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摘要：高层建筑在现代城市建设当中最为常见的建筑形式，由于高层建筑的结构复杂、居住人群密集导致其能源的消耗量非常巨大，所以必须要科学合理的进行电气的节能设计，充分提高能源的利用率。因此本文对高层建筑的电气设计与节能进行研究。
关键词：高层建筑；电气设计；节能
Abstract:The high-rise buildings in the modern city of construction of the most common form of construction, because the structure of the high-rise building complex, live crowded lead to its energy use very large, so must science reasonable electrical energy saving design, enhance energy utilization. Thus, in this paper the electrical design of high-rise building and energy saving.
Keywords: high building; Electrical design; Energy saving
中圖分类号：TU97文献标识码：A文章编号：
一、高层建筑的电气设计
高层建筑对于电气设计的安全性以及可靠性都有着非常严格的要求，在进行设计的过程中不仅需要满足节约电能的要求，而且还应该保证电力供应能够满足人们的正常生产、生活需要。具体应该坚持以下三项基本原则：
（一）高层建筑电气设计的经济性原则
高层建筑电气的节能设计需要满足经济性原则，采取的节能措施要求在消耗投资成本较少的情况下获得更为理想的效果。不能单方面的考虑节能环保而加大投资，应该重点考虑节能设计投资的回收期和回收率，即在较短的时间内回收投资，这样的节能设计才更加合理。
（二）高层建筑电气设计的适用性原则
适用性原则主要是指电气设计必须要满足高层建筑正常的采光、采暖以及其他功能性设施的要求。光照的亮度、色度以及色温满足《建筑照明设计标准》GB50034-2004中的有关规定。空调温度要符合人体舒适性的要求，对于一些其他用电设施的电气设计应该满足相关行业标准。
（三）高层建筑电气设计的节能性原则
节能性原则主要是指电气设计在满足高层建筑功能的前提下，尽量减少一些不必要的电能消耗。这就要求在电气设计之初必须要对高层建筑的用电设备进行分类汇总，并且找出与建筑功能无关的电能消耗，然后采取必要的措施减少这部分的电能消耗。例如电力传输过程中的电能损耗以及变压器的功率损耗等。
二、高层建筑电气节能设计的具体措施
高层建筑的电气设计主要包括供配电系统设计、照明系统设计以及电力系统设计，因此需要综合考虑供配电系统中的变电所位置、变压器设备、输电线、电动机以及照明系统等多方面的因素。以下就对高层建筑电气节能设计的具体措施进行深入分析：
（一）变电所的节能设计
高层建筑变电所位置的选择对于电气节能设计有着非常重要的作用。由于高层建筑的楼层跨度大、层数多、用电负荷较为分散，所以在变电所选址时需要确保配电干线的最大电压降不超过规定值，尽量减少电能消耗。为了节省高层建筑的正常使用空间，一般将变电所设置在地下室或者辅助建筑内。
（二）变压器设备的节能设计
高层建筑变压器设备的节能设计主要考虑的因素是减少功率损耗，变压器功率损耗计算公式如下所示：
上式中ΔPb指变压器有功损耗，单位为kW；P0指变压器的空载损耗，单位为kW ；Pk指变压器的有载损耗，单位为kW；β指变压器的负载率。对变压器功率损耗的计算公式进行研究可知，变压器的空载损耗主要是由于变压器内部铁芯的涡流损耗以及漏磁损耗组成，损耗量的大小受铁芯的材质以及制作工艺的控制，在型号以及结构统一的情况下这部分电能损耗是固定不变的。因此要想减小变压器的空载损耗，就必须选择节能型的变压器，现阶段常见的节能型变压器油S9、SL9、SC8型号的油浸变压器或者干式变压器，这些变压器试用的是优质冷轧钢片，而且制作工艺精良，能够有效地降低变压器的空载损耗。变压器的有载损耗主要是指功率传输过程中产生的电能损耗，损耗值的大小是由绕组的电阻值以及流经绕组的电流值所决定的，并且与变压器负载率的平方成正比，用微积分的方法求Pkβ2的极值可以得到β为50%时电能损耗最小，但是在实际运行过程中预留过50%的容量却降低了变压器的经济性，所以综合考虑经济性因素一般将变压器的负载率取值范围控制在75%～85%之间。
