高層建筑電氣設(shè)計(jì)的研究與分析
2017-06-15 10:14:00
祥泰電氣
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1 高層建筑設(shè)計(jì)原則
安全、經(jīng)濟(jì)與節(jié)能、穩(wěn)定性是建筑電氣設(shè)計(jì)應(yīng)追求的目標(biāo)，但是在保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行的前提下同時(shí)也要兼顧經(jīng)濟(jì)性。建筑電氣設(shè)計(jì)不僅要嚴(yán)格依據(jù)國家規(guī)范以及其它有關(guān)政策和法令，還要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況而制定標(biāo)準(zhǔn)，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。建筑電氣設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑工程設(shè)計(jì)的一部分，其中用電負(fù)荷計(jì)算與配電系統(tǒng)合理分配以及消防工程為設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。
2 高層建筑電氣設(shè)計(jì)的要點(diǎn)問題
（1）高層建筑由于空調(diào)、電梯、照明、暖通、給排水、照明等諸多設(shè)備，因此負(fù)荷較多，用電量特別大，且供電的可靠性要求很高。
（2）在高層建筑中，照明與動(dòng)力基本上不共用干線。動(dòng)力負(fù)荷多采用放射式供電，照明負(fù)荷則多采用母線槽配電，與動(dòng)力分開。
（3）空調(diào)、照明等主要用電設(shè)備布局分散，多數(shù)要求采用計(jì)算機(jī)集中管理。
（4）高層建筑高度高，體量大，人員密集，設(shè)備多，建筑本身火災(zāi)隱患多，故對(duì)消防要求高。
（5）在高層建筑的電氣設(shè)計(jì)中，要把電能消耗指標(biāo)作為全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的重要組成部分。節(jié)電的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)根據(jù)技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的原則確定。采用合理的配電方式，采用高效率變壓器、電動(dòng)機(jī)和照明光源、無功功率補(bǔ)償裝置和設(shè)備監(jiān)控電腦系統(tǒng)等措施，減少電能損耗，節(jié)約用電。
（6）在高層建筑中大的用電負(fù)荷較分散，為了讓變壓器能夠靠近用電的區(qū)域，因此可能需設(shè)置多個(gè)變配電所，如在地下一層，避難層或屋頂各設(shè)一變電所。
3 高層建筑電氣設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
3.1 負(fù)荷分級(jí)及供電電源
（1）負(fù)荷分級(jí)：負(fù)荷分級(jí)就是根據(jù)由于供電中斷，給用戶造成的經(jīng)濟(jì)、政治損失程度，以及對(duì)供電可靠性的要求程度進(jìn)行的分級(jí)。我們一般把建筑高度超過100m的高層民用建筑定義為超高層建筑，該種建筑屬一類超高層建筑，設(shè)計(jì)按一級(jí)負(fù)荷供電。其中消防負(fù)荷、應(yīng)急照明、疏散指示、主樓電梯、地下層排污泵、變頻供水泵、計(jì)算機(jī)等用電按一級(jí)負(fù)荷供電；一般照明、一般電梯等用電按二級(jí)負(fù)荷供電；其余為三級(jí)負(fù)荷。
（2）供電電源：為保證現(xiàn)代高層建筑的供電可靠性，設(shè)置兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的電源是必須的，而電源的具體數(shù)量則可以根據(jù)負(fù)荷的大小以及實(shí)際的電網(wǎng)條件來定量。盡管兩路電源獨(dú)立運(yùn)行，但它們實(shí)際上仍然同時(shí)供電，彼此相互備用。此外還要安裝柴油發(fā)電機(jī)組以應(yīng)急備用，確保能夠在15s之內(nèi)正?；謴?fù)供電。為保障照明、電腦、電梯、消防等設(shè)備的事故用電，我國國內(nèi)的高層建筑，其供電電壓都是用的標(biāo)準(zhǔn)電壓為10kV.
