浅谈办公楼电气设计

浅谈办公楼电气设计
摘要：随着科技进步，现代建筑中电气系统在整个建筑物中的重要性越来越明显,办公楼的电气设计除了要满足正常工作需要外，还要本着安全节能的原则为相关人员提供一个安全、方便和舒适的工作环境。

本文将围绕“人性化、智能化、节能”的理念，从供电系统、电气照明、智能化系统、综合布线等方面对办公楼电气设计进行探讨。

关键词：供电系统电气照明智能化系统综合布线
随着时代的进步科技的发展，现代办公楼逐渐向着智能化发展，即主要由建筑自动化系统（BAS）、办公自动化系统（OAS）、信息通信系统（CAS）三个系统组成，并利用计算机网络技术、通信技术将此三个系统进行系统集成。

故此现代办公楼电气技术是以电能、电子、电器设备及电气技术为手段来创造、维持和改善人们工作环境的电、光、声、冷和暖环境的一门跨学科的综合性的技术科学。

现代办公楼的电气设计不再只满足于简单的照明和动力，而是正在走向人性化、智能化，怎么样才能使建筑物更安全可靠，最大化的发挥使用价值乃至于更能最大限度的节能，是现在电气设计中重点考虑的问题。

本文将从供电系统、电气照明、智能化系统、综合布线方面针对现代办公楼电气设计中涉及到的人性化、智能化、节能问题进行探讨分析。

（办公楼电气设计内容如图1所示）
图1
1供电系统
1.1供电方式
1.1.1现代办公楼对供电的要求
（1）保证供电的可靠性
根据现代建筑得特点应根据负荷的性质和大小、外部电源情况、负载与电源之间的距离，确定电源的回路数。

应对负载进行合理分析划分级别，以便正确的设计供配电系统。

除了具有外部电网可靠电源外还应备有应急电源，主要保证消防和事故照明供电。

根据负载情况确定两回路电源还是一用一备。

（2）满足电源的质量要求
稳定的电源质量是用电设备正常工作的根本保证，电源电压的波动、波形的畸变，多次谐波的产生都会对现代办公楼的用电设备性能造成影响，对计算机及其网络系统产生干扰，导致降低使用寿命，使控制过程中断或造成中断。

所以应采取措施减少电压损失，防止电压偏移，抑制高次谐波。

（3）减少电能损耗
1.1.2供电方案
（1）两路高压电源，正常时一用一备，即当正常工作电源事故停电时，另一路备用电源自动投入（两路电源可以互为备用）。

此方案可以减少中间母线联络柜，对节省基建投资和减少高压配电室建筑面积均有利。

（2）两路电源同时工作，当其中一路故障时，由母线联络开关对故障线路供电，此方案增加母线联络柜和电压互感器柜，于是变电所面积增加了。

（3）我国目前最常用的主接线方式为两路10KV独立电源供电，变压器低压侧采取单母线分段的方式。

两路电源互为备用方式，若供电线路和变压器均按100％备用选择设备条件下，供电可靠性较高，但会出现电费过高问题，而从节能角度由于正常运行时线路和变压器损耗均较低也是有利的，但要增加一些初期投资。

1.2负荷计算
1.2.1用电负荷分类
（1）保安型负荷
保证大楼人身安全及智能化设备安全、可靠运行的负荷。

有消防电梯、消防水泵、正压送风机、排烟风机、应急照明、消防控制系统、BA系统及其他一些智能系统。

（2）保障型负荷
保障大楼运行的基本设备负荷。

有工作区照明、插座、生活水泵、电梯等。

（3）一般负荷
除上述负荷外如：一般电力、照明、空调设备、冷水机组、锅炉等。

1.2.2负荷等级划分
现代建筑用电设备负荷的划分等级
表1
1.2.3负荷计算
负荷的计算方法有需要系数法、负荷密度发、单位指标法等。

由于需要系数法比较比较便利，因而广泛使用，低压母线上的负荷计算多采用需要系数法。

计算电流:
js I =
用电设备组计算负荷： e n P k P =
Q Ptg φ= 22Q P S +=
配电干线计算负荷 ∑=P k P t c 1
∑=Q k Q t c 2
22c c c Q P S += 3
380c js S I =
式中 t k ------------------同时系数
n k ------------------需要系数
Q-------------------用电设备组无功功率（kvar ）
P--------------------用电设备组有功功率（kW ）
1.2.4在设计时往往考虑各方面的不利因素，防止将来用电不够，目前国内许多建筑的变压器实际运行负载率较低，造成设备投资的浪费。

