建筑电气设计.docx

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建筑电气设计

一、供电配电系统

1、负荷分级与供电措施、各类建筑物的用电指标如何？

【解析】负荷分级与供电措施、各类建筑物的用电指标见表3-1~表3-4。

负荷分级与供电措施表3-1

负荷分级

定义

供电措施

一级负荷

1、中断供电将造成人身伤害时。

2、中断供电将在经济上造成重大损失时。

3、中断供电将影响重要用电单位的正常工作。

4、在一级负荷重，当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒，爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。

1、一级负荷应由双重电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不同应同时受到损坏（强条）。

2、一级负荷中特别重要的负荷，除又双重电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统（强条）。

二级负荷

1、中断供电将在经济上造成较大损失时。

2、中断供电将影响较重要用电单位的的常工作。

二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。

在负荷较小或地区供电条件困难时，耳机负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。

当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。

三级负荷

不属于一级和二级负荷

无特殊要求

注：

1.本表电力负荷分级是根据供电可靠性的要求及中断供电在政治，经济上锁造成损失或影响的程度进行划分。

2.本表格根据《供配电系经设计规范》GB50052-2009编制。

规划单位建设用地负荷指标表3-2

城市建设用电类别

单位建设用地负荷指标（kW/ha）

居住用地用电

100-400

公共设施用地用电

300-1200

工业用地用电

200-800

注：

1.城市建设用地包括：

居住用地，公共设施用地，工业用地，仓储用地，对外交通用地，道路广场用地，市政公用设施用地，绿化用地和特殊用地八大类，不包括水域和其他用地。

2.超出表中三大类建设用地以外的其他各类建设用地的规划单位建设用地负荷指标的选取，可根据所在城市具体情况确定。

3.ha-公顷。

规划单位建筑面积负荷指标表3-3

建筑用电类别

单位建筑面积负荷指标（W/㎡）

居住建筑用电

20~60（1.4~14kW/户）

公共建筑用电

30-120

工业用地用电

20-80

注：

超出表中三大类建筑以外的其他各类建筑的规划单位面积负荷指标的选取。

可根据当地实际情况和规划要求，因地制宜确定。

各类建筑物的用电指标表3-4

建筑类别

用电指标（W/㎡）

建筑类别

用电指标（W/㎡）

公寓

30~50

医院

40~70

旅馆

40~70

高等学校

20~40

办公

30~70

中小学

12~20

商业

一般：

40~80

大中型：

60~120

展览馆

50~80

体育

40~70

演播室

250~500

剧场

50~80

汽车库

8~15

注：

表中所列用电指标的上限值是按空调采用电动压缩机制冷时的数值。

当空调水冷机组采用直燃机时，用电指标一般比采用电动压缩机制冷时的用电指标降低25~35VA/㎡。

说明：

（1）“规划单位建设用电、建筑面积负荷指标）仅可用于规划设计阶段。

该表摘自于《城市电力规划规范》GB50293-1999.

