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摘要：随着我国建筑事业的蓬勃发展，住宅建筑逐渐向高层发展，高层建筑发展的趋势和现代化的主要标志，就是越来越广泛地使用电能、电气设备，特别是微电子设备。这就给高层建筑电气设计带来了压力和挑战，同时高层建筑耗能浪费的现象也是一个迫在眉睫的问题。为了提高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，对现代高层建筑电气设计的要点与需要注意的问题进行了探讨。
关键词：高层建筑；电气设计；负荷
高层建筑的电气设计与一般建筑工程的电气设计一样，都必须遵循有关的设计原则，遵守设计工作的程序。设计必须贯彻国家的有关规程、规范和标准，执行国家的有关方针和政策，下面具体加以分析。
一、高层建筑电力负荷的性质及估箅
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。作为设计师，在建筑电气负荷计算前要做大量的调查工作。这些调查工作包括当地居民的经济状况、消费水平、生活习惯等。选择合适的计算参数。高层建筑，一般采用高压(10kV)供电方式考虑供电方案，即首先依据有关法规及该建筑的性质，确定其对供电可靠性的要求，即确定有关负荷的等级，进而决定高压供电的形式；其二是根据该建筑的功能和规模，确定供电的容量：高层建筑的消防用电，安全照明及电梯均为一级负荷。因此，一般高层建筑均要求有两路独立电源供电。设汁中，通常采用l0kV环网作为高压供电的形式，辅以自备柴油发电帆作为应急电源。在具备可靠的两路独立电源(或用于不同的区域变电站)时，可考虑采用两路进线的高压供电方式，此时，可省去柴油发电机组。对于集酒店、餐馆、娱乐、健身及办公商住为一体，并设有中央集中空调的大型多用途高层建筑，由于内部功能空间的分割在建筑设计初期不可能全部确定，只能采用更为粗略的估算来确定大厦的电力负荷。一般地，这类建竿按80一100VA／m2向供电部门申请用电比较符合实际情况。
二、高层建筑配(变)电所位置的选择
变配电所的组成一般可包括：高压配电室、电容器室、变压器室、低压配电室、控制室、工具材料室、检修场地、夜班休息室等，具体工程中可按需要组合。在采用了不带可燃油的高、低压配电装置和非油浸电力变压器及非可燃性油浸电容器时，规范允许将其设在同一房间内，变配电室的组成将更趋简化。配(变)电所位置的选择：1)接近负荷中心。2)进出线方便。3)接近电源侧。4)设备吊装运输方便。5)不应设在多尘、水雾(如大型冷却塔)或有腐蚀性气体的场所。如无法远离时，不应设在污源的下风侧。6)不应设在有剧烈振动的场所。?)不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻。8)不宜设在公共场所人员较多的房间上面或下方。不应设在爆炸或有爆炸危险场所的正上方或正下方，如布置在爆炸危险场所范围内和布置在与火灾或爆炸危险场所的建筑物毗连时，应按有关规定执行。10)宜设置在地下室或首层，当建筑物在100m以上时也可在高层区的避难层或技术层内设置。11)宜设置在通风、散热条件较好的场所。12)设置在二层以上的三相变压器，应考虑垂直与水平运输对通道及楼板荷载的影响，如采用干式变压器时，其容量不宜大于630kVA。
三、高层建筑的防雷防雷与接地设计
防雷设计是建筑电气设计要点之一，防雷设计应考虑的因素：1)接闪功能；在防雷设计时，不应只考虑接闪部分的功能，应根据建筑物的结构形式及内部设计和建筑物方雷的各种相关因素及其规律，全面考虑防雷方式和应采取的措施，以达到接闪后的功能效果。2)分流影响。设置防雷引下线的数量，是关系到建筑物被雷击后是否产生扩大事故的重要因素。每根引下线所承受的电流愈小，则其反击的机会和感应范围的影响就小；所以引下線的根数应适当多些，且其位置应当合适。3)屏蔽作用。对建筑物的屏蔽，不仅使室内的各种电子设备、精密仪器、电子计算机、通讯设备等受到可幕保护，而且是防护球雷和侧击雷的有效方式。在必要的建筑物上应当考虑屏蔽措施，以防止球雾、侧击雷及电子设备等产生误动作或被击穿的可能4)均衡电位。为保证建筑物内部不产生反击，不产生接触电压和跨步电压，应当使建筑物的地面、墙面和人们能接触到的部位的金属设备及管、线路能达到同一个电位。这是保证人身安全和各种金属设备不受反击的重要条件之一。5)接地效果。接地效果的好坏也是防雷安全的重要保证，对每个建、构筑物都要考虑采用哪些接地方式最好及电位分布的陡度最小；并应尽可能达到均衡电位的条件。接地装置既要适用、经济，又要耐久(要充分考虑金属耐腐蚀的年限)；同时必须达到规定接地电阻的要求。
