住宅小區(qū)的建筑電氣設(shè)計存在的主要問題及其解決措施

黃冰超

0 引言

隨著社會的高速發(fā)展，我國居民不僅注重建筑的安全性還開始注重舒適性。我國建筑具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣以及居住面積大等特點，各地的建筑風(fēng)格復(fù)雜且多樣。建筑電氣工程設(shè)計內(nèi)容也日趨復(fù)雜。建筑電氣工程設(shè)計廣義指的是公路、構(gòu)建物和工業(yè)建筑等戶外工程的電氣設(shè)計，而狹義則一般指民用建筑的電氣設(shè)計。

在如今的電氣設(shè)計中，不再僅粗略地分為供電和照明，而是將電氣設(shè)計根據(jù)用電電壓的高低分為強電設(shè)計和弱電設(shè)計。其中電壓較高的強電的主要內(nèi)容包括照明、供配電系統(tǒng)及消防強電，電壓較低的弱電包括電話系統(tǒng)及消防弱電等。與傳統(tǒng)化電氣設(shè)計相比，如今的電氣設(shè)計系統(tǒng)還增加了電氣自動化內(nèi)容、智能化系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等。

本文研究內(nèi)容主要包括：（1）住宅小區(qū)建筑電氣設(shè)計主要內(nèi)容；（2）建筑電氣設(shè)計中存在的主要問題；（3）強化建筑電氣設(shè)計的主要措施。

1 住宅小區(qū)建筑電氣設(shè)計主要內(nèi)容

1.1 小區(qū)電氣負荷等級

按照《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50052-2009）和《民用建筑電氣設(shè)計標準》（GB51348-2019），將負荷分為三個不同等級：將停止供電會造成重大經(jīng)濟損失或影響重要用電單位的正常使用的情況歸為一級負荷；把停止供電會造成較大的經(jīng)濟損失或影響較重要用電單位的正常使用的情況歸為二級負荷。除了以上兩種負荷以外的負荷情況均屬于三級負荷。

一般的現(xiàn)代化住宅小區(qū)劃分為商業(yè)使用區(qū)、住宅區(qū)、公共區(qū)、消防設(shè)備區(qū)等多個功能區(qū)域。這些區(qū)域所需要的用電通常包含：商業(yè)使用區(qū)（配套商業(yè)及用電）、住宅區(qū)（居民生活用電）、公共區(qū)（設(shè)備間、電梯、車庫等日常用電）、消防設(shè)備區(qū)（設(shè)備運行用電）。在設(shè)計時，需要計算出小區(qū)總用電的負荷值。計算時，首先確定所有設(shè)備的安裝容量、需要系數(shù)、自然平均功率因數(shù)、設(shè)備數(shù)量、建筑面積、負荷密度等數(shù)值大小，然后選擇負荷計算的方法，最后根據(jù)選擇的方法按照公式算出各個數(shù)值。負荷計算的方法有很多種，每種方法都有其各自的特點。常用的方法有需要系數(shù)法、單位面積功率法以及利用系數(shù)法等。

1.2 供電電源設(shè)置

針對一、二級負荷的民用建筑通常需要有兩個供電電源，其中第一個供電電源來自電網(wǎng)，第二個為備用電源。備用的電源可以來自周邊供電點，也可以是自備的發(fā)電機。需要注意的是必須防止備用電源和正常電源并行運行這種情況發(fā)生。除了以上幾類電源之外，還有一類為應(yīng)急電源，它一般用于消防，也是一個獨立的電源，有單獨的應(yīng)急供電系統(tǒng)，單獨的線路。通常應(yīng)急電源有四種類型：專用饋電線路、應(yīng)急發(fā)電機組、UPS 不間斷電源、EPS 應(yīng)急電源。平常需要做好防護，避免它和普通電源并行運行這種情況發(fā)生。

在設(shè)計前，依據(jù)本地供電單位的供電能力和所建住宅小區(qū)內(nèi)的負載性質(zhì)、用電容量以及周邊具體環(huán)境等因素，綜合考慮小區(qū)在供電電源設(shè)計中是否加設(shè)高壓開閉場所。在設(shè)計時，還應(yīng)該考慮供電設(shè)備和輸電設(shè)備在供電時的能量耗費問題，最大限度采用輸電消耗最少的節(jié)能方式。

1.3 變配電室的設(shè)置

高層建筑的總用電面積相對低層建筑更廣，需要的負荷量更大，因而需要大部分變壓器常年不間斷運行，而變壓器的長時間運行，其能量損耗是非常大的。為減少損耗并延長它的使用年限，就必須依據(jù)環(huán)境選擇合適的變壓器。根據(jù)冷卻方式將變壓器分為油浸式變壓器和干式變壓器，每種變壓器都有其適用的環(huán)境，設(shè)計時要依據(jù)周圍環(huán)境、價格高低、體積大小、重量高低、抗爆能力、抗燃能力、噪聲大小等綜合因素選擇變壓器。

