身份证号码：43042219790627xxxx
摘要：针对在建筑电气设计中需要遵循的设计原则，介绍了超高层建筑电气节能技术措施，将节能技术应用于建筑设计中。在满足超高层建筑安全可靠的基础上，提高了电气节能技术在超高层建筑设计中的应用。
关键词：超高层建筑；建筑电气；节能；设计原则；供配电
Abstract：Aimingatthedesignprinciplesthatneedtobefollowedinbuildingelectricaldesign,theelectricalenergy-savingtechnologymeasuresforsuperhigh-risebuildingsareintroduced,andenergysavingtechnologyisappliedtoarchitecturaldesign.Onthebasisofsatisfyingthesafetyandreliabilityofthesuperhighrisebuilding,theapplicationofelectricenergysavingtechnologyinthedesignofsuperhighrisebuildingisimproved.
Keywords：superhighrisebuilding;buildingelectricity;energysaving;designprinciple;powersupplyanddistribution
随着我国建筑业不断发展，城市发展水平不断提高，超高层建筑正成为一个城市发展水平的体现，甚至是一个城市的标志性建筑。然而，超高层建筑就像一条竖立起来的街道，存在着安全、交通、环境及能源消耗等多种难以妥善解决的问题，越是向高处发展，安全性、耐久性及适用舒适等问题就愈多，对各个专业的要求就越高。本文通过一般工程设计方法对超高层建筑的供配电系统进行简要的介绍。
一、供配电系统设计
1.1设计依据
1)国家规范、规定和标准
民用建筑电气设计规范(JGJ16-2008)
供配电系统设计规范(GB50052-2009)
20kV及以下变电所设计规范(GB50053-2013)
低压配电设计规范(GB50054-2011)
建筑物防雷设计规范(GB50057-2010)
建筑照明设计标准(GB50034-2013)
电力工程电缆设计规范(GB50217-2007)
建筑设计防火规范(GB50016-2014)
汽车库、修车库、停车场设计防火规范(GB50067-1997)
绿建及LEED设计要求
2)相关专业提供给本专业的工程设计资料
1.2设计范围
1)变配电系统
2)电力照明系统
3)防雷与接地系统
4)漏电火灾报警系统
5)电力监控系统
6)智能照明控制系统
1.3供配电系统
1.3.1负荷指标及负荷计算
根据国标相关负荷指标，根据用电设备额定功率，采用需要系数法进行负荷计算。
1.3.2负荷等级
机电设备用电负荷按其不同的用途和重要性分为三级：
1)一级负荷为在供电中断时，会构成人命伤亡危险之负荷及中断供电，将造成重大政治影响、重大经济损失，及造成公共场所秩序严重混乱者；其中包括走道照明,值班照明,警卫照明,航空障碍灯,计算机系统用电,安防系统用电,消防系统,消防水泵、疏散照明、消防/客用电梯、防排烟及正压送风机、防火卷帘、地下室排污水泵、生活水泵等用电。
2)二级负荷为当供电中断时，将造成较大政治影响者，较大经济损失者，中断供电将造成公共场所秩序混乱者。
3)三级负荷为其它不属于上述之负荷，均作为三级负荷。
1.3.310KV高压配电系统
一般由市政引入两路市政10KV电源，互为备用，当其中一路电源停电时，另一路电源承担停电回路的100%负荷。
1.3.40.4KV低压运行方式:
低压段采用单母线分段运行，平时两台变压器分列运行，母联开关断开。当一台变压器停止运行（包括变压器故障、负荷调整等情况）时，母联开关手动/自动闭合。母联断路器及所联络的两台变压器的进线断路器三者之间应有可靠的电气及机械连锁及合闸程序，保证不会出现三个断路器同时合闸的情况。
