某综合建筑电气设计.docx

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某综合建筑电气设计

本科毕业设计

（2015届）

题目：

某综合建筑电气设计

学院:

物理与电子信息工程学院

专　　业:

电气工程及其自动化

班　　级:

11自动化本

姓名:

邵杨楠

学号:

11110003126

指导老师:

蒋小洛

完成日期:

2015年4月10日

本科毕业论文

（2015届）

题目：

某综合建筑电气设计

学院:

物理与电子信息工程学院

专　　业:

电气工程及其自动化

班　　级:

11自动化本

姓名:

邵杨楠

学号:

11110003126

指导老师:

蒋小洛

完成日期:

2015年4月10日

物理与电子信息工程学院本科毕业设计（论文）

诚信承诺书

1、本人郑重地承诺所呈交的毕业设计（论文），是在指导教师

老师的指导下严格按照学校和学院有关规定完成的。

2、本人在毕业论文（设计）中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。

3、本人承诺在毕业论文（设计）选题和研究过程中没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。

4、在毕业论文（设计）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。

毕业论文（设计）作者签名：

班级：

学号：

年月日

摘要

近年来我国的综合型建筑开始迅速的发展，城市的建设力度在不断的提高。

综合型楼栋也如雨后春竹般在全国各地涌现出来。

所谓综合建筑，就是具备多功能化、智能化、安全化于一体的大型建筑体。

由此要求综合建筑有关电气设计方面需要进一步的提升。

本文以具体的设计方法结合实践工程对一座高四层外加地下车库的综合建筑进行电气设计。

主要是依据国家各项关于电气设计的规范手册和说明。

以规范为前提设计一座以10/0.4kv配电设计为主，运用自动化系统，拥有智能消防系统的多功能、实用、安全可靠、造价低、智能环保的科研型综合大楼，以满足学校以及社会科研人员更好地进行科技研究的要求。

关键词：

10/0.4kv配电系统；智能消防；安全可靠；科研型

Abstract

Inrecentyears,ourcountrycomprehensiveconstructiondeveloprapidly,andurbanconstructionisconstantlyimproving.Comprehensivebuildingalloverthecountry.Integratedarchitectureisalargebuildingwhichintegratesmulti-functional,intelligentandsecurity.Soitputforwardhigherrequirementstocomprehensivebuildingelectricaldesign.

Inthispaper,basedonthespecificdesignmethodcombinedwithpracticalengineeringofafourlayerwithhighercomprehensivebuildingelectricaldesignofundergroundgarage.Thisarticleismainlyonthebasisofnationalonelectricaldesignspecificationmanualsandinstructions.Onthepremisetodesignaspecificationisgivenprioritytowith10/0.4kvpowerdistributiondesign,useofautomationsystem,intelligentfirecontrolsystemofmulti-function,practical,safeandreliable,lowcost,intelligentenvironmentalcucomplex,tosatisfytheschoolandsocialresearcherstherequirementofbetterscienceandtechnologyresearch.

KeyWords:

