论文部分内容阅读
摘要：随着人类文明发展，能源需求越来越多，而大量高层建筑兴建如不重视高层建筑电气设计与节能，就会浪费能源，因此需要对高层建筑中电气设计主要内容与节能措施加以研究。
关键词：高层建筑；电气设计；节能措施
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
前言
随着雾霾、沙尘暴等恶劣天气不断出现，暴露出环境污染的问题，同时人们也越来越关注环境的话题。随着社会发展进步，节能环保理念成为世界经济发展的主旋律。而随着经济发展和城市人口的增长带动了城市高层建筑的迅速发展，高层建筑电气节能重要性就更加突出，建筑电气设计人员在设计过程中要贯彻节能原则，为了减少建筑消耗能源，应在满足投资经济性的同时，尽可能降低建筑电气的运行能耗。
一、现代高层建筑电气设计特点
1、电气系统复杂线路多
由于高层建筑功能比较复杂、用电设备种类多、供电负荷多且可靠性要求高，使得高层建筑电气系统复杂。例如，对于供电系统而言，为保证一级负荷供电的可靠性，除了在变电所高低压主结线上采取两路电源（两段母线）或两个回路切换措施外，还需考虑自备应急柴油发电机起动和投入切换。再有对于火灾报警与联动控制系统而言，由于探测点数量多、联动控制设备多，这样就使得系统大且复杂。不仅有高压供电线路、低压配电线路，还有火灾报警与消防联动控制线路、音响广播线路、通讯线路等等。
2、用电设备类型多
高层建筑中用电设备种类繁多，如高级宾馆、商住楼等，必须具备比较完善的能够满足各种功能要求的设施，如空调系统、给排水系统、提升系统等，使其具有良好的硬件服务环境。这些设备用电量大，例如高层建筑的空调负荷大，负荷密度高。像高层宾馆和酒店、高层商住楼、高层办公楼、高层综合楼等高层建筑负荷密度都在 60w/m2以上，甚至高达 150w/m2，即便是高层住宅或公寓，负荷密度也有 10w/m2有的也达到 50w/m2。
二、高层建筑电气设计主要内容
1、配电系统设计
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。高层建筑单台变压器的容量一般都在 1000kVA 以上，减少变压器数量。在变压器中间设置联络开关，限制低压侧电流的短路。高压线和低压线一般都是采用放射式系统，而高层建筑楼层配电则是采用混合式系统，高层建筑竖井多是采用插接式母线槽，水平干线一般采用全塑电缆。
2、供电电源和电压选择
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独立电源，确保建筑供电可靠性和安全性。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柴油发电机组，确保在停电 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正常供电，我国高层建筑标准电压等级都是 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。
3、建筑防雷与接地设计
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，在均衡电位基础上提高建筑安全性。电梯设计在高层建筑具有功能复杂的特点，建筑不仅仅是居住需要，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。消防系统设计包括自动报警灭火系统、火灾探测器、消防报警控制器，高层建筑电气消防用电设计问题众多，需要电气设计人员进行精心设计。
4、主要设备选型
电气设计中一定要注意设备选型，要综合考虑各种情况，严格把控设备选择，保证主要设备质量达到相应标准。考虑到高层建筑安全隐患较多，因此主楼不能安装大容量油浸电力变压器，这也是考虑到楼层内人员安全。由于低压配电屏结构已经不能完全符合现实需求，因此近年来出现采用燃气轮发电机的情况。
4.1高压开关柜
