高层住宅电气设计中的几点体会
程昱
0 前 言
随着经济的发展和人民生活水平的不断提高以及城市人口的不断增长，高层住宅逐步地进入了人们的生活。在高层住宅的设计工作中，如何更好地在设计中完善建筑的使用功能，并提高电气系统的安全性是建筑电气设计人员的职责。通过笔者设计实践及了解同行与建设单位和住户的回馈意见，总结了几点体会，在此提出，以供探讨。
1 电气竖井内的供电主干线的选择
在高层建筑的供电系统中，供电主干线起着非常重要的作用，它如同人体中的大动脉，一旦出现故障就会造成严重的后果。在以往的设计中，供电主干线主要采用可靠性较好的普通电缆，电缆在电气竖井内沿墙壁用支架或电缆桥架敷设。而在高层住宅中，用电负荷相对较大，由于竖井内干线相对集中，电缆作为供电主干线的局限性越来越突出，特别是现场制作电缆分支接头技术难度很大，因此我们在配电系统设计中往往采用放射式供电，竖井内电缆条数很多。
20世纪80年代中后期有国外引进的插接式母线槽属树干式系统，作为供电主干线与普通电缆相比显示了其强大优势：体积小、结构紧凑、运行可靠、传输电流大、便于分接馈电、维护方便、能耗小、动热稳定性好等，在高层建筑中得到广泛应用。国外的现代高层建筑，插接式绝缘母线槽已完全取代了电缆竖井。但在高层住宅中使用，还有很多局限性：与普通电缆相比它连续性差、多接头，供电可靠性差；气密与防水性差；耐腐蚀性、抗震性差；施工现场环境要求高和安装空间尺寸要求高；施工难度大、安装周期长且维护工作量大；价格昂贵，一次投资很大等等。所以母线槽作为高层住宅的供电主干线并非最理想的供电产品。
预制分支电缆的技术从理论上解决了插接式密集母线槽防护差、抗震性差、性价比不高等问题，具有优良的供电可靠性，价格低廉，安装环境要求低，施工方便，品种规格多、选用灵活，以及优良的抗震性、气密性、防水性、耐火性和免维护功能，在高层建筑供电主干线系统中被迅速得到推广应用。但随着预制分支电缆产品的应用，亦带来不少的新问题：一是预制电缆分支点距离必须事先设计确定，所有预分支电缆均需特殊订制，一但确定难以变更，可操作性差，设计施工的灵活性较差；二是造价虽低于插接式密集母线槽，但由于电缆需特殊制造，其价格仍过于昂贵，定货周期较长。
电缆穿刺线夹分支技术巧妙地配合了电缆供电方式，以其特有的优点，为电缆分支提供快速、简便、可靠的连接，但它还需在施工现场操作，且防水性和配电安全可靠性有待验证。
综合比较上述几种主干线配电方式各自的特点，可以看出，预制分支电缆在竖井安装中只需在顶部安装吊钩，施工较其他几种方式方便。虽然它目前在价格上还没有多少优势，但从综合性价比上来看，只要设计人员在施工图设计阶段与建设单位充分沟通，避免事后设计变更，笔者认为，预制分支电缆还是高层住宅电气主干线设计中的首选。
2 高层住宅分体式空调室外主机的防侧击雷装置
由于地域性的常规做法，一般的高层住宅中，尚不考虑集中中央空调，住户往往是在户内自行安装分体式空调。而对于安装在室外的空调主机及其支架的防雷往往为电气设计人员所忽视。国家相关规范和标准目前尚无与此相应的规定。
众所周知，雷电在放电过程中会产生强大的过电流，并且伴随时间短，电流陡变值很大，可达几百kA。伴随雷电现象常会带来它的热效应和电动力效应的破坏作用，前者可产生巨大的热量，几千摄氏度的高温致使周围产生火灾，而后者则会产生强大的电磁力作用，使处在其中的物体受到破坏。为将雷击能量导向大地，防止雷电现象中直击雷、侧击雷、感应雷的破坏作用，通常采用如下的措施：避雷带、引下线、接地网和避雷器。
根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94），在高层住宅的防雷设计中，一般的设计人员往往只考虑了屋面接闪器、引下线、均压环、接地网等的设置；为防止侧雷击雷，根据《建筑物防雷设计规范》中第3.2.4条及3.3.10规定：一类防雷建筑物要求在30m及以上处，二类防雷建筑物要求在45m及以上处开始，将外露金属物与防雷装置连接。该做法可以使整体建筑结构形成法拉第等电位系统——笼式避雷网，使建筑的整体形成等电位，防止了雷电的磁感应。笔者在以往的设计说明中虽然也强调了外墙的金属物（主要指金属窗、栏杆等）与引下线的连接，但在施工竣工验收前，住户的空调室外机是不可能安装到位的，所以导致了空调室外机及支架与引下线漏接的结果。而作为防止雷击部分的分体式空调室外机由于和建筑物的接地无法连接，为用户带来了潜在的危险性，一旦住户安装了空调室外机及支架后，就有可能将分体式空调室外机电源保护接地PE线变成了空调室外机防雷引下线将雷电流引入室内配电接地系统，非常危险。由于空调部分与建筑物楼体的法拉第笼引下线无关联，当建设单位或用户在工程竣工后提出此项要求时，处理起来很麻烦，并有滞后性，只能采用明装处理的补救措施，影响建筑物的外形美观。