10/0.4kvpowerdistributionsystem;Intelligentfire;Safeandreliable;Scientific

1引言

1.1课题背景与意义

近年来,随着科技的不断进步、生产力的不断发展、经济的不断提高,我国的城市化进程也在不断加快，我国的综合建筑的发展也更加迅速。

目前综合建筑对各项功能的要求越来越高,电力系统的保障是综合建筑正常运作的前提,由此可见供电的可靠性越来越重要。

由于综合建筑对电力的依赖程度十分明显，所以在对综合性建筑的线路设计的可靠及对其负载能力的提高两方面显得尤为重要，因此建筑电气技术也需要进一步的发展。

综合建筑的电气设计是以负荷设备、电能和相关电气设计技术为工具来开发、运行与完善有限空间的一种科学技术。

建筑电气是一门关系到建筑能否良好的运行、设备是否安全合理布置的科学技术。

[]例如从设备选型来说，假如在进行设计的时候设备选择的不合理，不仅会造成建筑安装工程造价的提高，形成一种投资资金浪费，还会导致系统在未来运行中出现安全隐患。

因此在设计中对设备的选型，对线路负载的把握，对设计配电系统的安全可靠性的把握，都是在对建筑电气设计人员提出更高的要求。

但是目前关于综合建筑的设计还没有一系列完善的国家技术标准，对新的智能化的电气设计的技术还没有完全成熟的模式。

导致综合性建筑的电气设计参差不齐，使设计人员进行设计时在关于建筑的综合性、安全性、合理性没有一个具体的参照标准，往往通过设计得到的方案不能够很好的与现实情况相结合。

因此对商业综合建筑的电气设计的研究是21世纪建筑发展的一个刻不容缓的问题。

本文通过对国家设计规范和手册的理解及运用，对一栋四层含地下车库的综合性科研大楼进行了设计。

设计了一个具体的实际工程，采用国家在电气设计方面的标准化、程序化的设计方法以严谨的科学态度和扎实的实践技能、良好的工程意识进行设计。

在进行设计的同时可以熟练的掌握相关电气设计的绘图工具，在今后从事相关工作时可以尽早上手。

1.1.1国内研究现状

通过对国内发表的多篇关于综合性建筑电气设计的论文可以看出，目前国内正向着环保安全节能的方向发展电气设计及配电系统的设计。

经历了数十年的发展，我国的电气设计标准和规范逐渐的与国际电工委员会（IEC）标准相一致，国内的电气设计标准和规范逐渐等同或等效采用IEC标准，这为我国的电气工程师在渐渐进入国际的电气设计舞台上创造了良好的条件，增强了我国电气设计在国际工程中的竞争力。

[]

国内通过数十年在电气设计上的发展，建筑的类型也从开始的单一化逐渐转变为多元化建筑、多功能建筑、智能化高效建筑。

在建筑类型发展的同时，建筑的电气设计也在一步步加入新的技术，新的设计理念和绿色节能的高效配电系统。

[]这些转变一方面得益于国家经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，对生活及物质有了更高一步的要求。

另一方面国家在科技上的发展也进一步推动电气设计的高速发展。

新型的断路器的生产，弱电系统的智能化的开发，包括建筑与互联网的紧密结合，都意味着中国的建筑电气设计渐渐的开始处于世界领跑的位置。

[]

1.1.2建筑电气技术发展趋势和展望

未来我国在电气设计这一块的发展方面将更加注重关于自动化的发展和智能建筑的发展，将电气设计与信息高速传递的互联网相结合。

另外，在世界各个国家都提倡环保的大环境下，电气设计在对于能源的控制，能耗的降低方面也是一大目标。

未来的趋势将通过一系列先进的技术，对电气设计布线、设备选型、配电系统的正常使用等方面进行模拟，而不是只是单单根据设计图纸来建造，利用计算机通过模拟来使得建筑电气设计的安全性能达到最高，能耗最低，使供电更快捷。

