[摘要]文章对现代高层建筑电气设计的主要内容进行探讨,并提出设计中应注意的有关问题,可供参考。
[关键词]高层建筑;电气设计;主要内容;节能原则
[作者简介]吴硕,海南华筑国际工程设计咨询管理公司,海南海口, 570206
[中图分类号] TU976+.1[文献标识码] A[文章编号] 1007-7723(2010)06-0136-0002
高层建筑越来越多,也逐渐为人们所认可,但是高层建筑电气设计质量保证是一个比较复杂的课题;同时,高层建筑耗能浪费的现象也是一个迫在眉睫的问题。随着科学技术的飞速发展以及人们生活水平的不断提高,高层建筑正向着自动化、节能化、信息化、智能化方向蓬勃发展。智能建筑的出现,使建筑电气尤其是高层建筑电气技术成为一门综合性的应用技术。现就高层建筑的一些电气设计进行探讨。
一、高层建筑电气设计的主要内容
(一)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。
(二)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。
(三)高低压配电系统的设计
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。
2.计费方式,采用高供高计。但在低压侧,仍装设计费电度表,采用将照明与动力分开的两部电价法。有些地方供电部门又把空调设备的用电全部划入照明计价系统,一般做法是安装总表及动力表,由总表减去动力表以后,全部为照明电费。
3.为减少变压器台数,单台变压器的容量选择一般都大于1000kVA。为限制低压侧的短路电流,正常时变压器解列运行,中间设联络开关。照明和动力分开设变压器,当动力用电容量太小时,动力变压器可不分开装设,而在低压侧应对动力负荷分类计费。
4.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。每层楼竖井设层间配电小间。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。
5.低压配电系统各级开关均采用自动空气开关(断路器),设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。各级自动空气开关的保护整定,应注意选择性配合,防止越级跳闸。
6.所有电梯均要求采用两路不同变压器引出的专用电缆进线。在电梯机房的末端配电箱,设两路电源的自动切换装置,互为备用。
7.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。
(四)主要设备的选型
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。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。
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。
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。
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。
(五)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。
(六)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、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。
(七)防雷与接地
现代高层建筑的防雷设计,除采用避雷针和避雷带的传统做法外,近年还出现有消雷器和放射性避雷针。这两种防雷技术虽然在工程上得到不少实际应用,但在理论上一直是有争议的。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。
(八)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。
(九)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。
二、 高层建筑电气设计中应注意的几个问题
第一,高层建筑由于照明及空调负荷多、电梯等运输设备多、给排水设备多,所以用电量特别大,且供电的可靠性要求很高。
第二,在高层建筑中,照明与动力基本上不共用干线。动力负荷多采用放射式供电,照明负荷则多采用母线槽配电,与动力分开。
第三,由于在结构上多数采用大柱距,形成大空间,使墙面安装的设备增多,必然使地面管道增多。
第四,由于建筑构件的预制装配化及干法施工缩短了施工周期,而且顶棚一般采用标准化、系统化的吊顶。
第五,电气设备的管线应采取防火措施。
第六,空调设备等主要用电设备分散,多数要求集中管理,即要求采用电脑管理和监控系统。
第七,采取防震措施。如配电屏、灯具等电气设备的防震;管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理等。
第八,消防要求高。因为高层建筑高度高、体量大、人员密集、设备多、装饰豪华、建筑本身火灾隐患多,故对消防要求很高。
第九,节省能源是我国经济建设中的一项重大政策,节约用电又是节省能源工作中的一个重要方面,它直接关系到企业的经济效益和人们的日常生活。在高层建筑的电气设计中,要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。节电的设计方案,应根据技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的原则确定。采用合理的配电方式,采用高效率变压器、电动机和照明光源、无功功率补偿装置和设备监控电脑系统等措施,减少电能损耗,节约用电。采用壁灯时需将容量提高一级或增加盏数。
三、建筑电气设计中的节能原则
由于人口的增加、工业的发展、生活水平的提高,能源的消耗也就急剧增加,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。建筑电气节能应坚持以下三个原则:
(一)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。
(二)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。
(三)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。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。
[参考文献]
[1]陈卓礼.对高层建筑物的防雷保护措施分析[J]. 广东科技,2008,(22).
[2]胡龙才.现代建筑电气设计节能方法探讨[J].科技资讯,2008, (33).
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