淺議高層建筑電氣自動化設計要點

王淼

【摘要】本文從電氣自動化原理及設計標準出發，對高層建筑中電氣自動化設計的影響因素和設計要點，進行了認真研究。

【關鍵詞】高層建筑 電氣自動化 設計

電氣自動化是一門綜合性較強的學科。電氣自動化主要是研究系統的開發和運行、自動控制、計算機應用、電力電子技術、信息處理等內容。電氣自動化在高層建筑的有機應用，使高層建筑使用功能及住戶的生活質量得到了顯著提高。因此，設計出優質的高層建筑電氣自動化設計方案其意義十分重大。

1高層建筑電氣自動化概述

1.1工作原理

作為一種智能控制系統，高層建筑的電氣自動化系統由負責中央監控的計算機、現場控制器、主控制器、傳感器和執行裝置等組成，通常分為四級控制：第一級的控制為中央監控計算機。主控制器負責一二級網絡之間的連接，是第二級的控制裝置。現場控制器連接在二級網絡之上，負責對設備進行現場控制，是第三季的控制裝置。第四級控制裝置為各個設備上的傳感器和執行裝置，以保證控制系統的獨立工作能力。

1.2基本功能

1.2.1統一管控建筑內各機電設備

電氣自動化系統可以對各個機電設備實施統一協調、管理和控制。根據外界條件、環境因素、負載的情況對電氣設備做出調節，使其運行始終保持最佳的狀態，并可對各種突發事件進行監測。

1.2.2對高層建筑設備進行監測

電氣自動化在高層建筑中的應用可以實現對設備的監測，自動發現故障、自動報警、自動記錄各個設備的運行數據和故障信息，以實現實時的監控運行數據。這樣可以減少設備維修費用，延長設備使用壽命，及時發現和控制各種隱患，提高高層建筑的整體安全性。

1.2.3數據共享

電氣自動化系統可以實現對測控網絡和計算機管理過程中數據的共享，對水電氣的使用和收費情況進行計算，實現能源管理自動化。

2設計人員在設計時應重點考慮的因素

2.1性能

在進行電氣自動化設計時，首先要確保建筑內照明、空調、運輸通道等系統的電力供應的穩定性和安全性，然后在供電穩定的基礎上，再提高各個系統的性能。系統的便捷性、安全性和自動化程度的提高可以有效提高住戶的生活質量。

2.2成本

在設計時，必須把成本因素考慮其中，在設計出優質方案的同時，也應把成本控制在合理的范圍之內。只有這樣，才能符合投資方的要求，才能切實滿足住戶的生活需求。

2.3節能減排

設計人員在設計中，不僅要注意提高建筑物的使用功能，還應充分考慮到建筑物在使用中的節能減排問題。因為高層建筑住戶多，各系統的耗電量較大，所以具有較大的節能空間。比如用自動化系統來控制樓宇空調的開關，電梯的運行和控制等等。

3系統的設計研究

3.1設計的原則標準

電氣自動化系統的設計應遵循的原則是：技術先進、功能實用、可靠性和安全性強、系統的開放性、集成性和互操作性高。在設計時嚴格遵守國內外相關標準和規范，以及建設方所提出的技術參數和要求。

3.2設計流程

3.2.1用戶需求分析

設計系統時，首先必須做好的工作是要認真進行用戶需求分析。通過設計任務書、走訪調查等方式，設計人員要對建筑內的自動化系統以及設備做到深入調查和了解，認真做好用戶需求分析，了解系統的重點所在。

3.2.2子系統方案設計

設計人員依據對用戶需求分析的結果，設計實際控制各個系統的方案，進而明確子系統的數量，以及所要實現的功能。

3.2.3系統監控點編制

根據確定好的子系統控制方案，來設置監控的位置和選用的設備類型，然后編寫監控點總表，并進行統計和匯總。

3.2.4系統設備配置和圖紙繪制

認真做好系統設備的配置和各系統圖紙的繪制工作。

3.3要點分析

在電氣自動化系統設計中，應遵循的要點：中央監控室應選擇靠近系統中心的位置，并要注意遠離噪音大、潮濕、強電磁干擾的環境。現場控制器應考慮到對系統進行調試、維護和管理的方便來設置，應盡量靠近現場傳感器和執行裝置，注意相對集中和經濟布線，接口應留15%的剩余量。傳感器分為數字輸出和模擬輸出兩種輸出方式，應充分考慮其抗電磁干擾能力，如現場電磁干擾較強，則應選擇電流型傳感器，反之就選擇電壓型傳感器。對于現場的信號線和通信線路，均應考慮其屏蔽方式，對其布線采用線槽和金屬線管進行敷設。供電系統必須有備用電源，確保供電不間斷。

4設計要點

4.1中央控制室

中央控制室作為電氣自動化控制系統的主體部分，其作用是通過變配電，直接實現回路供電的應用。在電氣自動化設計中，從中央控制室出發，向各個子系統輻射控制，所以在設計時應優先給予滿足。在高層建筑中央控制室設計中，需要為其配備專用的配電盤，且其負荷等級應在最高級別之上。中央控制室供電電壓波動上下不超過10%，頻率變化保持在1Hz以內，波形失真率20%為最好。