现代高层建筑的变配电室设在主楼地下层，按规定不宜采用油开关。用于高层建筑的开关有三种类型可供选用：高压空气断路器，SF6 开关和真空断路器。其中高压空气断路器因技术陈旧，SF6 开关尺寸数大，气体具有毒性，故目前10kV真空断路器应用的较为普遍。
4.2电力变压器
根据防火要求，主楼内是不允许装设大容量的油浸电力变压器的。目前有干式变压器、SFE 变压器和硅油变压器等三种产品可供选用。
三、高层建筑电气设计节能原则
1、实用原则
节能应考虑国情及经济效益，不能因为节能而过高消耗投资，增加运行费用。按照实际情况保证业主工作、生活的需要，保证人们生活舒适度和建筑物运输通道的畅通无阻，去掉建筑物中对人们生活影响不大的功能，添加智能节能设备。
2、注重经济效益
进行电气节能设计, 是为了实现节约能源,降低运行成本 ,实现一定经济效益为目标。所以设计应该多从更新以前老旧电气设计入手，逐步推进新技术使用，这样可以在较短时间内收回投资节能所花费的资金。
3、节省无谓消耗的能量
这方面要做到对电气设备进行检查维修，保证正常供电，避免出现漏电等现象，在选择材料型号中要选用实用型，购买电气材料时要货比三家，买到经济合理的电气设备材料。
4、电力系统设计
电力系统设计包括各种机泵等动力设备的配电、起动、制动和调速方式及控制等内容。在高层建筑中动力设备供电可靠性要求高，如电梯和各种消防用机泵，动力设备单台容量大，如空调机组和空调用水泵等，所以动力设备配电方式以放射式为主。
四、高层建筑电气节能设计现状
高层建筑电气节能设计,以满足日常生活对电力资源需求为目标, 根据电力传输和使用的一般规律 ,对高层建筑电气布局和电气网络进行设计活动 。高层建筑设计需要严格遵守国家对住宅电气设计相关规范 ,满足业主对建筑功能性的要求,最后还要对施工部门具体施工情况进行有效结合 ,使得电气设计具有合理性和可操作性 ,对电气施工进行有效指导。此外高层建筑电气设计还要考虑到日益增加电气设备对系统的影响, 应具有一定前瞻性。电气节能设计是指通过对传统电气设计优化、新技术、新材料和新能源的使用,降低高层建筑电气消耗和提高电力系统效率,减少损失。我国当前正处于经济快速发展时期 ,城市扩张和城镇化建设等导致每年新增大量的高层建筑面积,产生巨大的电气消耗和浪费。在高层建筑电气设计中推行节能设计,对于实现节约型社会建设 ,促进经济可持续健康发展具有重要的意义。我国当前高层建筑电气设计节能技术发展尚处于初级阶段 ,存在着一些问题需要我们不断去改进和总结经验 ,促进高层建筑电气设计节能的发展。
五、高层建筑电气设计与节能措施
1、 降低线路损耗
导线截面选择要根据当地对電力实际需求情况,通过要求依据年最小综合运用费用来决定电流的经济密度。导线要选择电导率较小的材料 ,尽量选用铜芯导线。对于一类二类用电,适合选用铜芯导线,对于三类用电,其电线负荷较小,适合选用铝芯导线;线路设计尽量走直线减少迂回;对于距离较远的线路,在满足载流量和电压降要求的基础上,选用截面积增大一级的导线,虽然增加线路费用 ,但是可以通过节约能耗来降低综合运行费用 。
2、供配电系统功率因数提高
高层建筑供配电系统功率因数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。自然功率因数提高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方法来实现。无功功率人工补偿，并联电容器是用户经常使用无功功率补偿设备，设计人员在设计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，结合建筑电气设备实际情况进行设计。电动机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电能损耗，将电动机节能贯彻到电气运行过程中，提高电机运行效率，减少能源浪费。
3、空调系统节能设计
所谓建筑能耗，也就是建筑功能使用时所消耗的能源，这其中建筑采暖与空调能耗占总能耗的50%～70%。上世纪末期我国建筑能源消耗占世界比例的20%～25%。暖通空调系统在建筑节能中作用可想而知，节能技术研究开发和运用是暖通空调系统、建筑系统节能的基础，这些技术合理应用，一定能为建筑节能做出重要的贡献。如通过控制中心微机检测，画面上随时都能显示机组启停时间，运行时间，以及冷水机组运行状态、过载报警等参数，对暖通节能有效实施颇有益处。
