民用建筑電氣設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與節(jié)能考慮

李先財(cái)

深圳市華陽國際工程設(shè)計(jì)股份有限公司，廣東 佛山 528000

0 引言

在我國的城市化進(jìn)程中，電氣設(shè)計(jì)是一個(gè)非常全面和復(fù)雜的領(lǐng)域，同時(shí)，民用建筑的高能耗問題也迫切需要解決[1]。在目前的民用建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師必須對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入研究，從而科學(xué)合理地開展建筑的電氣設(shè)計(jì)工作。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)發(fā)展的關(guān)注度越來越高，在民用建筑的電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)做好充分的節(jié)能考慮，推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

1 民用建筑電氣設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

為了滿足人們的不同需求，發(fā)揮建筑本身的各項(xiàng)功能，必須做好建筑電氣設(shè)計(jì)。通常，建筑電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容比較復(fù)雜，所涉及的內(nèi)容也相對(duì)較多。

1.1 民用建筑電力負(fù)荷的計(jì)算

在民用建筑的電氣設(shè)計(jì)中，計(jì)算電力負(fù)荷是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作[2]。只有對(duì)民用建筑的電力負(fù)荷進(jìn)行全面精確的計(jì)算和綜合分析后，方能依據(jù)計(jì)算所得的結(jié)果來科學(xué)合理地配置電房數(shù)量、變壓器容量、發(fā)電機(jī)容量、保護(hù)電器、線纜等。目前，負(fù)荷計(jì)算方法主要包括單位指標(biāo)法、需要系數(shù)法和利用系數(shù)法。對(duì)于各類設(shè)備功率不明確的各類項(xiàng)目，可以使用單位指標(biāo)法進(jìn)行一個(gè)前期設(shè)計(jì)的負(fù)荷估算和計(jì)算結(jié)果的校核；對(duì)于設(shè)備功率已知的各類項(xiàng)目，可以使用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，但計(jì)算范圍內(nèi)設(shè)備數(shù)量為5臺(tái)及以下時(shí)，不宜采用需要系數(shù)法；對(duì)于設(shè)備功率或平均功率已知的各類項(xiàng)目，可以使用利用系數(shù)法，尤其適用于工業(yè)企業(yè)電力負(fù)荷計(jì)算，但不適用照明負(fù)荷計(jì)算[3]。

1.2 建筑用電設(shè)備的選擇及變配電房選址

在進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算后，可以合理選定合適的變壓器、發(fā)電機(jī)、各級(jí)保護(hù)電器、電纜、電線等，此外，可以根據(jù)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果確定項(xiàng)目需要設(shè)置的變配電房數(shù)量，再根據(jù)與外電單位溝通相關(guān)電房設(shè)計(jì)規(guī)則，選定電房的設(shè)置地址及電房?jī)?nèi)部電氣設(shè)備的排布設(shè)計(jì)。同時(shí)，根據(jù)各類負(fù)荷性質(zhì)，選擇不同的保護(hù)電氣和線纜、敷設(shè)方式等，保證不同時(shí)期用電的安全性和可靠性。

變配電房的選址應(yīng)該基于相關(guān)規(guī)范及電力部門的相關(guān)要求，主要包括以下內(nèi)容：（1）要深入或靠近負(fù)荷中心，一般電力部門要求供電半徑約為250 m；（2）選擇進(jìn)出線方便的場(chǎng)所；（3）需滿足設(shè)備搬運(yùn)、吊裝方便的要求；（4）不應(yīng)靠近對(duì)電磁輻射要求較高的場(chǎng)所，如消防控制中心、信息中心等機(jī)房；（5）避免設(shè)置在多塵、水霧或腐蝕性氣體的場(chǎng)所，在無法避免的情況下應(yīng)設(shè)置在該場(chǎng)所的下風(fēng)側(cè)；（6）不應(yīng)設(shè)置在衛(wèi)生間、浴室、廚房等經(jīng)常積水場(chǎng)所的正下方或相鄰，如果相鄰設(shè)置，則需要采取無滲漏、無結(jié)露等防水措施；（7）不應(yīng)設(shè)置在地勢(shì)低洼或可能積水的場(chǎng)所，如廣東大部分地區(qū)要求變配電房設(shè)置在首層[4]。

