基于智慧型的建筑電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘 要：智慧型建筑是更加具有前瞻性的新型建筑，它更加注重用戶使用的方便性、安全性和實(shí)用性等，使住戶有更舒適的入住體驗(yàn)。智慧型建筑相對(duì)于傳統(tǒng)建筑更加人性化，它注重將人的衣食住行涵蓋到設(shè)計(jì)理念，從源頭開(kāi)始規(guī)劃，在材質(zhì)、管線等中間過(guò)程與后期維護(hù)等建立連鎖式關(guān)系，最終形成具有前瞻性且實(shí)用性高的智慧型建筑物，而智慧型建筑電力系統(tǒng)是要為智慧型建筑提供實(shí)現(xiàn)的可能性，電力、信息和空調(diào)設(shè)計(jì)等全方位的進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終使建筑成為智慧型建筑。

關(guān)鍵詞：智慧型；電力系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.184

1 基于智慧型建筑電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求

對(duì)每一個(gè)建筑物來(lái)說(shuō)，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑物在后期投入使用過(guò)程中能夠安全高效的保障，尤其是對(duì)大型建筑來(lái)說(shuō)，它對(duì)智慧型建筑建筑的重要性也不言而喻。建筑的許多功能需要供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助實(shí)現(xiàn)，建筑的電負(fù)荷主要以一、二類負(fù)荷為主，用電設(shè)備的質(zhì)量應(yīng)該符合一定要求，對(duì)一些大型建筑來(lái)說(shuō)，供配電線相對(duì)較長(zhǎng)，因此每一根電線不可避免要造成更多的線路損耗及電壓損失，那么為了減少這種損失，需要設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際情況來(lái)布置不同樓層的配電變壓器。智慧型建筑的特點(diǎn)是更具有前瞻性、安全性節(jié)能性等，能夠?yàn)橛脩籼峁└玫娜胱◇w驗(yàn)，建筑物能夠包含更加多元化的因素，因此在進(jìn)行智慧型建筑的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該要將安全節(jié)能等因素作為主要參考因素。

1.1 安全性

供配電系統(tǒng)對(duì)建筑的功能來(lái)說(shuō)相當(dāng)于它的動(dòng)力，投入使用后直接影響使用者的體驗(yàn)，而供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的內(nèi)容是電力設(shè)計(jì)。電力是保障建筑功能實(shí)現(xiàn)的能源基礎(chǔ)，建筑從施工到使用到后期維護(hù)等所有的環(huán)節(jié)都離不開(kāi)電力的支持，而電力是一把雙刃劍為人們帶來(lái)福利的同時(shí)也是危險(xiǎn)品，安全問(wèn)題可能會(huì)在電力使用過(guò)程中發(fā)生，而安全事故一旦發(fā)生勢(shì)必會(huì)給建筑內(nèi)人員或者財(cái)產(chǎn)造成不同程度的損害，甚至危及生命。因此，在智慧型建筑中要首先強(qiáng)調(diào)電力系統(tǒng)的安全性。

1.2 節(jié)能性

隨著社會(huì)文明的不斷發(fā)展，節(jié)能環(huán)保也不斷被推廣，因此基于智慧型建筑的電力系統(tǒng)也應(yīng)該重視節(jié)能環(huán)保問(wèn)題。我國(guó)人口基數(shù)大，因此全國(guó)范圍內(nèi)來(lái)說(shuō)每年的用電量較大，但是有相關(guān)調(diào)查顯示我國(guó)的人均用電量超過(guò)世界平均水平，這就說(shuō)明了我國(guó)在電力系統(tǒng)節(jié)能性上做的努力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，智慧型建筑不僅要滿足用戶的入住需求，更要秉承國(guó)家的發(fā)展政策和趨勢(shì)進(jìn)行電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在功能齊全、安全性高的同時(shí)更要強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保。我國(guó)部分地區(qū)的電力資源相對(duì)匱乏，與此同時(shí)我國(guó)人口基數(shù)大，電力資源需求大，基于這樣的基本國(guó)情，更要在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)節(jié)能性，為我國(guó)節(jié)約電力資源，與世界節(jié)能環(huán)保的理念接軌。