1.2.5现代建筑办公区的用电设备主要为电脑、传真机、复印机等，用电负荷密度根据等级而定
（1）甲级容量按60VA/m 2，插座按20个/m 2。

（2）乙级容量按40VA/m 2，插座按15个/m 2。

（3）丙级容量按30VA/m 2，插座按10个/m 2。

1.3配电网络
低压配电网络，是指从终端降压变电所的低压侧到用户内部低压设备的电力线路，其电压一般为380/220V 。

1.3.1配电系统的电压等级一般不超过两级。

为便于维修，多层建筑宜分层设置配电箱，每套房间宜有独立的电源开关。

单相用电设备应适当配置，力求达到三相负荷平衡。

1.3.2用电质量要求。

低压配电线路应当满足用户用电质量的要求。

电能质量主要是指电压和频率两个指标。

电压质量是看加在用电设备端的网络实际电压与该设备的额定电压之间的差值，差值越大，说明电压质量越差，对用电设备的危害也越大。

电压质量除了与电源有关以外，还与动力、照明线路的合理设计关系很大，在设计线路时，必须考虑线路的电压损失。

一般情况下，低压供电半径不宜超过250m 。

电能质量的频率指标我国规定工频为50Hz ，是由电力系统保证的。

它与照明、动力线路本身无关，但超过了规定值，将影响用电设备的正常工作。

1.3.3考虑发展。

从工程角度看，低压配电线路应当力求接线简单、操作方便、安全，具有一定的灵活性，并能适应用电负荷发展的需要。

其它要求。

操作、维护方便。

尽量节省有色金属的消耗量，同时，配电系统的电能损耗尽可能小，运行费用尽可能低。

1.3.4接线形式
配电网络主要有三种接线形式，即放射式、树干式和混合式
（1）放射式
放射式接线方式中各负荷独立受电，发生故障时互不影响，供电可靠性较高。

但由于放射式接线占用的低压干线较多，有色金属消耗也较多，致使投资费用相应增加。

因此放射式一般用于容量大、负荷集中或重要的用电设备。

（2）树干式
树干式供电线路与放射式比较，具有结构简单、投资费用和有色金属较省的优点，但在供电可靠性方面不如放射式。

因此树干式供电线路多用于一般负荷。

（3）混合式
放射式与树干式的混合供电线路称为混合式，这种接线方式可以根据负荷的布置、容量、线路走向等综合
1.4节能
1.4.1 变压器设备的选择
变压器设备的选择，重点考虑减少变压器的有功功率损耗。

变压器应选用节能型的，如S9、SL9及SC8等型号的油浸变压器或干式变压器，它们都是采用优质冷轧取向矽钢片，由于“取向”处理，使矽钢片的磁场方向接近一致，以减少铁芯的涡流损耗；450倾斜接缝结构，使接缝密合性好，以减少漏磁损耗。

为减小变压器损耗，当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器。

例如需要装机容量为2000kVA，可选2台1000kVA，而不选4台500kVA，因为选用前者可节能。

在变压器设备选择中。

能掌握好上述二点要求。

即满足了节约能源、经济合理的原则。

1.4.2导线截面的合理确定
线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。

线路电阻与电导成正比，与线路截面成反比，与线路长度成正比，因此减少线路的损耗应从以下几方面入手：
（1）应选用电导率较小的材质做导线。

铜芯最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。

因此，在负荷较大的高层建筑中宜采用铜导线。

（2）减小导线长度。

首先，线路尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度；其次，低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失；第三，低压配电室应*近竖，而且由低压配电室提供给每个竖井的干线，不至于产生支线沿着干线倒送的现象。

亦即低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送，尽可能减少回头输送电能的支线。

（3）增大导线截面。

首先，对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面，再加大一级导线截面，所增加的费用为M，由于节约能耗而减少的年运行费用为m，则M/m为回收年限，若回收年限为几个月或一、二年，则应加大一级导线截面。

