超高層建筑電氣節能設計技術淺析

胡慶龍

【摘 要】近年來，我國經濟迅速發展，尋找可替代能源，實現資源的節能利用是目前的主要目標。建筑業中比較典型的耗能大戶是超高層建筑，因此， 超高層建筑的電氣節能設計就顯得尤為重要，本文主要從節能設計的基本原則、建筑電氣設計常見問題、電氣節能設計的主要內容等幾方面進行闡述，探討超高層建筑電氣節能設計技術。

【關鍵詞】超高層建筑；電氣設計；節能

近年來，我國經濟迅速發展，隨之而來就出現了一系列的問題，其中主要以能源匱乏和環境污染問題最為嚴重，因此，國家所倡導的節能減排、尋找可替代能源就變得十分重要。我國三大“耗能大戶”分別是工業、交通與電力耗能，而與電力耗能息息相關的是建筑用能，其中主要包括建筑業中的照明用電、電梯用電、空調用電等等。建筑業中比較典型的耗能大戶是超高層建筑，因此，超高層建筑的電氣節能設計就顯得尤為重要，本文主要探討超高層建筑中的電氣節能設計技術，實現建筑行業的可持續發展。

1.節能設計的基本原則

節能設計的基本原則主要包括以下幾個方面：首先，應節省能量消耗，比如像電能浪費的地方，采取有效節能措施；其次，應滿足經濟性要求，采用節能材料與設施，節省能源投資；第三，應滿足建筑物的安全性需求、照明需求與環境舒適度的需求等等；第四，節能技術應采用先進性的技術。

2.建筑電氣設計常見問題

建筑電氣設計常見問題主要是兩個方面，分別是電氣線路與漏電開關極數選擇。高層建筑在設計中，室外照明燈的設計是電氣線路中的主要角色。室外照明應采用接地系統，且應使用單獨的金屬外殼保護系統，以避免引發不必要的安全事故。電氣設計的過程中，為了提高靈敏度系數，設計者應進行靈敏度校驗，同時應設置接地故障保護，把危害降至最低。電氣設計涉及安全用電問題，設計人員應遵循本行業的原則與規范，保證漏電開關極數符合電氣正常使用的需求。

3.電氣節能設計的主要內容

3.1電氣設備主要選型

高層建筑電氣設備主要包括以下幾種：應急發電組、低壓配電屏、電力變壓器和高壓開關柜。

（1）應急發電組。

近年來，隨著科技發展，國外高層建筑已經應用燃汽輪發電機代替過去的柴油發電機組作為備用電源。

（2）低壓配電屏。

配電屏的結構發生了很大變化，國外大部分做成了抽屜式，其中大容量的出線做成了手車式。

（3）電力變壓器 高層建筑在防火安全要求中，是不允許安裝大容量油浸變壓器的。

（4）高壓開關柜 應選用手車式，而不應采用油開關。

3.2供電電源與電壓

現代的高層建筑中為了應付停電等突發事件，應采用獨立電源供電模式，應設立兩個獨立電路。兩個電路可以同時供電，互相提供幫助。同時，還應在此基礎上設立應急柴油發電機組，在有停電等突發事件發生時，可以在第一時間內恢復供電。高層建筑的供電電壓一般都采用標準等級電壓。

3.3配電系統節能設計

3.3.1配電系統分為高壓配電系統與低壓配電系統

高層建筑采用兩路獨立電源供電，同時在計費方面，采用照明與動力用電分開的計費方法，高壓區高供高計，低壓區裝計費電度表。干線是配電設備中的重要部分，現在多采用放射式系統的配電方式，樓層配電多數為混合式配電系統。

3.3.2高效節能變壓器

現今的電氣節能設計中，選用節能的配電變壓器，不僅可以最大限度的延長變壓器使用壽命，而且可以降低變壓器運行時所需的能量消耗。配電變壓器本身就是一種能源消耗設備，同時又是重要的電能分配與轉換設備。降低能耗，提高配電變壓器電能轉換效率的重要方式之一，就是選擇合理的變壓器型號與容量。在實際應用中，確定變壓器容量可以依據實際負荷需求，按高于變壓器最佳負荷率來進行確定。負荷率一般在70%左右是比較合理的。同時，配電變壓器選型應選節能型的，如應優先選擇負載損耗小和空載的。

