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摘要：为了提高大型商场等现代高层建筑电气设计质量，本文结合规范和工程管理经验，详细阐述了现代高层建筑电气设计的主要内容，并从设计上满足系统用电负荷安全性要求，同时提出了设计中应注意的电气节能问题。
关键词：高层建筑；电气设计；电气节能
中图分类号： TU208 文献标识码： A
大型商场等高层建筑电气设计质量保证是比较复杂的一个课题，同时高层建筑耗能浪费的现象也是一个迫在眉睫的问题。作为商场的电气工程师，不应只停留在电气维护和商业装修工程现场的日常管理上，还应该主动熟悉和掌握与高层建筑电气有关的设计规范、设备选型和节能改造上。
1 高层建筑电气设计的主要内容
1.1 负荷的计算
电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否，对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。高层建筑的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。
1.2 供电电源及电压的选择
为了保证供电可靠性，现代高层建筑至少应有两个独立电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两路独立电源运行方式，原则上是两路同时供电，互为备用。另外，还须装设应急备用柴油发电机组，要求在15 秒钟内自动恢复供电，保证事故照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。国内高层建筑的供电电压，都采用10kV标准电压等级。
1.3 高低压配电系统的设计
1.3.1 高压配电系统：现代高层建筑均是采用两路独立的10kV电源同时供电。一般高压采用单母线分段，自动切换，互为备用。母线分段数目，与电源进线回路数相适应。只有当供电电源为一主一备时，才考虑采用单母线不分段的结线。电源进线几乎全部采用电缆进线。
1.3.2 高压系统及低压干线的配电方式基本上都采用放射式系统。楼层配电则为混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。现代高层建筑的竖井多采用插接式母线槽。
水平干线因走线困难，多采用全塑电缆与竖井母干线联接。每层楼竖井设配电小间。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。当层数较多负荷数较大时，一般按层数分区供电，或将变压器分散设在地下层、中间层或最顶层。
1.3.3 功率因数按规定应补偿到0.9~0.95.无功补偿都采用集中补偿方式。为降低变压器容量，多集中装设在低压侧，与配电屏放在一起，但必须采用于式移相电容器。
1.4 主要设备的选型
1.4.1 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。国外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 开关尺寸數大，气体具有毒性，故目前10kV真空断路器应用的较为普遍。
因此，应根据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。1.4.2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。
1.4.3 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。
1.4.4 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。应急备用发电机组必须是快速自起动的。一般应能在15s内恢复供电。从可靠性出发最好选用两台，自动并车。容量较小时也可选用一台。
1.5 变电所位置的确定
现代高层建筑的用电量相当大，在确定变电所位置时，应尽可能使高压深入负荷中心。这对节约电能，提高供电质量都有重要意义。
1.6 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。
1.7 防雷与接地
现代高层建筑的防雷设计，采用避雷针和避雷带的做法简单可靠、经济合算。但必须保证各层楼面钢筋、金属管道与该层用作引下线的柱筋有可靠的连接，形成等电位层。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。
1.8 电梯
电梯按使用功能分，有高级客梯、普通客梯、观景梯、服务梯、消防梯、货梯、自动扶梯等许多种；按速度又分为低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等；按电流分则有交流和直流两大类。设计人员的任务是要确定电梯台数和决定电梯功能。电梯的配置和造型，不是电气设计人员单方面所能决定的，必须与总建筑师或总体交通设计人员共同研究才能确定。
1.9 消防
自动报警和自动灭火系统现代高层建筑的火灾自动报警灭火系统，包括：火灾探测器、分区消防报警控制器、消防中心和气体自动喷射灭火及自动洒水灭火系统等四个部分，实现报警灭火自动化。探测器探测到火灾信号后转换成电信号，进入分区报警器和消防中心，发出声光报警信号。消防中心负责整座大楼火灾的监控和消防指挥。关于高层建筑中消防用电的设计问题，涉及到其他许多学科，而且规模越大，功能越多，控制内容越广泛，设计内容也就越复杂。
2 建筑电气设计中的节能原则及主要措施现今社会能源消耗急剧增加，能源危机迫在眉睫。因此，各行各业提出了节能的要求，节约二次能源---电能，也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则：
2.1 满足建筑物的功能即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。
2.2 考虑实际经济效益节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用。而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。
2.3 节省无谓消耗的能量节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。
首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。
因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。
在工程实践中，公共建筑暖通空调系统和照明系统能耗分别占建筑总能耗的50%和20%以上，系统节能潜力是巨大的。目前，暖通空调系统的自动控制基本上采用建筑设备自动化系统，简称BAS 或BA系统，节能效率达10%~30%.而《建筑照明设计标准》（GB50034- 2004） 推动了照明领域的科技进步，有利于提高照明能效并推进绿色照明的实施，如用细管径直管型三基色T8 和T5 荧光灯代替T12 荧光灯，节能率为25%~35%;自镇流紧凑型荧光灯取代白炽灯（40~100W），节能率为30%~75%.
