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超高层建筑电气设计关键技术解析摘要随着城市规模的不断发展,高层建筑越来越多,如大型写字楼、商业大厦、购物中心等结构比较复杂,其中包括大量的动力设备、电气设备、复杂的照明系统以及完善的消防安全系统,对电气功能要求比较高本文对现代高层建筑电气设计的主要内容进行探讨,并提出设计中应注意的有关问题关键词超高层建筑;电气设计;电力负荷1高层建筑电气设计要点
1.1电力负荷的确定电力负荷是供电设计的主要依据按国家现行规范,消防用电设备如消防水泵、消防电梯、自喷接力泵、排烟风机、消防控制中心、应急照明、电梯、生活水泵用电、电话机房、安保设备、航空障碍灯和人防中重要负荷等应按一级负荷中特别重要的负荷要求供电,其他用电负荷分别为二级或三级负荷电力负荷预算时应分别计算动力电和照明电电力负荷预算正确与否,对电气设备的选择、配置,保证电气设备系统安全、高效运行,对整体工程的经济分析和相关设计,都有重要的指导意义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]
1.2电源及电压的选择设10kV双重电源,采用10kV标准电压供电10kV供电电源分别来自不同的变电站针对高层建筑中存在大量的一级负荷,还考虑备用柴油发电机组,要求在15s内自动恢复供电,应付意外情况的发生
1.3配电系统的设计一般高压采用单母线分段形式母线分段数目取决于电源进线回路数目,如有多台变压器组可分多段,自动切换,互为备用10kV外部接线考虑环网接线形式,以提高配电网的可靠性电源进线采用电缆进线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
1.4主要设备的选型1高压开关柜通常高层建筑的变配电室设在主楼地下层,不宜采用油开关根据高层建筑地下室的规定,选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜2电力变压器根据《民用建筑电气设计规范》选择,主楼内不能装置油浸电力变压器高层建筑单体面积大,负载多,可选择多台大容量变压器组合使用对季节性负载集中设置,以便在过渡期停用相应变压器,从而降低能耗3低压配电屏多为大容量出线,建议采用手车式4应急备用发电机组应急发电机组应自成系统,避免接入其他负荷位置宜靠近各区域配电中心发电机选型建议采用燃汽轮发电机,较之传统的柴油发电机,这种发电机具有体积小、重量轻、故障率低的优势,尤其适用于高层建筑⑵
1.5电气照明设计1照明灯具选择设计采用了高效能的T5节能荧光管,将电能转化为光能的效果较好与T
8、T10荧光管相比,T5荧光管能发挥更好的节能效应2照明控制超高层建筑公共照明区域大,灯具繁多,依靠人工管理无法实现公共区域如大会议厅、室外泛光照明、室外LED显示屏、公共走道、大堂等)灯具采用总线控制技术,可根据时间及管理的不同要求对相应的灯具开关进行自动控制(也可现场控制),避免长明灯现象,并节约能源
(3)能源管理系统超高层建筑同时也是能耗大户,传统的水、电、气、热量分别进行计量计数,不能满足超高层建筑节能的要求超高层建筑设置能源管理系统,对抄表数据进行后期管理和服务,进行数据分析,以了解建筑设备的运行状态能源管理系统不仅可进行数据收集,而且具有判断、评估能耗和智能识别功能,并提供各种类型的报表,为节能提供决策依据2高层建筑电气设计的特点与对策
①高层建筑由于照明及空调负荷多、电梯等运输设备多、给排水设备多,所以用电量特别大,对供电的可靠性要求很高
②高层建筑中,动力电与照明电各成系统、分别供电动力负荷多采用放射式供电,照明负荷则采用母线槽配电方式
③高层建筑内部空间大、柱距大,又因其电气设备多,导致墙面埋线多、地面管道多
④高层建筑主体通常采用干法施工,并且建筑构件的预制装配化使施工周期缩短,要求电气施工科学地高效运行
⑤消防要求高高层建筑高度高、设备多、人员密集、装修豪华、火灾隐患多,施救难度大,故对消防提出很高的要求设计中对选材要有消防方面的针对性
⑥用电设备分散,管理难度大,要求微机系统监控管理
⑦防震要求配电屏、灯具等电气设备的防震处理;管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理
⑧节能要求高层建筑的电气设计中,要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分围绕经济、节能和环保护的原则,采用技术先进、安全适用的配电方式,选用高效率变屋器、电动机和高光效电光源、无功功率补偿装置和设备监控系统,减少电耗,节约用电[3]3高层建筑电气设计中的节能原则节能环保业已成为我国当前一项国策作为电能高消耗主体的高层建筑,必须在设计阶段坚定节能方针,从设备选型、配置到传输线路的距离、功耗;从吸收先进技术到降低无谓能耗,高层建筑节能潜力很大,也对电气设计人员提出了更高要求高层建筑电气设计必须能满足建筑物的功能,在照度、色温、温湿度、空气流通诸方面达到使人舒适的程度,为建筑物的各种服务功能提供充足的动力电在此基础上控制无谓能耗,作为节能的着眼点首先找出哪些能耗是与发挥建筑物功能无关的,再制定、采取节能措施如变压器的功率损耗、输电线路上的有功损耗都是无用的能量损耗;还有量大面广的照明用电,都可以通过采用先进技术及新型节能光源加以改善节能设计要结合实际经济效益因素,不能因为节能而盲目投资,增加运行费用技术或设备的革新、换代增加的投资,应该能在较短的时间内用节能所节省的运行费用收回选用节能设备时,应具体了解其原理、性能、效果,经技术、经济两方面比较而定节能措施必须遵循技术先进、经济合理、环保实用的原则[4]参考文献[1]陈卓礼.对高层建筑物的防雷保护措施分析[J],广东科技,2008,
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68.[2]胡龙才,现代建筑电气设计节能方法探讨[J].科技资讯,2009,
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[3]赵国富.超高层建筑配电系统设计简介[J].建筑电气,2010,29642-
44.
