高層建筑電氣設計分析

張璐琪

（安徽省阜陽市水利規劃設計院，安徽 阜陽 236000）

1 高層建筑電氣專業的特點

用電設備種類繁多。高層建筑中用電設備包括電氣照明設備、電梯設備、給排水設備、生活水泵、制冷設備、鍋爐房用設備、空調系統用電設備和消防設備等。

耗電量大。由于用途不同,高層建筑用電量也有一些差別,但總體而言,耗電量非常巨大。

供電可靠性要求高。根據《高層民用建筑設計防火規范》和《建筑電氣設計規范》的要求,消防用電、應急照明、主要通道照明、客梯電力、變頻調速生活水泵等設備在設計時都需要由兩個獨立的電源供電。

2 高層建筑電氣設計的主要內容

2.1 負荷的計算

電力負荷是供電設計的依據參數。計算準確與否，對合理選擇設備，安全可靠與經濟運行，均起決定性作用。高層建筑的電力負荷計算，基本上采用負荷密度法和需要系數法。

2.2 供電電源及電壓的選擇

為了保證供電可靠性，現代高層建筑至少應有兩個獨立電源，具體數量應視負荷大小及當地電網條件而定。兩路獨立電源運行方式，原則上是兩路同時供電，互為備用。另外，還須裝設應急備用柴油發電機組，要求在15秒鐘內自動恢復供電，保證事故照明、電腦設備、消防設備、電梯等設備的事故用電。國內高層建筑的供電電壓，都采用10kV標準電壓等級。

2.3 供配電系統的設計

高層配電系統的設計很大程度上關系到樓層電力分布與能源的合理有效利用，高層建筑配電要考慮到負荷及電網接入的式樣，在此基礎上再選擇合適的電力設備。

2.3.1 高層建筑的電力負荷主要有消防設施，包括消防水泵，消防電梯，防煙排煙設施，火災自動報警系統，自動滅火裝置，火災事故照明，疏散指示標志，電動防火門窗，卷簾和閘門等，照明裝置包括正常照明、事故照明、應急照明、熒光燈廣告、航標燈等；動力負荷包括升降電梯(載人電梯，貨運電梯。人貨混用電梯)、自動扶梯、傳送帶、供水、排水、供氣等，以及空調制冷設備和其他電氣設備(如保安監視、中央集控、微機管理中心等)。上述負荷中就用電量而言，動力和照明大約各占30%，其他占40%，就其重要性而言，消防用電是第一位的，因為高層建筑人員密集，內部裝飾復雜，易燃材料多，發生火災的可能性大。若一旦發生火災，由于人員和物資的疏散極為困難，往往會造成重大經濟損失和人員傷亡事故，有時甚至會造成不良政治影響。因此，有關規范規定，高層樓消防用電均屬一級負荷。

2.3.2 供電電源電壓及主接線

高層建筑由于用電負荷較大，它一般采用高壓供電，供電電壓國內多為l0kV。高壓供電系統主結線一般多采用單母線制。單母線制主要特點是結構簡單，所需設備和投資少，經濟性好，因而一般高層建筑及工礦企業較多采用。高層建筑電力負荷性質為一級和二級負荷，按國家供用電規劃規定，一級負荷應由兩個獨立電源供電，特別重要的一級負荷應由兩個獨立電源供電，二級負荷一般也由雙回路線供電，但當取得雙回路線很困難時，允許由一回路專線供電。高層供電的可靠性和連續性主要依賴供電方式的優化設計，其特點是：高壓雙回路或三回路進線，均采用內橋接法；低壓采用單母線分段，設母線開關，負荷分布在各段母線上，有的互為備用；特別重要負荷由自啟動(或手動啟動)備用柴油機供電。需要指出的是，這些高壓雙回路或三回路進線來自不同的獨立電源是十分必要的。上述供電接線可靠性較高，但是由于使用斷路器數量多，變壓器備用容量大，其經濟性值要進一步計算。另外，供配電裝置用了一些充油設備，會給變電所的布置及防火帶來隱患。

