高層建筑的電氣設(shè)計(jì)與節(jié)能

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　1.高層建筑電氣設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

　　1.1 負(fù)荷的計(jì)算電力負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)的依據(jù)參數(shù)。計(jì)算準(zhǔn)確與否，對(duì)合理選擇設(shè)備，安全可靠與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，均起決定性作用。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。

　　1.2 供電電源及電壓的選擇為了保證供電可靠性，現(xiàn)代高層建筑至少應(yīng)有兩個(gè)獨(dú)立電源，具體數(shù)量應(yīng)視負(fù)荷大小及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)條件而定。兩路獨(dú)立電源運(yùn)行方式，原則上是兩路同時(shí)供電，互為備用。另外，還須裝設(shè)應(yīng)急備用柴油發(fā)電機(jī)組，要求在15秒鐘內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)供電，保證事故照明、電腦設(shè)備、消防設(shè)備、電梯等設(shè)備的事故用電。國(guó)內(nèi)高層建筑的供電電壓，都采用10kV標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)。

　　1.3 高低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　1.3.1 高壓配電系統(tǒng)：現(xiàn)代高層建筑均是采用兩路獨(dú)立的10kV電源同時(shí)供電。一般高壓采用單母線分段，自動(dòng)切換，互為備用。母線分段數(shù)目，與電源進(jìn)線回路數(shù)相適應(yīng)。只有當(dāng)供電電源為一主一備時(shí)，才考慮采用單母線不分段的結(jié)線。電源進(jìn)線幾乎全部采用電纜進(jìn)線。

　　1.3.2 高壓系統(tǒng)及低壓干線的配電方式基本上都采用放射式系統(tǒng)。樓層配電則為混合式系統(tǒng)。配電設(shè)備中的主要部分是干線。現(xiàn)代高層建筑的豎井多采用插接式母線槽。

　　水平干線因走線困難，多采用全塑電纜與豎井母干線聯(lián)接。每層樓豎井設(shè)配電小間。層間配電箱經(jīng)插接自動(dòng)空氣開關(guān)從豎井母干線取得電源。當(dāng)層數(shù)較多負(fù)荷數(shù)較大時(shí)，一般按層數(shù)分區(qū)供電，或?qū)⒆儔浩鞣稚⒃O(shè)在地下層、中間層或最頂層。

　　1.3.3 功率因數(shù)按規(guī)定應(yīng)補(bǔ)償?shù)?.9~0.95，無功補(bǔ)償都采用集中補(bǔ)償方式。為降低變壓器容量，多集中裝設(shè)在低壓側(cè)，與配電屏放在一起，但必須采用于式移相電容器。

　　1.4 主要設(shè)備的選型

　　1.4.1 高壓開關(guān)柜?，F(xiàn)代高層建筑的變配電室設(shè)在主樓地下層，按規(guī)定不宜采用油開關(guān)。國(guó)外用于高層建筑的開關(guān)有三種類型可供選用：高壓空氣斷路器，SF6開關(guān)和真空斷路器。其中高壓空氣斷路器因技術(shù)陳舊，SF6開關(guān)尺寸數(shù)大，氣體具有毒性，故目前10kV真空斷路器應(yīng)用的較為普遍。因此，應(yīng)根據(jù)高層建筑地下室的標(biāo)準(zhǔn)，選用具有“五防”功能的真空開關(guān)手車式高壓開關(guān)柜。

　　1.4.2電力變壓器。根據(jù)防火要求，主樓內(nèi)是不允許裝設(shè)大容量的油浸電力變壓器的。目前有干式變壓器、SFe變壓器和硅油變壓器等三種產(chǎn)品可供選用。

　　1.4.3 低壓配電屏。國(guó)外低壓配電屏的結(jié)構(gòu)，幾乎都做成抽屜式，特別是大容量的出線，則做成手車式。

　　1.4.4 應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)組。過去大多是采用柴油發(fā)電機(jī)組做應(yīng)急備用電源的。近年國(guó)外高層建筑已開始采用燃汽輪發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)具有體積小、重量輕、反應(yīng)速度快，故障率低等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)組必須是快速自起動(dòng)的。一般應(yīng)能在15s內(nèi)恢復(fù)供電。從可靠性出發(fā)最好選用兩臺(tái)，自動(dòng)并車。容量較小時(shí)也可選用一臺(tái)。

　　1.5 變電所位置的確定現(xiàn)代高層建筑的用電量相當(dāng)大，在確定變電所位置時(shí)，應(yīng)盡可能使高壓深入負(fù)荷中心。這對(duì)節(jié)約電能，提高供電質(zhì)量都有重要意義。

　　1.6 電氣照明設(shè)計(jì)電氣照明設(shè)計(jì)，包括光源選擇、照度計(jì)算、燈具造型，燈具布置，眩光控制和調(diào)光控制和照明配電線路敷設(shè)等。照明設(shè)計(jì)與建筑裝飾有著非常密切的關(guān)系，應(yīng)該相互配合，在使用功能及藝術(shù)意境方面求得統(tǒng)一。選用高光效電光源，可以取得節(jié)能的明顯效果。