[4]韩风明.超高层办公建筑电气设计[J].现代建筑电气,2011,2137-41浅谈超高层建筑的电气设计技术摘要超高层建筑用电负荷大、长距离的输配电、高要求的供电安全性和复杂的配电系统本位主要围绕超高层建筑电气设计基本特征,重点分析了电气设计的特点及关键技术,希望能够给今后的超高层建筑的电气设计提供技术参考关键词超高层建筑;电气设计;关键技术在超高层建筑建设的过程中应用到了很多的现代科学技术,一般情况下城市之所以要建造超高层建筑,主要就是为了竖立一个完美的城市形象并展现城市实力我国已经针对包括电气设计在内的超高层建筑各项设计作出了明确规定,并制定了相关的技术标准,因此,在对电气系统进行设计的时候,必须要严格执行国家标准,只有这样才可以确保整个超高层建筑的电力安全1超高层建筑的电气设计11超高层建筑电气设计特点1超高层建筑规模大,建筑高度高,具有用电负荷大、输配电距离长、变配电系统结构复杂、供电安全性要求高的电气特点2超高层建筑内人员密集,疏散距离长,事故发生时人员疏散困难,因此,对防灾用电设备及应急照明等的供电安全性、可靠性要求很高另外,低压配电线路的长度一般不宜超过250m当不能满足供电半径要求时,在超高层建筑的避难层应设置楼层变电所
1.2超高层建筑应急电源与备用电源超高层建筑建筑规模大,建筑高度高,若发生火灾扑救困难、人员密集、疏散时间长,除设置可靠的市电电源以外,还应设置柴油发电机组作为其应急电源超高层建筑的应急电源与备用电源设计时应注意以下几个问题1超高层公共建筑的一级负荷中特别重要的负荷的负荷量较大,正常电源断电后要求持续供电时间长,所以应配备柴油发电机组作为其应急电源;超高层公寓建筑的消防用电负荷、应急照明、航空障碍照明、生活水泵宜设自备电源供电,自备电源宜采用柴油发电机组2超高层建筑的A级电子信息系统机房应配置自备柴油发电机电源,容量应包括不间断电源系统、空调和制冷设备的基本容量及应急照明和关系到生命安全等需要的负荷容量应急电源采用柴油发电机组时,其电压等级选择应考虑如下因素1建筑物高度在100〜300m日寺除数据中心大楼外,应采用低压柴油发电机组;建筑物高度大于300〜400m时,需进行经济技术比较后确定采用
0.4kV低压柴油发电机组或10kV柴油发电机组;建筑物高度大于400m时,宜选用10kV柴油发电机组需要注意的是,以上结论是基于低压传输干线采用电力电缆+密集型母线槽组合的配电方式考虑的,在相同电压降的前提下,还考虑了加大电缆截面或降低电缆载流量来加大传输距离2选用中压柴油发电机组时,中压柴油发电机组的接地形式宜与市电系统一致;当发电机中性点需接地时,宜通过真空接触器与接地电阻相连接,接地电阻应装在接地电阻柜内当有多台中压柴油发电机组并机运行时,为减少中性导体产生的三次谐波环流,可将其中一台发电机的中性点接地
1.3超高层建筑配电方式超高层低压配电系统配电方式分为放射式和树干式,放射式配电系统的供电可靠性高,超高层建筑中消防负荷及一级负荷中特别重要的负荷宜采用放射式方式供电;树干式供电时,每根电缆干线配电层数不宜超过8层;各避难层的交直流电源,应按避难层分别供给,并在末端互投;配电干线应按避难层划分供电区域,同一干线不应同时带两个区域单元的用电负荷
