)手車式高壓開關(guān)柜。

（2）電力變壓器 。根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》選擇， 主樓內(nèi)不能裝置油浸電力變壓器。高層建筑單體面積大，負(fù)載多，可選擇多臺(tái)大容量變壓器組合使用。對(duì)季節(jié)性負(fù)載集中設(shè)置，以便在過渡期停用相應(yīng)變壓器，從而降低能耗。

（3）低壓配電屏。多為大容量出線， 建議采用手車式。

（4）應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)組。應(yīng)急發(fā)電機(jī)組應(yīng)自成系統(tǒng)，避免接入其他負(fù)荷。位置宜靠近各區(qū)域配電中心。發(fā)電機(jī)選型建議采用燃汽輪發(fā)電機(jī)，較之傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)具有體積小、重量輕、故障率低的優(yōu)勢，尤其適用于高層建筑[2]。

1.5 電氣照明設(shè)計(jì)

（1）照明燈具選擇。設(shè)計(jì)采用了高效能的T5 節(jié)能熒光管，將電能轉(zhuǎn)化為光能的效果較好。與T8、T10 熒光管相比，T5 熒光管能發(fā)揮更好的節(jié)能效應(yīng)。

（2）照明控制。超高層建筑公共照明區(qū)域大，燈具繁多，依靠人工管理無法實(shí)現(xiàn)。公共區(qū)域（ 如大會(huì)議廳、室外泛光照明、室外LED 顯示屏、公共走道、大堂等） 燈具采用總線控制技術(shù)，可根據(jù)時(shí)間及管理的不同要求對(duì)相應(yīng)的燈具開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制（ 也可現(xiàn)場控制） ，避免長明燈現(xiàn)象，并節(jié)約能源。

（3）能源管理系統(tǒng)。超高層建筑同時(shí)也是能耗大戶，傳統(tǒng)的水、電、氣、熱量分別進(jìn)行計(jì)量計(jì)數(shù)，不能滿足超高層建筑節(jié)能的要求。超高層建筑設(shè)置能源管理系統(tǒng)，對(duì)抄表數(shù)據(jù)進(jìn)行后期管理和服務(wù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以了解建筑設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。能源管理系統(tǒng)不僅可進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，而且具有判斷、評(píng)估能耗和智能識(shí)別功能，并提供各種類型的報(bào)表，為節(jié)能提供決策依據(jù)。

2高層建筑電氣設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與對(duì)策

①高層建筑由于照明及空調(diào)負(fù)荷多、電梯等運(yùn)輸設(shè)備多、給排水設(shè)備多，所以用電量特別大，對(duì)供電的可靠性要求很高。②高層建筑中，動(dòng)力電與照明電各成系統(tǒng)、分別供電。動(dòng)力負(fù)荷多采用放射式供電，照明負(fù)荷則采用母線槽配電方式。③高層建筑內(nèi)部空間大、柱距大，又因其電氣設(shè)備多，導(dǎo)致墻面埋線多、地面管道多。④高層建筑主體通常采用干法施工，并且建筑構(gòu)件的預(yù)制裝配化使施工周期縮短，要求電氣施工科學(xué)地高效運(yùn)行。⑤消防要求高。高層建筑高度高、設(shè)備多、人員密集、裝修豪華、火災(zāi)隱患多，施救難度大，故對(duì)消防提出很高的要求。設(shè)計(jì)中對(duì)選材要有消防方面的針對(duì)性。⑥用電設(shè)備分散，管理難度大， 要求微機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控管理。⑦防震要求：配電屏、燈具等電氣設(shè)備的防震處理;管線的層間貫通和建筑伸縮縫與沉降縫的耐震處理。⑧節(jié)能要求：高層建筑的電氣設(shè)計(jì)中，要把電能消耗指標(biāo)作為全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的重要組成部分。圍繞經(jīng)濟(jì)、節(jié)能和環(huán)保護(hù)的原則，采用技術(shù)先進(jìn)、安全適用的配電方式，選用高效率變壓器、電動(dòng)機(jī)和高光效電光源、無功功率補(bǔ)償裝置和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，減少電耗，節(jié)約用電[3]。

3高層建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能原則

節(jié)能環(huán)保業(yè)已成為我國當(dāng)前一項(xiàng)國策。作為電能高消耗主體的高層建筑， 必須在設(shè)計(jì)階段堅(jiān)定節(jié)能方針，從設(shè)備選型、配置到傳輸線路的距離、功耗; 從吸收先進(jìn)技術(shù)到降低無謂能耗，高層建筑節(jié)能潛力很大，也對(duì)電氣設(shè)計(jì)人員提出了更高要求。高層建筑電氣設(shè)計(jì)必須能滿足建筑物的功能，在照度、色溫、溫濕度、空氣流通諸方面達(dá)到使人舒適的程度，為建筑物的各種服務(wù)功能提供充足的動(dòng)力電。在此基礎(chǔ)上控制無謂能耗，作為節(jié)能的著眼點(diǎn)。首先找出哪些能耗是與發(fā)揮建筑物功能無關(guān)的，再制定、采取節(jié)能措施。如變壓器的功率損耗、輸電線路上的有功損耗都是無用的能量損耗;還有量大面廣的照明用電，都可以通過采用先進(jìn)技術(shù)及新型節(jié)能光源加以改善。節(jié)能設(shè)計(jì)要結(jié)合實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益因素，不能因?yàn)楣?jié)能而盲目投資，增加運(yùn)行費(fèi)用。技術(shù)或設(shè)備的革新、換代增加的投資，應(yīng)該能在較短的時(shí)間內(nèi)用節(jié)能所節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用收回。選用節(jié)能設(shè)備時(shí)，應(yīng)具體了解其原理、性能、效果，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面比較而定。節(jié)能措施必須遵循技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)保實(shí)用的原則[4]。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳卓禮.對(duì)高層建筑物的防雷保護(hù)措施分析[J].廣東科技，2008，（22）：

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[2] 胡龍才.現(xiàn)代建筑電氣設(shè)計(jì)節(jié)能方法探討[J].科技資訊，2009，（33）：47.

[3] 趙國富. 超高層建筑配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡介[J]. 建筑電氣，2010，29（6）：

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[4] 韓風(fēng)明.超高層辦公建筑電氣設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代建筑電氣，2011，2（1）：37-41.