淺議高層建筑電氣自動化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王淼

【摘要】本文從電氣自動化原理及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，對高層建筑中電氣自動化設(shè)計(jì)的影響因素和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，進(jìn)行了認(rèn)真研究。

【關(guān)鍵詞】高層建筑 電氣自動化 設(shè)計(jì)

電氣自動化是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科。電氣自動化主要是研究系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行、自動控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、電力電子技術(shù)、信息處理等內(nèi)容。電氣自動化在高層建筑的有機(jī)應(yīng)用，使高層建筑使用功能及住戶的生活質(zhì)量得到了顯著提高。因此，設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)的高層建筑電氣自動化設(shè)計(jì)方案其意義十分重大。

1高層建筑電氣自動化概述

1.1工作原理

作為一種智能控制系統(tǒng)，高層建筑的電氣自動化系統(tǒng)由負(fù)責(zé)中央監(jiān)控的計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場控制器、主控制器、傳感器和執(zhí)行裝置等組成，通常分為四級控制：第一級的控制為中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)。主控制器負(fù)責(zé)一二級網(wǎng)絡(luò)之間的連接，是第二級的控制裝置。現(xiàn)場控制器連接在二級網(wǎng)絡(luò)之上，負(fù)責(zé)對設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場控制，是第三季的控制裝置。第四級控制裝置為各個設(shè)備上的傳感器和執(zhí)行裝置，以保證控制系統(tǒng)的獨(dú)立工作能力。

1.2基本功能

1.2.1統(tǒng)一管控建筑內(nèi)各機(jī)電設(shè)備

電氣自動化系統(tǒng)可以對各個機(jī)電設(shè)備實(shí)施統(tǒng)一協(xié)調(diào)、管理和控制。根據(jù)外界條件、環(huán)境因素、負(fù)載的情況對電氣設(shè)備做出調(diào)節(jié)，使其運(yùn)行始終保持最佳的狀態(tài)，并可對各種突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)測。

1.2.2對高層建筑設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測

電氣自動化在高層建筑中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)測，自動發(fā)現(xiàn)故障、自動報(bào)警、自動記錄各個設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障信息，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時的監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)。這樣可以減少設(shè)備維修費(fèi)用，延長設(shè)備使用壽命，及時發(fā)現(xiàn)和控制各種隱患，提高高層建筑的整體安全性。

1.2.3數(shù)據(jù)共享

電氣自動化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對測控網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)管理過程中數(shù)據(jù)的共享，對水電氣的使用和收費(fèi)情況進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)能源管理自動化。

2設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素

2.1性能

在進(jìn)行電氣自動化設(shè)計(jì)時，首先要確保建筑內(nèi)照明、空調(diào)、運(yùn)輸通道等系統(tǒng)的電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性，然后在供電穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，再提高各個系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)的便捷性、安全性和自動化程度的提高可以有效提高住戶的生活質(zhì)量。

2.2成本

在設(shè)計(jì)時，必須把成本因素考慮其中，在設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)方案的同時，也應(yīng)把成本控制在合理的范圍之內(nèi)。只有這樣，才能符合投資方的要求，才能切實(shí)滿足住戶的生活需求。

2.3節(jié)能減排

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中，不僅要注意提高建筑物的使用功能，還應(yīng)充分考慮到建筑物在使用中的節(jié)能減排問題。因?yàn)楦邔咏ㄖ舳?，各系統(tǒng)的耗電量較大，所以具有較大的節(jié)能空間。比如用自動化系統(tǒng)來控制樓宇空調(diào)的開關(guān)，電梯的運(yùn)行和控制等等。

3系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

3.1設(shè)計(jì)的原則標(biāo)準(zhǔn)

電氣自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則是：技術(shù)先進(jìn)、功能實(shí)用、可靠性和安全性強(qiáng)、系統(tǒng)的開放性、集成性和互操作性高。在設(shè)計(jì)時嚴(yán)格遵守國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以及建設(shè)方所提出的技術(shù)參數(shù)和要求。

3.2設(shè)計(jì)流程

3.2.1用戶需求分析

設(shè)計(jì)系統(tǒng)時，首先必須做好的工作是要認(rèn)真進(jìn)行用戶需求分析。通過設(shè)計(jì)任務(wù)書、走訪調(diào)查等方式，設(shè)計(jì)人員要對建筑內(nèi)的自動化系統(tǒng)以及設(shè)備做到深入調(diào)查和了解，認(rèn)真做好用戶需求分析，了解系統(tǒng)的重點(diǎn)所在。

