高层建筑电气设计与节能

浅析高层建筑电气设计与节能

摘要：随着经济的发展和城市化建设进程的加快，城市中的高层建筑越来越多，高层建筑具有建筑面积大、建筑层数多和功能复杂的特点，高层建筑对电气有着很强的依赖性。高层建筑电气设计的安全性、可靠性和经济性直接影响着高层建筑的安全使用和建筑能耗，建筑设计人员要在建筑电气设计的过程中贯穿节能原则，对电气设备进行重点选择，实现建筑的整体节能。本文对高层建筑电气设计的内容、原则和不足进行了认识，并在此基础上探讨高层箭镞电气设计和节能措施。

关键词：高层建筑；电气设计；节能原则；内容

经济的发展和城市人口的增长带动了城市高层建筑的迅速发展，建筑面积巨大的高层建筑对工程的设计和施工都提出了挑战。工程设计是建筑施工的前提和基础，设计文件的质量直接影响着建筑的施工质量和使用质量。建筑设计人员在设计的过程中要贯彻节能原则，根据建筑的负载容量、用电设备特点、供电分布和供电距离来综合的进行建筑的电气设计，减少电气运行带来的电能损耗，节省设备的运行成本。

1 高层建筑电气设计的主要内容

（1）供电电源和电压的选择。高层建筑具有建筑面积大和层数多的特点，高层建筑都有两个以上的独立电源，确保建筑供电的可靠性和安全性。这些电源一般都是同时供电，互为备用电源，很多

高层建筑还安装了机油发电机组，确保在停电的15min之后恢复供电，保证建筑在照明、电器使用、电梯设备以及消防设备方面的正常供电，我国高层建筑的标准电压等级都是10kv。此外，电气设备人员还要对建筑电力负荷进行计算，对电气设备的选择提供依据，电力负荷计算一般是采用需要系数法和负荷密度法。

（2）配电系统设计。①我国高层建筑一般都是10kv标准电源进行同时供电，使用单母线进行高压分段，实现电压的自动切换。配电系统计费方式是高供高计，在建筑低压配电系统旁边也安装计费电度表，采用两部电价法。②高层建筑单台变压器的容量一般都在1000kva以上，减少变压器的数量。在变压器中间设置联络开关，限制低压侧电流的短路。再次，高压线和低压线一般都是采用的放射式系统，而高层建筑楼层配电则是采用的混合式系统，高层建筑竖井多是采用插接式的母线槽，水平干线一般采用的全塑电缆。

（3）电气设备选型。高层建筑电气设备众多，包括了高压开关柜、低压配电屏、电力变压器、应急发电组以及照明系统等，高层建筑的高压开关柜应该使用真空开关手车式的开关柜，将变配电室设在建筑主楼的地下层，低压配电屏都要设置成抽屉式，大容量出线要做成手车式，电力变压器要避免油浸电力变压器的使用，达到建筑防火的目的。建筑应急发电机组要尽量使用燃气轮发电机，电气照明设计要按照照度、光源、灯具布置、调光控制和眩光控制的不同来进行设计，建筑装饰和照明设计之间要相互配合，使用高光

效电光源来减少能量的浪费。

（4）其他方面的设计。①建筑的防雷与接地。高层建筑电气设计中要做好金属管线接地工作，电气设备保护接地、工作接地以及防雷接地都是相互结合的，接地电阻一般都在4ω以下，在均衡电位的基础上提高建筑的安全性。②电梯的设计。高层建筑具有功能复杂的特点，建筑不仅仅是居住的需要，高层建筑电梯包括了高级和普通客梯、消防梯、观景梯、货梯和自动扶梯，电气设计人员要和建筑总设计人员进行沟通协商确定。③消防灭火系统的设计，高层建筑自动报警灭火系统包括了火灾探测器、消防报警控制器、自动灭火器等，高层建筑电气消防用电设计的问题众多，需要电气设计人员进行精心的设计。

2 建筑电气设计常见问题和电气节能设计原则

（1）高层建筑电气设计中漏电开关极数选择问题。电气设计关系到建筑的安全用电，设计人员在电气设计的过程中要遵循电气设计规范和原则。单相220v电源供电的电气设备要选择单极二线式或者是二极二线式的漏电保护器，380v电源供电电气设备要选用三级式的漏电保护器，三极四线式的电气设备要选用四极四线式或者是三极四线式的漏电保护器，确保漏电开关极数能够满足电气正常使用的需要。

（2）建筑电气线路接地故障保护。高层建筑公共活动区间和走廊要设置室外照明灯，室外照明灯比室内照明灯要承受更多的影

响，灯具的损坏很容易引发安全事故，严重的还会造成人员的电击死亡。在高层建筑电气设计的过程中，室外照明应该尽量选用竹接地系统，室外照明设备可以单独的使用金属外壳进行保护，避免更多的故障。电气设计者在电气设计的过程中，要进行灵敏度校验，提高断路器灵敏度系数，为线路装置设置接地故障保护，将电气危害系数降到最低。

（3）电气节能设计的原则。随着经济的发展和城市人口的增多，高层建筑的建设还加大了能源的浪费，建筑电能消耗惊人。高层建筑电气设计人员在做好电气设计的同时，还要将节能原则贯彻到电气的设计中。①电气节能要满足建筑使用功能的要求，满足建筑的日常照明、室内温度、通风量，确保建筑上下通道的畅通和电气娱乐设施的用电。②电气设备设计要考虑经济因素，实现电力运行和电气节能之间关系的协调，提高建筑运行的整体效益。此外，高层建筑电气节能主要是避免不必要电能的消耗，设计人员要首先确定建筑能耗的关键点，对功能损耗严重的电气设备进行处理，采用先进的技术来降低能耗，加大新技术和新型节能设备在高层建筑的应用，真正实现建筑节能。

3 高层建筑电气设计与节能措施

（1）建筑配电系统和无功补偿装置的节能设计。①配电系统要根据供电距离、符合容量以及用电设备的特点来进行设计，变配电所应该和负荷中心靠近，在节省线材的基础上降低电能的损耗。设

计人员要合理的选用变压器台数和容量，变压器要能够适应季节的变化，实现变压器的灵活投切，将电能的损耗降到最低。②无功补偿装置应该实行就地补偿，减少无功传输，避免电容器在没有放完电的情况下又进行充电，造成电能的浪费。建筑自动扶梯、步行道和电梯都不应该增加补偿电容器，避免电机的过电压损害，而民用建筑可以采用就地补偿装置，采取集中补偿的办法来降低能耗。

（2）供配电系统功率因数的提高。建筑供配电系统功率因数的提高可以提高设备利用率，减少无功功率损耗，实现建筑电气节能。

①自然功率因数的提高，这可以通过选择异步电机、调整工艺流程和改善机电设备运行状况、使用同步电动机以及实现电力变压器轻载运行的方法来实现。②无功功率的人工补偿，并联电容器是用户经常使用的无功功率补偿设备，设计人员在设计的过程中可以采用高低压柜集中补偿和分散就地补偿的办法，结合建筑电气设备的实际情况来进行设计。③电动机节能设计，设计人员可以通过提高电动机功率因数和工作效率的办法来减少电机的电能损耗，将电动机节能贯彻到电气运行的过程中，提高电机运行效率，减少能源的浪费。

（3）线路电能损耗的减少。线路电能损耗也是高层建筑电能损耗的重要方面，设计人员要重视线路上的电能损耗，按照发热条件、电压损失和机械长度来进行低压线路截面选择，减少线路损耗，选用电阻率比较小的材质作为线路导线，包括铜芯导线和铝线。在设