四、照明节能设计
高层建筑按不同的工作场所,选择相适应的高效光源,可以降低电能消耗,节约能源。在设计中,应严格控制使用白炽灯,尽量减少高压汞灯的使用量,推广使用细管径荧光灯和紧凑型荧光灯,大力推广高效、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。二是充分利用天然光源建筑物尽量利用自然采光,靠近室外部分的建筑面积,应将门窗开大,采用透光率较好的玻璃门窗,以达到充分利用自然光的目的。三是充分利用间接光源。采用提高室内反射面的反射光量来提高照度,可以利用墙面、顶棚、地面的反射来增加照度,如设置全反射的镜面,采用反射系数高的墙面装饰材料,使用这些反射面成为间接光源,提高电能的利用率。四是采用合理的控制方式。对于手动控制,可适当增加照明开关点,以达到分区控制灯光的目的,同时可采用各种类型的节电开关,如调光开关、定时开关、节电控制器等。自动控制包括红外遥控开关、光电照明控制、中央控制系统及智能照明控制系统等方式,可结合具体的工程实际,选用以节约用电。另外，在高层建筑的下列部位应设置应急照明，楼梯间，防烟楼梯间前室，消防电梯间及其前室，合用前室和避难层，配电室，消防控制室，消防水泵房，防烟排烟机房，供消防用电的蓄电池室，自备发电机房，电话总机房以及发生火灾时仍需要坚持工作的其它房间，公共建筑内的疏散走道和居住建筑内走道长度超过20M的内走道。
五、配电系统的设计
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。当供电电源分为主电源和副电源时，也可选用单母线不分段的结线。高压供电系统及低压干线基本采用放射式供电，楼层配电则适合采用混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。高层建筑的竖井多采用插接式母线槽，各楼层竖井设有配电间。水平干线较难走线，可采用全塑电缆与竖井母干线联接。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。如果高层建筑需要较大供电负荷，应分散设立区域配电中心（可考虑设备层、中间层或最顶层）。低压配电系统各级开关均采用自动空气开关，设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。各级自动空气开关的保护整定，应注意选择性配合，防止越级跳闸。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。单台变压器的容量选择一般都大于1 000 KVA以便控制变压器数量。为限制低压侧的短路电流，正常时变压器解列运行，中间设联络开关。照明和动力分开设变压器，当动力用电容量太小时，动力变压器可不分开装设，而在低压侧应对动力负荷分类计费。
六、火灾自动报警系统设计