1.4 小區(qū)住宅單體電氣設(shè)計

住宅小區(qū)單體電氣設(shè)計是整個建筑電氣設(shè)計工程不可忽視的重要組成部分之一。單體電氣設(shè)計通常包含：室內(nèi)照明設(shè)計、強、弱電線入戶、供配電系統(tǒng)設(shè)計、防雷接地設(shè)計以及消防系統(tǒng)設(shè)計等。在單體電氣設(shè)計過程中，不僅僅在事先要考慮住宅的安全性和舒適性，還必須考慮電氣設(shè)計的節(jié)能性和實際性。單體電氣設(shè)計的節(jié)能性是依靠節(jié)能設(shè)計來實現(xiàn)的。其中節(jié)能設(shè)計包括照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計、供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計、監(jiān)控設(shè)備節(jié)能設(shè)計等方面。但對于電氣設(shè)計工作來說，由于單體電氣設(shè)計的復(fù)雜性，施工前，做好單體電氣設(shè)計工作，嚴格選用電氣設(shè)備，保證設(shè)備的質(zhì)量。施工過程中，重視電氣施工過程中的質(zhì)量監(jiān)督，仔細檢查是否符合設(shè)計標準，保證電氣設(shè)計的整體質(zhì)量和節(jié)能措施的實施。

2 建筑電氣設(shè)計中存在的主要問題

在建筑電氣設(shè)計工程中存在的主要問題有：（1）一些舊式住宅在設(shè)計配電改造時，采用直敷布線，將距離地面1.4m的電線在沒有保護措施的情況下接入了照明開關(guān)內(nèi)，這與現(xiàn)行國家標準《低壓配電設(shè)計規(guī)范》（GB50054-95）的第5.2.1條“當導(dǎo)線垂直敷設(shè)至地面低于1.8m 時，應(yīng)穿管保護”的規(guī)定不相符合；（2）在一些建筑電氣工程的設(shè)計中未重視節(jié)能工作，造成不必要的能源損失。但是，過分強調(diào)節(jié)能工作又會損害經(jīng)濟效益，節(jié)能工作與經(jīng)濟效益之間未達到有效的平衡；（3）在二次裝修過程中，未充分考慮防雷接地設(shè)計，比如衛(wèi)生間未設(shè)計局部等電位箱，導(dǎo)致出現(xiàn)觸電事故，威脅使用者的人身安全。（4）在設(shè)計過程中，未充分考慮后期用戶裝修的實際需求布置電氣點位，導(dǎo)致后面裝修設(shè)計拆改量巨大。

3 強化建筑電氣設(shè)計的主要措施

3.1 靈活增加用電容量

經(jīng)過對我國家庭日常用電的分析，發(fā)現(xiàn)日常主要的電耗有電炊具、熱水器和空調(diào)這三類?？梢钥闯雠P室、廚房和衛(wèi)生間是家庭日常用電的主要場所。因而，在對住宅電氣進行設(shè)計時，可以根據(jù)室內(nèi)的用電量靈活增減線路的導(dǎo)線規(guī)格和斷路器容量。通常斷路器的開關(guān)宜選用20A，導(dǎo)線規(guī)格宜選用4mm。在別墅住宅和大型住宅的線路選取上，最好使用三相線路，這樣便于使用一些高功率電器。住戶配電箱所使用的進線電纜規(guī)格按《住宅設(shè)計規(guī)范》（GB 50096-2011）第8.7.2 條規(guī)定：每套住宅進戶線截面面積不應(yīng)小于10mm；在一些較大房型中可以增加導(dǎo)線直徑，每個地區(qū)供電部門都有發(fā)布關(guān)于當?shù)刈≌^(qū)供配電設(shè)計標準，如戶型面積對應(yīng)用電容量，具體可參見相關(guān)文件。

另外，變電器的容量也應(yīng)當靈活增加。一般變電器的容量應(yīng)根據(jù)住宅小區(qū)計算所得的用電負荷進行確定，然后對小區(qū)的長遠及局部進行分析，靈活調(diào)整變電器的容量，爭取使變電器處于經(jīng)濟運行的狀態(tài)。例如，夏季炎熱人們多使用空調(diào)，冬季寒冷人們多使用電暖氣，造成冬夏季節(jié)與春秋季節(jié)的電負荷差異較大，在這種情況下可以靈活增設(shè)變電器，用以調(diào)節(jié)季節(jié)差異帶來的用電需求。

3.2 對住宅小區(qū)配電干線進行合理設(shè)計

對于如今越來越多一梯多戶的高層住宅來說，普遍存在比較嚴重的用電負荷。而對于低層住宅小區(qū)可以采取預(yù)分支電纜方法，增加使用電纜的數(shù)量，達到減少用電負荷的目的；而對高層住宅采用這種方法雖然能減少用電負荷，但卻不便于前期的施工和后期的維護工作。針對高層建筑出現(xiàn)這種情況則可以采取母線槽分段供電，有效地減少垂直干線的電線量。因此，建筑住宅的電氣干線需要考慮具體情況來選取。