3.2.2子系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員依據(jù)對用戶需求分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)實(shí)際控制各個系統(tǒng)的方案，進(jìn)而明確子系統(tǒng)的數(shù)量，以及所要實(shí)現(xiàn)的功能。

3.2.3系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)編制

根據(jù)確定好的子系統(tǒng)控制方案，來設(shè)置監(jiān)控的位置和選用的設(shè)備類型，然后編寫監(jiān)控點(diǎn)總表，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和匯總。

3.2.4系統(tǒng)設(shè)備配置和圖紙繪制

認(rèn)真做好系統(tǒng)設(shè)備的配置和各系統(tǒng)圖紙的繪制工作。

3.3要點(diǎn)分析

在電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循的要點(diǎn)：中央監(jiān)控室應(yīng)選擇靠近系統(tǒng)中心的位置，并要注意遠(yuǎn)離噪音大、潮濕、強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境?，F(xiàn)場控制器應(yīng)考慮到對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、維護(hù)和管理的方便來設(shè)置，應(yīng)盡量靠近現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行裝置，注意相對集中和經(jīng)濟(jì)布線，接口應(yīng)留15%的剩余量。傳感器分為數(shù)字輸出和模擬輸出兩種輸出方式，應(yīng)充分考慮其抗電磁干擾能力，如現(xiàn)場電磁干擾較強(qiáng)，則應(yīng)選擇電流型傳感器，反之就選擇電壓型傳感器。對于現(xiàn)場的信號線和通信線路，均應(yīng)考慮其屏蔽方式，對其布線采用線槽和金屬線管進(jìn)行敷設(shè)。供電系統(tǒng)必須有備用電源，確保供電不間斷。

4設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1中央控制室

中央控制室作為電氣自動化控制系統(tǒng)的主體部分，其作用是通過變配電，直接實(shí)現(xiàn)回路供電的應(yīng)用。在電氣自動化設(shè)計(jì)中，從中央控制室出發(fā)，向各個子系統(tǒng)輻射控制，所以在設(shè)計(jì)時應(yīng)優(yōu)先給予滿足。在高層建筑中央控制室設(shè)計(jì)中，需要為其配備專用的配電盤，且其負(fù)荷等級應(yīng)在最高級別之上。中央控制室供電電壓波動上下不超過10%，頻率變化保持在1Hz以內(nèi)，波形失真率20%為最好。

4.2電氣監(jiān)控系統(tǒng)

在電氣自動化系統(tǒng)中，電氣監(jiān)控系統(tǒng)是用來對電氣設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)和可能發(fā)生故障的實(shí)時監(jiān)控。一旦發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)就會切斷對該設(shè)備的電力供應(yīng)，避免故障范圍繼續(xù)擴(kuò)大，影響電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。電氣監(jiān)控系統(tǒng)的工作方式，主要是通過對各種參數(shù)的分析來實(shí)現(xiàn)對其實(shí)施監(jiān)控的目的。其主要流程是：首先在設(shè)備正常運(yùn)行的前提下，向監(jiān)控系統(tǒng)中輸入運(yùn)行參數(shù)，然后對測量到的參數(shù)進(jìn)行處理和顯示，對比分析檢測參數(shù)與預(yù)測值，以掌握整個系統(tǒng)運(yùn)行的狀況。如果經(jīng)過邏輯判斷發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)立刻輸出保護(hù)信號，開啟執(zhí)行元件來執(zhí)行對設(shè)備的保護(hù)動作。電氣監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是如何獲取動態(tài)參數(shù)，以及如何對參數(shù)進(jìn)行分析和判斷。

4.3節(jié)能系統(tǒng)

4.3.1照明系統(tǒng)節(jié)能

照明系統(tǒng)的控制方式主要有：智能控制和定時控制兩種。在多數(shù)高層建筑中常用的是智能控制手段。總體智能系統(tǒng)分為系統(tǒng)、輸入、輸出三個單元，且分別與計(jì)算機(jī)連接。通過智能繼電器，實(shí)現(xiàn)對多路光源的獨(dú)立控制。最后通過對系統(tǒng)反饋信息的處理，實(shí)現(xiàn)自動化系統(tǒng)在照明系統(tǒng)中節(jié)能的統(tǒng)一管理和智能控制。

4.3.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能是整個高層建筑節(jié)能控制的關(guān)鍵所在?？照{(diào)節(jié)能控制技術(shù)主要有地源熱泵、水源熱泵、變風(fēng)量控制等技術(shù)。地源熱泵是利用地下淺層地?zé)醽韥韺?shí)現(xiàn)供熱和制冷的空調(diào)系統(tǒng)。水源熱泵是利用水來儲存太陽能，進(jìn)行冷熱轉(zhuǎn)換的空調(diào)技術(shù)。這兩種技術(shù)都具有節(jié)能高效、資源可再生、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。變風(fēng)量控制技術(shù)是通過調(diào)節(jié)參數(shù)來調(diào)節(jié)送風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。