（1）探测器。探测器的选型和布设需根据各部位可能发生火灾的特性、房间高度、房顶型式、相对湿度等,设计时须着重考虑以下方面。1)报警探测器与控制器必须选用同一个生产厂家的产品。2)不同生产厂家生产的探测器,虽经国家检测部门鉴定,但实际使用时质量相差甚大,安装后不久即失效的情况时有发生,故在产品选型时,除考察生产厂家的产品质量外,更主要的是重视用户的质量反馈意见。3)对于标准层高的高层建筑,宜选用智能型探测器,除保证其常规功能外,还应具有以下特点:①当环境条件变化时,探测器能自动调整、保持恒定的灵敏度;②当探测器被污染需要保养时,能自动显示在主机上;③每个探测器的灵敏度,可根据不同时间、不同功能部位设定不同的灵敏度等。（2）报警控制器。随着消防科技的发展,目前多线制与以往的设计模式已较少采用,而是一般采用总线制、模拟量多功能的报警控制器,它除常规功能外,还具有以下特点:(1)系统布线简洁。系统布线少,布线规律性强,方式任意,减少了布线故障。因而使设计简单,便于施工和维修,提高了系统的可靠性。(2)系统结构模块化。系统单机结构包括250~2 000个可编地址的各种探测器、手动报警按钮、联动模块和报警显示装置,设计人员可灵活地进行系统配置,选择系统监控回路的数量;若单机结构地址容量不够,还可灵活地将系统配置成网络结构形式。(3)调试手段方便。对于图形化系统的火灾报警显示及消防设备控制的逻辑控制程序,在调试过程中,调试人员可在控制器上的功能對话窗口中逐条读出所有程序,也可以在施工现场对系统的逻辑控制程序进行修改,极大地方便了调试工作,特别是在消防系统分期施工存在二次系统开通的情况时,这种优点就特别明显。
七、消防线路的敷设设计
建筑电气设计中各种线路繁多，消防线路的敷设尤为重要。高层居民建筑中的消防设计也是建筑电气设计的要点之一。一旦发生火灾，消防线路承担报警、传递信号、消防设备动作的功能，与到人的生命安全息息相关。《规范》2.4.8.5 条中规定：消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及紧急广播等线路，应采取穿金属管保护，并暗敷在非燃烧体结构内，其保护层厚度不应小于 3cm。当必须明敷时，应在金属管上采取防火措施。条文中没有包括火灾探测器线路，原因是探测器线路只在火灾初燃生烟阶段起作用，消防联动控制，自动灭火控制，通信、应急照明及应急广播线路，在火灾发生后一段时间内还要起作用，因此在这段时间内，这些线路应保持绝对通畅、安全。在实际操作中，凡是新设计的建筑，是该条文规定的线路，一律穿金属管保护并在现浇板内、墙内等处暗敷走线。而在改造工程中，不能暗敷设时，应对保护钢管采取防火措施。
总之，现代高层建筑的电气设计由于智能化的需要而变得复杂，用电设备越来越多，对供配电系统设计和线路安装提出了许多新的要求，电气设计者都应本着稳定、安全、经济的目标，认真按照设计和操作规范进行设计优化，使问题特到妥善解决。
关键词：高层建筑；电气设计；负荷
高层建筑的电气设计与一般建筑工程的电气设计一样，都必须遵循有关的设计原则，遵守设计工作的程序。设计必须贯彻国家的有关规程、规范和标准，执行国家的有关方针和政策，下面具体加以分析。
一、高层建筑电力负荷的性质及估箅
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。作为设计师，在建筑电气负荷计算前要做大量的调查工作。这些调查工作包括当地居民的经济状况、消费水平、生活习惯等。选择合适的计算参数。高层建筑，一般采用高压(10kV)供电方式考虑供电方案，即首先依据有关法规及该建筑的性质，确定其对供电可靠性的要求，即确定有关负荷的等级，进而决定高压供电的形式；其二是根据该建筑的功能和规模，确定供电的容量：高层建筑的消防用电，安全照明及电梯均为一级负荷。因此，一般高层建筑均要求有两路独立电源供电。设汁中，通常采用l0kV环网作为高压供电的形式，辅以自备柴油发电帆作为应急电源。在具备可靠的两路独立电源(或用于不同的区域变电站)时，可考虑采用两路进线的高压供电方式，此时，可省去柴油发电机组。对于集酒店、餐馆、娱乐、健身及办公商住为一体，并设有中央集中空调的大型多用途高层建筑，由于内部功能空间的分割在建筑设计初期不可能全部确定，只能采用更为粗略的估算来确定大厦的电力负荷。一般地，这类建竿按80一100VA／m2向供电部门申请用电比较符合实际情况。
二、高层建筑配(变)电所位置的选择
