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【摘 要】 大力发展太阳能技术是我国乃至全世界发展可再生能源，实现建筑能源管理的必然趋势，就目前的情况来看，我国的高层建筑电气设计中已经逐渐的使用太阳能技术，进一步加强对其的研究也是非常有必要的，对此本文分析了太阳能在中高层建筑电气设计中的应用。
【关键词】 太阳能；高层建筑；电气设计；应用
1、高层建筑电气专业的特点
高层建筑内需要较多的用电设备和消防设备，对电量消耗量较大，而且由于各电气设备用途存在着一定的差别，所以在用电量上也存有着一定的差别性，但其对电能的消耗是十分巨大，这就对供电的可靠性具有较高的要求，而且部分设备为了确保其供电的可靠性，则需要具有两个独立的电源供电，如消防用电、应急照明、主要通道照明、客梯电力、变频调速生活水泵等。
2、建筑电气在高层建筑中的应用特点分析
1）电气消耗量大
这是指高层建筑中使用电量的消耗相对较大，与普通的建筑工程相比较而言，这是高层建筑一个最明显的特点，其不仅需要大量的电力供应，还需要供电系统具有稳定性和可靠性。
2）有相对较高的消防要求
高层建筑相比较普通建筑而言，还有相对较高的消防要求，这主要是由高层建筑楼层较多，高度较高，居住人员数量多和电气设备安装较多等特点决定的。
3）涉及到大量的电气设备
高层建筑另一个特点是涉及到的电气设备相对较多，技术人员一般会在高层建筑施工中，预留大柱距，这主要是留有一个较大的空间，便于安装电气设备，还能够保证能安装大量的电气设备，最终充分发挥出高层建筑的使用功能。
3、高层建筑电气设计
在高层建筑设计中涉及的范围非常的广泛，就目前的情况来看，已经逐步的向节能的方向发展，同时其也需要遵循相应的原则，对此本文主要介绍了电气设计的原则和相关方面，并对太阳能设计的应用进行了重点分析：
3.1建筑电气设计节能应当遵循的原则
通常情况下，在建筑电气设计中要想达到节能的目的，必须遵循相应的原则。首先，建筑电气设计应当满足建筑物的功能性原则，也就是能够满足建筑在照明方面以及温度、舒适性等方面的要求，在保证其功能得以正常发挥和利用的前提下去进行节能设计。其次，还应当注重效益原则，最大限度的实现经济效益。一般来说，建筑电气的节能设计都应当综合考虑自身的实际情况和经济效益，不能够为了达到节能这一目标而去投入过多资金，增加成本费用。而是要确保在近期的额外付出，在未来若干年中能够以节能的方式得到足够回报。此外，还应当注重节省无谓消耗的能量。对于建筑电气中的节能设计来说，节能的重点之一应当在于对无谓消耗能量的节省。针对于那些与发挥建筑功能无关的，却消耗能量的部位予以改进，再考虑采取怎样的节能措施。为此，建筑电气设计中的节能方式一定要严格贯彻实用性、经济性和技术先进性的原则。
3.2建筑电气设计
3.2.1负荷等级
鉴于超高层建筑楼层多，建筑高度高、火情复杂、人员密集且疏散距离远、火灾扑救严重依靠内部的消防设施等情况，超高层建筑中的消防用电设备如：消防水泵、消防电梯、防排烟风机、消防控制中心、应急照明和疏散指示灯、安防系统用电、电子信息设备机房用电应按一级负荷中的特别重要负荷要求供电；普通客梯、生活水泵、排污水泵，电话电视机房、航空障碍灯等用电设备按一级负荷的要求供电；其余普通照明、空调、动力等用电按三级负荷供电。
3.2.2供电电源及电压的选择
在现代高层建筑中，通常都需要设置至少两个独立电源，而具体数量也需要根据实际情况来定，从而确保供电的可靠性。这两路电源需要同时进行供电，而且互为备用。目前我国高层建筑规定的标准电压都为10kV，而且需要装设柴油发电机组，在停电15秒内即需要自动恢复供电，确保事故照明及一些应急设备的正常用电。
3.2.3太阳能供配电系统的设计
在高层电气设计过程中，要尽量利用可再生能源，其中最容易最直接的就是对太阳能的利用，一般太阳能的利用分为太阳能发电技术，和太阳能热水技术。随着太阳能光伏产业的发展，在未来太阳能电池板的价格势必会越来低，在高层建筑电气设计中也会广泛的应用到太阳能，以下是其的具体分析：
