摘要：根据高层建筑的特点，结合实际案例，探讨了超高层建筑电气节能设计的理论基础，从供电配电系统电源、电力负荷计算、变压器选择，电气照明系统方面阐述超高层建筑节能设计。
关键词：超高层建筑；电气设计；负荷计算；照明节能
1.某项目概况
某项目用地面积35606.16平方米（约合53.41亩），总建筑面积266449.98平方米，设置住宅1290套，配置住宅停车位1615个，公共停车位203个。
项目是商业住宅综合楼，一二层为商业裙房，三层以上为1栋高层、4栋超高层住宅建筑，地下建筑主要为汽车库及设备用房，其项目各单体建筑见表1。
2.供配电系统节能设计
2.1.负荷等级确定
项目主要建设高层、超高层住宅，地下车库为一类汽车库（建筑面积大于10000m2），根据《全国民用建筑工程师设计技术措施-电气》（2009版）：一类高层建筑走道照明、值班照明、警卫照明、障碍照明、主要业务和计算机系统用电，安防系统用电，电子信息设备机房用电，客梯电力，排污泵、生活水泵用电，消防用电为一级负荷；一类汽车库升降梯用电，消防用电为一级负荷，其余普通照明按三级负荷供电。
2.2.供电电源设计
一级负荷应采用双电源供电，每个电源承受100%负荷【1】。因此，项目采用10kV双回路供电，由城市电网采用专线引入。
建筑高度为100m或35层及以上的住宅建筑宜设置柴油发电机组【2】，满足消防设备用电及变配电室、发电机房、风机房、电梯前室、楼梯间等处照明、应急照明及疏散指示照明、客梯用电、排污泵及一、二级用电负荷的供电要求。
在方案及初步设计阶段，柴油发电机组容量按工程总变压器容量10%-20%估算【3】。项目住宅建筑高度超过100m，为超高层建筑，其疏散标志灯应由蓄电池组作为备用电源。
超高层住宅宜由配电站设专专线回路采用放射式供电【1】，因此项目由配电站设专专线回路采用放射式供电。
2.3.变电所配置
当配电所设置在住宅建筑内时，不宜设置在住宅建筑地下的最低层；居民住宅小区配电变压器位置靠近负荷中心，低压供电半径不宜超过200m；变压器容量和台数应满足安全、可靠、经济运行的要求。
根据项目平面布置及建筑功能情况、并考虑低压供电半径不宜超过200米的原则，项目设置4座地下变配电室（10/0.4KV），分别位于E-1、E-2、E-3、E-5住宅楼地下室一层。
2.4.电力负荷计算
电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否，对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。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）住宅用电负荷
住宅用电部分的负荷计算一般采用单位指标法，其计算式为：
住宅单位用电指标及需要系数依据《居民住宅小区电力配置规范》GB/T36040-2018相关规定取值。
（2）公建设施和配套商业用电负荷
共建设施和配套商业用电负荷依据负荷密度法计算，负荷密度法是根据建筑物的总建筑面积以及不同类型的建筑物单位面积的负荷来确定计算负荷，即有功计算负荷公式：
其中W-单位面积负荷量（W／m2）；A-建筑面积（m2）。
共建设施和配套商业单位建筑面积用电指标根据《全国民用建筑工程设计技术措施-电气（2009版）》取值。
（3）充电桩用电负荷
根据国务院办公厅下发《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》要求，住宅停车位按停车位100%配备充电桩，公共停车位按停车位10%配备充电桩。项目需配置充电桩1636个。
住宅小区仅配置慢充电动汽车充电桩，每个充电设施充电功率按8kW计，其负荷计算采用单位指标法。
2.5.变压器选择
居民住宅小区配电变压器宜采用两台一组为供电单元设置，负载率不超过65%；设置于配电站内的单台变压器容量不宜大于1000kVA；设置在住宅建筑内的配电变压器，应选择干式、气体绝缘或非可燃气液体绝缘变压器【1】。
根据相关计算公式及项目实际情况，经计算，本项目计算容量4974.80kVA，根据以上原则，项目需配置容量8000kVA的变压器，每台变压器容量控制在63%左右。项目每个配电室配置两台SCB13-1000/10型干式节能型变压器，其空载损耗1275W，负载损耗为7315W（120℃），根据《三相配电变压器能效限定值及能效等级》，SCB13-1000kVA变压器空载损耗、负载损耗均能达到1级能效指标。
2.6.功率因数补偿
（1）选择用电设备时，应将其功率因数作为一个重要指标，优先选用功率因数指标较好的供配电系统及用电设备，从而保证配电系统有一个较高的自然功率因数值。当系统自然功率因数达不到电网规定要求时，（国家规定值：高压用户0.95，低压用户0.90），必须采用电力电容器进行补偿，以减少用电设备无功损耗，提高用电设备的功率因数或使用静电电容器等进行无功补偿以减少能耗。
（2）无功补偿设备应适当靠近无功源，高压用电设备产生的无功功率由高压侧的电容器来补偿，低压用电设备产生的无功功率宜由低压侧的电容器来进行补偿。
3.照明系统节能设计
电气照明设计，包括光源选择、照度计算、灯具造型，灯具布置，眩光控制和调光控制和照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系，应该项相互配合，在使用功能及艺术意境方面求得统一。选用高光效电光源，可以取得节能的明显效果。
（1）项目主要是住宅、商业及公共建筑，照明设计应满足《建筑照明设计标准》GB50034-2013所对应的照度标准，照明均匀度、统一眩光值、光色、照明功率密度、能效指标等相关标准值的综合要求，一般场所为高效节能型T5荧光灯或其他节能型灯具。
（2）一般照明设计
所有公共区域自动控制的灯具皆通过回路接线可分别开启1/2、1/4的照明灯具，达到根据使用要求分级调节照度的目的。非公共区域房间采用墙壁开关面板控制。
（3）商业步行街的景观照明、商业广告牌、标志牌、小区内路灯、庭院灯、景观灯等均采用太阳能光伏照明。
（4）应急照明
疏散照明：在疏散走道、安全出口、楼梯间及其前室、电梯间及其前室、主要出入口等人员密集等场所设置疏散照明，应急照明持续供电时间（寿命期内）应大于90min；
备用照明：重要场所如变配电所、消防控制室、电信网络机房、消防水泵房、消防楼梯间、消防电梯机房等场所设置备用照明，应急照明持续供电时间应不小于180min，且不低于正常照明照度。
4.结语
超高层建筑作为高能耗建筑，节能潜力大。超高层建筑设计时要考虑功能需求和节能要求，设计中应遵循规范，并灵活运用方法合理设计。
参考文献：
[1]《居民住宅小区电力配置规范》GB/T36040-2018
[2]《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011
[3]《全国民用建筑工程设计技术措施/电气（2009版）》
[4] 王捷 浅析超高层建筑电气节能设计.重庆市设计院，2016.
论文作者:陈广宇
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第12期
论文发表时间:2019/9/25
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