4.4電氣保護(hù)

4.4.1安全保護(hù)接地

高層建筑中，安全保護(hù)接地主要是涉及用電設(shè)備及其周邊的金屬件。隨著高層建筑電氣設(shè)備的復(fù)雜化，需要進(jìn)行安全保護(hù)接地的范圍越來越廣，沒有安全保護(hù)接地的設(shè)備一旦絕緣層發(fā)生損壞，外殼帶電，就可能對住戶的人身安全帶來危險(xiǎn)。采取安全保護(hù)接地措施后，由于接地電阻遠(yuǎn)小于人體電阻，所以通過接地保護(hù)既能保護(hù)電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行，又能保護(hù)高層建筑內(nèi)的人身安全。

4.4.2直流接地

在高層建筑中，各種電子設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、自動化設(shè)備等需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換能量、輸入傳輸信息、放大信號等一系列工作。在這些工作過程中，微電流和微電位的應(yīng)用必不可少。為了確保這些設(shè)備的正常運(yùn)行，除了保持電源的穩(wěn)定、基準(zhǔn)電位的穩(wěn)定之外，還必須實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的直流接地。

4.4.3靜電和屏蔽接地

高層建筑中，預(yù)防靜電對設(shè)備的干擾是十分重要的。在高層建筑中應(yīng)采取屏蔽接地的方法來解決電磁干擾問題，在設(shè)置屏蔽接地時，應(yīng)讓PE線和設(shè)備外殼實(shí)現(xiàn)有效連接，而室內(nèi)屏蔽則應(yīng)注意PE線與多點(diǎn)之間的連接。

4.4.4防雷接地

現(xiàn)代化的高層建筑中，有很多系統(tǒng)都會應(yīng)用涉及到大量的電子設(shè)備和布線系統(tǒng)。如通信、火災(zāi)報(bào)警、消防、辦公自動化、保安監(jiān)控等系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中的電子設(shè)備和布線系統(tǒng)極易受到雷電影響，造成損壞，甚至可能引發(fā)安全事故。因此在高層建筑中應(yīng)確保防雷接地良好。在電氣自動化設(shè)計(jì)中應(yīng)實(shí)施一級防雷措施，以避雷針網(wǎng)格和金屬構(gòu)件的連接作用來形成多層次的防雷系統(tǒng)，既能減少電磁干擾，也可以保護(hù)建筑物和設(shè)備。

4.5消防應(yīng)急照明

消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)置直接關(guān)系到建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時人員的疏散與逃生的成敗。所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)抱著高度負(fù)責(zé)的精神做好消防應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4.5.1電源選擇

選擇應(yīng)急照明系統(tǒng)供電方式時，要結(jié)合照明種類、持續(xù)工作的時間、轉(zhuǎn)換速度、電源特性等因素進(jìn)行選擇；還應(yīng)結(jié)合建筑工程的實(shí)際情況，既要保證應(yīng)急照明的可靠性，又要保證其方式的經(jīng)濟(jì)性。消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的電源有三種方式：電網(wǎng)供電、蓄電池電源供電，以及柴油發(fā)電機(jī)供電。

4.5.2控制形式

消防應(yīng)急照明控制主要有三種形式：常閉狀態(tài)，發(fā)生火災(zāi)時點(diǎn)亮，此方式優(yōu)點(diǎn)在于控制簡單且節(jié)約能源，缺點(diǎn)在于設(shè)備出現(xiàn)故障時難以及時發(fā)現(xiàn)。常亮狀態(tài)，優(yōu)點(diǎn)是控制簡單；缺點(diǎn)是浪費(fèi)電力能源。平時可控，火災(zāi)時強(qiáng)行點(diǎn)亮，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約成本和能源；缺點(diǎn)是控制系統(tǒng)復(fù)雜，不易排查故障。

5結(jié)語

高層建筑的電氣自動化系統(tǒng)的建設(shè)工作，必須從整個建筑的設(shè)計(jì)之初就開始進(jìn)行用戶需求的定位，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對整個電氣自動化系統(tǒng)有著深入的調(diào)查和了解，才能制訂出科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)方案，才能確保高層建筑整個系統(tǒng)建設(shè)的科學(xué)、高效、安全、節(jié)能、實(shí)用。

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