变配电所的组成一般可包括：高压配电室、电容器室、变压器室、低压配电室、控制室、工具材料室、检修场地、夜班休息室等，具体工程中可按需要组合。在采用了不带可燃油的高、低压配电装置和非油浸电力变压器及非可燃性油浸电容器时，规范允许将其设在同一房间内，变配电室的组成将更趋简化。配(变)电所位置的选择：1)接近负荷中心。2)进出线方便。3)接近电源侧。4)设备吊装运输方便。5)不应设在多尘、水雾(如大型冷却塔)或有腐蚀性气体的场所。如无法远离时，不应设在污源的下风侧。6)不应设在有剧烈振动的场所。?)不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻。8)不宜设在公共场所人员较多的房间上面或下方。不应设在爆炸或有爆炸危险场所的正上方或正下方，如布置在爆炸危险场所范围内和布置在与火灾或爆炸危险场所的建筑物毗连时，应按有关规定执行。10)宜设置在地下室或首层，当建筑物在100m以上时也可在高层区的避难层或技术层内设置。11)宜设置在通风、散热条件较好的场所。12)设置在二层以上的三相变压器，应考虑垂直与水平运输对通道及楼板荷载的影响，如采用干式变压器时，其容量不宜大于630kVA。
三、高层建筑的防雷防雷与接地设计
防雷设计是建筑电气设计要点之一，防雷设计应考虑的因素：1)接闪功能；在防雷设计时，不应只考虑接闪部分的功能，应根据建筑物的结构形式及内部设计和建筑物方雷的各种相关因素及其规律，全面考虑防雷方式和应采取的措施，以达到接闪后的功能效果。2)分流影响。设置防雷引下线的数量，是关系到建筑物被雷击后是否产生扩大事故的重要因素。每根引下线所承受的电流愈小，则其反击的机会和感应范围的影响就小；所以引下線的根数应适当多些，且其位置应当合适。3)屏蔽作用。对建筑物的屏蔽，不仅使室内的各种电子设备、精密仪器、电子计算机、通讯设备等受到可幕保护，而且是防护球雷和侧击雷的有效方式。在必要的建筑物上应当考虑屏蔽措施，以防止球雾、侧击雷及电子设备等产生误动作或被击穿的可能4)均衡电位。为保证建筑物内部不产生反击，不产生接触电压和跨步电压，应当使建筑物的地面、墙面和人们能接触到的部位的金属设备及管、线路能达到同一个电位。这是保证人身安全和各种金属设备不受反击的重要条件之一。5)接地效果。接地效果的好坏也是防雷安全的重要保证，对每个建、构筑物都要考虑采用哪些接地方式最好及电位分布的陡度最小；并应尽可能达到均衡电位的条件。接地装置既要适用、经济，又要耐久(要充分考虑金属耐腐蚀的年限)；同时必须达到规定接地电阻的要求。
四、照明节能设计
高层建筑按不同的工作场所,选择相适应的高效光源,可以降低电能消耗,节约能源。在设计中,应严格控制使用白炽灯,尽量减少高压汞灯的使用量,推广使用细管径荧光灯和紧凑型荧光灯,大力推广高效、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。二是充分利用天然光源建筑物尽量利用自然采光,靠近室外部分的建筑面积,应将门窗开大,采用透光率较好的玻璃门窗,以达到充分利用自然光的目的。三是充分利用间接光源。采用提高室内反射面的反射光量来提高照度,可以利用墙面、顶棚、地面的反射来增加照度,如设置全反射的镜面,采用反射系数高的墙面装饰材料,使用这些反射面成为间接光源,提高电能的利用率。四是采用合理的控制方式。对于手动控制,可适当增加照明开关点,以达到分区控制灯光的目的,同时可采用各种类型的节电开关,如调光开关、定时开关、节电控制器等。自动控制包括红外遥控开关、光电照明控制、中央控制系统及智能照明控制系统等方式,可结合具体的工程实际,选用以节约用电。另外，在高层建筑的下列部位应设置应急照明，楼梯间，防烟楼梯间前室，消防电梯间及其前室，合用前室和避难层，配电室，消防控制室，消防水泵房，防烟排烟机房，供消防用电的蓄电池室，自备发电机房，电话总机房以及发生火灾时仍需要坚持工作的其它房间，公共建筑内的疏散走道和居住建筑内走道长度超过20M的内走道。
五、配电系统的设计
