高層建筑電氣設計分析

張璐琪

（安徽省阜陽市水利規(guī)劃設計院，安徽 阜陽 236000）

1 高層建筑電氣專業(yè)的特點

用電設備種類繁多。高層建筑中用電設備包括電氣照明設備、電梯設備、給排水設備、生活水泵、制冷設備、鍋爐房用設備、空調(diào)系統(tǒng)用電設備和消防設備等。

耗電量大。由于用途不同,高層建筑用電量也有一些差別,但總體而言,耗電量非常巨大。

供電可靠性要求高。根據(jù)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》和《建筑電氣設計規(guī)范》的要求,消防用電、應急照明、主要通道照明、客梯電力、變頻調(diào)速生活水泵等設備在設計時都需要由兩個獨立的電源供電。

2 高層建筑電氣設計的主要內(nèi)容

2.1 負荷的計算

電力負荷是供電設計的依據(jù)參數(shù)。計算準確與否，對合理選擇設備，安全可靠與經(jīng)濟運行，均起決定性作用。高層建筑的電力負荷計算，基本上采用負荷密度法和需要系數(shù)法。

2.2 供電電源及電壓的選擇

為了保證供電可靠性，現(xiàn)代高層建筑至少應有兩個獨立電源，具體數(shù)量應視負荷大小及當?shù)仉娋W(wǎng)條件而定。兩路獨立電源運行方式，原則上是兩路同時供電，互為備用。另外，還須裝設應急備用柴油發(fā)電機組，要求在15秒鐘內(nèi)自動恢復供電，保證事故照明、電腦設備、消防設備、電梯等設備的事故用電。國內(nèi)高層建筑的供電電壓，都采用10kV標準電壓等級。

2.3 供配電系統(tǒng)的設計

高層配電系統(tǒng)的設計很大程度上關系到樓層電力分布與能源的合理有效利用，高層建筑配電要考慮到負荷及電網(wǎng)接入的式樣，在此基礎上再選擇合適的電力設備。

2.3.1 高層建筑的電力負荷主要有消防設施，包括消防水泵，消防電梯，防煙排煙設施，火災自動報警系統(tǒng)，自動滅火裝置，火災事故照明，疏散指示標志，電動防火門窗，卷簾和閘門等，照明裝置包括正常照明、事故照明、應急照明、熒光燈廣告、航標燈等；動力負荷包括升降電梯(載人電梯，貨運電梯。人貨混用電梯)、自動扶梯、傳送帶、供水、排水、供氣等，以及空調(diào)制冷設備和其他電氣設備(如保安監(jiān)視、中央集控、微機管理中心等)。上述負荷中就用電量而言，動力和照明大約各占30%，其他占40%，就其重要性而言，消防用電是第一位的，因為高層建筑人員密集，內(nèi)部裝飾復雜，易燃材料多，發(fā)生火災的可能性大。若一旦發(fā)生火災，由于人員和物資的疏散極為困難，往往會造成重大經(jīng)濟損失和人員傷亡事故，有時甚至會造成不良政治影響。因此，有關規(guī)范規(guī)定，高層樓消防用電均屬一級負荷。

2.3.2 供電電源電壓及主接線

高層建筑由于用電負荷較大，它一般采用高壓供電，供電電壓國內(nèi)多為l0kV。高壓供電系統(tǒng)主結(jié)線一般多采用單母線制。單母線制主要特點是結(jié)構簡單，所需設備和投資少，經(jīng)濟性好，因而一般高層建筑及工礦企業(yè)較多采用。高層建筑電力負荷性質(zhì)為一級和二級負荷，按國家供用電規(guī)劃規(guī)定，一級負荷應由兩個獨立電源供電，特別重要的一級負荷應由兩個獨立電源供電，二級負荷一般也由雙回路線供電，但當取得雙回路線很困難時，允許由一回路專線供電。高層供電的可靠性和連續(xù)性主要依賴供電方式的優(yōu)化設計，其特點是：高壓雙回路或三回路進線，均采用內(nèi)橋接法；低壓采用單母線分段，設母線開關，負荷分布在各段母線上，有的互為備用；特別重要負荷由自啟動(或手動啟動)備用柴油機供電。需要指出的是，這些高壓雙回路或三回路進線來自不同的獨立電源是十分必要的。上述供電接線可靠性較高，但是由于使用斷路器數(shù)量多，變壓器備用容量大，其經(jīng)濟性值要進一步計算。另外，供配電裝置用了一些充油設備，會給變電所的布置及防火帶來隱患。

