超高层建筑电气节能设计技术浅析

胡庆龙

【摘 要】近年来，我国经济迅速发展，寻找可替代能源，实现资源的节能利用是目前的主要目标。建筑业中比较典型的耗能大户是超高层建筑，因此， 超高层建筑的电气节能设计就显得尤为重要，本文主要从节能设计的基本原则、建筑电气设计常见问题、电气节能设计的主要内容等几方面进行阐述，探讨超高层建筑电气节能设计技术。

【关键词】超高层建筑；电气设计；节能

近年来，我国经济迅速发展，随之而来就出现了一系列的问题，其中主要以能源匮乏和环境污染问题最为严重，因此，国家所倡导的节能减排、寻找可替代能源就变得十分重要。我国三大“耗能大户”分别是工业、交通与电力耗能，而与电力耗能息息相关的是建筑用能，其中主要包括建筑业中的照明用电、电梯用电、空调用电等等。建筑业中比较典型的耗能大户是超高层建筑，因此，超高层建筑的电气节能设计就显得尤为重要，本文主要探讨超高层建筑中的电气节能设计技术，实现建筑行业的可持续发展。

1.节能设计的基本原则

节能设计的基本原则主要包括以下几个方面：首先，应节省能量消耗，比如像电能浪费的地方，采取有效节能措施；其次，应满足经济性要求，采用节能材料与设施，节省能源投资；第三，应满足建筑物的安全性需求、照明需求与环境舒适度的需求等等；第四，节能技术应采用先进性的技术。

2.建筑电气设计常见问题

建筑电气设计常见问题主要是两个方面，分别是电气线路与漏电开关极数选择。高层建筑在设计中，室外照明灯的设计是电气线路中的主要角色。室外照明应采用接地系统，且应使用单独的金属外壳保护系统，以避免引发不必要的安全事故。电气设计的过程中，为了提高灵敏度系数，设计者应进行灵敏度校验，同时应设置接地故障保护，把危害降至最低。电气设计涉及安全用电问题，设计人员应遵循本行业的原则与规范，保证漏电开关极数符合电气正常使用的需求。

3.电气节能设计的主要内容

3.1电气设备主要选型

高层建筑电气设备主要包括以下几种：应急发电组、低压配电屏、电力变压器和高压开关柜。

（1）应急发电组。

近年来，随着科技发展，国外高层建筑已经应用燃汽轮发电机代替过去的柴油发电机组作为备用电源。

（2）低压配电屏。

配电屏的结构发生了很大变化，国外大部分做成了抽屉式，其中大容量的出线做成了手车式。

（3）电力变压器 高层建筑在防火安全要求中，是不允许安装大容量油浸变压器的。

（4）高压开关柜 应选用手车式，而不应采用油开关。

3.2供电电源与电压

现代的高层建筑中为了应付停电等突发事件，应采用独立电源供电模式，应设立两个独立电路。两个电路可以同时供电，互相提供帮助。同时，还应在此基础上设立应急柴油发电机组，在有停电等突发事件发生时，可以在第一时间内恢复供电。高层建筑的供电电压一般都采用标准等级电压。

3.3配电系统节能设计

3.3.1配电系统分为高压配电系统与低压配电系统

高层建筑采用两路独立电源供电，同时在计费方面，采用照明与动力用电分开的计费方法，高压区高供高计，低压区装计费电度表。干线是配电设备中的重要部分，现在多采用放射式系统的配电方式，楼层配电多数为混合式配电系统。

3.3.2高效节能变压器

现今的电气节能设计中，选用节能的配电变压器，不仅可以最大限度的延长变压器使用寿命，而且可以降低变压器运行时所需的能量消耗。配电变压器本身就是一种能源消耗设备，同时又是重要的电能分配与转换设备。降低能耗，提高配电变压器电能转换效率的重要方式之一，就是选择合理的变压器型号与容量。在实际应用中，确定变压器容量可以依据实际负荷需求，按高于变压器最佳负荷率来进行确定。负荷率一般在70%左右是比较合理的。同时，配电变压器选型应选节能型的，如应优先选择负载损耗小和空载的。