4、建筑物照明节能设计
照明是建筑物电气设计必不可少的功能，然而由于在公共场合照明面积比较大，照明节能也是建筑电气节能设计的一个热点。照明部分节能必须满足生活中对光照度要求，建筑照明节能可以从以下几个方面入手：
第一、建筑在设计时一定要充分考虑自然采光，尽量减少人工照明使用；
第二、建筑物照明设计时广泛采用节能光源，以降低能源消耗；
第三、合理根据光照度这一条件，根据不同功能划分选用不同功率照明设备，达到最佳照明效果；
第四、改变照明控制方式 ,一方面可以空间节约电力 ,另一方面可以提高照明系统的工作效率和科学性 ,减少设备损耗,节约运行维护费用。采用新型控制方式 ,如在走廊、楼梯间等人流量小的地方采用声光控开关 ,减少不必要损耗 ;对公共区域照明或者大型住宅楼中运用智能化照明控制系统,根据建筑物对照明需求进行不同时间控制模式、光线控制模式等设置 ,达到对建筑物照明合理调整和控制。
结束语
在现代社会中，节能建筑随着节能环保的增强和能源资源的日益减少，整个社会面临资源能源的压力，绿色节能建筑成为当前最热的话题，随着城市化人口密集的大城市越来越多，做好高层建筑电气设计与节能可以节约大量能源，又能合理满足高层建筑功能需求。高层建筑电气设计是将建筑设计师们头脑中的建筑理念以“夢想照进现实”的方式通过蓝图展现出来，使得建筑施工单位能够在施工之前就看到一幅完整的“纸上建筑”。不仅如此，高层建筑电气设计，必须将未来施工过程中可能出现的某些问题，要从整体到每一个细节，对待每一个问题，进行一连串的反复推敲和比较，寻求最佳的设计方案，可以提出多种方案进行比较，使高层建筑电气设计设计臻于完善。
参考文献
[1] 万小洪.建筑电气设计中的节能措施[J].科技信息.2010（04）.
[2] 黎庆强.建筑电气设计过程中的节能措施[J].科技资讯.2009（13）.
[3] 尤士刚.某超高层建筑电气设计实例[J].智能建筑电气技术,2009(06).
关键词：高层建筑；电气设计；节能措施
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
前言
随着雾霾、沙尘暴等恶劣天气不断出现，暴露出环境污染的问题，同时人们也越来越关注环境的话题。随着社会发展进步，节能环保理念成为世界经济发展的主旋律。而随着经济发展和城市人口的增长带动了城市高层建筑的迅速发展，高层建筑电气节能重要性就更加突出，建筑电气设计人员在设计过程中要贯彻节能原则，为了减少建筑消耗能源，应在满足投资经济性的同时，尽可能降低建筑电气的运行能耗。
一、现代高层建筑电气设计特点
1、电气系统复杂线路多
由于高层建筑功能比较复杂、用电设备种类多、供电负荷多且可靠性要求高，使得高层建筑电气系统复杂。例如，对于供电系统而言，为保证一级负荷供电的可靠性，除了在变电所高低压主结线上采取两路电源（两段母线）或两个回路切换措施外，还需考虑自备应急柴油发电机起动和投入切换。再有对于火灾报警与联动控制系统而言，由于探测点数量多、联动控制设备多，这样就使得系统大且复杂。不仅有高压供电线路、低压配电线路，还有火灾报警与消防联动控制线路、音响广播线路、通讯线路等等。
2、用电设备类型多
高层建筑中用电设备种类繁多，如高级宾馆、商住楼等，必须具备比较完善的能够满足各种功能要求的设施，如空调系统、给排水系统、提升系统等，使其具有良好的硬件服务环境。这些设备用电量大，例如高层建筑的空调负荷大，负荷密度高。像高层宾馆和酒店、高层商住楼、高层办公楼、高层综合楼等高层建筑负荷密度都在 60w/m2以上，甚至高达 150w/m2，即便是高层住宅或公寓，负荷密度也有 10w/m2有的也达到 50w/m2。
二、高层建筑电气设计主要内容
1、配电系统设计