2.3.3 變壓器的選擇

現(xiàn)在高層建筑中使用大容量變壓器 (單機容量超過l600KVA)并不少見，相對而言，大容量變壓器效率較高，但投入時涉及的負荷面也寬。因此，科學地綜合各種因素，再根據(jù)各相關專業(yè)的用電要求，適當?shù)卮_定變壓器單機容量及其臺數(shù)。一般來說，根據(jù)空調(diào)設備的分組來設置專用變壓器是比較合適的，這樣就可以隨著空調(diào)機組的投切來投切相應的變壓器，從而取得良好的經(jīng)濟效益。

2.4 照明設計

2.4.1 光源

地下室、住宅客廳以熒光為主，設備用房、樓梯、走道和住宅(除客廳外)以白熾燈為主}商場照明僅設置總電源箱，具體燈具布置由二次裝修設計。

2.4.2 事故照明

地下室、商場、樓梯間的照明系統(tǒng)有兩個電源(備用電源由發(fā)電機供給)，另外在電梯前室、樓梯間、配電室、發(fā)電機房、水泵房及消防中心等重要場所設應急照明。電梯前室、樓梯間及走道等人員密集通道設誘導燈。

2.4.3 導線選擇及線路敷設

住宅、商場及地下室照明線路，采用ZRBVV阻燃型塑料銅心導線。所有由照明配電箱配出的線路均采用金屬線槽明敷。

2.5 防雷與接地

現(xiàn)代高層建筑的防雷設計，除采用避雷針和避雷帶的傳統(tǒng)做法外，近年還出現(xiàn)有消雷器和放射性避雷針。這兩種防雷技術雖然在工程上得到不少實際應用，但在理論上一直是有爭議的?，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。關鍵是做好金屬管線的接地。

現(xiàn)代高層建筑的防雷接地、電氣設備的保護接地和工作接地，都是合在一起的，組成混合接地系統(tǒng)。接地電阻按最小的要求而定，通常是在4歐以下。利用建筑物的鋼筋混凝土基礎作接地板。盡管基礎鋼筋等自然接地體已能滿足接地電阻的要求，仍需要裝設水平的人工接地體，將主要的建筑物基礎連接成接地網(wǎng)，這對均衡電位，提高安全性都有好處。

2.6 電梯

電梯按使用功能分，有高級客梯、普通客梯、觀景梯、服務梯、消防梯、貨梯、自動扶梯等許多種；按速度又分為低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等；按電流分則有交流和直流兩大類。設計人員的任務是要確定電梯臺數(shù)和決定電梯功能。電梯的配置和造型，不是電氣設計人員單方面所能決定的，必須與總建筑師或總體交通設計人員共同研究才能確定。

2.7 防火和報警系統(tǒng)

由于高層建筑面積大、人員復雜，引起火災的可能性很大，加之豎向孔洞多、現(xiàn)代化的塑料貼面材料、全部窗戶密封、設備龐雜、人員和物質(zhì)等都很集中，發(fā)生火災時火勢容易蔓延，疏散人員和撲滅火災也很困難，所以現(xiàn)代化的高層建筑除了在建筑設計方面采取很多措施 (如合理布局、采用耐火材料、劃分若干防火區(qū)等)外，還應設置完善的自動消防系統(tǒng)和防火報警系統(tǒng)。自動消防和防火報警系統(tǒng)一般由檢測、報警、確認判斷和初期滅火設備、疏散誘導系統(tǒng)、排煙滅火系統(tǒng)組成。

3 高層建筑電氣設計需要注意的問題

由于社會人口膨脹和用地緊張,高層建筑越來越多,其高容積率也逐漸被大家認可。然而,高層建筑電氣設計的質(zhì)量保證卻是非常重要而復雜的一個問題,需要從安全性、適用性、可靠性、經(jīng)濟性等多方面進行考慮。

首先,高層建筑電氣設計必須在正常情況和停電火災等特殊情況下,保證人員和建筑物安全。其次,電氣設計在滿足使用要求和規(guī)范的前提下,要減化供配電系統(tǒng)的結(jié)構,從而減少設備的數(shù)量和容量,便于操作和維修。最后,設計時確定合理的負荷等級,縮短停電的時間及次數(shù),減少故障。

另外,由于工業(yè)發(fā)展和能耗浪費嚴重等原因,節(jié)能原則成為近來高層建筑電氣設計最為關注的一個新問題。節(jié)能應從節(jié)省無謂消耗能量著手,減少與發(fā)揮建筑物功能無關的能源消耗,同時必須滿足建筑物的照明正常、舒適衛(wèi)生、運輸通道暢通無阻及某些建筑的特殊要求。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑對于電氣設計的要求也越來越高。在工程設計中，既要符合國家規(guī)范，又要滿足建設方要求，這就使設計人員在設計中，必須做到準確、細致、周全地把握工程電氣設計的基本設計要點。

[1]徐文根.工業(yè)與民用配電設計手冊[M].北京:水力水電出版社,1996.

[2]陳一才.高層建筑電氣設計手冊[M].北京:建筑工業(yè)出版社,1992.