（2）单体建筑物方案设计时，可采用标3-4“各类建筑物表的用电指标“进行负荷估算。

2、负荷计算主要应包括哪些内容？

各有何用途？

【解析】负荷计算主要应包括的内容、用途如下：

（1）0.5h最大负荷的计算：

这是作为按发热条件选择导线、电缆、变压器、开关等设备的依据，亦作为计算正常电压损失、无功功率补偿和电能消耗量的依据。

（2）尖峰电流计算。

如电动机启动电流等，是计算线路上的电压损失、电压波动、选择熔断器一级继电保护整定的重要依据。

（3）季节性负荷的计算。

用于确定变压器台数、容量以及计算变压器经济运行的依据。

（4）一级负荷的计算。

用于确定备用电源和应急电源的容量。

3、变压器的选用要点有哪些？

【解析】：

变压器的选用要点包括：

（1）应根据负荷的大小、负荷级别进行选择，保证满足全部用电设备计算负荷的需要。

（2）变压所具有2台以上变压器时，应考虑其中有1台发生故障时，其余变压器应能满足一、二级负荷的全部需要。

（3）变压器的容量等级应尽量少，以减少备用台数。

（4）变压器的经常负荷控制在变压器额定容量的70%为宜，一提高其运行效率。

（5）具有一级负荷的场所，领进又无备用电源联络线可接或季节性负荷较大时，宜设两台变压器。

（6）当电源进线电压为35~110kV，出现电压同时具有6kV和10kV时，可考虑采用三绕组变压器。

（7）变压器的容量受低压短路器断流容量的限制，一般不大于2500kVA,只有技术经济比较合理时，才装设大于2500kVA的变压器。

（8）是否装设变压器，应视其负荷的大小和领进变电所的距离而定。

当负荷超过320kVA时，任何距离都应设变压器。

（9）以下情况宜选用D，y11变压器：

①三相不平衡负荷超过变压器每相额定功率15%以上者；②需要提高单相短路电流值，确保单相保护动作灵敏度者；③需要限制三次谐波含量者。

（10）以下情况应设专用变压器：

①当采用动力照明公用变压器会严重影响照明质量及灯泡使用寿命时，宜设照明变压器；②当季节性负荷较大时，如空调负荷可设空调专用变压器；③处于功能需要的设备，如容量较大的X光机等，宜设专用变压器。

4、什么是节能变压器？

其结构有何特点？

【解析】：

由于节能变压器可使空载损耗降低40%、短路损耗降低15%、空载电流降低10%，经济效益显著，节约能源，故称节能变压器。

节能变压器与普通变压器比较，具有如下特点：

（1）节能变压器采用的贴心材料是晶粒去想相同的幼稚冷轧硅钢片，具有导磁性能好，单位损耗小的优点。

（2）节能变压器的铁芯节能采用全斜接无孔钢带绑扎新工艺，使磁力线在铁芯的转角处仍是顺着硅钢片的碾扎方向导通，损耗小。

（3）节能变压器铁芯不冲孔。

用刚才绑扎。

取代穿心螺杆，降低了磁力线绕空导通时的损耗。

目前，一种新型的节能变压器：

非晶合金变压器应运而生，它采用非晶合金带材替代传统硅钢片铁芯，更可使变压器的空载损耗降低60%-80%。

节能变压器因具有损耗低、质量轻、效率高、抗冲击、节能显著等优点，而在今年得到了广泛的应用，所以设计是应首选节能变压器。

5、空调系统常用的几种机组有哪些？

【解析】：

（1）压缩式冷水机组：

由压缩机、冷凝器、蒸发器uoko自控系统等组成的可提供冷水的制冷机组。

（2）水冷式冷水机组：

制冷机组的冷凝器为水冷式。

（3）风冷式冷水机组：

冷水机组的冷凝器为风冷式，一般均为小型冷水机组。

（4）蒸汽双效溴化锂冷水机组：

具有高低压两级蒸汽发生器的溴化锂吸收式制冷机。

（5）蒸汽单效溴化锂冷水机组：

具有一级蒸汽发生器的溴化锂吸收式制冷机。

（6）直燃型溴化锂冷水机组：

利用燃油、燃气直接燃烧加热发生器中的吸收剂溶液，从而完成制冷的溴化锂吸收式制冷机。

（7）风冷热泵式冷热水机组：

通过四通阀的切换运行，改变制冷机的循环过程，从而夏季提供冷水，冬季可以提供热水的机组。

（8）水源热泵式冷热机组：

即冷凝器为水冷封闭式。

上述

（1）~（6）机组提供7℃的冷水，回水12℃。

6、第四代绿色光源LED发光二极管灯的技术特点。

【解析】：

目前，第四代新型绿色光源，如LED发光二极管灯、LVD无极荧光灯的技术发展较快，市场应用逐步推开，在公共建筑中可以考虑采用。

下面简述其技术特点。

LED发光二级关灯，就是以发光二极管为光源的半导体灯具，是20实际后期发明并发展起来的心光源，属于第四代绿色照明，目前主要用于显示、标志灯和装饰照明等。

LED等是利用半导体PN结的电致发光远离研制而成，该机理决定LED等不可能产生具有赤足光谱的白光，因此半导体光源要借助荧光物质简介产生宽带光谱，合成白光；或将集中不同光色的芯片封装在一起，通过光色的混合构成白光LED。

小功率LED灯多用于景观装饰性照明。

因二极管对散热的要求比较高，常用打功率LED投光灯基本上是选用1W大功率LED管，也有少数选用了3W甚至更高功率的LED管，净高在4.0m以上的空间可以考虑选用。

大功率LED灯得光效已经达到超过30lm/W，随着关键技术的突破，白光LED的光效有可能达到更高的光效，可以组成阵列或其他结构来照明，具有附件简单、结构紧凑、可控性好，颜色丰富纯正、选择性强，防潮、防震，节能环保、运行于维护成本低等优点，在照明方面有着广泛的应用背景。