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。高层建筑单台变压器的容量一般都在 1000kVA 以上，减少变压器数量。在变压器中间设置联络开关，限制低压侧电流的短路。高压线和低压线一般都是采用放射式系统，而高层建筑楼层配电则是采用混合式系统，高层建筑竖井多是采用插接式母线槽，水平干线一般采用全塑电缆。
2、供电电源和电压选择
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独立电源，确保建筑供电可靠性和安全性。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柴油发电机组，确保在停电 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正常供电，我国高层建筑标准电压等级都是 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。
3、建筑防雷与接地设计
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，在均衡电位基础上提高建筑安全性。电梯设计在高层建筑具有功能复杂的特点，建筑不仅仅是居住需要，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。消防系统设计包括自动报警灭火系统、火灾探测器、消防报警控制器，高层建筑电气消防用电设计问题众多，需要电气设计人员进行精心设计。
4、主要设备选型
电气设计中一定要注意设备选型，要综合考虑各种情况，严格把控设备选择，保证主要设备质量达到相应标准。考虑到高层建筑安全隐患较多，因此主楼不能安装大容量油浸电力变压器，这也是考虑到楼层内人员安全。由于低压配电屏结构已经不能完全符合现实需求，因此近年来出现采用燃气轮发电机的情况。
4.1高压开关柜
现代高层建筑的变配电室设在主楼地下层，按规定不宜采用油开关。用于高层建筑的开关有三种类型可供选用：高压空气断路器，SF6 开关和真空断路器。其中高压空气断路器因技术陈旧，SF6 开关尺寸数大，气体具有毒性，故目前10kV真空断路器应用的较为普遍。
4.2电力变压器
根据防火要求，主楼内是不允许装设大容量的油浸电力变压器的。目前有干式变压器、SFE 变压器和硅油变压器等三种产品可供选用。
三、高层建筑电气设计节能原则
1、实用原则
节能应考虑国情及经济效益，不能因为节能而过高消耗投资，增加运行费用。按照实际情况保证业主工作、生活的需要，保证人们生活舒适度和建筑物运输通道的畅通无阻，去掉建筑物中对人们生活影响不大的功能，添加智能节能设备。
2、注重经济效益
进行电气节能设计, 是为了实现节约能源,降低运行成本 ,实现一定经济效益为目标。所以设计应该多从更新以前老旧电气设计入手，逐步推进新技术使用，这样可以在较短时间内收回投资节能所花费的资金。
3、节省无谓消耗的能量
这方面要做到对电气设备进行检查维修，保证正常供电，避免出现漏电等现象，在选择材料型号中要选用实用型，购买电气材料时要货比三家，买到经济合理的电气设备材料。
4、电力系统设计
电力系统设计包括各种机泵等动力设备的配电、起动、制动和调速方式及控制等内容。在高层建筑中动力设备供电可靠性要求高，如电梯和各种消防用机泵，动力设备单台容量大，如空调机组和空调用水泵等，所以动力设备配电方式以放射式为主。
四、高层建筑电气节能设计现状
高层建筑电气节能设计,以满足日常生活对电力资源需求为目标, 根据电力传输和使用的一般规律 ,对高层建筑电气布局和电气网络进行设计活动 。高层建筑设计需要严格遵守国家对住宅电气设计相关规范 ,满足业主对建筑功能性的要求,最后还要对施工部门具体施工情况进行有效结合 ,使得电气设计具有合理性和可操作性 ,对电气施工进行有效指导。此外高层建筑电气设计还要考虑到日益增加电气设备对系统的影响, 应具有一定前瞻性。电气节能设计是指通过对传统电气设计优化、新技术、新材料和新能源的使用,降低高层建筑电气消耗和提高电力系统效率,减少损失。我国当前正处于经济快速发展时期 ,城市扩张和城镇化建设等导致每年新增大量的高层建筑面积,产生巨大的电气消耗和浪费。在高层建筑电气设计中推行节能设计,对于实现节约型社会建设 ,促进经济可持续健康发展具有重要的意义。我国当前高层建筑电气设计节能技术发展尚处于初级阶段 ,存在着一些问题需要我们不断去改进和总结经验 ,促进高层建筑电气设计节能的发展。