1.3.5继电保护
A）低压主进线开关采用长延时、短延时、和失压保护。
B）低压馈线开关采用长延时及瞬时保护；部分回路延时保护未能满足接地故障要求时，将设接地故障保护。
C）低压母联断路器与进线断路器设置电气及机械联锁。
D）干式变压器设自动温度监测和超温保护。
1.3.6计量方式
A）供电部门计量：采用高压计量方式。在10kV高压专线电源进线处设置专用计量柜集中计量，柜内设有功功率表，无功功率表，高压计量柜由供电局管理。
B）租户核算计量：每个租户设置电表集中于楼层配电间。
C）电力节能监控：为方便管理，在低压配电柜内设多功能电表，对空调、电梯、水泵、照明等分类计量。
1.3.7无功补偿
A）变配电系统低压侧设置补偿电容，自动调节功率因数，使功率因数不小于0.95。
B）低压电容补偿，采用电容器和电抗器串联组成的调谐滤波电容器组。
C）所有气体放电灯加设补偿电容，使其功率因数不小于0.9。
1.3.8非消防电源切除
非消防负荷回路均带分励脱扣装置，在火警时，由消防控制室自动或消防人员根据火灾情况手动切除相关区域的非消防电源。
1.3.9备用发电机系统
以保证市电停电时大楼消防设备及重要负荷的正常运行；当两路电源同时失电后，相应区域的备用发电机将在15秒内自动启动提供应急电源给消防负荷及重要负荷。
1)在市电停电，又有火警要求时，须继续供电的负荷包括：
A）发电机房通风、冷却系统
B）消防应急照明
C）航空障碍灯
D）防排烟设施
E）防火卷帘
F）消防水泵
G）消防电梯
H）非消防电梯迫降
I）消防电梯基坑排水泵
J）消防控制中心
2)在市电停电，无火警时，须继续供电的负荷包括:
A）发电机房通风、冷却系统
B）消防应急照明
C）航空障碍灯
D）生活给水泵/排水泵
E）客用电梯（考虑一组一台）
F）消防电梯
G）消防保安控制室
H）立体车库
I）弱电系统
J）银行保障负荷
K）员工厨房冰箱、冷库等
1.3.10电气照明
电气照明一般照明，工作照明以及应急照明。应符合《GB50034-2013建筑照明设计标准》的要求。
1.3.11防雷接地
防直击雷、防雷电电磁脉冲（雷电波）、防地电位反击。
1.3.12电气火灾监控系统
1、电气火灾监控系统至少应当具有以下功能：
1)探测漏电电流，过电流等信号，发出声光报警信号，准确报出故障地址，监视故障点的变化。
2)储存各种故障和操作试验信号，信号存储时间不应少于12个月。
3)对用电漏电线路只报警。
4)显示系统电源状态。
2、电气火灾监控系统控制器设置在消防控制中心，剩余电流探测器设置于各楼层或防火区域设置的配电箱进线处。
1.3.13电力监控系统
系统采用多功能仪表来监视各个进线、联络及馈电回路的电力参数，多功能仪表配置要求：
1)标准RS485通讯接口，MODBUSRTU通讯协议；
2)进线回路显示电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无
功电能、谐波分析及最高用电量需求；
3)联络回路显示电压、电流及有功电能、无功电能、功率因数；
4)馈线回路主要监控交流电流、交流电压、有功功率、电度及谐波分析；
1.3.14智能照明控制系统
为达到理想的灯光效果及方便管理，一般设智能照明控制系统，系统设备设于消防保安中心。
二、降低能耗的对策
1.建筑电气节能技术概述
建筑电气主要包括供电和照明两个方面。随着现代建筑的发展，无论是高电压还是低电压，都可以分为强弱电两个方面。建筑电气节能技术是基于电气系统设计、智能建筑综合考虑经济、节能效益、电力负荷计算、电气设备选择和绿色照明技术的应用，基于高效、安全、稳定的各种服务的操作符合建筑体系，还需要满足舒适的办公室和谐的学习环境的用户，要求电力和能源节约和环境保护的技术和建筑电气安全。