（1）太阳能光电原理
太阳能光电技术具有较高的成本，不像光热技术那么普及。太阳能发电系统的光电转化率可达到19%～35%，它由逆变器、控制器、蓄电池组成。其中，逆变器为太阳能光电技术的核心部件，它主要把直流电转换成交流电以供交流负荷使用。而控制器用来调节和控制所发的电能，既可把调整后的电能量直接送往直流负载或交流负载，还可把多余的能量送往蓄电池组存储，这样当负载需要更多的电，控制器又把蓄电池的电能送往负载。另外控制器可保护蓄电池不被过充电和过放电，保护蓄电池，同时并网市政供电系统，保证用户的正常用电。
（2）以太阳能为能源、LED为应用终端的公共照明系统设计
由于太阳能直接供应直流电，LED是以直流电工作，所以我们可以采用以太阳能为能源，LED为应用终端的公共照明系统。这种照明系统配置低、电路简单、成本低，大大提高了整个系统的性价比。
太阳能和LED因具有相同的直流特质，可实现无缝整合，另外直流电力架构的伏安特性相对简单，非常适合在其之上建立分布式的能源应用系统。在中高层建筑群中，构建分布式太阳能系统，可充分利用原有线路以及闲置的空间来布置太阳能组件，为高层建筑中的普通应急照明系统、智能小区景观照明、地下车库等公共区域提供照明。同时，为使公共照明系统达到比较高的能效，可采用智能控制系统，实现有人时照明，无人时关闭照明或调至半亮状态。
从经济效益来看，新建项目的回收时间小于3年，而在原有基础上改造时间也大概在3～5年左右，另外由于线路上传输距离短，对线路的要求低，可充分利用原有线路，大大降低了成本。以7层住宅楼道照明系统为例，目前，大多都在使用交流市电的白炽等，其功耗大，如按1盏20W，1d工作2h来算，那么1个单元1年消耗市电大概105kW·h。就目前来看，在原有基础上只需投入500元左右就能实现7层的LED感应照明系统且不消耗市电，大大节约了电能。而采用太阳能直流架构将完全不再消耗市电，其综合效益远远超过传统技术，高层建筑中采用该系统可将蓄电池容量减少约50%，提高蓄电池的使用寿命和投入回收率，可见其经济效益和环保效益非常显著。太阳能应用在中高层建筑LED照明系统中的整体架构设计如图1所示。从图1可知，分布式直流架构主要由控制器、太阳能组件和负载组成。 分布式直流架构的设计和处理的优点在于配置灵活和组网方便，干线电流小，并且能够实现可靠性和冗余度高等优点，以期实现太阳能应用在LED照明系统中以更低廉的成本输出直流电力。
分布式直流架构的设计和处理的优点在于配置灵活和组网方便，干线电流小，并且能够实现可靠性和冗余度高等优点，以期实现太阳能应用在LED照明系统中以更低廉的成本输出直流电力。
分布式直流架构的灵活性和延展性优势，让其不仅在平面二维区域得到灵活布置，也可以在中高层建筑中，以及复杂的单体建筑中都可以实现其功能。
3.3.4主要设备的选型
（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。应根高层建筑地下室的标准，选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。
（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。
（3）低压配电屏
国外低压配电屏的结构，几乎都做成抽屉式，特别是大容量的出线，则做成手车式。
（4）应急备用发电机组
过去大多是采用柴油发电机组做应急备用电源的。近年国外高层建筑已开始采用燃汽轮发电机。这种发电机具有体积小、重量轻、反应速度快，故障率低等优点
3.3.5电气照明设计
电气照明设计，包括光源选择、照度计算、灯具造型，灯具布置，眩光控制和调光控制和照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系，应该相互配合，在使用功能及艺术意境方面求得统一。选用高光效电光源，可以取得节能的明显效果。
3.3.6防雷与接地