　　1.7 防雷與接地現(xiàn)代高層建筑的防雷設(shè)計(jì)，采用避雷針和避雷帶的做法簡(jiǎn)單可靠、經(jīng)濟(jì)合算。但必須保證各層樓面鋼筋、金屬管道與該層用作引下線的柱筋有可靠的連接，形成等電位層?，F(xiàn)代高層建筑都是采用鋼筋混凝土剪力墻，與樓板的連接是十分可靠的。關(guān)鍵是做好金屬管線的接地。現(xiàn)代高層建筑的防雷接地、電氣設(shè)備的保護(hù)接地和工作接地，都是合在一起的，組成混合接地系統(tǒng)。接地電阻按最小的要求而定，通常是在4歐以下。利用建筑物的鋼筋混凝土基礎(chǔ)作接地板。盡管基礎(chǔ)鋼筋等自然接地體已能滿足接地電阻的要求，仍需要裝設(shè)水平的人工接地體，將主要的建筑物基礎(chǔ)連接成接地網(wǎng)，這對(duì)均衡電位，提高安全性都有好處。

　　1.8 電梯電梯按使用功能分，有高級(jí)客梯、普通客梯、觀景梯、服務(wù)梯、消防梯、貨梯、自動(dòng)扶梯等許多種；按速度又分為低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等；按電流分則有交流和直流兩大類。設(shè)計(jì)人員的任務(wù)是要確定電梯臺(tái)數(shù)和決定電梯功能。電梯的配置和造型，不是電氣設(shè)計(jì)人員單方面所能決定的，必須與總建筑師或總體交通設(shè)計(jì)人員共同研究才能確定。

　　1.9 消防自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)滅火系統(tǒng)現(xiàn)代高層建筑的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警滅火系統(tǒng)，包括：火災(zāi)探測(cè)器、分區(qū)消防報(bào)警控制器、消防中心和氣體自動(dòng)噴射滅火及自動(dòng)灑水滅火系統(tǒng)等四個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)報(bào)警滅火自動(dòng)化。探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)信號(hào)后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)入分區(qū)報(bào)警器和消防中心，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。消防中心負(fù)責(zé)整座大樓火災(zāi)的監(jiān)控和消防指揮。關(guān)于高層建筑中消防用電的設(shè)計(jì)問題，涉及到其他許多學(xué)科，而且規(guī)模越大，功能越多，控制內(nèi)容越廣泛，設(shè)計(jì)內(nèi)容也就越復(fù)雜

　　2.建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能原則及主要措施

　　現(xiàn)今社會(huì)能源消耗急劇增加，能源危機(jī)迫在眉睫。因此，各行各業(yè)提出了節(jié)能的要求，節(jié)約二次能源———電能，也就成為民用建筑電氣設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)。建筑電氣設(shè)計(jì)節(jié)能的原則建筑電氣節(jié)能應(yīng)堅(jiān)持以下三個(gè)原則：

　　2.1 滿足建筑物的功能即滿足照明的照度、色溫、顯色指數(shù)；滿足舒適性空調(diào)的溫度及新風(fēng)量，也就是舒適衛(wèi)生；滿足上下、左右的運(yùn)輸通道暢通無阻；滿足特殊工藝要求，如娛樂場(chǎng)所的一些電氣設(shè)施的用電，展廳的工藝照明及電力用電等。

　　2.2 考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益節(jié)能應(yīng)按國(guó)情考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，不能因?yàn)楣?jié)能而過高地消耗投資，增加運(yùn)行費(fèi)用。而是應(yīng)該讓增加的部分投資，能在幾年或較短的時(shí)間內(nèi)用節(jié)能減少下來的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行回收。

　　2.3 節(jié)省無謂消耗的能量節(jié)能的著眼點(diǎn)，應(yīng)是節(jié)省無謂消耗的能量。

　　首先找出哪些地方的能量消耗是與發(fā)揮建筑物功能無關(guān)的，再考慮采取什么措施節(jié)能。如變壓器的功率損耗，傳輸電能線路上的有功損耗都是無用的能量損耗，又如量大面廣的照明容量，宜采用先進(jìn)技術(shù)使其能耗降低。

　　因此，節(jié)能措施也應(yīng)貫徹實(shí)用、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的原則。

　　在工程實(shí)踐中，公共建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)能耗分別占建筑總能耗的50％和20％以上，系統(tǒng)節(jié)能潛力是巨大的。目前，暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制基本上采用建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱BAS或BA系統(tǒng)，節(jié)能效率達(dá)10％~30％。而《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034-2004）推動(dòng)了照明領(lǐng)域的科技進(jìn)步，有利于提高照明能效并推進(jìn)綠色照明的實(shí)施，如用細(xì)管徑直管型三基色T8和T5熒光燈代替T12熒光燈，節(jié)能率為25％~35％；自鎮(zhèn)流緊湊型熒光燈取代白熾燈（40~100W），節(jié)能率為30％~75％。

　　民用建筑的節(jié)能潛力很大，應(yīng)在設(shè)計(jì)中精心考慮。但是在選用節(jié)能的新設(shè)備上，應(yīng)具體了解其原理、性能、效果，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行比較后，再選定節(jié)能設(shè)備，以達(dá)到真正節(jié)能的目的。