结合现有的高科技的弱电系统设计技术、门禁技术、自动报警系统、自动消防和安保系统等先进技术将建筑的智能化凸显的淋漓尽致。

[]未来的中国建筑业，电气设计类专业，一定会发展的越来越完善，越来越好！

1.2工程概况

本设计是针对一所楼层数为四层含地下车库的综合性科技大楼，大楼类属于多功能型，包括学生上课教室，科研工作室，餐厅等。

配电系统较为复杂，应用设备相对较多，涉及面较广。

其中地下车库一层，包括31个停车位，内设热交换机房、生活水泵房、消防水泵房、风机房、变配电间、强弱电井、电梯。

总体分为第一防火分区和第二防火分区，并设有消防水池结合微机智能消防自动系统。

地上分为三个楼层，包括教室、大厅、餐厅、计算机房、会议室、弱电机房、科研工作室、灾害天气研究室、气象与能源研究室、学术报告厅、茶水室、盥洗室等多功能型研究室。

以中央空调的使用为主要空气调节措施，主要用电设备包括单相设备和三相设备，各类房室设备齐全。

主要大功率设备位于地下车库，个楼层功能分配完善，适合学生、教师、科学研究人员使用，是一座大型综合性科研工作建筑。

1.3任务的提出

本建筑主要采用的强电方面的电气设计结合部分的弱电设计，重点设计的部分主要有照明系统设计、动力系统设计、相关电气设备接线设计及防雷接地设计。

设计照明系统图并出计算书，设计动力接线图和系统图，设计防雷接地系统图，其中包括各项计算数据。

1、完成供电系统设计

本工程电气设计的供电电压为380/220V，采取三相四线制设计，对建筑的设备进行负荷等级的划分并满足相关的供电要求，通过对设备的负荷计算，得出相关电力系统的负荷容量、并且计算电流，通过计算所得的电流选择出导线及断路器。

2、配电系统设计

按其功能和使用把建筑物划分若干个分区。

各分区按需求设置一个或多个配电箱。

（1）照明系统配电

主要包括各楼层的各个房间，各个楼层的走廊，地下车库，配电机房等相关需要照明条件的场所进行照明设计，通过对不同类型的房间进行不同的设备选型，利用照度照明的计算方法和需要系数法来确定房间照明设备的型号和数量，并出照度计算书。

（2）动力系统配电

为了保证对一些重要负荷的供电，对重要负荷进行计算，选择相应的导线。

对每个房间进行插座等动力设备的设计，对茶水间大功率设备进行线路设计。

对地下车库的配电机房、热交换机房、风机房、消防水泵房和生活水泵房进行线路设计，确保设备可以正常投入使用。

（3）中央空调、风机、各类水泵的系统设计

建筑以中央空调系统为主要调节温度的措施，包括中央空调的各个线路的敷设，出风口的设计，风机的放置位置及负荷的计算。

各类水泵的放置位置及负荷计算，以及相关设备的备用电路的设计，做到一用一备，确保建筑内的各项设备正常运行。

（4）防雷接地系统的设计

对直击雷、侧击雷、雷电感应等问题做相应的防护，对防直击雷、侧击雷、感应雷系统进行设计及接地系统设计。

3、技术的支持和规范的理解

主要需要解决的问题在于能综合运用供配电系统和建筑电气的知识独立完成某综合建筑电气设计，为综合建筑的供配电系统制定出一套具体详细的方案。

根据规范查阅综合建筑的用电负荷，并适当考虑用电负荷的预留量，坚持以安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定本综合建筑的用电容量，并选定配电箱的位置及型式，通过对电气设计的理解和阅读多篇电气设计类文章的经验，确定主接线形式。

[]在设计过程中，要求能熟悉相关设计标准和规范，进行相应的设计计算和设备选择，并得出反映设计过程及成果的说明书和设计计算说明书，给出设计图纸，包括电气主接线图、照明平面布置图、防雷和接地布置图等。

2综合建筑配电系统设计

2.1负荷的等级及计算

2.1.1负荷的分级

电力负荷的分类主要是指对用电单位或用电设备的分类。

民用建筑的用电负荷的分类标准主要是根据供电的可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度来划分的。

不同等级的负荷所涉及的设计标准不同，重点的线路及设备需要进行加强保护，以可靠的线路和电源供电来保障其能够在突发情况下可以正常的运行。

根据《民用建筑电气设计手册》的规定对本建筑的负荷进行划分[]：

生活照明用电，包括照明系统、厨房用电设备、一般单相用电设备为三级负荷，采用单回路供电。

生活水泵房各类非消防类水泵，潜水泵等为二级负荷。

消防类设备包括消防喷淋泵，消防风机等均采用双电源供电，采用一级负荷等级设计。

[]