（3）負(fù)荷計(jì)算:電力負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)的依據(jù)參數(shù)。計(jì)算準(zhǔn)確與否,對(duì)合理選擇設(shè)備,安全可靠與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,均起決定性作用。高層建筑的電力負(fù)荷計(jì)算,基本上采用負(fù)荷密度法和需要系數(shù)法。
3.2 高低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
高低壓配電系統(tǒng):現(xiàn)代高層建筑均是采用兩路獨(dú)立的10kV電源同時(shí)供電。一般高壓采用單母線分段，自動(dòng)切換，互為備用。計(jì)費(fèi)方式則采用高供高計(jì)。但在低壓側(cè)，仍裝設(shè)計(jì)費(fèi)電度表,采用將照明與動(dòng)力分開的兩部電價(jià)法。為減少變壓器臺(tái)數(shù),單臺(tái)變壓器的容量選擇一般都大于1000kVA.為限制低壓側(cè)的短路電流,正常時(shí)變壓器解列運(yùn)行,中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。高壓系統(tǒng)及低壓干線的配電方式基本上都采用放射式系統(tǒng)。樓層配電則為混合式系統(tǒng)，配電設(shè)備中的主要部分是干線?，F(xiàn)代高層建筑的豎井多采用插接式母線槽，水平干線因走線困難,多采用全塑電纜與豎井母干線聯(lián)接等等。
3.3 電纜選擇
由于高層、超高層建筑發(fā)生火災(zāi)的因素較多，撲救難度大，因此高層、超高層建筑應(yīng)立足于自防自救，采取可靠的防火措施，選用可靠的防火電纜，以達(dá)到預(yù)防火災(zāi)、逃生自救的目的?，F(xiàn)行GB 50045—95《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》及JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)高層民用建筑電氣防火電纜的選擇作了嚴(yán)格規(guī)定，對(duì)建筑高度超過100m的高層建筑，即所謂超高層建筑，其消防供電干線及支線應(yīng)采用礦物絕緣電纜；對(duì)于高層一類建筑，其消防供電干線及支線宜采用礦物絕緣電纜。其它線路可采用低煙無鹵電纜或電線。
3.4 主要設(shè)備的選型
（1）高壓開關(guān)柜。現(xiàn)代高層建筑的變配電室設(shè)在主樓地下層,按規(guī)定不宜采用油開關(guān)。應(yīng)根據(jù)高層建筑地下室的標(biāo)準(zhǔn),選用具有“五防”功能的真空開關(guān)手車式高壓開關(guān)柜。
（2）電力變壓器。根據(jù)防火要求,主樓內(nèi)是不允許裝設(shè)大容量的油浸電力變壓器的。
（3）低壓配電屏。國外低壓配電屏的結(jié)構(gòu),幾乎都做成抽屜式,特別是大容量的出線,則做成手車式。
（4）應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)組。過去大多是采用柴油發(fā)電機(jī)組做應(yīng)急備用電源的。近年來，國外高層建筑已開始采用燃汽輪發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)具有體積小、重量輕、反應(yīng)速度快,故障率低等優(yōu)點(diǎn)。
（5）變電所位置的確定:現(xiàn)代高層建筑的用電量相當(dāng)大,在確定變電所位置時(shí),應(yīng)盡可能使高壓深入負(fù)荷中心。這對(duì)節(jié)約電能,提高供電質(zhì)量都有重要意義。
（6）電氣照明設(shè)計(jì)：主要包括燈具的造型設(shè)計(jì)、燈具的布置、照明度的計(jì)算、光源類型選擇等。電氣的照明設(shè)計(jì)實(shí)際上與建筑的裝飾密切相關(guān)，因此二者之間應(yīng)相互照應(yīng)、相互配合，應(yīng)確保藝術(shù)意境與使用功能的統(tǒng)一。在現(xiàn)代高層建筑中，普遍采取傳感器、定時(shí)器或者光敏元件來實(shí)現(xiàn)照明的自動(dòng)控制作用，并通過各種建筑物的自動(dòng)化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)照明電路與接觸器。另外，采取高光效的電光源，也是節(jié)能照明的重要手段。
（7）防雷與接地:現(xiàn)代高層建筑的防雷設(shè)計(jì),除采用避雷針和避雷帶的傳統(tǒng)做法外,近幾年還出現(xiàn)有消雷器和放射性避雷針。這兩種防雷技術(shù)雖然在工程上得到不少實(shí)際應(yīng)用,但在理論上一直是有爭(zhēng)議的?，F(xiàn)代高層建筑都是采用鋼筋混凝土剪力墻,與樓板的連接是十分可靠的，其關(guān)鍵是做好金屬管線的接地。