但在目前LED也有自身的问题，如光通量有待进一步提高、价格较高等问题，相信随着技术的进步与设计的成熟，这些问题很快得到解决。

7、简述第四代绿色光源LED无极荧光灯的技术特点。

【解析】：

高频等离子无极放电等，简称LVD无极荧光灯，它是集功率电子学、等离子体学、磁性材料学等领域最新科技成果研制开发出来的高新技术产品，塔与LED一样，通属于第四代绿色光源。

其创新点与工作原理为：

在气体放电灯原理的基础上，增加高频电源发生器，利用高频电源通过感应线圈将能量耦合到灯泡内，在放电管中产生交变磁场，使放电管中的气体崩电离形成离子体，而这些受激发的等离子体原子当其返回原始状态时，会将原来所获得的能量以254mm的紫外线形式辐射出来，完成一个能量转换过程，灯泡内壁的荧光粉则瘦紫外线激发而发出可见光。

在以上工作过程中，当频率足高时，放电管已需电极存在，放电能持续稳定地进行。

由于LVD无极荧光灯没有传统光源中的灯丝（或电极）在其作用，因而避免了传统光源的电极损耗问题。

归纳起来，LVD无极灯具有以下特点：

1、长寿命、低光衰：

6万h的光通维持率70%以上，在设计师与传统的高光抢气体放电灯（HID）相比可减少20%的灯具数量。

2、高清晰度：

无极等的光谱大部分集中在可见光的光谱范围，在相同照度的情况下，无极灯的视觉清晰度要比金卤灯高20%左右。

3、低损耗、高功率因素：

无极灯采用电子镇流器，其自身损耗比HID等配置的电镇流器低5%左右；功率因素＞0.95、

4、高光效：

光效＞80lm/W，相当于8~9个通功率的普通白炽灯。

5、高显色性：

显色指数Ra＞75~90.

6、快启动：

即开即亮，零下40℃低温状态时亦能及时启动。

7、无眩光频闪：

不会造成视觉疲劳。

8、调光控制：

易于实现智能化调光控制，调光吼的光效和显色变化小。

9、适用电压范围广：

适用范围AC150V~264V。

10、谐波含量低：

电流总谐波＜8%。

综上，LVD无极灯提高了整个照明系统的可靠性和寿命，忽悠较显著的节能优势。

LVD无极灯的光源类型有球泡形、圆环形、矩形、一体化形等，据笔者所知，厂家一般推荐165W及以下功率，165W以上功率由于电气及控制方面的原因，工作状态不太稳定。

虽然LVD无极灯的价格适中，与同功率的金属卤化物灯相差无几，如100W无极灯和灯具成套价格约2500元左右，生产商承诺寿命达5万h，具有一定推广价值。

单目前在空间按净高8~12m及以上的高达空间照明，一般还是以金卤灯为主。

可以想见，随着科技的进步和生产工艺的改进，LED灯与LVD灯这类绿色光源会逐步替代既有光源。

8、如何选择变压器既经济合理，又达到节能要求？

【解析】：

变压器节能的实质就是：

降低其有功功率损耗、提高其运行效率。

变压器的有功功率损耗如下式表示：

△Pb=Po+Pkβ²

其中：

△Pb——变压器有功损耗（kW）；

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。

式中Po为空载损耗又称铁损，它由贴心的涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与硅钢片的性能及贴心制造工艺有关，而与复合大小无关，是基本不变的部分。

因此，变压器应选用SCB10/CR10/SG10等节能型变压器，它们都是选用高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片和先进工艺制造的新系列节能变压器。

由于“取向”处理，使硅钢片的磁场方向接近一致，以减少贴心的涡流损耗；45°全斜接缝结构，使接缝密合性好，可减少漏磁损耗。

目前，一种新型的节能变压器：

非晶合金变压器应运而生，它采用非晶合金带材替代传统硅钢片贴心，更可使变压器的空载损耗降低60%~80%，具有很好的节能效果。

其初次投资增加的成本5年就可以回收，经济性非常显著。

非晶合金材料的生产具有很高的科技难度，目前世界上只有日立电器和中国的安泰科技长我了非经技术。

安泰科技作为中国钢研行业的领军企业，其4万吨非晶合金带材生产线已初步完成热试，2009年底可投产，2010年达产，为中国市场提供急需的非晶材料，同时降低了成本，为电网改造和产业升级提供了可能；同时，非晶合金变压器本身也是一种环保型产品。