2.1.2负荷的计算

计算负荷是一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。

在配电设计中，导线和设备的选择是以计算负荷后的数据为依据的。

用电设备的用电电缆的选择是否安全与计算负荷有着直接的关系。

例如：

如果线路选择的比用电设备的计算负荷计算结果出来的电缆的选择的型号和规模小，那么一旦用电设备高速运转导致线路过热，电缆难以承受其热量而导致短路甚至烧毁。

那么在这种情况下就非常有可能产生火灾，造成相当大的经济损失，还有可能导致人员的伤亡。

要是选择的电缆比计算负荷所应当选的电缆的型号和规模大，那么会导致直接的投资浪费和对金属资源的浪费，也会导致变压器负荷率长期低效运行。

因此，正确的计算负荷对电缆的选择有着极大的意义。

负荷计算的方法有很多种，对于本设计的负荷计算在这里采用的是应用最为广泛的需要系数法，这种计算简单并且相对比较实用，尤其是在低压配电这一块。

单向设备的计算

公式为：

（2-1）

式中

——设备容量（kw）；

——设备需要系数；

——有功计算功率；

通过（2-1）这个公式进行负荷计算，再结合是否需要进行设备的无功补偿来确定最终的一系列的相对应电路的设计选型。

需要无功补偿的负荷计算利用以下公式：

（2-2）

式中

——有功计算负荷；

——无功计算负荷；

——视在计算负荷；

——计算电流；

——用电设备的总容量；

——需要系数；

——用电设备功率因数的正切值；

——用电设备额定电压；

利用以上公式对整栋建筑不同类型的设备进行设备的负荷计算，计算的具体形式在本文的后文中有所提到。

2.2综合建筑总负荷计算

通过对整栋综合建筑进行负荷计算，包括照明系统的负荷、动力系统的负荷、消防系统的负荷等，对整栋综合建筑的负荷进行了一定的计算与统计。

照明系统负荷计算如表1-1：

表1-1综合建筑照明系统负荷计算

动力系统负荷计算如表2-2：

表2-2综合建筑动力系统负荷计算

消防系统负荷计算如表2-3：

表2-3综合建筑消防系统负荷计算

根据以上各个系统的负荷计算所得的数据，我们可以求出综合建筑整栋大楼的负荷的需求量的大小。

通过计算所得的结果为690.9kw。

2.3供电电源

2.3.1主供电电源

供电电源作为电气设计的前提,保障电源供电的可靠性是电气设计的重中之重。

[]本工程从室外上级变电站引进一路10kV的专用电源作为电源总线。

10kV供电电源经室外变压器进行变压引入整座建筑作为综合建筑的正常供电。

将引入的一路10kV专用电源经变压器降压为380V/200V的低压电源作为建筑地下车库及一至四层的主供电源，对于消防设备等需要双电源的设备进行单独连接，具体设备系统图如下图2-1：

图2-1主供电电源连双电源设备图的系统图

主要进行单独接电的配电箱有AP1消防电梯配电箱、AP2客梯配电箱、AP3消防喷淋泵配电箱、AP4消火栓配电箱、AP5消火栓配电箱、AP6消防排烟风机配电箱、AP7消防补风机配电箱以及两个备用配电箱。

2.3.2备用电源

为防止在建筑发生火灾时电源供电的缺失，本工程设计了相关的备用电源，对于建筑内一级负荷的重要设备进行了双电源供电的设计，保证消防设备等重要设备在发生意外情况下可以正常运作，保障对人员的拯救和减少财产的损失。

对于本建筑我采用的是一台可满足整座建筑重要设备的供电负荷的柴油发电机，柴油发电机的设计所处位置在于地下车库的储藏间内，通过计算一级负荷的设备的负荷大小进行柴油发电机容量的选择，计算会在本文的后文中提到，主要的电源系统图如图2-2：

