高层建筑电气设计及节能措施研究

王贤亮

（甘肃省城乡规划设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

高层建筑自身的复杂性结构特征直接影响其电气设计工作，增强了高层建筑电气设计的复杂性，因此，在开展高层建筑的电气设计工作时，要对其具有的特点进行充分的考虑，在遵循相应的设计原则的前提下进行设计，从而促进节能效果的实现。对高层建筑电气运行中的能耗进行科学的降低，为高层建筑电气设计节约更多的经济成本，促进节能型高层建筑的发展。

1 概述高层建筑电气设计

1.1 设计原则

首先，应当遵循减少能耗原则，在高层建筑电气设计时应当对无谓的能源消耗进行减少，在开展电气设计工作时从能耗减少的方面出发，对高层建筑的功能进行明确，对可能出现多余电能消耗的地方进行详细分析，并针对该部分采取有效的节能措施，促进其良好节能效果的实现。若是在电能传输和变压器使用时出现有功损耗等问题，可以采取相应措施避免这些环节的有功损耗。另外，照明设施具有较广的使用面、较大的使用量，在对其电能损耗进行降低时，可以采取使用先进的照明设施的方法。

其次，在高层建筑电气设计过程中应当遵循经济原则，对高层建筑电气设计能够产生的实际经济效益进行充分的考虑。避免因对节能过度重视而将建设资金大量投入到减少能耗中的问题发生，要科学的利用建设资金。同时也要避免在对运行费用进行增加时出现日常使用费用增高和过高的工程造价等问题，应当保证投入到高层建筑电气节能设计中的资金，可以在电气节能的未来发展中获取相应的资金回报。

1.2 设计内容

高层建筑电气设计涉及的范围比较广泛，主要包括：消防设计，即设计消防控制室、火灾报警控制器、火灾探测器，保证高层建筑自动报警灭火。即火灾信号通过探测器变为电信号，而消防控制室在接收到电信号之后，进行消防指挥，并监控整个高层建筑的火灾情势；接地、防雷设计，在现代的高层建筑中，具有一体化的电气设备工作接地和保护接地、防雷接地系统，根据最小的要求设置节点电阻，接地电阻低于1Ω。而将建筑物基础、人工接地体组合成接地网，对促进高层建筑安全性的提高具有积极作用；电气照明系统设计，具体工作有敷设照明配电线路、控制照明的调光和眩光、布置照明灯具、选择照明光源等，在实际设计中还要考虑到照明设计的美观，而对高光效LED光源的应用具有良好的节能效果；确定变配电所位置，高层建筑在使用过程中会产生大量的用电需求，因此，对变配电所的位置进行确定时，应尽量设置在负荷中心，有助于供电质量的提高，以及促进节约电能目标的实现；选择主要的电气设备，如在选择高压开关柜时，普遍使用10kV真空断路器作为电气开关，选用中直式KYN28-12KV高压开关柜，这种高压开关柜具有“五防”功能，对安全可靠的供电系统提供保障具有积极效用。而在选择电力变压器时则需要遵照防火的相关要求；设计高层建筑的高低压配电系统，两路独立的10kv电源同时供电是目前高层建筑最佳的供电方式，高压系统则使用自动切换单母线分段的方法，并参照电源进线回路数确定母线分段数目；当受供电条件限制时，可选择一路独立的10kv电源和应急柴油发电机组供电，当高层建筑发生断电、火灾时，为一、二级负荷和消防负荷供电提供保障；计算电力负荷，计算电力负荷的准确性的高低将直接影响到供电设计效果，对设备的合理选择等也具有决定性作用。需要系数法、负荷密度法是目前高层建筑计算电力负荷时主要使用的计算方法。

1.3 设计特点

高层建筑电气设计的主要特点就是具有较高的复杂性，其电气设计工作涉及范围较为广泛，不仅需要对相关电气设备进行科学合理的选用，还需要科学的选用制冷设备、给排水设备、电器照明设备等。另外不同的高层建筑使用功能，决定了其电量需求具有较大的差异性，但是从整体来看，高层建筑普遍具有较高的电能消耗量。需要注意的是高层建筑与其他类型建筑之间的电气设计还存在一个重要的区别，就是在高层建筑的应急照明、电梯等设计过程中，应当建立独立的供电电源，为高层建筑的突发状况提供供电保障。