1.3 建筑用電負(fù)荷的分類及其電源的設(shè)計(jì)

民用建筑電氣設(shè)計(jì)須考慮供電的穩(wěn)定性，以及對(duì)樓內(nèi)人員安全和生活的影響。根據(jù)建筑的類型不同，用電負(fù)荷通常分為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷、一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷。其中，一級(jí)負(fù)荷要求由雙重電源供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，備用電源可以啟動(dòng)，兩路電源可以為引自不同變電站或同一變電站不同母線段的10 kV市政電源，也可以是一路10 kV高壓電源和一路發(fā)電機(jī)電源；一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷除了需要雙重電源，還應(yīng)設(shè)置應(yīng)急電源供電；二級(jí)負(fù)荷的外部電源進(jìn)線宜由35 kV、20 kV或10 kV雙回線路供電；當(dāng)負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí)，二級(jí)負(fù)荷可由一回35 kV、20 kV或10 kV專用的架空線路供電；三級(jí)負(fù)荷電源由一路電源供電即可。因此，在設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)及進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，還需要根據(jù)建筑的特點(diǎn)，先確定各類用電負(fù)荷的等級(jí)，再根據(jù)其負(fù)荷等級(jí)的電源特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而保證配電系統(tǒng)的合理性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。

1.4 民用建筑照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

照明系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑不可或缺的一部分。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般可分為平時(shí)照明和應(yīng)急照明兩大類，其中平時(shí)照明一般可劃分為各場(chǎng)所設(shè)置的一般照明、有永久通行區(qū)的場(chǎng)所分區(qū)一般照明、有精細(xì)視覺要求場(chǎng)所的局部照明及商業(yè)建筑和展覽建筑內(nèi)所設(shè)置的重點(diǎn)照明，此外，還包括景觀照明、泛光照明、障礙照明等；而應(yīng)急照明除了消防應(yīng)急疏散照明，還包括備用照明、安全照明、值班照明、警衛(wèi)照明等。

在設(shè)計(jì)建筑照明系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)各種不同的場(chǎng)所，結(jié)合各個(gè)場(chǎng)所環(huán)境特點(diǎn)，燈具的光通量、功率等，選擇合適的燈具及確定燈具的數(shù)量，確保照度、LPD值符合相關(guān)規(guī)范要求的同時(shí)，使環(huán)境更舒適、美觀。

照度和LPD值的計(jì)算式為

式中：A為工作面面積；N為光源數(shù)量；φ為光通量；U為利用系數(shù)；K為燈具維護(hù)系數(shù)。

除了需考慮照度、功率密度等，還需綜合權(quán)衡照明設(shè)備的使用、光源的利用、合理控制光照強(qiáng)度等因素，同時(shí)不能忽視安全和環(huán)保要求。燈具的造型、燈光的修飾能在很大程度上增加建筑物的美感，提升視覺效果。

1.5 民用建筑防雷系統(tǒng)及接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

防雷系統(tǒng)以及接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是電氣設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，長期以來，在防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，防雷系統(tǒng)主要由接閃桿、接閃帶、接閃網(wǎng)格、引下線、均壓環(huán)、接地網(wǎng)格、等電位端子、接地端子、浪涌保護(hù)器等組成。防雷系統(tǒng)根據(jù)建筑類型可分為第一類防雷建筑物、第二類防雷建筑物及第三類防雷建筑，而劃分防雷建筑物類別可依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）的相關(guān)內(nèi)容，值得注意的是，我國民用建筑的防雷等級(jí)最高為第二類防雷建筑物。當(dāng)前的民用建筑大多都是鋼混剪力墻結(jié)構(gòu)，比較穩(wěn)固可靠，因此防雷的關(guān)鍵在于各類金屬管道的接地。

在現(xiàn)代建筑中，聯(lián)合接地體的應(yīng)用較為普遍，設(shè)備接地和防雷接地所采用的接地網(wǎng)一致。一般情況下，建筑物本身的鋼筋等天然接地體已經(jīng)可以滿足要求，但為了均等電位，提高接地系統(tǒng)的安全性，更好地滿足接地電阻值的要求，一般需要設(shè)置一個(gè)接地體，并將建筑根基連接至接地網(wǎng)。