一般导线截面小于70mm2，线路长度超过100m的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。

其次，利用某些季节性负荷的线路，这些用户不用时，可提供给常期用户作供电线路使用，以减少线路和电阻。

在设计中，认真落实上述三条措施，就可减少线路上的能量损耗，达到线路节能的目的。

1.4.3 提高系统的功率因数
提高系统的功率因数，减少无功在线路上传输，以达到节能的目的。

前项RP2/UL2为线路上传输有功功率而引起的功率损耗，后项RQ2/UL2为线路上传输无功功率而引起的功率损耗。

有功功率是满足建筑物功能所必须的，因此是不可变的。

系统中的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感，会产生滞后的无功，需要从系统中引入超前的无功相抵消，这样超前的无功功率就从系统经高、低压线路传输到用电设备，在线路上就产生了有功损耗，而这部分损耗是可以改变的。

2电气照明
2.1照明系统
2.1.1正常照明系统
（1）一般照明：不考虑特殊局部的需要，为照亮整个场地而设置的照明系统，灯具规则布置，并能达到一定的水平照度均匀度。

（2）分区一般照明：根据需要，提高特定区域照度的一般照明，灯具相对集中地均匀布置在某些主要区域。

（3）局部照明：为满足某些部位的特殊需要，在较小的范围或有限的空间内，用距离观看对象近的附加灯具形成的照明。

2.1.2应急照明系统：疏散照明、安全照明、备用照明
2.2照明计算
通过计算可以求出达到照度标准所需要的灯数和灯功率，也可以根据已确定的灯数和灯功率验算室内平均照度或某一点的照度。

3种基本方法：利用系数法、单位容量法、逐点计算法。

各类型办公室单位面积照明用电密度参考值
2.3设计要求
对长时间连续工作的办公室、阅览室、计算机显示屏等工作区域，宜控制光幕反射和反射眩光。

在顶棚上的灯具不宜设置在工作位置的正前方，应设置在工作区的两侧，并使灯具的长袖方向与水平方向视线相平行，以便减少光幕的反射和反射眩光。

视觉作业的临近表面以及房间内的装修表面应采用无光泽的装饰材料。

2.4节能
（1）采用高效光源。

白炽灯过去用得最广泛，因为它便宜，安装维护简单，它致命的弱点是发光率太低。

因此，目前常被各种发光率高，光色好，显色性能优异的新光源取代。

（2）尽量利用自然采光，接近室外部分的建筑面积，应将门窗开大，采用透光率较好的玻璃门窗，以达到充分利用自然光的目的。

凡是可以利用自然光的这部分照明，可采用按照度标准检测现场照度，进行灯光自动调节。

（3）对气体放电灯，采用灯光无级自动调节，即调节灯丝从而达到调光的目的。

但其代价太高，在工作照明中采用这种调光方案是不可取的。

照明节能中，除了满足照度、光色、显色指数外，应采用高效光源及高效灯具，对能利用自然光部分的灯
具或可变照度的照明采用成组分片的自动控制开停方式，可达到照明节能的效果。

3智能化系统
设置计算机、数字交换机、局域网等通信网络将各个终端器、各种设施连接起来，共享所积累的数据资源，传递和处理信息。

用计算机、电视电话、建筑物控制管理装置、安全系统控制装置的接口实行标准化。

这样的功能有机的结合起来就组成了智能化系统，此类建筑就叫做智能化建筑。

3.1建筑物自动化功能
（1）自动运行控制：包括空调设备、照明设备、电力设备、备用电源设备等的最佳运行控制，以及包括卫生设备在内的各种系统的节省劳力、节约能源、节省资源、高效运行。

（2）安全性：应设置火灾等监测和报警系统、疏散诱导系统、防排烟系统、灭火系统、监控系统、门禁系统等关系到生命财产的防火、防盗等功能。

3.2远程通信功能
（1）外部通信处理：通信线路除了原有局线之外还有通过同轴电缆、光缆等与外部相连的有线系统，以及微波通信等无线系统。

利用楼内数字交换机、计算机等信息处理设施进行外部信息通信。

（2）大楼内的信息通信：通过同轴电缆、光缆等将建筑物内终端机之间以及数字交换机、计算机之间有机的连接起来，建立高度的信息通信功能，用户只要把终端机接到信息网络点上就可以利用通信功能了。

