民用建筑電氣設計要點及節能措施

【摘要】城市高層建筑的增多，讓高層建筑的電氣設計成為了一個人們不得不面對的技術課題。高層建筑的結構復雜、用電需求不均勻、能耗不易控制等都成為了高層建筑電氣設計的難題。因此應當在充分了解高層用電特征的同時，盡量合理的設計主要系統，并合理選擇基礎設備，這樣才能打造一個高效率、低能耗的高層建筑供電網絡。

【關鍵詞】建筑供電；設備選取；電氣設計；節能措施

一、高層建筑電氣系統設計

1．供電系統電源的選擇。在高層建筑電氣設計中，電力供應基礎就是電源，因此電氣設計的首要內容就是電源的選取。高層建筑的供電系統，均與市政電源條件有關，高層建筑應有兩路高壓電源，國內的高層建筑所采用的電壓都是10KV標準，并且兩路高壓電源需獨立運行，采用兩路同時供電互為備用的方式，并要求其中一個電源發生故障另一個電源不致同時受到損壞。另外依據高層建筑的定位及供電方案的要求，有時需要配備發電機組作為備用電源，保證高層建筑中特別重要的一級負荷、一級負荷、消防負荷等的設備用電。

2．建筑的電力負荷估算。電氣設計的下一步就是確定整個建筑的用電負荷容量，高層建筑電氣設計也不例外。在這里對電力負荷的估算是否準確將關系到整個系統的設備、安全和經濟性，因此高層建筑的電氣設計離不開負荷計算，普遍采用的方法是負荷密度和需要系數這兩種計算方法。

3．高壓變配電系統。高壓變電配電系統是設計中的重點環節，因為建筑中的電氣設備用電大部分為低壓設備（220V-380V），所以需要將高壓電（10KV）經過變壓器進行電壓轉換才能正常使用。這些任務就由建筑中的高壓變配電系統來完成。

（1）高壓配電系統的實現。高壓配電系統：現代高層建筑均是

采用兩路獨立的10KV電源同時供電。一般高壓采用單母線分段，自動切換，互為備用。母線分段數目，與電源進線回路數相適應。只有當供電電源為一主一備時，才考慮采用單母線不分段的結線。電源進線幾乎全部采用電纜進線。

（2）電路的計費方式。電路的計費方式普遍采用的是依據當地供電部門的要求進行設置，但是在低壓側仍需要安裝電表進行計費，以便將動力和照明系統分開進行計費。這主要是為了適應供電部門的計費差異，有的地方將空調設備也劃入到照明用電計價中。因此在電氣設計中應安裝總電表和動力電表合理的管理電能，了解電能的使用情況。

（3）變壓器的選擇。針對變壓器的選擇，應當按照前面的估算的負荷來進行選用，包括容量和臺數的確定。這里應注意對變壓器經濟運行和節能需求進行著重的考慮，盡量讓變壓器能在經濟運行的條件下工作，以達到節能的目的。為減少變壓器臺數，單臺變壓器的容量選擇一般都大于1000KVA。為限制低壓側的短路電流，正常時變壓器解列運行，中間設聯絡開關。照明和動力分開設變壓器，當動力用電容量太小時，動力變壓器可不分開裝設，而在低壓側應對動力負荷分類計費。

4．配電系統的線路設計。在建筑的電氣設計中還應對整個電路的分布和敷設形式進行設計。原則上，高壓和低壓干線的配電都是以放射式來進行設計，樓層配電則以樹干式或放射式進行配電。配電設備中的主要部分就是“干線”，對高層建筑來說，配電豎井一般優先采用插接式的母線槽，布線方便。而水平的干線鋪設較為困難，多采用的是全塑電纜和豎井中的母線相連。每個樓層都需要配置小型的配電間，以保證配電和用電安全。層間的配電箱進過空氣開關從母線上取電，并經過預埋線路管進入到室內。這時如果建筑的層數較多應合理設計實現分區供電，或者將變壓器進行分散設置。