1.6 民用建筑電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電梯是民用建筑重要的組成部分，因此必須合理確定電梯的數(shù)量和功能。民用建筑的電梯按照功能可分為客運(yùn)電梯、觀光電梯、貨運(yùn)電梯、自動(dòng)扶梯等。按電梯速度可分為低速梯、高速梯、超高速梯等。按驅(qū)動(dòng)方式劃分，可分為交流和直流電梯。設(shè)計(jì)者需要根據(jù)具體情況科學(xué)地確定民用建筑電梯的數(shù)量和功能，與總建筑師等相關(guān)人員一起，共同商定和研究電梯的實(shí)際配置、造型等。

2 民用建筑電氣設(shè)計(jì)的節(jié)能考慮

當(dāng)前，我國積極提倡節(jié)能減排，在民用建筑的電氣設(shè)計(jì)中也必須將節(jié)能作為重要的因素。當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展也帶來了巨大的能耗，建筑電氣設(shè)計(jì)中充分的節(jié)能考慮能夠降低建筑的能源消耗，助力可持續(xù)發(fā)展。

2.1 節(jié)能原則

（1）滿足建筑功能。需考慮光照、色溫、視覺等因素；確?？照{(diào)溫度適宜，并確?？諝饬魍ê惋L(fēng)量等保持舒適和干凈；滿足建筑物內(nèi)交通暢通；確保一些特定場(chǎng)所對(duì)電氣設(shè)備的特定需求等。

（2）節(jié)省不必要的能源消耗。有些能耗與建筑物功能的發(fā)揮沒有必要關(guān)系，對(duì)此，可以找尋一些方法節(jié)省能源。比如，在有大面積照明需求的地方，可以采用更加節(jié)能的燈具來降低能耗。

2.2 電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

（1）供配電設(shè)備節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)民用建筑的節(jié)能目標(biāo)，在選擇變壓器時(shí)需要使用不低于二級(jí)能耗的變壓器產(chǎn)品，還要科學(xué)地確定其容量和數(shù)量，使其負(fù)載率處在最好的狀態(tài)，盡可能節(jié)省能量。

（2）配電線路節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)。在供電線路方面，民用建筑需重視變配電房選址，應(yīng)該讓其處于或者靠近負(fù)荷中心，通過這種方式來縮短供電距離，減少電線的損耗，從而起到降低能耗、節(jié)省材料的作用。供電需選用電阻更小的配電線路。對(duì)于大功率用電設(shè)備的電源，必須選擇干線式電源。同時(shí)，需特別注意線材的質(zhì)量和選用，選用優(yōu)質(zhì)的電纜，以實(shí)現(xiàn)能量損耗的大幅降低。

（3）建筑照明節(jié)能設(shè)計(jì)。在照明設(shè)計(jì)中，需選用節(jié)能型燈具產(chǎn)品，并根據(jù)實(shí)際情況恰當(dāng)?shù)夭贾脽艟?，遵循有關(guān)的照明功率密度要求，否則容易造成能源的浪費(fèi)。同時(shí)，需充分利用自然光，讓自然光與燈光有機(jī)結(jié)合，最大限度地節(jié)能。同時(shí)，要求設(shè)計(jì)者對(duì)燈具的控制方式進(jìn)行恰當(dāng)?shù)剡x擇，可以運(yùn)用分區(qū)控制，也可以根據(jù)亮度自動(dòng)控制，還可以以時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)控制模式，盡可能節(jié)能降耗。

3 結(jié)束語

綜上所述，民用建筑的電氣設(shè)計(jì)主要包括電力負(fù)荷的計(jì)算、用電設(shè)備電源的選擇、供配電設(shè)備的選擇、變電站位置選擇、照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、防雷系統(tǒng)及接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等，必須從節(jié)能的角度進(jìn)行綜合的考慮，在滿足建筑功能、考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益的前提下，盡可能節(jié)約能耗。同時(shí)，從供配電設(shè)備、配電線路、照明等各個(gè)方面落實(shí)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)，綜合考慮，整體統(tǒng)籌，進(jìn)一步節(jié)約能耗，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。