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  浅谈高层建筑的电气设计与节能

        摘要:为了提高大型商场等现代高层建筑电气设计质量,本文结合规范和工程管理经验,详细阐述了现代高层建筑电气设计的主要内容,并从设计上满足系统用电负荷安全性要求,同时提出了设计中应注意的电气节能问题。

  关键词:高层建筑;电气设计;电气节能

  大型商场等高层建筑电气设计质量保证是比较复杂的一个课题,同时高层建筑耗能浪费的现象也是一个迫在眉睫的问题。作为商场的电气工程师,不应只停留在电气维护和商业装修工程现场的日常管理上,还应该主动熟悉和掌握与高层建筑电气有关的设计规范、设备选型和节能改造上。

  1 高层建筑电气设计的主要内容

  1.1 负荷的计算

  电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否,对合理选择设备,安全可靠与经济运行,均起决定性作用。高层建筑的电力负荷计算,基本上采用负荷密度法和需要系数法。

  1.2 供电电源及电压的选择

  为了保证供电可靠性,现代高层建筑至少应有两个独立电源,具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两路独立电源运行方式,原则上是两路同时供电,互为备用。另外,还须装设应急备用柴油发电机组,要求在15 秒钟内自动恢复供电,保证事故照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。国内高层建筑的供电电压,都采用10kV标准电压等级。

  1.3 高低压配电系统的设计

  1.3.1 高压配电系统:现代高层建筑均是采用两路独立的10kV电源同时供电。一般高压采用单母线分段,自动切换,互为备用。母线分段数目,与电源进线回路数相适应。只有当供电电源为一主一备时,才考虑采用单母线不分段的结线。电源进线几乎全部采用电缆进线。1.3.2 高压系统及低压干线的配电方式基本上都采用放射式系统。楼层配电则为混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。现代高层建筑的竖井多采用插接式母线槽。

  水平干线因走线困难,多采用全塑电缆与竖井母干线联接。每层楼竖井设配电小间。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。当层数较多负荷数较大时,一般按层数分区供电,或将变压器分散设在地下层、中间层或最顶层。1.3.3 功率因数按规定应补偿到0.9~0.95.无功补偿都采用集中补偿方式。为降低变压器容量,多集中装设在低压侧,与配电屏放在一起,但必须采用于式移相电容器。

  1.4 主要设备的选型

  1.4.1 高压开关柜。现代高层建筑的变配电室设在主楼地下层,按规定不宜采用油开关。国外用于高层建筑的开关有三种类型可供选用:高压空气断路器,SF6 开关和真空断路器。其中高压空气断路器因技术陈旧,SF6 开关尺寸数大,气体具有毒性,故目前10kV真空断路器应用的较为普遍。

  因此,应根据高层建筑地下室的标准,选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。1.4.2电力变压器。根据防火要求,主楼内是不允许装设大容量的油浸电力变压器的。目前有干式变压器、SFe 变压器和硅油变压器等三种产品可供选用。

  1.4.3 低压配电屏。国外低压配电屏的结构,几乎都做成抽屉式,特别是大容量的出线,则做成手车式。1.4.4 应急备用发电机组。过去大多是采用柴油发电机组做应急备用电源的。近年国外高层建筑已开始采用燃汽轮发电机。这种发电机具有体积小、重量轻、反应速度快,故障率低等优点。应急备用发电机组必须是快速自起动的。一般应能在15s内恢复供电。从可靠性出发最好选用两台,自动并车。容量较小时也可选用一台。

  1.5 变电所位置的确定

  现代高层建筑的用电量相当大,在确定变电所位置时,应尽可能使高压深入负荷中心。这对节约电能,提高供电质量都有重要意义。

  1.6 电气照明设计

  电气照明设计,包括光源选择、照度计算、灯具造型,灯具布置,眩光控制和调光控制和照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系,应该相互配合,在使用功能及艺术意境方面求得统一。选用高光效电光源,可以取得节能的明显效果。

  1.7 防雷与接地

  现代高层建筑的防雷设计,采用避雷针和避雷带的做法简单可靠、经济合算。但必须保证各层楼面钢筋、金属管道与该层用作引下线的柱筋有可靠的连接,形成等电位层。现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙,与楼板的连接是十分可靠的。关键是做好金属管线的接地。现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地,都是合在一起的,组成混合接地系统。接地电阻按最小的要求而定,通常是在4 欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求,仍需要装设水平的人工接地体,将主要的建筑物基础连接成接地网,这对均衡电位,提高安全性都有好处。

  1.8 电梯

  电梯按使用功能分,有高级客梯、普通客梯、观景梯、服务梯、消防梯、货梯、自动扶梯等许多种;按速度又分为低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等;按电流分则有交流和直流两大类。设计人员的任务是要确定电梯台数和决定电梯功能。电梯的配置和造型,不是电气设计人员单方面所能决定的,必须与总建筑师或总体交通设计人员共同研究才能确定。

  1.9 消防

  自动报警和自动灭火系统现代高层建筑的火灾自动报警灭火系统,包括:火灾探测器、分区消防报警控制器、消防中心和气体自动喷射灭火及自动洒水灭火系统等四个部分,实现报警灭火自动化。探测器探测到火灾信号后转换成电信号,进入分区报警器和消防中心,发出声光报警信号。消防中心负责整座大楼火灾的监控和消防指挥。关于高层建筑中消防用电的设计问题,涉及到其他许多学科,而且规模越大,功能越多,控制内容越广泛,设计内容也就越复杂2 建筑电气设计中的节能原则及主要措施现今社会能源消耗急剧增加,能源危机迫在眉睫。因此,各行各业提出了节能的要求,节约二次能源---电能,也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则:

  2.1 满足建筑物的功能即满足照明的照度、色温、显色指数;满足舒适性空调的温度及新风量,也就是舒适卫生;满足上下、左右的运输通道畅通无阻;满足特殊工艺要求,如娱乐场所的一些电气设施的用电,展厅的工艺照明及电力用电等。

  2.2 考虑实际经济效益节能应按国情考虑实际经济效益,不能因为节能而过高地消耗投资,增加运行费用。而是应该让增加的部分投资,能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。

  2.3 节省无谓消耗的能量节能的着眼点,应是节省无谓消耗的能量。

  首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的,再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗,传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗,又如量大面广的照明容量,宜采用先进技术使其能耗降低。

  因此,节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。

  在工程实践中,公共建筑暖通空调系统和照明系统能耗分别占建筑总能耗的50%20%以上,系统节能潜力是巨大的。目前,暖通空调系统的自动控制基本上采用建筑设备自动化系统,简称BAS BA系统,节能效率达10%~30%.而《建筑照明设计标准》(GB50034- 2004) 推动了照明领域的科技进步,有利于提高照明能效并推进绿色照明的实施,如用细管径直管型三基色T8 T5 荧光灯代替T12 荧光灯,节能率为25%~35%;自镇流紧凑型荧光灯取代白炽灯(40~100W),节能率为30%~75%.

  民用建筑的节能潜力很大,应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上,应具体了解其原理、性能、效果,从技术、经济上进行比较后,再选定节能设备,以达到真正节能的目的。

供稿人:沈磊



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