结束语
民用建筑的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。
关键词：高层建筑；电气设计；电气节能
中图分类号： TU208 文献标识码： A
大型商场等高层建筑电气设计质量保证是比较复杂的一个课题，同时高层建筑耗能浪费的现象也是一个迫在眉睫的问题。作为商场的电气工程师，不应只停留在电气维护和商业装修工程现场的日常管理上，还应该主动熟悉和掌握与高层建筑电气有关的设计规范、设备选型和节能改造上。
1 高层建筑电气设计的主要内容
1.1 负荷的计算
电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否，对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。高层建筑的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。
1.2 供电电源及电压的选择
为了保证供电可靠性，现代高层建筑至少应有两个独立电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两路独立电源运行方式，原则上是两路同时供电，互为备用。另外，还须装设应急备用柴油发电机组，要求在15 秒钟内自动恢复供电，保证事故照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。国内高层建筑的供电电压，都采用10kV标准电压等级。
1.3 高低压配电系统的设计
1.3.1 高压配电系统：现代高层建筑均是采用两路独立的10kV电源同时供电。一般高压采用单母线分段，自动切换，互为备用。母线分段数目，与电源进线回路数相适应。只有当供电电源为一主一备时，才考虑采用单母线不分段的结线。电源进线几乎全部采用电缆进线。
1.3.2 高压系统及低压干线的配电方式基本上都采用放射式系统。楼层配电则为混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。现代高层建筑的竖井多采用插接式母线槽。
水平干线因走线困难，多采用全塑电缆与竖井母干线联接。每层楼竖井设配电小间。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。当层数较多负荷数较大时，一般按层数分区供电，或将变压器分散设在地下层、中间层或最顶层。
1.3.3 功率因数按规定应补偿到0.9~0.95.无功补偿都采用集中补偿方式。为降低变压器容量，多集中装设在低压侧，与配电屏放在一起，但必须采用于式移相电容器。
1.4 主要设备的选型
1.4.1 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。国外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 开关尺寸數大，气体具有毒性，故目前10kV真空断路器应用的较为普遍。
因此，应根据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。1.4.2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。
1.4.3 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。
1.4.4 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。应急备用发电机组必须是快速自起动的。一般应能在15s内恢复供电。从可靠性出发最好选用两台，自动并车。容量较小时也可选用一台。
1.5 变电所位置的确定
现代高层建筑的用电量相当大，在确定变电所位置时，应尽可能使高压深入负荷中心。这对节约电能，提高供电质量都有重要意义。
1.6 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。
1.7 防雷与接地
现代高层建筑的防雷设计，采用避雷针和避雷带的做法简单可靠、经济合算。但必须保证各层楼面钢筋、金属管道与该层用作引下线的柱筋有可靠的连接，形成等电位层。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。
1.8 电梯
电梯按使用功能分，有高级客梯、普通客梯、观景梯、服务梯、消防梯、货梯、自动扶梯等许多种；按速度又分为低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等；按电流分则有交流和直流两大类。设计人员的任务是要确定电梯台数和决定电梯功能。电梯的配置和造型，不是电气设计人员单方面所能决定的，必须与总建筑师或总体交通设计人员共同研究才能确定。
1.9 消防
自动报警和自动灭火系统现代高层建筑的火灾自动报警灭火系统，包括：火灾探测器、分区消防报警控制器、消防中心和气体自动喷射灭火及自动洒水灭火系统等四个部分，实现报警灭火自动化。探测器探测到火灾信号后转换成电信号，进入分区报警器和消防中心，发出声光报警信号。消防中心负责整座大楼火灾的监控和消防指挥。关于高层建筑中消防用电的设计问题，涉及到其他许多学科，而且规模越大，功能越多，控制内容越广泛，设计内容也就越复杂。
2 建筑电气设计中的节能原则及主要措施现今社会能源消耗急剧增加，能源危机迫在眉睫。因此，各行各业提出了节能的要求，节约二次能源---电能，也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则：
2.1 满足建筑物的功能即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。
2.2 考虑实际经济效益节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用。而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。
2.3 节省无谓消耗的能量节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。
首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。
因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。
在工程实践中，公共建筑暖通空调系统和照明系统能耗分别占建筑总能耗的50%和20%以上，系统节能潜力是巨大的。目前，暖通空调系统的自动控制基本上采用建筑设备自动化系统，简称BAS 或BA系统，节能效率达10%~30%.而《建筑照明设计标准》（GB50034- 2004） 推动了照明领域的科技进步，有利于提高照明能效并推进绿色照明的实施，如用细管径直管型三基色T8 和T5 荧光灯代替T12 荧光灯，节能率为25%~35%;自镇流紧凑型荧光灯取代白炽灯（40~100W），节能率为30%~75%.
结束语
民用建筑的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。