图2-2柴油发电机供电系统图

主要进行备用供电的配电箱有AP1消防电梯配电箱、AP2客梯配电箱、AP3消防喷淋泵配电箱、AP4消火栓配电箱、AP5消火栓配电箱、AP6消防排烟风机配电箱、AP7消防补风机配电箱以及三个备用配电箱。

从而保障建筑的一级负荷设备的重要供电，以上系统图的选线、线路敷设方式以及断路器的选择都会在本文的后文有所提到。

2.4建筑竖向配电主干线图

本人设计了整栋建筑的主干线图，主要是竖向配电主干图。

通过纵向的对配电箱位置的放置的干线图可以清楚的看出整栋建筑的配电箱的脉络。

同时通过计算所得各个配电箱的负荷容量，均通过主干线图进行表示，为工程施工人员省去了配电箱位置找寻和遗漏的问题。

建筑的干线图的设计方式大致分为三类[]：

1、放射式

其特点在于这种形式的主干线图纸要求配电线一旦故障可以做到相互不影响，在干线上连接的设备相对比较重要。

这一类的设计在日后的维修上相对比较方便，最大的缺点就是此类系统的灵活性相对其他系统较差。

2、树干式

树干式的设计相对于放射式的设计，其灵活性相对较高，在日后的维修方面也比较方便。

但唯一的不足之处是干线上要求所接的设备的容量不大，而在设备的布置方面的要求是设备需进行均匀的布置。

3、链式

链式的设计系统与树干比较相似，其特点在于适用于设备用量小的且相对离主干线又比较远的，容量小设备之间间距较短的小型干线图纸。

根据以上的分析，本工程采用的设计方法为树干式法，由于不同楼层的配电箱相互独立，且在今后的维修方面上需要相对便利。

另外各个配电箱的容量均不算太大。

从上所述，此处采用树干式干线设计方法。

设计图纸如下图2-3和图2-4：

图2-3建筑动力系统竖向配电主干线图

图2-4建筑照明系统竖向配电

一下是各个楼层的配电箱的容量的设计表，如表2-4：

表2-4综合建筑各个楼层配电箱容量

3综合建筑照明系统设计

3.1照度计算

在灯具的选择上，本文采取了照度计算法。

通过照度计算法对整个建筑不同功能的房间，需要光源的地方，进行了相关灯具的选取和对应灯具的导线的选取。

由于照度计算的种类和方法繁多，本文选取的方法是利用系数法。

利用系数法属于一种平均照度的计算方法，这种方法属于光通法一类，由于光照度值的单位是流明，因此在某种意义上也可以叫做流明法。

这种计算方法在计算时考虑了室内的设备的几何面反光程度以及墙面反射等相关的综合因素。

因此这种方法相对于其他计算方法计算所得的结果较为准确，计算过程相对简明，适用于计算室内外各种形状规整容易计算面积的场所的平均照度。

[]

由于利用系数法在计算前需要知道所计算的场所的照度，所以在计算之前先对面积大小不同和功能不同的房间进行了相应的照度计算。

计算照度的公式如下：

（3-1）

式中

——所选场所的平均照度（lx）；

——光源光通量（lm）；

——光源数量（个）；

——利用系数；

——工作面面积（㎡）；

——灯具的维护系数；

这个公式利用的前提就是所计算的场所需均匀布置灯具，天花板面和墙面的反射系数相对较高，场所内无大型遮挡物，其中包括设备的遮挡，此外场所最好是成矩形等规整的形状。

此公式中的U表示利用系数，其意义是表示室内灯具投射到工作面上的光通量与灯具的发光源即灯泡灯管发出的总光通量的比值，可近似理解为发光源所提供光照的效率。

3.2利用系数法计算照度值

3.2.1计算场所的选择

下面我们就来以综合建筑的一层建筑的一个教室为例来进行照度计算。

综合建筑的一层建筑的教室图纸如下图3-1：

图3-1综合建筑教室建筑图

3.2.2国家标准照明标准值选取

首先通过对《民用建筑电气设计数据手册》的查询，得到了一些我国在对于不同的房间及场所规定的照明标准值，如下表3-1：

表3-1学校照明场所的照明标准值

首先我们的教室是一个矩形面积的房间，通过测量得出教室的面积A=101.25㎡，根据《民用建筑电气设计数据手册》的查询，得到以课桌面为参考工作面的教室的照度标准值为300Lx。