（3）终端设备：包括设置电视电话、电子屏幕显示等信息设施和电子邮件、电视会议等公用设施所需要的终端设备。

3.3办公自动化功能
在办公自动化方面进展最为显著的是办公用计算机、个人计算机、文字处理机、传真机、复印机等。

（1）中央处理室：设置主计算机建立各种数据处理等一系列功能。

（2）工作站：通过数字处理机、个人计算机等其他办公自动化设备实现终端工作功能。

3.4支持系统
确保办公自动化设备、通信设备的供电，应使供电系统有足够的容量，保证电源质量、线路可靠，并设置备用电源。

确保机器之间信息传递线路畅通无阻，信息传递线路与信息量相符。

确保办公环境、照明等满足要求，防止噪音、振动等干扰。

要为将来发展留有余地，为办公、通信、信息管理和增加设备留有足够的备用空间。

4综合布线
4.1概述
综合布线是一种模块化的、灵活性极高的建筑物内或建筑群之间的信息传输通道。

它既能使语音、数据、图像设备和交换设备与其它信息管理系统彼此相连,也能使这些设备与外部相连接。

它还包括建筑物外部网络或电信线路的连接点与应用系统设备之间的所有线缆及相关的连接部件。

综合布线由不同系列和规格的部件组成,其中包括：传输介质、相关连接硬件(如配线架、连接器、插座、插头、适配器)以及电气保护设备等。

这些部件可用来构建各种子系统,它们都有各自的具体用途,不仅易于实施,而且能随需求的变化而平稳升级。

4.2 综合布线的特点及组成
特点：综合布线同传统的布线相比较,有着许多优越性,是传统布线所无法相比的。

其特点主要表现在它具有兼容性、开放性、灵活性、可靠性、先进性和经济性，而且在设计、施工和维护方面也给人们带来了许多方便。

组成：工作区子系统、配线(水平)子系统、干线(垂直)子系统、设备间子系统、管理子系统、建筑群子系统。

4.3 综合布线设计目标及要求
目标：系统设计原则为“技术先进、经济合理、符合标准”，达到所有相关设备科学、经济、有机地联为一体，从而形成一个安全高效、利于扩展的运行环境。

要求：（1）办公部分按10m2左右一个双点设计，数据点与语音点个数比为3：1。

（2）线缆选择：根据应用需求，计算机水平布线采用超5类UTP，各楼垂直主干采用6芯多模光纤，进楼干线采用12芯单模光纤。

电话垂直干线采用HYA系列大对数电缆，水平布线采用HBV4*0.5。

4.4线缆敷设
弱电部分采用统一桥架敷设或穿镀锌钢管暗敷，电话、网络系统共管敷设：1-2根：SC15-CC，WC；3-4根：SC20-CC，WC ；5-6根：SC20-CC，WC。

每根管最多容纳放6根。

配线架在竖井内（挂墙或落地机柜）明装，竖井内竖向桥架应与平面图中水平桥架连接，桥架选择应满足相关规范，楼层配线间若安装网络设备，应考虑环境条件，并根据网络的要求自配ＵＰＳ电源。

5结束语
总之，建筑电气技术的发展，是随着建筑技术的发展，电气科技的发展而同步的。

尤其是随着信息技术的发展，如计算机技术、控制技术、数字技术、显示技术、网络技术以及现代通信技术的发展，使建筑电气技术实现了飞跃性的发展。

因此要求设计者应具有现代设计理念、严谨而开放的知识结构。

在电气设计中紧紧围绕着“人性化、智能化、节能”理念，采用简洁而实用的表示方法，使电气设计与整个建筑工程有机的结合，使电气设计适应社会、科技以及建筑的发展。

参考文献
1、王晓东主编电气照明技术北京：机械工业出版社，2003
2、胡乃定主编现代民用建筑电气工程设计与施工北京：中国电力出版社
3、朱银根主编21世纪建筑电气设计手册中国建筑工业出版社
4、刘国林主编综合布线北京：机械工业出版社
5、建筑照明设计规范 (DBJ133-90)
6、民用建筑电气设计规范 (JGJ/T 16-92)。