高层建筑电气安全与节能

1照明用电的安全节能设计

照明系统是建筑电气中的一大核心系统，也是一个大的电能消耗单元。电气照明系统的电能消耗受很多因素的影响，包括电气照明设备总共使用的时间；整个配套电气照明设备的损耗。另外，电气照明设备把电能转换成可见光过程中的能量损耗，也受照明设备的发光效率影响。

1.1确定安全、合理的电气系统照明方案

首先，要在保证安全可靠的前提下选择合理的照明搭配方案。在艺术照明设计上，应按经济、适用、实际等原则进行设计，不能为片面追求艺术形式而降低整个照明系统的经济性和可靠性。在对智能高层建筑进行照明设计时，在有空调的区域中，可以选用照明空调组合式节能系统。对于需要高照度或改善光色要求的场合进行照明设计时，应综合场地的实际情况，选用2种或2种以上光源组成一个完善的混光照明系统。建筑电气照明系统中常用的4种混光搭配特性参数如表1所示。其次，需要选择照明系统照度标准。在进行照明系统设计时，应按照GB50034-2004《建筑照明设计标准》中的技术要求进行设计。

1.2选择安全、经济、高效的光源

光源的选择是整个高层建筑照明系统选型设计的重要部分。在选择灯具光源类型时，应该结合工程实际情况、人员对照明的视觉要求、灯具的使用场所以及照明质量和数量等要求，在满足照明区域显色性、启动时间等一些基本技术要求的前提下，把发光效率高、运行安全、使用寿命长、性价比高作为选择发光光源的标准。

1.3选择高效节能的灯具

在设计高层建筑电气照明系统时，各类光源很少会单独使用，一般都是根据各种光源的优缺点进行互补搭配使用，以体现各类光源的实际应用价值，达到节能降耗的效果。灯具搭配不当，灯具使用效益过低等，都可能使照明系统对电能资源的浪费高达35%～45%。因此，在设计中需要选择能量转换效率高、控光效果好的灯具。

2电动机的安全节能设计

由于高层建筑电气系统中的电动机一般是跟暖通、给排水、电线系统、建筑等专业设备相配套的，由设备制造厂统一提供。因此，其节能措施应结合实际工程的安全情况在运行过程中进行贯彻。在设备系统中，对于输送超前无功所引起的线路有功损耗，一般可以采用就地补偿电容器的方法来减少。同时，应尽量减少电机的轻载与空载，因为在此情况下，电机的效率很低，所消耗的电能不会与负载的减少成线性变化。

3变压器的安全节能设计

在变压器的安全节能设计上，关键是降低变压器的有功功率损耗。变压器的有功功率损耗ΔPb可以表示如下：ΔPb=Po+Pkβ2(kW)式中：Po——变压器的空载损耗(kW);Pk——变压器的有载损耗(kW);β——变压器的负载率。(1)Po又称铁损，由铁芯的涡流及漏磁损耗组成，其大小是由矽钢片的性能及铁芯制造工艺决定的，对于某厂生产的某种型号的变压器来说一般是固定不变的。因此，变压器应选安全节能型的，如S9、SL9及SC8等型号的油浸变压器或干式变压器。它们通过采用优质冷轧取向矽钢片来减少铁芯的涡流损耗；通过45°倾斜接缝结构来减少漏磁。

(2)Pk是变压器的线损，与变压器绕组的电阻及流过绕组的电流大小有关，跟负载率β的平方成正比。因此，在选择变压器时应选绕组阻值较小的，如采用铜芯的变压器。一般情况下，当β=50%时，变压器每千瓦负载的能耗最小。但在实际操作中，取变压器负载率为50%是不经济的，一般变压器的负载率在75%～85%既经济又安全，这样可使变压器在使用时预留适当的容量。(3)当建筑用电容量大，需要选用多台变压器时，应尽可能地减少变压器的数量，更多地选用大容量的变压器。例如，需要的装机容量为4000kVA时，可选用2台2000kVA的变压器，而不是选4台1000kVA的变压器，这样可以达到更好的节能效果。