3.3.3應用無功補償策略

配電系統中，應用無功補償策略，可以有效降低系統線損，同時顯著提高配電系統功率因數，實現降低損耗、節約能源的功效。民用建筑供電可分為單相負荷與三相負荷。其中單相負荷又主要包括家用以及辦公用電器等。三相負荷主要包括中央空調、風機等設備。其實，在實際的工程設計中，居民住宅或應用分體空調的公共建筑用電負荷多采用單相負荷，比例高達80%～90%，比采用中央空調的大型公共建筑的單相負荷比例高，而功率較大的三相機電設備，如地下室排風機、潛水泵等卻處于閑置狀態。提高低壓配電系統的無功補償方式，就是進行集中補償。綜合考慮經濟與技術方面，合理設計無功補償方式，可分為單相分補或單相、三相相互結合共補。

3.4負荷的計算

供電設計的依據參數主要是電力負荷。電力負荷的計算是否準確，在選擇設備以及是否能夠安全運行起著舉足輕重的作用。電力負荷的計算方式主要有兩種，分別為需要系數法與負荷密度法。

3.5防雷與接地

近幾年，在防雷設計中除了運用避雷針與避雷帶外，還出現應用放射性避雷針與消雷器，新型防雷設計雖然得到了實際應用，但是仍然存在一定的爭議?，F代高層建筑中的鋼筋混凝土剪力墻和樓板連接緊密，主要是要做好金屬管線的接地設計?，F代高層建筑主要采用混合接地系統，其中包括電氣設備的保護接地、工作接地和防雷接地。接地電阻的設定要求電阻率最小，基礎鋼筋等雖然滿足電阻的要求，仍然需要裝設人工接地體，且人工接地體要求是水平的，這樣就形成了一種接地網，對于均衡電位，提高建筑物的安全性具有重要的作用。

3.6電氣照明設計

電氣照明系統，包括照度功率密度值、照明光源、照明控制等等。以福州世茂國際中心工程為例，在進行此工程時，照度功率密度值嚴格執行國標的要求，如圖1為2號裙房冷凍機房照明平面圖。

照明光源的選擇上，對層高較高的機房采用金鹵燈照明，并同時配備節能電感鎮流器。在照明控制上，實施分散控制，同時考慮方便性與實用性，滿足人們不同的需求。比如現在的賓館都實行一房一卡，電氣節能運用到實際之中，真正做到了人來通電，人走斷電。又如樓梯間與走道的照明采用聲控或紅外等自熄開關控制等等。集中控制的智能照明系統則主要用于公共建筑的較大場所的照明設置。智能照明控制可以有效提高照明的能效，節能功效十分顯著。

3.7電梯

電梯按使用功能、速度與電流有許多種分類，高層建筑中如何配置以及如何造型，不單單由電氣設計師決定，也必須與建筑師和交通設計人員同時進行商討決定才可確定。設計人員只能決定電梯的功能與臺數。

3.8自動報警與滅火

現代高層建筑可以實現自動化的滅火和報警。探測器在檢測過程中檢測到火災信號后，可以進行信號轉換，轉換成電信號，信號可以分別進入負責整座大樓安全的分區報警器與消防中心兩個地方，并且可以發出報警信號。其實，高層建筑中消防用電設計內容相當復雜，建筑規模的大小，功能的多少，都與之息息相關。

4.結語

超高層建筑結構相對復雜，因此，對電氣功能的要求就較高，在這種情況下，優化節能設計，提高能源利用率就變得十分重要。電氣節能技術的合理應用，可以有效的降低能耗，同時還可以給建筑業帶來可觀的經濟效益，實現低成本、可持續的建筑發展之路，同時響應國家節能減排、低碳消費的新號召。

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