5．其他配電系統設計

（1）低壓配電系統的控制。在低壓配電系統中應當注意對斷路器的應用和設計，這主要是對分路系統進行必要的安全保護，防止一些人為或者意外事故造成大面積的停電或者短路事故，而且在設計中應當合理分級，合理選擇斷路器的過流標準，防止隨意配置造成隱患。

（2）電梯系統的設計。在對電梯的供電系統設計中，電梯的配電應當采用兩路專用電纜，且兩路電纜應引自不同變壓器的低壓柜饋線回路，并在電梯機房末端配備自動切換裝置。

二、高層建筑電氣設計中的關鍵設備選取

1．高壓開關柜的選用。目前的現代化高層建筑的配電室一般都在地下。應根據高層建筑的地下室的標準選用適合建筑負荷的真空高壓開關柜，以保證整個供電系統的安全。

2．變壓器的選擇。變壓器在選擇中除了根據負荷需求進行選用外，還需要考慮防火要求，在主樓內不允許裝設大容量的油浸電力變壓器。

3．低壓配電屏和發電機組配電屏一般的形式都是采用抽屜式的結構，大容量的出線則采用車式結構。在發電機組的選擇中應當采用較為先進的燃氣輪機發電機組，其優勢為體積小、反應快、故障率低，采用這一類型的幾組可以延長機組壽命、提高備用供電的能力。

4．對變電所的位置設計。高層建筑的用電特點就是需求的電量較大，在確定變電所的位置時應當考慮負荷的中心位置，盡量使之靠近負荷中心，這主要是為了降低大負荷供電而造成的線損，也提高了供電的質量。

5．照明電器設備的選擇。照明系統是高層建筑的重要基礎設備，在設計和選取的過程中應注意對光源、照度、美觀、位置等的合理配合，并且盡量采用可以實現智能控制的燈具，以便節能。

6．系統的防雷和接地系統。電氣系統的防雷和接地是十分重要的保障措施，處理采用避雷針和避雷帶等傳統措施外，還可采用消雷器、放射性避雷針，這兩項技術在實際的應用中得到了推廣，也取得了較好的效果。目前的設計方向是將防雷、接地、電氣設備接地保護、工作性接地等系統有機的結合起來，形成一個接地系統。接地電阻應當按照要求設計，保障在1Ω以下。可以采用建筑物本身的鋼筋混凝土基礎作為接地極，但同時也要額外的敷設接地扁鋼，負責將小區內其他臨近的建筑物基礎連接形成一個接地網絡，提高安全性能。

7．消防系統的構建。目前的高層建筑都需要配備火災自動報警和自動滅火系統，具體包括：火災探測器、分區消防報警控制器、消防中心和氣體自動噴射滅火及自動灑水滅火系統等，以此形成自動報警、滅火的自動化。在電氣設計中應當保證必要的專用線路來維持這些系統的日常伺服性能，使其在火災中能夠發揮作用。探測器探測到火災信號后轉換成電信號，進入分區報警器和消防中心，發出聲光報警信號。消防中心負責整座大樓火災的監控和消防指揮。

三、高層電氣系統設計應保證最大化節能

在高層電氣設計中應當充分體現節能的思想，保證建筑用電的經濟性。首先，應當在設計中指導施工采用先進的技術、材料、設備、工藝在增加合理投入的同時最大化的實現節能，并保證設備投入運行后的低能耗。其次，在設計中盡量采用科學的控制手段，降低高能耗系統的能耗指標，如：采用變頻技術對空調、水泵的電動機進行控制降低能耗。第三，對照明系統的合理設計，要求既能保證日常的使用需求，又可以實現對光源、自然光、太陽能等的合理利用，配合智能控制系統實現節能。

四、民用建筑電氣設計中的節能措施

1.通過感應設備節能。在現代建筑物里，有大量的感應性質的用電設備，像變壓器、氣體放電燈，這些用電設備內部的整流器都是有電感的，在使用過程中會產生滯后的無功功率，這就需要從用電系統中引入一些無功功率來抵消，在節能設計上可以提高系統的功率因數，進而降低因無功功率而造成的電能損耗，達到節能的目的。