所以为保证用户使用的安全，在高层住宅的设计中，空调的防雷问题应当考虑进去。现在的高层住宅施工图设计中，住户的空调室外主机的摆放位置几乎都在建筑施工图设计中考虑好了，这也就为我们电气设计人员提供了预留防雷引下线接口的位置。在实际操作中，可以在空调主机搁板的上方30cm~50cm处预先埋设IP等级较大、密封性能良好的金属分线盒，盒内敷设已作防腐处理的镀锌扁铁。扁铁的一端与主体内均压环或柱内钢筋引下线焊连，一端与带铜接线端子的多股导线相连接(导线最好选用BV-10mm2以上的PE线)，该导线的另一端经蛇皮管引出适当长度待使用时用螺栓来连接空调室外机及其支架。为防止雨水渗入金属盒内，还应要求安装时将金属分线盒加盒盖封闭，所有螺栓(包括箱门、螺栓)均应用防水油膏封闭，金属盒内壁要求涂防锈漆。
笔者认为，通过以上措施，可以使建筑物整体防雷系统与接地贯通，不仅有助于保护建筑物免遭雷击造成的损坏，而且还能起到保护人身安全的作用。
3 火灾自动报警系统
在高层住宅设计中，笔者发现，《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95）（2001年版）与《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-98）在针对高层住宅方面描述模糊。例如，在设计本市某小区某栋14层带地下室的住宅时，经查阅《高层民用建筑设计防火规范》表3.0.1可知，该建筑为二类防火建筑；在其第9.4章节中，对作为二类防火建筑的住宅未作安装火灾自动报警系统的要求。而在《火灾自动报警系统设计规范》表3.1.1中可知，该住宅作为二类建筑应列为二级保护对象，查阅该规范中的附录D火灾探测器的具体设置部位（建议性）中针对二级保护对象的D.3.12条：消防电梯、防烟楼梯的前室及合用前室，除普通住宅外的走道、门厅，商业用厨房；D.3.17条：经常有人停留或可燃物较多的地下室。虽然这仅是建议性意见，而不是要求强制性执行，但笔者认为，在经济条件许可的前提下，为更好地保障住户的生命财产安全，在该建筑的消防电梯、防烟楼梯的前室及合用前室、走道、门厅与地下室内还是宜设置火灾自动报警系统。
4 插座的位置及数量
《住宅设计规范》（GB 50096-1999 2003版）表6.5.4中规定了各个居住空间电源插座的最少数量，有些开发商为控制成本，要求设计人员在执行此规范时均采用其下限数量，笔者认为此举不妥。高层建筑不同于多层住宅，墙体多为剪力墙，如果插座数量考虑不充分，位置不合理，住户在入住前的装修势必会在墙上开凿管槽重新布线，不但操作困难，由此还会造成整个建筑结构的不安全隐患。所以，作为设计人员，在设计中应想住户所想，在各个功能空间里，合理地设置电源插座的数量及位置，以尽量减少住户在使用时的二次接线。同理，各类电话、有线电视、信息插座也应充分考虑住户使用时的自由性，笔者认为，电话插座应在厨房、卫生间内增加出线口的设置，有线电视和信息插座也应在每个卧室及客厅合理位置处预留，这样虽然增加了开发商一点成本，但确实给住户带来了方便，无形中也成为房屋销售中的一个亮点，实属两全其美。
参考文献
［1］ 韩 风.建筑电气设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2001.
［2］ 中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施电气[M].北京：中国计划出版社,2003.
［3］ GB 50045-95，高层民用建筑设计防火规范（2005年版）[S].北京：中国计划出版社，2005.
［4］ GB 50116-98，火灾自动报警系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，1998.
［5］ JGJ/T16-92，民用建筑电气设计规范[S].北京：中国计划出版社，1993.