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。当供电电源分为主电源和副电源时，也可选用单母线不分段的结线。高压供电系统及低压干线基本采用放射式供电，楼层配电则适合采用混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。高层建筑的竖井多采用插接式母线槽，各楼层竖井设有配电间。水平干线较难走线，可采用全塑电缆与竖井母干线联接。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。如果高层建筑需要较大供电负荷，应分散设立区域配电中心（可考虑设备层、中间层或最顶层）。低压配电系统各级开关均采用自动空气开关，设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。各级自动空气开关的保护整定，应注意选择性配合，防止越级跳闸。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。单台变压器的容量选择一般都大于1 000 KVA以便控制变压器数量。为限制低压侧的短路电流，正常时变压器解列运行，中间设联络开关。照明和动力分开设变压器，当动力用电容量太小时，动力变压器可不分开装设，而在低压侧应对动力负荷分类计费。
六、火灾自动报警系统设计
（1）探测器。探测器的选型和布设需根据各部位可能发生火灾的特性、房间高度、房顶型式、相对湿度等,设计时须着重考虑以下方面。1)报警探测器与控制器必须选用同一个生产厂家的产品。2)不同生产厂家生产的探测器,虽经国家检测部门鉴定,但实际使用时质量相差甚大,安装后不久即失效的情况时有发生,故在产品选型时,除考察生产厂家的产品质量外,更主要的是重视用户的质量反馈意见。3)对于标准层高的高层建筑,宜选用智能型探测器,除保证其常规功能外,还应具有以下特点:①当环境条件变化时,探测器能自动调整、保持恒定的灵敏度;②当探测器被污染需要保养时,能自动显示在主机上;③每个探测器的灵敏度,可根据不同时间、不同功能部位设定不同的灵敏度等。（2）报警控制器。随着消防科技的发展,目前多线制与以往的设计模式已较少采用,而是一般采用总线制、模拟量多功能的报警控制器,它除常规功能外,还具有以下特点:(1)系统布线简洁。系统布线少,布线规律性强,方式任意,减少了布线故障。因而使设计简单,便于施工和维修,提高了系统的可靠性。(2)系统结构模块化。系统单机结构包括250~2 000个可编地址的各种探测器、手动报警按钮、联动模块和报警显示装置,设计人员可灵活地进行系统配置,选择系统监控回路的数量;若单机结构地址容量不够,还可灵活地将系统配置成网络结构形式。(3)调试手段方便。对于图形化系统的火灾报警显示及消防设备控制的逻辑控制程序,在调试过程中,调试人员可在控制器上的功能對话窗口中逐条读出所有程序,也可以在施工现场对系统的逻辑控制程序进行修改,极大地方便了调试工作,特别是在消防系统分期施工存在二次系统开通的情况时,这种优点就特别明显。
七、消防线路的敷设设计
建筑电气设计中各种线路繁多，消防线路的敷设尤为重要。高层居民建筑中的消防设计也是建筑电气设计的要点之一。一旦发生火灾，消防线路承担报警、传递信号、消防设备动作的功能，与到人的生命安全息息相关。《规范》2.4.8.5 条中规定：消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及紧急广播等线路，应采取穿金属管保护，并暗敷在非燃烧体结构内，其保护层厚度不应小于 3cm。当必须明敷时，应在金属管上采取防火措施。条文中没有包括火灾探测器线路，原因是探测器线路只在火灾初燃生烟阶段起作用，消防联动控制，自动灭火控制，通信、应急照明及应急广播线路，在火灾发生后一段时间内还要起作用，因此在这段时间内，这些线路应保持绝对通畅、安全。在实际操作中，凡是新设计的建筑，是该条文规定的线路，一律穿金属管保护并在现浇板内、墙内等处暗敷走线。而在改造工程中，不能暗敷设时，应对保护钢管采取防火措施。
总之，现代高层建筑的电气设计由于智能化的需要而变得复杂，用电设备越来越多，对供配电系统设计和线路安装提出了许多新的要求，电气设计者都应本着稳定、安全、经济的目标，认真按照设计和操作规范进行设计优化，使问题特到妥善解决。