（1）供配電過程中節能。在實際設計時，可以根據供電系統的負荷容量大小，供電距離的遠近以及用電設備狀態等因素，合理設計和選擇供配電系統，盡量使供電系統操作簡單，性能可靠。設計時，應將變配電所設在離用電中心近的地方，進而降低在電能傳輸過程中線路上的損耗；應根據現實的需要，合理地選擇變壓器的臺數以及每臺的容量，以便在不同的季節能靈活的投切變壓器，降低由于輕載造成的電能損耗。

（2）合理設計變壓器節能。在民用電力系統中，變壓器是必不可少的設備，合理選擇變壓器的型號和運行方式，就能減少變壓器造成的電能損失。在設計中，可考慮使用節能型的變壓器，盡量選用電阻值小的繞組；在選擇所用變壓器的臺數以及容量時，應綜合考慮線路中的負荷情況，以及每年運行時需要的費用，通過對負荷進行合理的規劃、分配，選擇與電路負荷相當的變壓器，進而降低電能的損耗。

（3）降低線路上的電能損耗。在配電線中，由于有電流通過，就不可避免的造成電能的損耗，為了減少此項電能的損失，可采取以下辦法：使用電阻率低的導線。電阻率最低的材料是銀線，其次是銅線，但銀線造價太高，所以在線路上盡量使用銅線，鋁線有時也是不錯的選擇；減小導線長度。在建筑電氣設計中，要盡量避免導線走彎路，以便減少電路中導線的長度，配電所設計的距離最好離用電中心最近，以便降低導線的長度；增大導線橫截面。在建筑電氣設計中，對于不可避免的使用較長的導線情況，可以在滿足載流量以及保護配合等要求時，盡量選用橫截面相對較大的導線。這樣做雖然在最初安裝過程中增加了線路導線的支出，但這么做可以減少線路中電能的損失，從長遠意義上講，還是相對經濟的做法。

（4）適當提高功率因數在供配電系統中，應盡量提高功率因數，這么做可以減少線路中由于無功功率造成的電能損耗，進而達到節能的目的。在電力輸送過程中有功功率要以滿足建筑物使用為前提，這項是不可以更改的。供電系統中發電機這樣的用電設備，在使用中由于具有電感性，會引起滯后的無功電流，這在電力輸送過程中就造成了線路中的功率損耗，但是，在設計時可以采取以下方法予以降低：提高用電設備的功率因數。在進行建筑物電氣設計時，應盡量選擇功率因數相對較高的用電設備，對于電感性的用電設備，可以考慮選用具有補償電容器的用電設備；可以考慮使用靜電電容器。在線路中使用靜電電容器來實現無功補償，電容器就會超前產生無功電流來抵消此部分的無功電流，在提高功率因素的同時又降低了整體無功電流。

2．照明設計節能。伴隨著我國改革開放的腳步，人們的生活水平也在不斷的提高，用于日常照明的電量已經達到總用電量的 7%左右。因此，在滿足照明的前提下，應科學、合理地設計照明設施，減少不必要的浪費，進而節約電能。選擇合適的電光源，在我國民用建筑中，照明用電不僅量大而且面廣，所以選擇合適的照明設備對于節能來說，非常關鍵，選用的電光源發光的功率要高，以便能用最少的電達到最良好的照明效果。

在建筑行業中，電氣設備的使用是最消耗電能的，合理的選擇電氣設備，在滿足正常使用前提下，降低電能的消耗是建筑行業節能的關鍵所在，在建筑電氣設計中要采取合理的節能措施。

作者簡介：

應少楓，1979年9月出，男，籍貫：諸暨，現任浙江城建煤氣熱電設計院有限公司工程師職務，本科學歷，研究方向：發電廠電氣系統與民用建筑電氣設計。

張琦俊，1985年7月出生、男、籍貫：杭州、現任浙江城建煤氣熱電設計院有限公司助理工程師職務、本科學歷、研究方向：發電廠電氣系統與民用建筑電氣設計。