现代高层建筑的防雷设计，除采用避雷针和避雷带的传统做法外，近年还出现有消雷器和放射性避雷针。这两种防雷技术虽然在工程上得到不少实际应用，但在理论上一直是有争议的。现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接是十分可靠的。关键是做好金属管线的接地。现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地，都是合在一起的，组成混合接地系统。接地电阻按最小的要求而定，通常是在4欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求，仍需要装设水平的人工接地体，将主要的建筑物基础连接成接地网，这对均衡电位，提高安全性都有好处。
3.3.7电梯
根据电梯不同的使用功能，一般将其分为自动扶梯、高级客梯、普通客梯、货梯、消防梯、服务梯和观光梯几大类，根据电流的差异将其分为直流梯和交流梯两类，根据速度的区别，将其分为高速梯、快速梯和低速梯三类，设计人员进行设计工作时应先确定电梯的功能和数量，而对于电梯的配置和造型，则是应由总建筑师和总体交通设计人员共同探讨来决定。
3.3.8防火和报警系统
由于高层建筑面积大、人员复杂，引起火灾的可能性很大，加之竖向孔洞多、现代化的塑料贴面材料、全部窗户密封、设备庞杂、人员和物质等都很集中，发生火灾时火势容易蔓延，疏散人员和扑灭火灾也很困难，所以现代化的高层建筑除了在建筑设计方面采取很多措施外，还应设置完善的自动消防系统和防火报警系统。
随着社会的发展，高层建筑电气设计越来越受到人们的关注，在设计中应用节能技术也逐渐的成为了趋势，本文主要分析了设计中的相关方面，以期提供一定的借鉴。
参考文献：
[1]贾宇向，宋艳.太阳能在中高层建筑电气设计中的应用[J].建筑节能，2014，09：27-28+33.
[2]吴红升.浅析高层建筑电气设计与节能[J].中华民居（下旬刊），2013，02：20-21.
[3]谢冰.高层建筑电气设计特点及发展研究[J].中华民居（下旬刊），2013，04：277-278.
[4]裴炜.浅谈高层建筑电气设计[J].科技创新与应用，2013，26：211.
[5]郝平.小议高层建筑电气设计中的内容及节能原则[J].黑龙江科技信息，2007，06：188.
【关键词】 太阳能；高层建筑；电气设计；应用
1、高层建筑电气专业的特点
高层建筑内需要较多的用电设备和消防设备，对电量消耗量较大，而且由于各电气设备用途存在着一定的差别，所以在用电量上也存有着一定的差别性，但其对电能的消耗是十分巨大，这就对供电的可靠性具有较高的要求，而且部分设备为了确保其供电的可靠性，则需要具有两个独立的电源供电，如消防用电、应急照明、主要通道照明、客梯电力、变频调速生活水泵等。
2、建筑电气在高层建筑中的应用特点分析
1）电气消耗量大
这是指高层建筑中使用电量的消耗相对较大，与普通的建筑工程相比较而言，这是高层建筑一个最明显的特点，其不仅需要大量的电力供应，还需要供电系统具有稳定性和可靠性。
2）有相对较高的消防要求
高层建筑相比较普通建筑而言，还有相对较高的消防要求，这主要是由高层建筑楼层较多，高度较高，居住人员数量多和电气设备安装较多等特点决定的。
3）涉及到大量的电气设备
高层建筑另一个特点是涉及到的电气设备相对较多，技术人员一般会在高层建筑施工中，预留大柱距，这主要是留有一个较大的空间，便于安装电气设备，还能够保证能安装大量的电气设备，最终充分发挥出高层建筑的使用功能。
3、高层建筑电气设计
在高层建筑设计中涉及的范围非常的广泛，就目前的情况来看，已经逐步的向节能的方向发展，同时其也需要遵循相应的原则，对此本文主要介绍了电气设计的原则和相关方面，并对太阳能设计的应用进行了重点分析：
3.1建筑电气设计节能应当遵循的原则