2.3.3 變壓器的選擇

現在高層建筑中使用大容量變壓器 (單機容量超過l600KVA)并不少見，相對而言，大容量變壓器效率較高，但投入時涉及的負荷面也寬。因此，科學地綜合各種因素，再根據各相關專業的用電要求，適當地確定變壓器單機容量及其臺數。一般來說，根據空調設備的分組來設置專用變壓器是比較合適的，這樣就可以隨著空調機組的投切來投切相應的變壓器，從而取得良好的經濟效益。

2.4 照明設計

2.4.1 光源

地下室、住宅客廳以熒光為主，設備用房、樓梯、走道和住宅(除客廳外)以白熾燈為主}商場照明僅設置總電源箱，具體燈具布置由二次裝修設計。

2.4.2 事故照明

地下室、商場、樓梯間的照明系統有兩個電源(備用電源由發電機供給)，另外在電梯前室、樓梯間、配電室、發電機房、水泵房及消防中心等重要場所設應急照明。電梯前室、樓梯間及走道等人員密集通道設誘導燈。

2.4.3 導線選擇及線路敷設

住宅、商場及地下室照明線路，采用ZRBVV阻燃型塑料銅心導線。所有由照明配電箱配出的線路均采用金屬線槽明敷。

2.5 防雷與接地

現代高層建筑的防雷設計，除采用避雷針和避雷帶的傳統做法外，近年還出現有消雷器和放射性避雷針。這兩種防雷技術雖然在工程上得到不少實際應用，但在理論上一直是有爭議的。現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。關鍵是做好金屬管線的接地。

現代高層建筑的防雷接地、電氣設備的保護接地和工作接地，都是合在一起的，組成混合接地系統。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作接地板。盡管基礎鋼筋等自然接地體已能滿足接地電阻的要求，仍需要裝設水平的人工接地體，將主要的建筑物基礎連接成接地網，這對均衡電位，提高安全性都有好處。

2.6 電梯

電梯按使用功能分，有高級客梯、普通客梯、觀景梯、服務梯、消防梯、貨梯、自動扶梯等許多種；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。設計人員的任務是要確定電梯臺數和決定電梯功能。電梯的配置和造型，不是電氣設計人員單方面所能決定的，必須與總建筑師或總體交通設計人員共同研究才能確定。

2.7 防火和報警系統

由于高層建筑面積大、人員復雜，引起火災的可能性很大，加之豎向孔洞多、現代化的塑料貼面材料、全部窗戶密封、設備龐雜、人員和物質等都很集中，發生火災時火勢容易蔓延，疏散人員和撲滅火災也很困難，所以現代化的高層建筑除了在建筑設計方面采取很多措施 (如合理布局、采用耐火材料、劃分若干防火區等)外，還應設置完善的自動消防系統和防火報警系統。自動消防和防火報警系統一般由檢測、報警、確認判斷和初期滅火設備、疏散誘導系統、排煙滅火系統組成。

3 高層建筑電氣設計需要注意的問題

由于社會人口膨脹和用地緊張,高層建筑越來越多,其高容積率也逐漸被大家認可。然而,高層建筑電氣設計的質量保證卻是非常重要而復雜的一個問題,需要從安全性、適用性、可靠性、經濟性等多方面進行考慮。

首先,高層建筑電氣設計必須在正常情況和停電火災等特殊情況下,保證人員和建筑物安全。其次,電氣設計在滿足使用要求和規范的前提下,要減化供配電系統的結構,從而減少設備的數量和容量,便于操作和維修。最后,設計時確定合理的負荷等級,縮短停電的時間及次數,減少故障。

另外,由于工業發展和能耗浪費嚴重等原因,節能原則成為近來高層建筑電氣設計最為關注的一個新問題。節能應從節省無謂消耗能量著手,減少與發揮建筑物功能無關的能源消耗,同時必須滿足建筑物的照明正常、舒適衛生、運輸通道暢通無阻及某些建筑的特殊要求。

4 結語

隨著經濟的發展，高層建筑對于電氣設計的要求也越來越高。在工程設計中，既要符合國家規范，又要滿足建設方要求，這就使設計人員在設計中，必須做到準確、細致、周全地把握工程電氣設計的基本設計要點。

[1]徐文根.工業與民用配電設計手冊[M].北京:水力水電出版社,1996.

[2]陳一才.高層建筑電氣設計手冊[M].北京:建筑工業出版社,1992.