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只看楼主 我来说两句 抢板凳文章来源：中国建设报 作者：未知 点击：32 更新时间：2009-5-22 8:46:39
电机轻载、空载运行，线缆敷设过长，高耗能的照明产品频频出现……这些生活中习以为常、不被人重视的细节，常常会耗费大量的能源，造成不必要的浪费。为了从源头降低建筑能耗，电气设计师在工程前期，应该精心考虑，为用户提供合理的电气方案；在设备选型时，了解各种产品的性能、选择合适的产品，达到节能的效果。
运行环节节能空间巨大
建筑电气中使用的电动机通常与暖通、水道、建筑等其他工种的设备配套使用，由设备制造厂商统一供应。因此，如果想在运行过程中实现节能，除了应用就地补偿电容器，减少线路输送无功引起的有功损耗之外，还应减少电机轻载、空载的运行次数。电机轻载时消耗的电能，并不与负载的下降成正比，此时的运行效率是比较低的。
另外，还可以在电机中安装变频调速器，当负载下降时，采用变频的方式，自动调节转速，使其与负载的变化相适应。使用这种方式后，能够提高能源的利用率。但是，这种设备的价格偏高，在工程应用中受到一定的限制。
隐形损耗不容忽视在普通工程中，敷设线缆长度一般达到上万米，大工程的线缆数量更是不计其数，线路上的总有功损耗是相当大的。因此，线路上的能源损耗必须引起设计师的重视。首先，在导线材料选择上，尽量选用电导率较小的材质，例如在负荷较大的一类、二类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中采用铝芯导线。其次，在工程中减小导线长度，线路尽可能走直线；低压线路应不走或少走回头线，减少来回线路上的电能损失。变压器尽量接近负荷中心，减少供电距离。当建筑物每层面积达到1万平方米时，至少要设两个变配电所，减少干线的长度。在高层建筑中，低压配电室应靠近竖井，尽可能减少回头输送电能的支线。再其次，选择合理的导线截面。利用经济电流密度法选择导线截面，对于距离较远的线路，除了满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面外，还可适当加大导线截面，减少线路损耗。最后，利用某些季节性负荷的线路，例如将空调负荷与采暖电热负荷等不同的季节性负荷集中在一起，采用同一干线供电，不仅减小了季节性轻载线路的线路损耗，同时也减少了供电干线线路的数量。
提高系统的功率因数
由于感抗产生的是滞后的无功，电容器产生的是超前的无功，两者可以相互抵消，因此无功补偿可以提高功率因数，减小无功的需求量。目前，民用建筑设计中，绝大部分项目都是采用变压器低压侧集中补偿的方式。这种做法仅减少了区域变电站至用户处的高压线路上的无功传输，没有减少低压线路上的无功传输，无法达到节能效果。
北京市电力局在2000年规定“10千瓦及以上的异步电动机，负荷较稳定的应采用就地补偿。”我国目前生产的自愈式静电电容器的最小容量为3kVar，可以使7.5千瓦及其以上的电动机无功获得就地补偿。在民用建筑中，设计师应改变电容器集中安装的做法，实行就地补偿，对容量超过10千瓦的风机、水泵等电动机安装就地补偿装置，空调主机及冷冻泵等负荷设有专用的变配电所，进行集中补偿，若供电距离超过200米时，也应采用就地补偿。如果处理好上述情况，减少自然无功、无功补偿及补偿装置的安装地点，就能达到节能的目的。
高效照明产品大显身手
工程中使用的照明产品比较多，该领域存在很大的节能空间。
因此，设计师在选择照明产品时，除了要满足照度、光色、显色等指数外，还应当注重产品的节能性能,选择节能高效的产品。
发光效率很高的金卤灯、三基色荧光灯及稀土金属荧光灯，色温范围广、光色选择性好、显色指数高、颜色失真度小，尤其金卤灯对人的皮肤显色性超强，因此，这种产品除了用于商场展厅的照明外，还可广泛用在车站的候车室、码头的候船室、航空港的候机楼以及舞台的灯光照明等；一般荧光灯及稀土金属荧光灯可用在写字楼、住宅的照明。荧光高压汞灯、自整流高压汞灯、钠灯及三者组合的混光灯常用于生产厂房的照明。白炽灯的优点在于光色好、显色指数高，但是它的缺点也较为明显，环保性不强，节能效果不好，因此这种照明产品一般用于局部艺术照明或防止高频光谱照射的古董字画照明，其他的场合应尽量少用或者不用。
另外，智能照明控制系统也是实现节能的另一个重要措施。如照明采用成组分片的自动控制开停方式，按照预定场景投入灯具，可在人流变化或照度变化时自动开启或者关闭照明，就能轻易地实现节能效果，如ABB公司的i-bus系统。
节能和环保是实现可持续发展的关键。民用建筑作为用能大户，在设计阶段就注重节能，这对于节约能源、降低运行费用、促进国民经济发展具有十分重要的意义。作为一个电气专业的工作者，在电气系统的设计、控制设备选型的过程中，应对节能降耗等问题引起足够的重视，在各个环节中充分考虑到节能效果，让建筑在满足使用需要的同时实现能耗利用得最小化。
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