3.2.3利用系数的选取

根据《民用建筑电气设计数据手册》中的利用系数U值选择表来选出利用系数U，选择如下表3-2：

表3-2利用系数U值选择表

根据利用系数U值选择表和《民用建筑电气设计数据手册》中对教室的利用系数的选择的描述，我们将教室的光通量全部入射到被照面上的投光灯盏数占总盏数的百分比（%）选定在60%以上，所以我们在教室的利用系数的选择上选择了U=0.8这一档。

3.2.4灯具维护系数的选取

下面是对灯具的维护系数进行选择，根据《民用建筑电气设计数据手册》的关于照明质量一块的灯具的维护系数表可以得出结论。

如下表3-3：

表3-3维护系数表

通过对灯具维护系数表的查询可以的得出结论，教室的灯具的维护系数选择在K=0.8这一档上。

3.2.5设计场所灯具布置

根据教室的大小来进行灯具的排布，首先要选择灯具的数量。

教室课桌一般都是面向黑板以一定的规律性进行排布的，因此适合采用在天花板上均匀布灯的照明灯具布置方式，布置的灯具的高度最好在2.8-2.9米之间，光源与课桌的距离最好控制在1.7-2.1米的范围内。

所以这里我们先确定灯具的类型是荧光灯，并且采用吸顶的安装方式。

再根据光照的密度，即灯的数量我们在这里定为12盏灯，呈现一种4

3的荧光灯布局方式。

下面我们就将灯具布置在教室的建筑图上，如下图3-2：

图3-2教室灯具布置图

3.2.6计算光源光通量

通过照度计算公式

计算得到

=3955.76lm，再根据计算所得的光源光通量开始进行灯具的型号的选择，包括灯具的瓦数、光照度、光色等。

计算结果如下图3-3的照明灯具数据图：

图3-3教室照明选灯数据图

3.3照明灯具及光源的选择

3.3.1手动选取灯具及光源

根据《民用建筑电气设计数据手册》的建筑照明一章关于电光源和照明灯具的光源分类及光源型号来进行选取。

通过对教室照明的灯具选取的资料和适应条件，我们在这里选取的是气体放电灯中的低气压荧光灯，选取型号为YZ的直管荧光灯，灯光色是RR的日光色。

由于照度的要求过高，所以我们选取的YZ2-2的双管灯具。

综上所述，关于教室的照明灯选取的结果是选择YZ36R26（双管）的双管日光色荧光灯。

以下是根据《民用建筑电气设计数据手册》选取的表格和材料，如表3-4、表3-5及表3-6：

表3-4常用光源的应用场所

表3-5常用电光源的分类和型号命名

表3-6T8直管荧光灯技术数据

根据表3-4、表3-5、表3-6进行综合选择。

以上便是综合建筑的一层教室的照明系统的负荷计算和灯具选择。

关于其他房间和场所的照明的负荷计算和灯具的选择由于篇幅的限制就不再一一展开细说，在本文的附录1上有关于本文在照明设计上的所有房间的照明负荷计算和灯具的选型。

并在附录2上有对应的照度计算书。

3.3.2软件选取灯具及光源、利用系数法计算

下面是通过博超电气设计软件对一层教室进行计算的结果，计算的方法使用的是利用系数法计算照度，由于软件中没有YZ36RR26的灯管数据，我就选了现有数据中数据比较相近的TLD36w/930的功率是36w，光通量是2350lm的灯管进行替代，计算结果如图3-3：