高層建筑電氣設(shè)計(jì)及節(jié)能措施研究

王賢亮

（甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

高層建筑自身的復(fù)雜性結(jié)構(gòu)特征直接影響其電氣設(shè)計(jì)工作，增強(qiáng)了高層建筑電氣設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，因此，在開展高層建筑的電氣設(shè)計(jì)工作時，要對其具有的特點(diǎn)進(jìn)行充分的考慮，在遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則的前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而促進(jìn)節(jié)能效果的實(shí)現(xiàn)。對高層建筑電氣運(yùn)行中的能耗進(jìn)行科學(xué)的降低，為高層建筑電氣設(shè)計(jì)節(jié)約更多的經(jīng)濟(jì)成本，促進(jìn)節(jié)能型高層建筑的發(fā)展。

1 概述高層建筑電氣設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

首先，應(yīng)當(dāng)遵循減少能耗原則，在高層建筑電氣設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)對無謂的能源消耗進(jìn)行減少，在開展電氣設(shè)計(jì)工作時從能耗減少的方面出發(fā)，對高層建筑的功能進(jìn)行明確，對可能出現(xiàn)多余電能消耗的地方進(jìn)行詳細(xì)分析，并針對該部分采取有效的節(jié)能措施，促進(jìn)其良好節(jié)能效果的實(shí)現(xiàn)。若是在電能傳輸和變壓器使用時出現(xiàn)有功損耗等問題，可以采取相應(yīng)措施避免這些環(huán)節(jié)的有功損耗。另外，照明設(shè)施具有較廣的使用面、較大的使用量，在對其電能損耗進(jìn)行降低時，可以采取使用先進(jìn)的照明設(shè)施的方法。

其次，在高層建筑電氣設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)遵循經(jīng)濟(jì)原則，對高層建筑電氣設(shè)計(jì)能夠產(chǎn)生的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行充分的考慮。避免因?qū)?jié)能過度重視而將建設(shè)資金大量投入到減少能耗中的問題發(fā)生，要科學(xué)的利用建設(shè)資金。同時也要避免在對運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行增加時出現(xiàn)日常使用費(fèi)用增高和過高的工程造價(jià)等問題，應(yīng)當(dāng)保證投入到高層建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中的資金，可以在電氣節(jié)能的未來發(fā)展中獲取相應(yīng)的資金回報(bào)。

1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

高層建筑電氣設(shè)計(jì)涉及的范圍比較廣泛，主要包括：消防設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)消防控制室、火災(zāi)報(bào)警控制器、火災(zāi)探測器，保證高層建筑自動報(bào)警滅火。即火災(zāi)信號通過探測器變?yōu)殡娦盘?，而消防控制室在接收到電信號之后，進(jìn)行消防指揮，并監(jiān)控整個高層建筑的火災(zāi)情勢；接地、防雷設(shè)計(jì)，在現(xiàn)代的高層建筑中，具有一體化的電氣設(shè)備工作接地和保護(hù)接地、防雷接地系統(tǒng)，根據(jù)最小的要求設(shè)置節(jié)點(diǎn)電阻，接地電阻低于1Ω。而將建筑物基礎(chǔ)、人工接地體組合成接地網(wǎng)，對促進(jìn)高層建筑安全性的提高具有積極作用；電氣照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體工作有敷設(shè)照明配電線路、控制照明的調(diào)光和眩光、布置照明燈具、選擇照明光源等，在實(shí)際設(shè)計(jì)中還要考慮到照明設(shè)計(jì)的美觀，而對高光效LED光源的應(yīng)用具有良好的節(jié)能效果；確定變配電所位置，高層建筑在使用過程中會產(chǎn)生大量的用電需求，因此，對變配電所的位置進(jìn)行確定時，應(yīng)盡量設(shè)置在負(fù)荷中心，有助于供電質(zhì)量的提高，以及促進(jìn)節(jié)約電能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；選擇主要的電氣設(shè)備，如在選擇高壓開關(guān)柜時，普遍使用10kV真空斷路器作為電氣開關(guān)，選用中直式KYN28-12KV高壓開關(guān)柜，這種高壓開關(guān)柜具有“五防”功能，對安全可靠的供電系統(tǒng)提供保障具有積極效用。而在選擇電力變壓器時則需要遵照防火的相關(guān)要求；設(shè)計(jì)高層建筑的高低壓配電系統(tǒng)，兩路獨(dú)立的10kv電源同時供電是目前高層建筑最佳的供電方式，高壓系統(tǒng)則使用自動切換單母線分段的方法，并參照電源進(jìn)線回路數(shù)確定母線分段數(shù)目；當(dāng)受供電條件限制時，可選擇一路獨(dú)立的10kv電源和應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組供電，當(dāng)高層建筑發(fā)生斷電、火災(zāi)時，為一、二級負(fù)荷和消防負(fù)荷供電提供保障；計(jì)算電力負(fù)荷，計(jì)算電力負(fù)荷的準(zhǔn)確性的高低將直接影響到供電設(shè)計(jì)效果，對設(shè)備的合理選擇等也具有決定性作用。需要系數(shù)法、負(fù)荷密度法是目前高層建筑計(jì)算電力負(fù)荷時主要使用的計(jì)算方法。