4供配电线路损耗控制

供配电线路是整个高层建筑电能输送的直接载体，其干线、支线等线路组成一个交叉纵横的错综复杂的网络，其总长度一般在数万米甚至几十万米以上，因此线路上的电能消耗量非常大。如何控制供配电线路的损耗也是高层建筑电气系统节能研究的一个重点。一般供配电线路在有电流通过时会产生功率损耗，其计算公式为：ΔP=3I2R×10-3式中：ΔP—三相输电线路的功率损耗(kW);Ι—线路电流(A);R—线路相电阻(Ω)。从上式可知，要降低功率损耗就应降低电流和电阻。通常，电流的大小都有特定的要求，因此要降低损耗应多从降低电阻入手。降低线路电阻应从以下几方面考虑。

(1)合理选择高层建筑的配电电压等级。当前高层建筑越来越多、越来越高，而低压供电的供电半径不宜超过150m，对于高度超过150m的建筑物，配电变压器应放到建筑物的适当高度层面上，以提高供电电压等级，缩短低压供电半径，减少低压配电线路的损耗。如，目前已建成的南京紫峰大厦，建筑总高度达到450m,共有89层，在其35楼、60楼各设置部分配电变压器。苏州工业园区在建的东方之门，建筑高度为278m，在设计时也将部分配电变压器放在建筑物的不同楼层中。

(2)合理选用导线类型。在工程实际应用中，一般选用电导率较低的新型材质导线，其中铜芯电缆传输电能的效率最佳，但铜的成本高，因此在选择导线时应遵循安全、经济、实惠的原则。对负荷量大的一类、二类建筑物可选铜导线，对三类或负荷量小的建筑物可选用铝芯导线。(3)减少低压配电线路的长度。为缩短低压线路的安全供电距离，减少电能损耗，应尽量把变配电所设置在靠近负荷中心的位置，而且变配电所的低压配电室应尽量靠近建筑物强电竖井。(4)增大线缆横截面。在高层建筑电气系统设计过程中，必然会遇到某些电机设备离供电系统较远的情况。在进行这些较远线路选型设计时，应在满足线路的动热稳定、电压降、基本载流量等基本安全功能的基础上，根据实际情况选择大一级的线缆横截面。

5建筑电气系统的安全性设计

节能离不开安全，在建筑电气的设计中必须保证用电的安全性，在使用过程中不能存在安全隐患。安全性设计需要从以下几个方面考虑。(1)保证电力的供应。电在人们日常生活中必不可少，因此需保证电力的连续供应。一般为了减少意外断电给人们带来的麻烦，每栋高层建筑都会准备2个或2个以上的独立电源，以保证电力的供应。另外，高层建筑还需配置发电机，保证在事故发生后15s内提供电力。一般规定不能使用大容量油浸电力变压器，以减少火灾的发生。

(2)供电线路和电气设备的安全性。由于高层建筑用电量大，线路错综复杂。一旦因为线路功率过大引发火灾，后果不堪设想。因此，必须严格按照规范要求来选择导线和控制电流。通常情况下，大功率的用电设备都要接地，并且需要重复接地。重复接地指的是在中性点直接接地的系统中，在零干线的一处或多处用金属导线连接接地装置。(3)建筑消防的设计。高层建筑电气工程设计中，消防控制必不可少。消防系统主要包括：火灾自动报警系统、消防通讯系统、火警通讯系统、消防联动系统和自动喷水系统。消防线路所使用的材料必须具备防火功能，这样当火灾发生时才能保证消防线路能继续使用。此外，消防灭火一般使用的是水泵，所以控制水泵也很重要。

6高层建筑电气安全节能运行的日常管理

高层建筑中普遍存在让非长明灯处于长期运行的状态。工作人员节能意识差没有养成随手关灯、关空调、关电脑、关风扇等好习惯，常出现空调、电脑等用电设备全天运行，以及空调温度过高或过低的情况。还有一些大型的、耗电高的建筑，如娱乐场所，高校实验室、教学楼等，缺乏有效安全的节能管理章程，往往造成建筑物的巨大电能损耗和安全故障。因此，要在日常工作中培养工作人员的安全节能意识。同时，高层建筑电气系统的管理人员应该制定安全有效的节能降耗施行方案，并对整个电气系统进行定期检修维护，不断地完善节能体系。如此，才能更好地做到建筑的安全节能降耗。

7结语

未来建筑对电气的安全和节能要求越来越高，潜力巨大，在设计过程中，应进一步深入现场、结合实际，做到既安全、又经济，让人们生活在一个绿色、低碳的环境中。多年来，苏州市有关高层建筑采用了以上所述的电气安全节能基本原则及设计要点，不仅没有发生过电气事故，同时还节约了大量的能源，取得了很好的成效。