4.2電氣監控系統

在電氣自動化系統中，電氣監控系統是用來對電氣設備進行運行狀態和可能發生故障的實時監控。一旦發生故障，監控系統就會切斷對該設備的電力供應，避免故障范圍繼續擴大，影響電氣系統的正常運行。電氣監控系統的工作方式，主要是通過對各種參數的分析來實現對其實施監控的目的。其主要流程是：首先在設備正常運行的前提下，向監控系統中輸入運行參數，然后對測量到的參數進行處理和顯示，對比分析檢測參數與預測值，以掌握整個系統運行的狀況。如果經過邏輯判斷發現故障，應立刻輸出保護信號，開啟執行元件來執行對設備的保護動作。電氣監控系統中設計的難點是如何獲取動態參數，以及如何對參數進行分析和判斷。

4.3節能系統

4.3.1照明系統節能

照明系統的控制方式主要有：智能控制和定時控制兩種。在多數高層建筑中常用的是智能控制手段。總體智能系統分為系統、輸入、輸出三個單元，且分別與計算機連接。通過智能繼電器，實現對多路光源的獨立控制。最后通過對系統反饋信息的處理，實現自動化系統在照明系統中節能的統一管理和智能控制。

4.3.2空調系統節能

空調系統的節能是整個高層建筑節能控制的關鍵所在。空調節能控制技術主要有地源熱泵、水源熱泵、變風量控制等技術。地源熱泵是利用地下淺層地熱來來實現供熱和制冷的空調系統。水源熱泵是利用水來儲存太陽能，進行冷熱轉換的空調技術。這兩種技術都具有節能高效、資源可再生、運行可靠、維護簡便等優點。變風量控制技術是通過調節參數來調節送風量，實現空調系統的節能。

4.4電氣保護

4.4.1安全保護接地

高層建筑中，安全保護接地主要是涉及用電設備及其周邊的金屬件。隨著高層建筑電氣設備的復雜化，需要進行安全保護接地的范圍越來越廣，沒有安全保護接地的設備一旦絕緣層發生損壞，外殼帶電，就可能對住戶的人身安全帶來危險。采取安全保護接地措施后，由于接地電阻遠小于人體電阻，所以通過接地保護既能保護電氣系統的安全運行，又能保護高層建筑內的人身安全。

4.4.2直流接地

在高層建筑中，各種電子設備，如計算機、通訊設備、自動化設備等需要進行轉換能量、輸入傳輸信息、放大信號等一系列工作。在這些工作過程中，微電流和微電位的應用必不可少。為了確保這些設備的正常運行，除了保持電源的穩定、基準電位的穩定之外，還必須實現電子設備的直流接地。

4.4.3靜電和屏蔽接地

高層建筑中，預防靜電對設備的干擾是十分重要的。在高層建筑中應采取屏蔽接地的方法來解決電磁干擾問題，在設置屏蔽接地時，應讓PE線和設備外殼實現有效連接，而室內屏蔽則應注意PE線與多點之間的連接。

4.4.4防雷接地

現代化的高層建筑中，有很多系統都會應用涉及到大量的電子設備和布線系統。如通信、火災報警、消防、辦公自動化、保安監控等系統。這些系統中的電子設備和布線系統極易受到雷電影響，造成損壞，甚至可能引發安全事故。因此在高層建筑中應確保防雷接地良好。在電氣自動化設計中應實施一級防雷措施，以避雷針網格和金屬構件的連接作用來形成多層次的防雷系統，既能減少電磁干擾，也可以保護建筑物和設備。

4.5消防應急照明

消防應急照明系統的設置直接關系到建筑內發生火災時人員的疏散與逃生的成敗。所以設計人員應抱著高度負責的精神做好消防應急照明系統設計。

4.5.1電源選擇

選擇應急照明系統供電方式時，要結合照明種類、持續工作的時間、轉換速度、電源特性等因素進行選擇；還應結合建筑工程的實際情況，既要保證應急照明的可靠性，又要保證其方式的經濟性。消防應急照明系統的電源有三種方式：電網供電、蓄電池電源供電，以及柴油發電機供電。

4.5.2控制形式

消防應急照明控制主要有三種形式：常閉狀態，發生火災時點亮，此方式優點在于控制簡單且節約能源，缺點在于設備出現故障時難以及時發現。常亮狀態，優點是控制簡單；缺點是浪費電力能源。平時可控，火災時強行點亮，優點是節約成本和能源；缺點是控制系統復雜，不易排查故障。

5結語

高層建筑的電氣自動化系統的建設工作，必須從整個建筑的設計之初就開始進行用戶需求的定位，在設計過程中，設計人員應對整個電氣自動化系統有著深入的調查和了解，才能制訂出科學、合理的設計方案，才能確保高層建筑整個系統建設的科學、高效、安全、節能、實用。

參考文獻：

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