以上节能型变压器因具有损耗低、质量轻、效率高、抗冲击、节能显著等优点，而在今年得到了广泛的应用，所以，设计应首选低损耗的节能变压器。

上式中，Pk是传输功率的损耗，即变压器的线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小。

因此，应选用阻值较小的铜芯绕组变压器。

对Pkβ²，用微分求它的极值，可知当β=50%时，变压器的能耗最小。

单这仅仅是从变压器节能的单一角度出发，二没有考虑综合经济效益。

因为β=50%的负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁孙，以你节能效果有限；且在此低负载率下，由于加大变压器容量而多付的变压器价格，或变压器增大而使出线开关、母联开关容量增大引起的设备购置费，再计及设备运行、这就。

维护等费用，累计起来就是一笔不晓得饿投资。

由此可见，取变压器负载率为50%是得不偿失的。

综合考虑以上各种费用因素，且使变压器在使用期内预留适当的容量，笔者认为，变压器的负载率β应选择在75%~85%为宜。

这样既经济合理，又物尽其用。

另一方面，因为变压器在满负荷运行时，其绝缘层的使用年限一般为20年，20年后通常会有性能更优的变压器问世，这样就可有机会更换新的设备，从而变压器总处于技术领先水平。

设计时，合理分配用电负荷、合理选择变压器容量和太熟，使其工作在高效区内，可有效减少变压器总损耗。

当负荷率低于30%时，应按实际负荷换小容量变压器；当负荷率超过80%并通过计算不利于经济运行时，可放大以及容量选择变压器。

当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的太熟，选用大容量变压器。

例如需要装机容量为2000kVA，可选2台1000kVA，不选4台500kVA。

因为前者总损耗比后者小，且综合经济效益优于后者。

对分期实施的项目，宜采用多台变压器方案。

避免轻载运行而增大损耗；内部多个变电所之间宜敷设联络线，根据负荷情况，可切除部分变压器，从而减少损耗；对可靠性要求高、不能受影响的负荷，宜设置专用变压器。

在变压器设计选择中，如能掌握好上述原则及措施，则既可达到节能目的，又符合经济合理的要求。

9、照明系统节能设计的技术措施。

【解析】：

因建筑照明量大而面广，故照明节能的潜力很大。

在满足①照度；②照度均匀度；③照明功率密度（LPD）限制；④统一眩光值（UGR）；⑤相关色温Tcp；⑥显色指数Ra等相关技术参数要求的前提下，照明节能设计应从下列几个方面着手：

（1）选用高效光源

按工作场所的条件，选用不同种类的高效光源，可降低电能消耗，节约能源。

其具体要求如下：

一般室内场所照明，优先采用荧光灯或小功率高压钠灯等高效光源，推荐采用T5细管，U型管节能荧光灯，以满足《建筑照明设计标准》GB50034-2004对照明功率密度（LPD）的限值要求。

不宜采用白炽灯，只有在开合频繁或特殊需要时，方可使用白炽灯，单宜选用双螺旋（双绞丝）白炽灯。

高大空间和室外场所的一般照明、道路照明，应采用金属卤化物灯、高压钠灯等高光强气体放电灯。

气体放电灯应采用耗能低的镇流器，且荧光灯和气体放电灯，必须安装电容器，补偿无功损耗。

目前，第四代新型绿色光源，如LED灯、LVD无极荧光灯的技术发展较快，市场应用逐步推开。

（2）选用高效灯具

除装饰需要外，应优先选用直射广通比例高、控光性能合理；反射或透射系数高、配光特性稳定的高效灯具。

采用非对称分布灯具。

由于它具有减弱工作区反射眩光的特点，在一定的照度下，能够大大改善视觉条件，因此可获得较高的效能。

选用变质速度较慢的材料制成的灯具，如玻璃灯罩、搪瓷反射罩等，以减少光能衰减率。

室内灯具效率不应低于70%（装有遮光栅格时，不应低于60%）；室外灯具效率不应低于50%（单室外投光灯不应低于55%）。

（选用合理的照明方案）

采用光通利用系数较高的布灯方案，优先采用分区一般照明方式。

在有集中空调且照明容量大的场所，采用照明灯具与空调回风口结合的形式。

在需要有高照度或有改善光色要求的场所，采用两种以上光源组成的混光照明。