建筑电气节能技术经过近年来的发展，很多国内外的研究成果，包括楼宇自动化的智能管理系统，“冰蓄冷空调系统、电气节能技术、冷热电联产系统的电气节能技术、照明电气节能技术、建筑配电系统的节能技术，新能源可再生能源利用。超高层建筑是在符合信息系统的城市基础设施建设的重要建筑，智能化和节能设计是一个重要的保证，以提高其综合性能的基本服务的智能化高层建筑和能源的有效利用，是高层建筑的规划设计、建设的重要技术手段，对建筑电气节能在可持续发展的过程中，施工操作和维护。
2.超高层建筑中电气节能技术的现状
超高层建筑是一个多学科综合的多功能建筑。随着人们对室内环境质量和舒适度要求的不断提高，高层建筑中安装了许多智能电气控制系统，以满足楼宇相应人性化服务功能的需要。其中，建筑电气系统主要集中在供配电系统、消防系统、照明系统、电机驱动系统、空调系统、给排水系统等方面。
高层建筑和超高层建筑人性化服务功能的实现是以各种电气设备的运行控制为基础的。超高层建筑功能越完善，电气控制系统越复杂，对电气设备运行监控系统的控制难度越大，建筑机电设备总能耗越大。特别是随着信息技术、电力电子技术和现代控制技术的飞速发展，建筑电气综合自动化水平有了很大提高，相应的能源消耗也大幅度增加。二十一世纪是一个能源匮乏的时代。研究智能超高层建筑电气系统节能对建筑节能可持续发展具有重要的战略意义。
在现代超高层建筑中，电气节能技术水平存在一些不合理的现象。如果节能技术在超高层建筑设计中起到一定的作用，就要认真分析其存在的不足和问题，并为管理者和设计人员提出相应的建议和措施。结合变压器技术经济选择高层建筑的电气设计工作经验，降低配电线路损耗，绿色节能照明、电机驱动系统的频率控制等方面，仍存在一些不合理的现象，需要引起足够的重视，采取合理的措施和方法，可以有效地提高电力系统的电力综合利用效率，降低建筑物电气装置的综合能耗，确保高层建筑的电气系统能够发挥最佳的电气性能。
3.超高层建筑电气主要节能技术的应用
3.1供电线路的节能技术措施
变配电房靠近负荷中心设置。
在超高层建筑电气系统设计中，要根据建筑物内电气设备的承载能力和分布情况、机电设备的特点和供电距离，合理设计综合布线。在整个供配电系统结构中，应尽可能简单、清晰、可靠，各机电设备系统的分配级数不应超过三级。配电线路是高层建筑电气的直接载体，其动力干线和分支线是一个跨网络错综复杂，其总长度较长，一般在几万甚至几十万米以上米，大量的线路损耗，具有节能节能技术方案电源线研究的重点是电气系统的建设。
3.2设集中式动态无功补偿装置
带谐波过滤功能，补偿后，功率因数不低于0.95。
3.3配电变压器的节能技术措施
配电变压器经济运行方式的优化分析可以从最小有功损耗、最小无功损耗和综合运行的最小功率损失三个方面进行探讨。如从有功功率守恒条件作为经济运行和节能变压器的主角，应根据变压器的有功优化分析的经济运行；如从提高节能变压器经济运行方式的主变压器运行功率因数的要求，应根据比较分析的功率优化变压器的经济运行方式；如需要平衡，或减少对节能变压器经济运行方式的主电源和配电系统的损耗，应根据综合电力变压器经济运行的优化比较分析率。高层建筑电气节能系统不应只考虑有功电能，同时考虑无功功率的节能特性，因此，对节能变压器的比较分析经济运行模式的优化，对有功和无功功率的网损最小的节能经济运行模式的电源系统的比较分析。
3.4照明系统的节能技术措施
在建筑电气照明系统的设计，充分了解GB50034-2013《建筑照明设计标准》等技术标准要求，在控制模型的高层建筑设计照明系统，应根据每个房间的不同建筑内部使用功能的特点和处理技术要求。建筑艺术照明设计应遵循技术性、经济性、适用性和实用性原则，不能片面追求艺术形式，降低照明系统的整体经济可靠性。设计者应尽量选择高效光源，室内照明可采用LED灯具和荧光灯，室外照明和道路照明可采用高压钠灯和金属卤化物灯、气体放电灯、荧光灯或LED等。其次，设计师可以使用高比例的反射系数，光通量高、稳定的照明光线分布特性，采用智能照明技术,利用计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术来实现对照明设备的智能化控制。具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能。照明系统采用BA控制或智能控制，楼梯间采用延时自熄感应开关。