（三）输电线的节能设计
高层建筑当中输电线的电能损耗占有非常大的比重，所以需要重视输电线的节能设计。输电线的电阻计算公式如下所示：
上式中R指输电线电阻；P指电功率；L指输电线长度；S输电线横截面积。对电阻计算公式进行研究可知，降低输电线的电能损耗可以从减小电功率、缩短输电线长度以及增大输电线横截面积三个方面考虑。其中减小电功率可以选择优质的铜导线；缩短输电线长度需要在高层建筑的电气设计中尽量采用直线型的设计方式满足各个用电设备的电力供应。低压配电室应该尽可能的靠近竖井，并且要由低压配电室向每一个竖井的干线提供电能；增大输电线横截面积主要是指在满足载流量、热稳定性、保护的配合以及电压损失的情况下选择大一级的输电线截面积。
（四）系统功率的节能设计
降低高层建筑供配电系统的无功损耗，提高功率也可以起到节约电能的目的。高层建筑供配电系统无功损耗的计算公式如下所示：
上式中UL指输电线电压，单位为V；P指有功功率，单位为kW；Q指无功功率，单位为kVA。对无功损耗的计算公式进行分析可知，RP2/UL2是指由输电线有功功率引起的损耗，RQ2/UL2是指输电线为无功功率引起的损耗。其中输电线有功功率引起的损耗是为了满足建筑的功能需求而产生的是不可避免的。因此需要降低电线为无功功率引起的损耗以实现节约电能的目的。例如高次谐波会增加高层建筑电气系统的无功损耗，所以在节能设计过程中需要在成套电容器自动补偿装置内增加串联电抗器。
（五）电动机的节能设计
高层建筑电动机是由设备制造厂商统一提供的，节能环节主要是在运行的过程中。由于电动机的空载或者轻载不仅降低了工作效率，而且还会产生电能消耗，所以需要尽量减少电动机的空载或者轻载运行。主要可以通过软启动控制器实现电动机的软停车、控制电动机的升温以及多种保护功能，不仅具有明显的节能效果而且还能有效地延长了电动机的使用寿命。
（六）照明系统的节能设计
高层建筑照明系统的节能设计要严格按照《建筑照明设计标准》GB50034-2004中的有关规定。一般照明光源的电压应该采用220V，1500W以上的的高强度气体放电灯使用380 V电压。使用高效节能的光源，如荧光灯，其特点是将荧光灯与节能电子镇流器融合在一起。作为了一种冷光源，节能灯不会产电流热效应，提高了能源的利用率。并且根据建筑的实际情况可以充分利用自然光源。例如对于接近室外的建筑面积可以尽量扩大门窗的设计面积，并且根据现场自然光的照明度，随时调节室内光的亮度，以达到节能的目的。此外，调光器是建筑照明控制系统的核心部件，因此需要根据明回路的性能匹配相适应的调光器。例如对于发光、霓虹、充气等冷阴极灯应该使用前沿相控调光器，而金属卤化物灯之类的各种气体放电灯则应该匹配正弦波电压调光器。
三、结束语
综上所述，伴随着能源短缺问题的日益严重，所以必须足够重视高层建筑电气的节能设计工作。高层建筑电气的节能设计必须要在满足功能性要求、经济性要求的前提下采取先进的节能技术减少不必要的电能损耗，最大限度的提高能源的利用率。此外，还需要相关专业的电气设计人员更加努力的学习，借鉴一些先进的设计经验提升自己的专业水平从而将高层建筑电气节能设计做得更加科学、完善，这样才能使高层建筑电气节能设计不断优化，更好地实现能源的可持续发展。
参考文献：
[1] 藏铂.浅谈建筑电气节能设计的方法及原理[J].科技情报开发与经济.2009(06).
[2] 尹明.浅析高层建筑电气设计[J].科技创新导报.2009(04).
[3] 周贤杰,徐益文.建筑电气设计的节能思路[J].科技资讯,2009(04).
[4] 商建民,商航.高层建筑电气设计的主要内容及节能原则[J].科技咨询导报,2007(07).