2 高层建筑电气设计过程中采取的有效的节能措施

2.1 对新能源进行合理的开发利用

在高层建筑电气设计中，可以将与高层建筑功能的发挥没有关联的电能消耗先检查出来，然后根据其检查结果制定合理的节能措施。如具有较广面积、较大数量的照明容量问题，在对其能耗降低时可以采取先进的技术手段。而为了实现高层建筑的节能目的，还可以采取开发新技术的方法，从电气设计的各个环节中进行控制，基于建筑功能、专业工艺要求，将计算机控制技术、网络监管技术应用到电气设计中，将建筑中的主要用电区域安装监控设备，以便及时的对其能量消耗情况进行监督。

2.2 选用节能设备

在高层建筑电气设计过程中，对设备的选用应当尽可能选用具有节能、高效特征的电气产品，或者选用可以达到对系统自身能耗降低的电气产品。而在节能设计供配电系统时，应当结合用电设备的特点、分布供电设备的情况、供电距离、系统负荷容量等进行全面的考虑，实现高质量的供配电系统，增强系统的方便操作性、简单可靠性。应当在负荷中心位置设置变配电所，通过缩短配电半径的方式，达到减少线损的目的。同时还要对变压器的台数、容量进行合理的选择，以便变压器可以对季节性变化下发生的负荷变动进行适应，从而实现对变压器灵活投切的效果，达到经济运行的目的，并对轻载运行过程中产生的不必要的电能损耗进行减少，以此来促进系统功率因数的提高，线路无功功率的减少，高效的实现节能目的。

在供配电系统中使用的线路、变压器、电动机等用电设备带有电能感应，滞后的无功会在这些用电设备的运行中产生，所以应当将超前的无功引用到系统中，实现抵消用电设备产生无功的效果。而这些超前的无功引入到系统后就会在传输的过程中转变为有功，对其能耗实现有效的控制，如采取安装无功补偿装置、对设备的自然功率因数进行提高等方法，就可以实现良好的节能效果。

2.3 对变电所的位置进行合理的确定

高层建筑楼层较多，各楼层承受的电力负荷较为分散，为了实现电力主干线的电压在允许值范围内，应当采取有效的节能措施降低电能损耗。对变电所位置合理、科学的选择尤为重要。根据平常的变电所位置设计经验，可以采取的确定方法为：将变压器的位置确定在建筑物中间层区域内；将变压器的位置确定在建筑物的地下层、最高层、中间层处；将变压器的位置确定在建筑物的地下室、最高层处；将变压器的位置确定在建筑物的地下室内、辅助建筑物内等。需要注意的是，在对变压器位置的选择时，应当对经济因素、设备条件、施工便利性等进行综合的考虑，同时还要对变压器的经营、管理加大重视，从而实现良好的节能控制。

2.4 节能设计照明系统

在节能设计高层建筑的照明系统时可以采取的节能措施：首先，可以采取对灯具控制方式进行改进的方法，对照明装置、照明设备开关选用时，选择节能型的设备，可以实现良好的节能效果。还可以结合使用照明设备的特征，对照明灯光进行分区控制，在照明设备需求较大的区域内对照明开关数量进行增多，从而达到节能的目；其次，可以对性能优、能耗低的光源用电附件进行大面积的推广使用，如推广使用电子变压器、电子触发器、节能型电感镇流器等；再次，可以采取对安装的单位面积灯具的功率进行有效控制的方法，在对照明质量满足的基础上，将紧凑型荧光灯、高效发光的荧光灯安装在高层建筑的一般房间内。最后，为了实现节能的目的还可以采取对自然光进行充分利用的方法，采用太阳能发电的方法，不仅可以达到良好的节能效果，还可以实现良好的环境优化效果。

3 结语

综上所述，通过对高层建筑电气设计及节能措施的深入研究，从中可以了解到在高层建筑电气设计过程中，应当遵循的设计原则、主要的设计内容、电气设计的主要特点。同时，为了促进高层建筑节能性的提高，在其电气设计时可以采用新能源进行合理的开发利用、选用节能设备、对变电所的位置进行合理的确定等节能措施，从而促进高层建筑电力系统的持久发展，为高层建筑的用电需求提供保障。