通常情况下，在建筑电气设计中要想达到节能的目的，必须遵循相应的原则。首先，建筑电气设计应当满足建筑物的功能性原则，也就是能够满足建筑在照明方面以及温度、舒适性等方面的要求，在保证其功能得以正常发挥和利用的前提下去进行节能设计。其次，还应当注重效益原则，最大限度的实现经济效益。一般来说，建筑电气的节能设计都应当综合考虑自身的实际情况和经济效益，不能够为了达到节能这一目标而去投入过多资金，增加成本费用。而是要确保在近期的额外付出，在未来若干年中能够以节能的方式得到足够回报。此外，还应当注重节省无谓消耗的能量。对于建筑电气中的节能设计来说，节能的重点之一应当在于对无谓消耗能量的节省。针对于那些与发挥建筑功能无关的，却消耗能量的部位予以改进，再考虑采取怎样的节能措施。为此，建筑电气设计中的节能方式一定要严格贯彻实用性、经济性和技术先进性的原则。
3.2建筑电气设计
3.2.1负荷等级
鉴于超高层建筑楼层多，建筑高度高、火情复杂、人员密集且疏散距离远、火灾扑救严重依靠内部的消防设施等情况，超高层建筑中的消防用电设备如：消防水泵、消防电梯、防排烟风机、消防控制中心、应急照明和疏散指示灯、安防系统用电、电子信息设备机房用电应按一级负荷中的特别重要负荷要求供电；普通客梯、生活水泵、排污水泵，电话电视机房、航空障碍灯等用电设备按一级负荷的要求供电；其余普通照明、空调、动力等用电按三级负荷供电。
3.2.2供电电源及电压的选择
在现代高层建筑中，通常都需要设置至少两个独立电源，而具体数量也需要根据实际情况来定，从而确保供电的可靠性。这两路电源需要同时进行供电，而且互为备用。目前我国高层建筑规定的标准电压都为10kV，而且需要装设柴油发电机组，在停电15秒内即需要自动恢复供电，确保事故照明及一些应急设备的正常用电。
3.2.3太阳能供配电系统的设计
在高层电气设计过程中，要尽量利用可再生能源，其中最容易最直接的就是对太阳能的利用，一般太阳能的利用分为太阳能发电技术，和太阳能热水技术。随着太阳能光伏产业的发展，在未来太阳能电池板的价格势必会越来低，在高层建筑电气设计中也会广泛的应用到太阳能，以下是其的具体分析：
（1）太阳能光电原理
太阳能光电技术具有较高的成本，不像光热技术那么普及。太阳能发电系统的光电转化率可达到19%～35%，它由逆变器、控制器、蓄电池组成。其中，逆变器为太阳能光电技术的核心部件，它主要把直流电转换成交流电以供交流负荷使用。而控制器用来调节和控制所发的电能，既可把调整后的电能量直接送往直流负载或交流负载，还可把多余的能量送往蓄电池组存储，这样当负载需要更多的电，控制器又把蓄电池的电能送往负载。另外控制器可保护蓄电池不被过充电和过放电，保护蓄电池，同时并网市政供电系统，保证用户的正常用电。
（2）以太阳能为能源、LED为应用终端的公共照明系统设计
由于太阳能直接供应直流电，LED是以直流电工作，所以我们可以采用以太阳能为能源，LED为应用终端的公共照明系统。这种照明系统配置低、电路简单、成本低，大大提高了整个系统的性价比。
太阳能和LED因具有相同的直流特质，可实现无缝整合，另外直流电力架构的伏安特性相对简单，非常适合在其之上建立分布式的能源应用系统。在中高层建筑群中，构建分布式太阳能系统，可充分利用原有线路以及闲置的空间来布置太阳能组件，为高层建筑中的普通应急照明系统、智能小区景观照明、地下车库等公共区域提供照明。同时，为使公共照明系统达到比较高的能效，可采用智能控制系统，实现有人时照明，无人时关闭照明或调至半亮状态。
从经济效益来看，新建项目的回收时间小于3年，而在原有基础上改造时间也大概在3～5年左右，另外由于线路上传输距离短，对线路的要求低，可充分利用原有线路，大大降低了成本。以7层住宅楼道照明系统为例，目前，大多都在使用交流市电的白炽等，其功耗大，如按1盏20W，1d工作2h来算，那么1个单元1年消耗市电大概105kW·h。就目前来看，在原有基础上只需投入500元左右就能实现7层的LED感应照明系统且不消耗市电，大大节约了电能。而采用太阳能直流架构将完全不再消耗市电，其综合效益远远超过传统技术，高层建筑中采用该系统可将蓄电池容量减少约50%，提高蓄电池的使用寿命和投入回收率，可见其经济效益和环保效益非常显著。太阳能应用在中高层建筑LED照明系统中的整体架构设计如图1所示。从图1可知，分布式直流架构主要由控制器、太阳能组件和负载组成。 分布式直流架构的设计和处理的优点在于配置灵活和组网方便，干线电流小，并且能够实现可靠性和冗余度高等优点，以期实现太阳能应用在LED照明系统中以更低廉的成本输出直流电力。