[5] 杜彬,刘春禹.高层建筑电气设计探析[J].科技咨询导报,2007(26).
关键词：高层建筑；电气设计；节能
Abstract:The high-rise buildings in the modern city of construction of the most common form of construction, because the structure of the high-rise building complex, live crowded lead to its energy use very large, so must science reasonable electrical energy saving design, enhance energy utilization. Thus, in this paper the electrical design of high-rise building and energy saving.
Keywords: high building; Electrical design; Energy saving
中圖分类号：TU97文献标识码：A文章编号：
一、高层建筑的电气设计
高层建筑对于电气设计的安全性以及可靠性都有着非常严格的要求，在进行设计的过程中不仅需要满足节约电能的要求，而且还应该保证电力供应能够满足人们的正常生产、生活需要。具体应该坚持以下三项基本原则：
（一）高层建筑电气设计的经济性原则
高层建筑电气的节能设计需要满足经济性原则，采取的节能措施要求在消耗投资成本较少的情况下获得更为理想的效果。不能单方面的考虑节能环保而加大投资，应该重点考虑节能设计投资的回收期和回收率，即在较短的时间内回收投资，这样的节能设计才更加合理。
（二）高层建筑电气设计的适用性原则
适用性原则主要是指电气设计必须要满足高层建筑正常的采光、采暖以及其他功能性设施的要求。光照的亮度、色度以及色温满足《建筑照明设计标准》GB50034-2004中的有关规定。空调温度要符合人体舒适性的要求，对于一些其他用电设施的电气设计应该满足相关行业标准。
（三）高层建筑电气设计的节能性原则
节能性原则主要是指电气设计在满足高层建筑功能的前提下，尽量减少一些不必要的电能消耗。这就要求在电气设计之初必须要对高层建筑的用电设备进行分类汇总，并且找出与建筑功能无关的电能消耗，然后采取必要的措施减少这部分的电能消耗。例如电力传输过程中的电能损耗以及变压器的功率损耗等。
二、高层建筑电气节能设计的具体措施
高层建筑的电气设计主要包括供配电系统设计、照明系统设计以及电力系统设计，因此需要综合考虑供配电系统中的变电所位置、变压器设备、输电线、电动机以及照明系统等多方面的因素。以下就对高层建筑电气节能设计的具体措施进行深入分析：
（一）变电所的节能设计
高层建筑变电所位置的选择对于电气节能设计有着非常重要的作用。由于高层建筑的楼层跨度大、层数多、用电负荷较为分散，所以在变电所选址时需要确保配电干线的最大电压降不超过规定值，尽量减少电能消耗。为了节省高层建筑的正常使用空间，一般将变电所设置在地下室或者辅助建筑内。
（二）变压器设备的节能设计
高层建筑变压器设备的节能设计主要考虑的因素是减少功率损耗，变压器功率损耗计算公式如下所示：
上式中ΔPb指变压器有功损耗，单位为kW；P0指变压器的空载损耗，单位为kW ；Pk指变压器的有载损耗，单位为kW；β指变压器的负载率。对变压器功率损耗的计算公式进行研究可知，变压器的空载损耗主要是由于变压器内部铁芯的涡流损耗以及漏磁损耗组成，损耗量的大小受铁芯的材质以及制作工艺的控制，在型号以及结构统一的情况下这部分电能损耗是固定不变的。因此要想减小变压器的空载损耗，就必须选择节能型的变压器，现阶段常见的节能型变压器油S9、SL9、SC8型号的油浸变压器或者干式变压器，这些变压器试用的是优质冷轧钢片，而且制作工艺精良，能够有效地降低变压器的空载损耗。变压器的有载损耗主要是指功率传输过程中产生的电能损耗，损耗值的大小是由绕组的电阻值以及流经绕组的电流值所决定的，并且与变压器负载率的平方成正比，用微积分的方法求Pkβ2的极值可以得到β为50%时电能损耗最小，但是在实际运行过程中预留过50%的容量却降低了变压器的经济性，所以综合考虑经济性因素一般将变压器的负载率取值范围控制在75%～85%之间。