1.3 經(jīng)濟(jì)性

對(duì)建筑開(kāi)發(fā)商來(lái)說(shuō)每一筆開(kāi)支都會(huì)對(duì)工程造價(jià)產(chǎn)生直接影響，建筑本身需要開(kāi)支、人員和材料等都需要開(kāi)支，那么，對(duì)電力系統(tǒng)的開(kāi)支，事實(shí)上可以通過(guò)合理的設(shè)計(jì)做到一部分節(jié)約，線路的長(zhǎng)短、多少等會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本造成影響，另外對(duì)用戶的平均用電量也會(huì)造成影響，如果在設(shè)計(jì)階段能夠盡可能避免線路過(guò)長(zhǎng)可以有效為開(kāi)發(fā)商和業(yè)主減少開(kāi)支，也體現(xiàn)了基于智慧型建筑電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

2 電力整合系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 電力接地系統(tǒng)

電力接地系統(tǒng)主要目的還是為了安全，配電線路和設(shè)備在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用或處于潮濕等環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)絕緣劣化、線路老化、設(shè)備損壞等現(xiàn)象，而這些問(wèn)題極有可能導(dǎo)致非帶電的金屬局部電位急劇升高，產(chǎn)生較高電壓等，這些會(huì)對(duì)周圍人員或其他設(shè)備、物件等帶來(lái)危害，可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故給人員和財(cái)產(chǎn)造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。為了防止此類事故的發(fā)生需要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行接地裝置，可以及時(shí)將電荷傳遞給大地，形成感應(yīng)電荷的疏導(dǎo)回路避免安全事故的發(fā)生。

2.2 功率因素改善

功率因素的改善主要從能源和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行考慮，具體有以下目的：①節(jié)省電力費(fèi)用；②較少線路電流；③減少電路壓降；④減少線路電力損失；⑤增加系統(tǒng)供電容量等。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不可避免產(chǎn)生一些無(wú)效功率，也就是虛功率，虛功率不對(duì)外做功，但是會(huì)造成系統(tǒng)線路損失的突然增大。因此，在負(fù)載有效功率確定的情況下，應(yīng)該盡可能采用并聯(lián)電容器，以此來(lái)提高系統(tǒng)的功率因子，電容器能提供系統(tǒng)超前的無(wú)效功率，從而使系統(tǒng)的無(wú)效功率降低，最終減少線路電流實(shí)現(xiàn)功率改善的目的。

2.3 電壓降計(jì)算

電壓降計(jì)算的主要目的是節(jié)約電力，同時(shí)也減少不必要的經(jīng)濟(jì)支出。有相關(guān)屋內(nèi)線路規(guī)定：供應(yīng)電燈、電熱、電力或是混合負(fù)載的低壓分路電壓降不得超過(guò)該分路標(biāo)稱電壓的3%；如果分路前有干線，那么干線電壓不可以超過(guò)2%等；電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段應(yīng)該對(duì)不同區(qū)域用電情況進(jìn)行預(yù)估，然后計(jì)算所需容量，避免盲目設(shè)計(jì)造成電力資源的不必要浪費(fèi)。

3 基于智慧型建筑電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1 電力負(fù)荷的確定

基于智慧型建筑的電力系統(tǒng)一方面要注重安全性，前瞻性，最重要的是要注重實(shí)用性，所有的設(shè)計(jì)都要以實(shí)用為根本目的，不能空有其表。而電力負(fù)荷的確定是電力系統(tǒng)實(shí)用性的主要體現(xiàn)，智慧型建筑的規(guī)模和性質(zhì)都應(yīng)該作為電力負(fù)荷確定的影響因素，另外，還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓╇妼?shí)際情況等因素共同決定。我國(guó)大部分建筑采用10kV電源，除非有特殊的用電需求可能會(huì)采用35kV或110kV電源，電源電力負(fù)荷對(duì)電源回路數(shù)有著直接影響，例如，電力負(fù)荷為1級(jí)時(shí)，進(jìn)線供電需要兩路獨(dú)立電源，當(dāng)電力負(fù)荷為2級(jí)時(shí)，進(jìn)線電源則不要求獨(dú)立。在電力負(fù)荷確定過(guò)程中要盡可能綜合考慮各種因素的共同影響，確保電力系統(tǒng)可以安全高效地投入使用。