五、高层建筑电气设计与节能措施
1、 降低线路损耗
导线截面选择要根据当地对電力实际需求情况,通过要求依据年最小综合运用费用来决定电流的经济密度。导线要选择电导率较小的材料 ,尽量选用铜芯导线。对于一类二类用电,适合选用铜芯导线,对于三类用电,其电线负荷较小,适合选用铝芯导线;线路设计尽量走直线减少迂回;对于距离较远的线路,在满足载流量和电压降要求的基础上,选用截面积增大一级的导线,虽然增加线路费用 ,但是可以通过节约能耗来降低综合运行费用 。
2、供配电系统功率因数提高
高层建筑供配电系统功率因数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。自然功率因数提高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方法来实现。无功功率人工补偿，并联电容器是用户经常使用无功功率补偿设备，设计人员在设计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，结合建筑电气设备实际情况进行设计。电动机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电能损耗，将电动机节能贯彻到电气运行过程中，提高电机运行效率，减少能源浪费。
3、空调系统节能设计
所谓建筑能耗，也就是建筑功能使用时所消耗的能源，这其中建筑采暖与空调能耗占总能耗的50%～70%。上世纪末期我国建筑能源消耗占世界比例的20%～25%。暖通空调系统在建筑节能中作用可想而知，节能技术研究开发和运用是暖通空调系统、建筑系统节能的基础，这些技术合理应用，一定能为建筑节能做出重要的贡献。如通过控制中心微机检测，画面上随时都能显示机组启停时间，运行时间，以及冷水机组运行状态、过载报警等参数，对暖通节能有效实施颇有益处。
4、建筑物照明节能设计
照明是建筑物电气设计必不可少的功能，然而由于在公共场合照明面积比较大，照明节能也是建筑电气节能设计的一个热点。照明部分节能必须满足生活中对光照度要求，建筑照明节能可以从以下几个方面入手：
第一、建筑在设计时一定要充分考虑自然采光，尽量减少人工照明使用；
第二、建筑物照明设计时广泛采用节能光源，以降低能源消耗；
第三、合理根据光照度这一条件，根据不同功能划分选用不同功率照明设备，达到最佳照明效果；
第四、改变照明控制方式 ,一方面可以空间节约电力 ,另一方面可以提高照明系统的工作效率和科学性 ,减少设备损耗,节约运行维护费用。采用新型控制方式 ,如在走廊、楼梯间等人流量小的地方采用声光控开关 ,减少不必要损耗 ;对公共区域照明或者大型住宅楼中运用智能化照明控制系统,根据建筑物对照明需求进行不同时间控制模式、光线控制模式等设置 ,达到对建筑物照明合理调整和控制。
结束语
在现代社会中，节能建筑随着节能环保的增强和能源资源的日益减少，整个社会面临资源能源的压力，绿色节能建筑成为当前最热的话题，随着城市化人口密集的大城市越来越多，做好高层建筑电气设计与节能可以节约大量能源，又能合理满足高层建筑功能需求。高层建筑电气设计是将建筑设计师们头脑中的建筑理念以“夢想照进现实”的方式通过蓝图展现出来，使得建筑施工单位能够在施工之前就看到一幅完整的“纸上建筑”。不仅如此，高层建筑电气设计，必须将未来施工过程中可能出现的某些问题，要从整体到每一个细节，对待每一个问题，进行一连串的反复推敲和比较，寻求最佳的设计方案，可以提出多种方案进行比较，使高层建筑电气设计设计臻于完善。
参考文献
[1] 万小洪.建筑电气设计中的节能措施[J].科技信息.2010（04）.
[2] 黎庆强.建筑电气设计过程中的节能措施[J].科技资讯.2009（13）.
[3] 尤士刚.某超高层建筑电气设计实例[J].智能建筑电气技术,2009(06).