3.5 高層火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（1）隨著科技的進(jìn)步，高層建筑在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警滅火機(jī)制方面也逐漸統(tǒng)一，目前主要包括5個(gè)部分: 消防聯(lián)動(dòng)控制、火災(zāi)探測(cè)器、系統(tǒng)設(shè)備、消防控制室和電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，以保證報(bào)警滅火自動(dòng)化系統(tǒng)。在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警這個(gè)過程中，由探測(cè)器探測(cè)火災(zāi)信號(hào)，并自動(dòng)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，電信號(hào)進(jìn)入分區(qū)報(bào)警器以及消防中心，轉(zhuǎn)為聲光報(bào)警信號(hào)。而整個(gè)消防指揮與監(jiān)控由消防中心完成。
（2）高層建筑的特點(diǎn)是面積大,使用功能復(fù)雜,人員密度高,火災(zāi)危險(xiǎn)性大,因此火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警的可靠性和穩(wěn)定性尤為重要。現(xiàn)行GB 50116-2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)高層建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了嚴(yán)格規(guī)定。
1）任一臺(tái)火災(zāi)報(bào)警控制器所鏈接的系統(tǒng)設(shè)備地址總數(shù)不應(yīng)超過3200點(diǎn),其中每一總線回路鏈接設(shè)備的總數(shù)不宜超過200點(diǎn),且應(yīng)留有不少于額定容量10%的余量。
2）任一臺(tái)消防聯(lián)動(dòng)控制器的地址總數(shù)不應(yīng)超過1600點(diǎn),每一聯(lián)動(dòng)總線回路鏈接的設(shè)備總數(shù)不宜超過100點(diǎn),且應(yīng)留有不少于額定容量10%的余量。
3）系統(tǒng)總線上的每只短路隔離器保護(hù)的系統(tǒng)設(shè)備點(diǎn)數(shù)不應(yīng)超過32點(diǎn);總線穿越防火分區(qū)時(shí),應(yīng)在穿越處設(shè)置總線短路隔離器。
4）高度超過100m的建筑中,除消防控制室內(nèi)設(shè)置的控制器外,每臺(tái)控制器直接控制的系統(tǒng)設(shè)備不應(yīng)跨越避難層。
4 高層建筑電氣的節(jié)能分析
隨著我國人口的加劇、工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源的消耗也不斷增加，正逐漸面臨能源危機(jī)問題。因此各行業(yè)都已提出節(jié)能的需求，這也是高層建筑電氣設(shè)計(jì)中的重要特點(diǎn)之一。
（1）滿足建筑物的使用功能
高層建筑的電氣設(shè)計(jì)在使用功能方面要滿足照明在色溫、照度、顯色指數(shù)這幾方面的要求，空調(diào)溫度和風(fēng)量也要得到滿足，使用舒適度和衛(wèi)生狀況應(yīng)得到保障;運(yùn)輸通道上下和左右都要暢通無阻；一些特殊技術(shù)方面使用的要求要滿足，如在娛樂場(chǎng)的用電、展廳的工藝照明以及電力用電等。
（2）經(jīng)濟(jì)效益需要充分考慮
節(jié)能的同時(shí)也要充分考慮到經(jīng)濟(jì)因素，建立在過分增加成本和投入基礎(chǔ)上的節(jié)能是不建議的。節(jié)能的焦點(diǎn)應(yīng)該在電氣設(shè)計(jì)當(dāng)中體現(xiàn)，能在較短時(shí)間內(nèi)通過節(jié)能而得以費(fèi)用回報(bào)。
（3）以減少無謂耗能為主
首先，應(yīng)明確哪些電量消耗是與建筑物的功能無關(guān)，再考慮采取的具體措施。在設(shè)計(jì)過程中，節(jié)能措施應(yīng)遵循“經(jīng)濟(jì)合理、價(jià)值實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)”等原則。由于高層建筑耗電量大，節(jié)能空間也相對(duì)較大，應(yīng)在設(shè)計(jì)過程中充分考慮。因此，在選擇電氣節(jié)能的設(shè)備時(shí)，應(yīng)對(duì)其性能、原理、效果等多方面因素給予考慮，無論是從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上，都要反復(fù)比較，在最后定選節(jié)能設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)能功效。