（三）输电线的节能设计
高层建筑当中输电线的电能损耗占有非常大的比重，所以需要重视输电线的节能设计。输电线的电阻计算公式如下所示：
上式中R指输电线电阻；P指电功率；L指输电线长度；S输电线横截面积。对电阻计算公式进行研究可知，降低输电线的电能损耗可以从减小电功率、缩短输电线长度以及增大输电线横截面积三个方面考虑。其中减小电功率可以选择优质的铜导线；缩短输电线长度需要在高层建筑的电气设计中尽量采用直线型的设计方式满足各个用电设备的电力供应。低压配电室应该尽可能的靠近竖井，并且要由低压配电室向每一个竖井的干线提供电能；增大输电线横截面积主要是指在满足载流量、热稳定性、保护的配合以及电压损失的情况下选择大一级的输电线截面积。
（四）系统功率的节能设计
降低高层建筑供配电系统的无功损耗，提高功率也可以起到节约电能的目的。高层建筑供配电系统无功损耗的计算公式如下所示：
上式中UL指输电线电压，单位为V；P指有功功率，单位为kW；Q指无功功率，单位为kVA。对无功损耗的计算公式进行分析可知，RP2/UL2是指由输电线有功功率引起的损耗，RQ2/UL2是指输电线为无功功率引起的损耗。其中输电线有功功率引起的损耗是为了满足建筑的功能需求而产生的是不可避免的。因此需要降低电线为无功功率引起的损耗以实现节约电能的目的。例如高次谐波会增加高层建筑电气系统的无功损耗，所以在节能设计过程中需要在成套电容器自动补偿装置内增加串联电抗器。
（五）电动机的节能设计
高层建筑电动机是由设备制造厂商统一提供的，节能环节主要是在运行的过程中。由于电动机的空载或者轻载不仅降低了工作效率，而且还会产生电能消耗，所以需要尽量减少电动机的空载或者轻载运行。主要可以通过软启动控制器实现电动机的软停车、控制电动机的升温以及多种保护功能，不仅具有明显的节能效果而且还能有效地延长了电动机的使用寿命。
（六）照明系统的节能设计
高层建筑照明系统的节能设计要严格按照《建筑照明设计标准》GB50034-2004中的有关规定。一般照明光源的电压应该采用220V，1500W以上的的高强度气体放电灯使用380 V电压。使用高效节能的光源，如荧光灯，其特点是将荧光灯与节能电子镇流器融合在一起。作为了一种冷光源，节能灯不会产电流热效应，提高了能源的利用率。并且根据建筑的实际情况可以充分利用自然光源。例如对于接近室外的建筑面积可以尽量扩大门窗的设计面积，并且根据现场自然光的照明度，随时调节室内光的亮度，以达到节能的目的。此外，调光器是建筑照明控制系统的核心部件，因此需要根据明回路的性能匹配相适应的调光器。例如对于发光、霓虹、充气等冷阴极灯应该使用前沿相控调光器，而金属卤化物灯之类的各种气体放电灯则应该匹配正弦波电压调光器。
三、结束语
综上所述，伴随着能源短缺问题的日益严重，所以必须足够重视高层建筑电气的节能设计工作。高层建筑电气的节能设计必须要在满足功能性要求、经济性要求的前提下采取先进的节能技术减少不必要的电能损耗，最大限度的提高能源的利用率。此外，还需要相关专业的电气设计人员更加努力的学习，借鉴一些先进的设计经验提升自己的专业水平从而将高层建筑电气节能设计做得更加科学、完善，这样才能使高层建筑电气节能设计不断优化，更好地实现能源的可持续发展。
参考文献：
[1] 藏铂.浅谈建筑电气节能设计的方法及原理[J].科技情报开发与经济.2009(06).
[2] 尹明.浅析高层建筑电气设计[J].科技创新导报.2009(04).
[3] 周贤杰,徐益文.建筑电气设计的节能思路[J].科技资讯,2009(04).
[4] 商建民,商航.高层建筑电气设计的主要内容及节能原则[J].科技咨询导报,2007(07).
[5] 杜彬,刘春禹.高层建筑电气设计探析[J].科技咨询导报,2007(26).