1.4超高层建筑导体的选择及敷设超高层建筑导体选择时应考虑建筑物的扰动,虽然采用密集型母线槽作为供电载体,可承载数千安的负荷电流,但由于母线槽是刚性结构,使用时应慎重如在地震烈度较高的地区建设的超高层建筑宜采用电缆供电,电缆在抗震方面的安全性远高于密集型母线槽,性价比也高于密集型母线槽超高层建筑的线缆选型,应为阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线,或无烟无卤电力电缆、电线;消防设备的配电干线和分支干线(应急照明和疏散指示标志除外)应采用矿物绝缘电缆火灾自动报警系统的供电线路、消防联动控制线路应采用耐火铜芯电线电缆;报警总线、消防应急广播和消防专用电话等传输线路应采用阻燃或阻燃耐火电线电缆L5超高层建筑应急照明超高层建筑的避难层(间)疏散照明的地面平均水平照度值不应低于31x,垂直疏散区域、避难走道不应低于51xo在北京市建设的超高层建筑还应采取加强措施,疏散走道、疏散楼梯间和避难区内的地面最低应急照度值不应低于101x,其他区域不应低于51x建筑高度大于100m的民用建筑,疏散照明的备用电源的连续供电时间不应小于
1.5ho值得注意的是超高层建筑中大型商业的备用照明应按一级负荷供电,而大型商业的营业厅照明也需要按一级负荷供电,所以备用照明不需单独设置;设置停机坪的超高层建筑,应在停机坪四周设置应急照明
1.6超高层建筑航空障碍灯应在建筑物的最高层构造物的最高部位装设障碍标志灯,当制高点的平面面积较大时,除在最高端装设外,还应在其外侧转角的顶端分别设置障碍标志灯的水平、垂直距离不宜大于45m建筑物的顶部高出其周围地面45m以上,必须在其中间层加设障碍灯中,间层的距离必须不大于45m并尽可能相等,超高建筑物尤其要考虑中间层加设障碍灯设置停机坪的超高层建筑,应在停机坪四周设置航空障碍灯2超高层建筑防雷及接地依据规范,超高层建筑物应划为第二类防雷建筑物,由于超高层建筑物的用户多为重要企业办公或特级、一级金融机构、五星级酒店等,根据电子信息系统的重要性、使用性质和价值角度考虑,系统的雷电防护等级宜按A级设计设计时应计算建筑物年预计雷击次数、防雷装置拦截效率,超高层建筑各项雷击风险指数均很高由于超高层建筑的建筑高度均超过滚球半径,因此有侧击雷击中建筑物中上层表面的几率具体实施应采用防直击雷、侧击雷、闪电感应、电磁脉冲等措施,并做好总等电位连接此外强电机房、智能化电子信息机房接地宜采取接地干线方式,各层强、弱电机房分别接至强、弱电竖井内的接地干线上;当超高层屋顶设有直升机停机坪时,不应在安全区内设避雷针,设在安全区以外的避雷针上应装设航空障碍标志灯3超高层建筑防灾设计建筑高度大于100m的公共建筑,应设置避难层(间)第一个避难层(间)的楼面至灭火救援场地地面的高度不应大于50m,两个避难层(间)之间的高度不宜大于50m各避难层的交直流电源,应按避难层分别供给,并在末端互投;建筑物中的电缆竖井宜按避难层上下错位设置超高层建筑,除游泳池、溜冰场外,均应设火灾自动报警系统各避难层内应设独立的火灾应急广播系统,应能接收消防控制中心的有线无线两种播音信号;各避难层与消防控制中心之间应设置独立的有线和无线呼救通信;除消防控制室内设置的控制器外,每台控制器直接控制的火灾探测器、手动报警按钮和模块等设备不应跨越避难层;各避难层应设置消防专线电话和应急广播;在避难层(间)进入楼梯间的入口处和疏散楼梯通向避难层(间)的出口处,设置明显的指示标志4结束语超高层建筑具有高度高、规模大、用电量大、负荷等级高等特点,我国明确规定了包括电力设计在内的超高层建筑各项设计,同时将相关的技术标准制定完善所以,在设计电气系统的过程中,需要对国家标准严格执行,从而保障整个超高层建筑的电力安全参考文献口]廖怀华;浅谈高层建筑电气设计要点[J];建筑工程技术与设计;2014[2]尤士刚;某超高层建筑电气设计实例[J];智能建筑电气技术;2009⑶傅勇平;朱亮亮;超高层建筑电气设计的几点体会[J];中国新技术新产品,2011。