3.2 供電電源的選擇

供電電源為整個(gè)建筑的電力設(shè)備提供電力，供電電源的選擇直接關(guān)系到后期建筑功能的實(shí)現(xiàn)。供電電源的選擇可以從電力，電荷方面進(jìn)行參考，另外，要結(jié)合電容量，用點(diǎn)設(shè)備，供電距離等各種因素綜合考慮，設(shè)計(jì)人員在對(duì)所有相關(guān)因素進(jìn)行綜合分析以后進(jìn)行供電電源的選擇。

3.3 變配電所的布置

變配電所的布置一般要以設(shè)備的負(fù)荷為基本依據(jù)，對(duì)于一些大型建筑通常需要配置規(guī)模較大的變電所，主要是因?yàn)榇笮徒ㄖ挠秒娫O(shè)備負(fù)荷較大，主要為一二級(jí)負(fù)荷，對(duì)于大型建筑來(lái)說(shuō)變配電所的位置一般在地下，并且盡可能靠近大型建筑的用電負(fù)荷。

3.4 電壓選擇和電能質(zhì)量

電壓選擇和電能質(zhì)量主要是要強(qiáng)調(diào)對(duì)電壓偏差的影響，這個(gè)在前文中功率因素的改善中也有涉及，通過(guò)電容器并聯(lián)的方式對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，降低系統(tǒng)的無(wú)效功率，提高電能質(zhì)量，為三項(xiàng)電荷平衡提供保障。

3.5 備用電源和應(yīng)急電源

備用電源和應(yīng)急電源是為了防止一些突發(fā)狀況的發(fā)生，使一些設(shè)備瞬間斷電，可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害或者使一些信息數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題的出現(xiàn)。備用電源或者應(yīng)急電源通常是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組來(lái)發(fā)電。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組的負(fù)荷要通過(guò)具體的計(jì)算獲得，確保可以為用電設(shè)備提供所需電荷。另外，柴油發(fā)電機(jī)組提供電荷應(yīng)該考慮到消防情況，在有消防情況和沒(méi)有消防情況的條件下應(yīng)該選擇電源能量較大的一種，正常供電一旦發(fā)生中斷，備用電源應(yīng)該立刻啟動(dòng)，在最短時(shí)間內(nèi)為用電設(shè)備供電，確保用電設(shè)備可以最快投入正常使用，同時(shí)，當(dāng)日常供電恢復(fù)正常時(shí)機(jī)組能夠自動(dòng)退出。

3.6 配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于智慧型建筑的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮樓層分布，對(duì)于不同樓層的供電通常采用分區(qū)樹干式配電方式，這也不是唯一的配電方式，對(duì)一些容量較大的負(fù)荷區(qū)域會(huì)采用樹干式和放射式相結(jié)合的方式。對(duì)一些大型建筑來(lái)說(shuō)，地下室是電力負(fù)荷較大的區(qū)域，此時(shí)采用放射式比較適合，而從從配電房到建筑室的配電箱則建議采用樹干式配電方式。值得注意的是樹干式配電方式的配電箱一定要帶有保護(hù)開(kāi)關(guān)，放射射系統(tǒng)的配電箱則是要選擇隔離開(kāi)關(guān)。