1.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

高層建筑電氣設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)就是具有較高的復(fù)雜性，其電氣設(shè)計(jì)工作涉及范圍較為廣泛，不僅需要對相關(guān)電氣設(shè)備進(jìn)行科學(xué)合理的選用，還需要科學(xué)的選用制冷設(shè)備、給排水設(shè)備、電器照明設(shè)備等。另外不同的高層建筑使用功能，決定了其電量需求具有較大的差異性，但是從整體來看，高層建筑普遍具有較高的電能消耗量。需要注意的是高層建筑與其他類型建筑之間的電氣設(shè)計(jì)還存在一個重要的區(qū)別，就是在高層建筑的應(yīng)急照明、電梯等設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)建立獨(dú)立的供電電源，為高層建筑的突發(fā)狀況提供供電保障。

2 高層建筑電氣設(shè)計(jì)過程中采取的有效的節(jié)能措施

2.1 對新能源進(jìn)行合理的開發(fā)利用

在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中，可以將與高層建筑功能的發(fā)揮沒有關(guān)聯(lián)的電能消耗先檢查出來，然后根據(jù)其檢查結(jié)果制定合理的節(jié)能措施。如具有較廣面積、較大數(shù)量的照明容量問題，在對其能耗降低時可以采取先進(jìn)的技術(shù)手段。而為了實(shí)現(xiàn)高層建筑的節(jié)能目的，還可以采取開發(fā)新技術(shù)的方法，從電氣設(shè)計(jì)的各個環(huán)節(jié)中進(jìn)行控制，基于建筑功能、專業(yè)工藝要求，將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管技術(shù)應(yīng)用到電氣設(shè)計(jì)中，將建筑中的主要用電區(qū)域安裝監(jiān)控設(shè)備，以便及時的對其能量消耗情況進(jìn)行監(jiān)督。

2.2 選用節(jié)能設(shè)備

在高層建筑電氣設(shè)計(jì)過程中，對設(shè)備的選用應(yīng)當(dāng)盡可能選用具有節(jié)能、高效特征的電氣產(chǎn)品，或者選用可以達(dá)到對系統(tǒng)自身能耗降低的電氣產(chǎn)品。而在節(jié)能設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合用電設(shè)備的特點(diǎn)、分布供電設(shè)備的情況、供電距離、系統(tǒng)負(fù)荷容量等進(jìn)行全面的考慮，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的供配電系統(tǒng)，增強(qiáng)系統(tǒng)的方便操作性、簡單可靠性。應(yīng)當(dāng)在負(fù)荷中心位置設(shè)置變配電所，通過縮短配電半徑的方式，達(dá)到減少線損的目的。同時還要對變壓器的臺數(shù)、容量進(jìn)行合理的選擇，以便變壓器可以對季節(jié)性變化下發(fā)生的負(fù)荷變動進(jìn)行適應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對變壓器靈活投切的效果，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的，并對輕載運(yùn)行過程中產(chǎn)生的不必要的電能損耗進(jìn)行減少，以此來促進(jìn)系統(tǒng)功率因數(shù)的提高，線路無功功率的減少，高效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