灯管选用节能型稀土三基色荧光灯，配电子镇流器，或LED灯具。功率密度不超过规范要求。屋顶天然采光较好，中庭区域设照度感应装置，白天根据照度自动关闭部分灯具。
3.5电梯控制系统的节能技术措施
高效、可靠、节能的电气控制方案的主要节能措施的电梯控制系统。
1、电梯系统采用变压/变频控制，采用永磁同步电机。
2、电梯目的楼层控制技术：乘客通过布置于厅外的目的选层面板选择要去的楼层。电梯系统根据乘客的数量和电梯的实时状态，分配相同目的地的乘客在相同的轿厢，通过这种方式，可在不增加电梯台数的情况下，有效减少电梯运行中的停站，缩短乘客到达目的楼层的时间，提高电梯的输送效率。
3、电梯空载上行：当电梯负载小于50%上行的时候，对重的重量大于轿厢的重量，依靠重力拉动对重向下，相应轿厢上行，曳引机中的马达处于发电状态；电梯满载下行：当电梯负载大于50%上行的时候，轿厢的重量大于对重的重量，依靠重力轿厢向下运行，曳引机的马达处于发电状态。
3.6空调设备节能控制
除消防设施之外，所有水泵变频控制、所有风机EC风机或变频控制，通过这些空调节能措施可降低空调系统能耗，达到节能降耗的目的。空调系统节能具体措施：
1、效率优先：a加机减机控制策略，达最佳负载率策略；b同类设备的输出管路必须成环，才能资源共享，才能协同各设备达最佳负载率，COP最高；c冷水机组变频控制或采用磁悬浮冷水机组），冷冻（却）泵变频控制，充分权衡流量L、压力H、功率P与转速N的关系特性，冷却塔变频控制）；精确制冷（按需变频控制）；自然曲线控制（像暗物质一样，看不见但存在，自然曲线就是隐含的一条曲线f(q）=f（x，y，z）。X，Y，Z代表冷水机组，冷冻（却）泵，冷却塔的函数，主动控制，系统能效最高；d优选高能效设备。
2.精确制冷（按需变频控制）
3.自然曲线控制（像暗物质一样，看不见但存在，自然曲线就是隐含的一条曲线f(q）=f（x，y，z）。X，Y，Z代表冷机，泵，塔的函数，主动控制，系统能效最高。（主机+水泵曲线匹配，能耗最小）
4.水力平衡设计
5.管路压降阻力为最小设计
3.7能源监测管理系统:系统包含仪器仪表、服务器等硬件系统、数据库及相关系统软件环境。通过软件间接口获取大厦内的各租户和自用层各楼层耗水量、耗电量、耗冷量、耗气量等能耗数据，实时精确地显示用户的实际用量并对大厦内设备状态进行实时监测，同时将数据进行分时分项统计并进行节能分析和对比，给出节能策略和能耗预测。
租户按户计量。对于公共设备，设置电力节能监控系统，按照电梯、水泵、通风空调、照明设置计量装置。
3.8设置楼宇自控系统：对电梯、水泵、风机、空调等设备进行集中监测，避免设备不必要的运行，节约了能量费用。
3.9设置光伏发电系统，风力发电系统等，充分利用自然能源。
3.10建筑机电设备集成控制系统:建筑机电设备集成系统将建筑内的楼宇自控、电梯、监控系统、防盗报警、公共广播、门禁系统、智能照明、一卡通、停车管理、消防系统、多媒体系统等子系统，利用云计算技术、通信技术、网络互联技术等将相关设备、软件进行集成设计、界面统一定制开发和实现。
等等。
结论
社会经济的发展和城市化建设推动了高层建筑和超高层建筑在城市建设中的快速发展。因此超高层建筑对工程设计和施工提出了挑战。超高层建筑具有建筑面积大、占地面积大、功能复杂等特点，对电气设备的节能技术有着强烈的依赖性。在本文中，节能技术在高层建筑设计中的应用，基于安全和经济指标，大大减少因电气设备引起的能量消耗，从而有助于经济的可持续发展和生态友好型社会的建设，为建筑设计人员提供参考建议。根据电气设计的原则，对电气设备的选型进行了改进，提高了建筑的整体节能技术水平。
参考文献
［1］郭莉莉．建筑能耗现状及节能潜力［J］．铁道工程学报，2006(4):75-78．
［2］张建平．居住供暖建筑能耗分析及节能措施［J］．石化技术，2001(2):108-111．
［3］范文．浅谈现代家居的智能化系统［J］．安徽建筑，2008(5):141-143．