3.3.3应用无功补偿策略

配电系统中，应用无功补偿策略，可以有效降低系统线损，同时显著提高配电系统功率因数，实现降低损耗、节约能源的功效。民用建筑供电可分为单相负荷与三相负荷。其中单相负荷又主要包括家用以及办公用电器等。三相负荷主要包括中央空调、风机等设备。其实，在实际的工程设计中，居民住宅或应用分体空调的公共建筑用电负荷多采用单相负荷，比例高达80%～90%，比采用中央空调的大型公共建筑的单相负荷比例高，而功率较大的三相机电设备，如地下室排风机、潜水泵等却处于闲置状态。提高低压配电系统的无功补偿方式，就是进行集中补偿。综合考虑经济与技术方面，合理设计无功补偿方式，可分为单相分补或单相、三相相互结合共补。

3.4负荷的计算

供电设计的依据参数主要是电力负荷。电力负荷的计算是否准确，在选择设备以及是否能够安全运行起着举足轻重的作用。电力负荷的计算方式主要有两种，分别为需要系数法与负荷密度法。

3.5防雷与接地

近几年，在防雷设计中除了运用避雷针与避雷带外，还出现应用放射性避雷针与消雷器，新型防雷设计虽然得到了实际应用，但是仍然存在一定的争议。现代高层建筑中的钢筋混凝土剪力墙和楼板连接紧密，主要是要做好金属管线的接地设计。现代高层建筑主要采用混合接地系统，其中包括电气设备的保护接地、工作接地和防雷接地。接地电阻的设定要求电阻率最小，基础钢筋等虽然满足电阻的要求，仍然需要装设人工接地体，且人工接地体要求是水平的，这样就形成了一种接地网，对于均衡电位，提高建筑物的安全性具有重要的作用。

3.6电气照明设计

电气照明系统，包括照度功率密度值、照明光源、照明控制等等。以福州世茂国际中心工程为例，在进行此工程时，照度功率密度值严格执行国标的要求，如图1为2号裙房冷冻机房照明平面图。

照明光源的选择上，对层高较高的机房采用金卤灯照明，并同时配备节能电感镇流器。在照明控制上，实施分散控制，同时考虑方便性与实用性，满足人们不同的需求。比如现在的宾馆都实行一房一卡，电气节能运用到实际之中，真正做到了人来通电，人走断电。又如楼梯间与走道的照明采用声控或红外等自熄开关控制等等。集中控制的智能照明系统则主要用于公共建筑的较大场所的照明设置。智能照明控制可以有效提高照明的能效，节能功效十分显著。

3.7电梯

电梯按使用功能、速度与电流有许多种分类，高层建筑中如何配置以及如何造型，不单单由电气设计师决定，也必须与建筑师和交通设计人员同时进行商讨决定才可确定。设计人员只能决定电梯的功能与台数。

3.8自动报警与灭火

现代高层建筑可以实现自动化的灭火和报警。探测器在检测过程中检测到火灾信号后，可以进行信号转换，转换成电信号，信号可以分别进入负责整座大楼安全的分区报警器与消防中心两个地方，并且可以发出报警信号。其实，高层建筑中消防用电设计内容相当复杂，建筑规模的大小，功能的多少，都与之息息相关。

4.结语

超高层建筑结构相对复杂，因此，对电气功能的要求就较高，在这种情况下，优化节能设计，提高能源利用率就变得十分重要。电气节能技术的合理应用，可以有效的降低能耗，同时还可以给建筑业带来可观的经济效益，实现低成本、可持续的建筑发展之路，同时响应国家节能减排、低碳消费的新号召。

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[1]邓海英.高层建筑电气的节能设计原则[J].建筑规划设计，2007，11：154.

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