分布式直流架构的设计和处理的优点在于配置灵活和组网方便，干线电流小，并且能够实现可靠性和冗余度高等优点，以期实现太阳能应用在LED照明系统中以更低廉的成本输出直流电力。
分布式直流架构的灵活性和延展性优势，让其不仅在平面二维区域得到灵活布置，也可以在中高层建筑中，以及复杂的单体建筑中都可以实现其功能。
3.3.4主要设备的选型
（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。应根高层建筑地下室的标准，选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。
（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。
（3）低压配电屏
国外低压配电屏的结构，几乎都做成抽屉式，特别是大容量的出线，则做成手车式。
（4）应急备用发电机组
过去大多是采用柴油发电机组做应急备用电源的。近年国外高层建筑已开始采用燃汽轮发电机。这种发电机具有体积小、重量轻、反应速度快，故障率低等优点
3.3.5电气照明设计
电气照明设计，包括光源选择、照度计算、灯具造型，灯具布置，眩光控制和调光控制和照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系，应该相互配合，在使用功能及艺术意境方面求得统一。选用高光效电光源，可以取得节能的明显效果。
3.3.6防雷与接地
现代高层建筑的防雷设计，除采用避雷针和避雷带的传统做法外，近年还出现有消雷器和放射性避雷针。这两种防雷技术虽然在工程上得到不少实际应用，但在理论上一直是有争议的。现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接是十分可靠的。关键是做好金属管线的接地。现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地，都是合在一起的，组成混合接地系统。接地电阻按最小的要求而定，通常是在4欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求，仍需要装设水平的人工接地体，将主要的建筑物基础连接成接地网，这对均衡电位，提高安全性都有好处。
3.3.7电梯
根据电梯不同的使用功能，一般将其分为自动扶梯、高级客梯、普通客梯、货梯、消防梯、服务梯和观光梯几大类，根据电流的差异将其分为直流梯和交流梯两类，根据速度的区别，将其分为高速梯、快速梯和低速梯三类，设计人员进行设计工作时应先确定电梯的功能和数量，而对于电梯的配置和造型，则是应由总建筑师和总体交通设计人员共同探讨来决定。
3.3.8防火和报警系统
由于高层建筑面积大、人员复杂，引起火灾的可能性很大，加之竖向孔洞多、现代化的塑料贴面材料、全部窗户密封、设备庞杂、人员和物质等都很集中，发生火灾时火势容易蔓延，疏散人员和扑灭火灾也很困难，所以现代化的高层建筑除了在建筑设计方面采取很多措施外，还应设置完善的自动消防系统和防火报警系统。
随着社会的发展，高层建筑电气设计越来越受到人们的关注，在设计中应用节能技术也逐渐的成为了趋势，本文主要分析了设计中的相关方面，以期提供一定的借鉴。
参考文献：
[1]贾宇向，宋艳.太阳能在中高层建筑电气设计中的应用[J].建筑节能，2014，09：27-28+33.
[2]吴红升.浅析高层建筑电气设计与节能[J].中华民居（下旬刊），2013，02：20-21.
[3]谢冰.高层建筑电气设计特点及发展研究[J].中华民居（下旬刊），2013，04：277-278.
[4]裴炜.浅谈高层建筑电气设计[J].科技创新与应用，2013，26：211.
[5]郝平.小议高层建筑电气设计中的内容及节能原则[J].黑龙江科技信息，2007，06：188.