4 電力系統(tǒng)建材智能型規(guī)劃

4.1 智能型系統(tǒng)規(guī)劃

電力系統(tǒng)的構(gòu)成離不開(kāi)各種電力設(shè)備，首先是基礎(chǔ)設(shè)備：電信總配線架、光終端配線架、電信保安接地設(shè)備、總接地箱、公共BA監(jiān)控設(shè)備等，其次是輔助設(shè)備門禁系統(tǒng)設(shè)備、廣播系統(tǒng)設(shè)備、對(duì)講系統(tǒng)設(shè)備和監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備等，電力系統(tǒng)的種類和數(shù)量都比較多，因此，要在電力系統(tǒng)布置之前進(jìn)行合理規(guī)劃，確保每一項(xiàng)設(shè)備都可以放在其該在的位置。電力系統(tǒng)的整體規(guī)劃要以建筑物基礎(chǔ)數(shù)據(jù)面積為基本依據(jù)，同時(shí)對(duì)每層樓層地板面積、總樓地板面積進(jìn)行詳細(xì)了解，然后再根據(jù)相關(guān)部門的技術(shù)規(guī)定進(jìn)行機(jī)房面積計(jì)算。基于智慧型建筑的電力系統(tǒng)一般分為兩大類：電話系統(tǒng)和電視共視系統(tǒng)。電話系統(tǒng)通常由電信室總配電箱為起始點(diǎn)，然后通過(guò)配電管和電纜線到樓梯間主配線箱，接著可以通過(guò)水平配線到達(dá)用戶房間內(nèi)所需位置。對(duì)電視共視系統(tǒng)起始點(diǎn)依然是電信室總配線箱，通過(guò)樓梯間的主配線箱以多模光纖水平配線至住戶宅內(nèi)配線箱，也就是所謂的光纖到戶。電視動(dòng)視系統(tǒng)還可以通過(guò)屋頂電視天線為起點(diǎn)，經(jīng)過(guò)放大器到不同樓梯間的電視箱，再通過(guò)分歧器到達(dá)每一個(gè)用戶。電力系統(tǒng)為建筑內(nèi)所有用戶提供電視、電話和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，確保每一個(gè)用戶都可以穩(wěn)定安全地享受這些系統(tǒng)帶給他們的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，這就要求設(shè)計(jì)者在前期設(shè)計(jì)規(guī)劃階段要具有前瞻性，并且確保每一種系統(tǒng)都具有擴(kuò)充性。

4.2 電力供應(yīng)方式設(shè)計(jì)

基于智慧型建筑的電力系統(tǒng)電力供應(yīng)方式主要從以下方面進(jìn)行，首先，在前期規(guī)劃時(shí)要加入寬帶網(wǎng)落加值性服務(wù)，提高建筑物本身的定位，并提高它的使用價(jià)值；其次，為建筑提供250MHz的寬帶化環(huán)境，為寬帶網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的整體規(guī)劃和配置提供更多可能性和擴(kuò)充性；電力系統(tǒng)中應(yīng)該包含語(yǔ)音和數(shù)據(jù)與視訊能夠整合到一起的星狀架構(gòu)配線系統(tǒng)；接著是要規(guī)劃Internet ready與Intranet ready的完美建制；然后是對(duì)客戶需求的滿足，不管是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都要覆蓋全面，確保每一位用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)都可以有滿意的入住體驗(yàn)；再然后是每一個(gè)住戶宅內(nèi)都應(yīng)該配有配線箱，網(wǎng)絡(luò)和電信需求全方位的為住戶提供；最后一點(diǎn)也是最重要的一點(diǎn)，就是基于智慧型建筑的電力系統(tǒng)必須是具有完善的物業(yè)管理維護(hù)者和客戶都比較合適的配線標(biāo)示管理系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

智慧型建筑就是要在傳統(tǒng)建筑的基礎(chǔ)上滿足客戶的基本用電需求的同時(shí)，能夠更好地為客戶提供全方位的電信網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)，對(duì)新型的建筑來(lái)說(shuō)電力系統(tǒng)是建筑內(nèi)不可缺少的部分，也是人們生活離不開(kāi)的一部分，智慧型建筑以其前瞻性、擴(kuò)充性和實(shí)用性等諸多優(yōu)點(diǎn)為人們生活帶來(lái)更佳舒適的體驗(yàn)，也給設(shè)計(jì)者提出了更多要求，對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施者來(lái)說(shuō)也是新的挑戰(zhàn)。本文針對(duì)基于智慧型建筑電力系統(tǒng)中的一些問(wèn)題進(jìn)行了一些簡(jiǎn)要分析和闡述，希望能為未來(lái)的智慧型建筑電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出一些有參考意義的建議。

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作者簡(jiǎn)介：王蓮花（1979-），女，山西忻州人，碩士研究生，研究方向：安全技術(shù)及工程。