在供配電系統(tǒng)中使用的線路、變壓器、電動機(jī)等用電設(shè)備帶有電能感應(yīng)，滯后的無功會在這些用電設(shè)備的運(yùn)行中產(chǎn)生，所以應(yīng)當(dāng)將超前的無功引用到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)抵消用電設(shè)備產(chǎn)生無功的效果。而這些超前的無功引入到系統(tǒng)后就會在傳輸?shù)倪^程中轉(zhuǎn)變?yōu)橛泄?，對其能耗?shí)現(xiàn)有效的控制，如采取安裝無功補(bǔ)償裝置、對設(shè)備的自然功率因數(shù)進(jìn)行提高等方法，就可以實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能效果。

2.3 對變電所的位置進(jìn)行合理的確定

高層建筑樓層較多，各樓層承受的電力負(fù)荷較為分散，為了實(shí)現(xiàn)電力主干線的電壓在允許值范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)采取有效的節(jié)能措施降低電能損耗。對變電所位置合理、科學(xué)的選擇尤為重要。根據(jù)平常的變電所位置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以采取的確定方法為：將變壓器的位置確定在建筑物中間層區(qū)域內(nèi)；將變壓器的位置確定在建筑物的地下層、最高層、中間層處；將變壓器的位置確定在建筑物的地下室、最高層處；將變壓器的位置確定在建筑物的地下室內(nèi)、輔助建筑物內(nèi)等。需要注意的是，在對變壓器位置的選擇時，應(yīng)當(dāng)對經(jīng)濟(jì)因素、設(shè)備條件、施工便利性等進(jìn)行綜合的考慮，同時還要對變壓器的經(jīng)營、管理加大重視，從而實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能控制。

2.4 節(jié)能設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)

在節(jié)能設(shè)計(jì)高層建筑的照明系統(tǒng)時可以采取的節(jié)能措施：首先，可以采取對燈具控制方式進(jìn)行改進(jìn)的方法，對照明裝置、照明設(shè)備開關(guān)選用時，選擇節(jié)能型的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能效果。還可以結(jié)合使用照明設(shè)備的特征，對照明燈光進(jìn)行分區(qū)控制，在照明設(shè)備需求較大的區(qū)域內(nèi)對照明開關(guān)數(shù)量進(jìn)行增多，從而達(dá)到節(jié)能的目；其次，可以對性能優(yōu)、能耗低的光源用電附件進(jìn)行大面積的推廣使用，如推廣使用電子變壓器、電子觸發(fā)器、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器等；再次，可以采取對安裝的單位面積燈具的功率進(jìn)行有效控制的方法，在對照明質(zhì)量滿足的基礎(chǔ)上，將緊湊型熒光燈、高效發(fā)光的熒光燈安裝在高層建筑的一般房間內(nèi)。最后，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的還可以采取對自然光進(jìn)行充分利用的方法，采用太陽能發(fā)電的方法，不僅可以達(dá)到良好的節(jié)能效果，還可以實(shí)現(xiàn)良好的環(huán)境優(yōu)化效果。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對高層建筑電氣設(shè)計(jì)及節(jié)能措施的深入研究，從中可以了解到在高層建筑電氣設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)遵循的設(shè)計(jì)原則、主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容、電氣設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。同時，為了促進(jìn)高層建筑節(jié)能性的提高，在其電氣設(shè)計(jì)時可以采用新能源進(jìn)行合理的開發(fā)利用、選用節(jié)能設(shè)備、對變電所的位置進(jìn)行合理的確定等節(jié)能措施，從而促進(jìn)高層建筑電力系統(tǒng)的持久發(fā)展，為高層建筑的用電需求提供保障。