浅谈高层建筑的电气设计与节能

关键词：高层建筑；电气设计；导线截面 

随着我国经济社会的发展，高层建筑如雨后春笋般涌现，因高层建筑对电能的消耗较大，如何有效的进行高层建筑电气设计，以便能够大幅度降低电能消耗逐渐成为人们关注的焦点。本文作者结合自己多年从事高层建筑电气设计的经验，简要分析如何有效的进行电气节能设计。 

1 电气节能设计应遵循的原则 

为了确保高层建筑电气节能设计的有效性，在进行节能设计时应当遵循以下原则：①满足功能要求；对于高层建筑的节能设计，应当确保其能够满足显色、色温、照度指数要求，建筑物内部能够符合舒适卫生的要求，左右、上下运输通道不存在阻碍，电力用电、展览厅照明、娱乐场所设施等特殊工艺用电得到保证。②经济效益的原则；在进行高层建筑节能设计时，应当关注节能设计的经济型，不能只关注了电气节能而导致工程造价过高、日常使用费用增加，而是要使节能设计所引起投资增加部分，能够在未来几年电气节能中回收回来。③减少无谓的电能消耗；电气节能设计应当将减少无谓的电能消耗作为着眼点，在明确建筑物功能的基础上，分析哪些地方的电能消耗是多余的，之后在研究采取何种措施能够达到节能效果，如电能传输过程中所产生的有功损耗、变压器的功率损耗等均为可以避免的能量损耗，而数量多、使用面广的照明设施，则可以通过采用先进的照明设施而降低电能消耗。综上所述，高层建筑电气设计应当遵循技术先进、经济合理、实用的原则。 

2 电气节能设计的具体方法 

2.1 合理选择变电所位置 

由于高层建筑的楼层数较多，楼层的电力负荷相对分散，为了确保电力主干线的电压在允许值范围内，尽可能的降低电能损耗，有必要科学、合理的选择变电所的位置。通常情况下可以考虑以下几种选择：在辅助建筑物内或者高层建筑的地下室内设置变电器；在建筑最高层和地下室内设置变压器；在建筑物中间层、最高层和地下层分别设置变压器；只在建筑物中间层内设置变压器；在建筑物上部各层和地下室分别设置主变压器。变压器究竟设置在建筑物何处，不仅需要考虑施工方便、设备条件、经济等因素，还应当注重管理和经营因素。 

2.2 选择合适的变压器设备 

在进行高层建筑变压器设备选择时，应当着重考虑如何降低其有功功率损耗。变压器的有功功率损耗计算公式为：pb=p0+pkβ2，其中变压器负债率为β、有效损耗为pk、空载损耗为p0、有功损耗为pb。①变压器的空载损耗p0又称为铁损，主要是变压器铁芯的漏次损耗和涡流损耗构成，不同的铁芯制造工艺以及不同的钢片性能所引起的铁损也不尽相同。为此，应尽可能选择sc8、sl9、s9等干式变压器或油浸变压器等节能型变压器，这些都是使用优质的冷轧取向矽钢片，“取向”处理后矽钢片磁场方向逐渐趋于同一方向，这样就能够有效降低涡流损耗。②变压器的功率传输损耗pk也就是变压器的线路损耗，其主要与流经的电流和电阻大小有关。为此，应当尽可能使用电阻值较小的绕组，如可以使用铜芯变压器。对pkβ2进行微分后求解极值得出，当β等于50%时，变压器所引起的电能损耗最小。过去在进行建筑物电气设施时，变压器的实际负债率一般都控制在50%左右，只有50%的变压器投入使用，这么做虽然能够达到节能的效果，但却忽视了总体的经济价值。通过以上分析可以得出，保持变压器始终处于50%的负载率总体上是不经济的，较为经济的做法是将其控制在80%左右。③降低变压器自身损耗，若高层建筑的电能负荷较大而需要使用多台变压器时，在满足负荷有效分配的基础之上，应当尽可能选用大容量的变压器而不是选用多台小容量变压器，如当高层建筑需要的变压器容量为4000kva时，可以考虑选用4台1000kva的变压器，而不是选用8台500kva的变压器。在选择高层建筑的变压器时，按照以上三点要求去做，就能够达到经济合理、解决能源的目的。 

2.3 合理选择导线截面 

为了降低线路上的损耗，比较合理的做法是降低线路电阻。线路电阻计算公式为：r=p*l/s，r为线路电阻、p为电导率、s为导线横截面积，因而可以看出，线路损耗与导线横截面积大小成反比、与导线长度和电导率成正比。为此，可以考虑从以下几点入手降低线路损耗：①制作导线选择电导率小的材料；在众多导电材料中，铜芯的电导率较小、价格适中，但设计时应考虑节省铜用量的原则，为此在高层建筑导线选择时，应当尽可能选用铜制导线。②降低导线长度。为了有效降低高层建筑中导线的长度，应尽量按照直线进行导线布置，避免不必要的弯路；在进行低压线路布线时，应尽量少走或者不走回头线，以便降低线路中不必要的电能损失。竖井附近可以考虑布置低压配电室，竖井的干线由低压配电室提供，这样有助于避免出现支线沿着干线倒送的现象。对于高层建筑中存在的季节性负荷电路，当这种线路处于闲置工作状态时，可以将其调整给长期用户使用，这样就能有效降低线路电阻和导线用量。在进行高层建筑电气设计时，遵循以上三点，就可以有效降低线路中的电能损耗，进而达到建筑电气节能设计的目的。 

2.4 有效设置高层建筑照明设施 

高层建筑因使用面积和公共面积较大，照明电能用量比较大，电气设计时可从以下几个方面入手进行节能设计：①尽可能使用高效光源；在过去很长一段时间内，白炽灯因安装简单、价格便宜而被广泛应用于楼宇照明，但白炽灯光率过低，因而，这种灯逐渐开始被显色性能优异、光色好、发光率高的新光源所替代。②最大幅度的利用自然光，对于靠近室外的建筑部分应增大门窗面积，使用透光率高的玻璃。对于楼内可以使用自然光照明的部分，可以安装辅助照明设备，并配置灯光自动调节装置。③对于通过气体放电的灯，通过调节灯丝可以实现对照明亮度的调节，但这么做成本太高，不适宜用于工作照明。 

3 结语 

高层建筑中的各种电气设施、线路耗能较大，设计中应当合理选择变电所位置、选择合适的变压器设备、合理选择导线截面、有效设置高层建筑照明设施，进而达到节约电能的目的。 

参考文献： 

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