為了減少配電線路產(chǎn)生的損耗，一般使用的方法有：（1）使用電阻率小的材料。通常導(dǎo)線材料電阻率越小，線路損耗就越少。一般的工程應(yīng)該選取銅線或新型鋁合金導(dǎo)線作為導(dǎo)線材料。（2）改變供電路徑的方式。在設(shè)計供電線路路徑時，由于彎曲路線會增大電阻率造成線路的耗損增加，所以在設(shè)計線路時盡可能設(shè)計成豎直路線。（3）靈活選取導(dǎo)線截面面積。在結(jié)合施工成本、峰值用電量和電壓大小等因素綜合選取供電導(dǎo)線的截面面積。如果供電線路過長，則可以適當放大電阻的橫截面積，以滿足電流、電壓使用條件，從短期看雖然是增加了成本，卻有效地降低了線路的損耗。從長期來看既節(jié)約了能源，又增加了經(jīng)濟效益；（4）提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。一般來說，電力系統(tǒng)的功率因數(shù)對線路損耗有一定的影響。所以，在電氣系統(tǒng)優(yōu)化的時候，優(yōu)先選擇高功率因數(shù)的設(shè)備來降低線路中的損耗，如同步電機、電容補償燈等。

3.3 對照明系統(tǒng)進行合理的設(shè)計

在照明系統(tǒng)設(shè)計中采取的措施有：（1）合理的光源選擇。通過各個光源的耗能率、節(jié)能效果以及使用壽命等多個指標綜合比較，從中選擇最經(jīng)濟節(jié)能的光源。同時，根據(jù)建筑物的不同，光源的選擇也有所區(qū)別。在亮度較低的建筑中，一般使用小功率的金屬鹵化物燈或者直管型熒光燈；而大跨度的工業(yè)建筑則采用大功率鹵化物燈；（2）合理的控制形式。照明系統(tǒng)設(shè)計中，常采用感應(yīng)控制、集中控制以及分組控制這三種控制形式。而想要建筑物在節(jié)能方面達到預(yù)定的效果，常常需要根據(jù)建筑內(nèi)空間方位的實際情況選擇一種或者多種混合的控制方式，以達到在正常使用的情況下盡可能減少能量消耗的目標。例如在高層住宅敞開式連廊的設(shè)計中，可以充分利用太陽光能直射在走廊上這點，采用節(jié)能自熄開關(guān)（光控感應(yīng)）減少能量消耗；在一些建筑的樓梯間和走廊的照明設(shè)計中，可以使用集中控制的方式；（3）新型光源的選用。近年來，發(fā)光二極管（LED）燈在我國照明系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其主要特點是高效節(jié)能、超長的使用壽命、安全系數(shù)高等。與白熾燈相比，LED 燈能節(jié)省超過80%的用電量。光纖照明技術(shù)也逐漸應(yīng)用在景觀照明、工業(yè)以及室內(nèi)照明（尤其是地下車庫）中。該技術(shù)是利用光纖導(dǎo)體的傳輸，將光源傳導(dǎo)到指定地點達到照明的目的。

燈具的基本功能是照明。一般不同的燈具的使用效果是不同的，如日光燈的亮度要高于白熾燈，直接照明燈的亮度要高于間接照明燈。因此需要結(jié)合實際需求選取合適的燈具。安裝燈具時，要與建筑專業(yè)有效結(jié)合。燈具布置前，要對建筑的層高、梁間的間距、是否安裝吊頂?shù)惹闆r有一定的了解，提前規(guī)劃燈具的位置。燈具布置時，盡量選擇居中布置，可以使燈光照到房間各個角落。同時，光源是燈具的核心，所選光源如果有更高的功率因數(shù)、更大的亮度以及更合理的安裝方式，不僅能保證舒適的使用條件還可以節(jié)約能源。如果房間只有均勻化的照明，會顯得房間呆板，降低舒適度。一般需要利用不同光源的搭配，營造出一個溫馨舒適的生活環(huán)境。另外，設(shè)計時還應(yīng)當考慮燈具的使用年限，在燈具及遮光材料等老化之后其透射率是否滿足設(shè)計要求。對光源的選擇則須綜合考慮使用壽命、光效、功率等因素，對燈具的型號進行合理化布置及設(shè)計，確保房間亮度滿足設(shè)計要求的同時盡可能地達到節(jié)能環(huán)保的需求，充分考慮燈具的老化維修等因素。照明節(jié)能是建筑使用者提出的新要求，建筑照明節(jié)能不僅能夠緩解日益增長的能源短缺問題，還能夠節(jié)約建筑物的使用成本，起到了一箭雙雕的作用。因此在照明系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)當盡可能地選用環(huán)保節(jié)能的燈具，例如如果設(shè)計時選用了熒光燈，則應(yīng)考慮附帶電子鎮(zhèn)流器，有時選擇普通鎮(zhèn)流器或者節(jié)能型鎮(zhèn)流器也須充分考慮建筑長期使用的綜合能耗成本。

3.4 做好配電線路的接地防雷工作

如圖1 所示，綜合接地防雷應(yīng)包括外部防雷系統(tǒng)和內(nèi)部防雷系統(tǒng)。防雷主要是將接閃裝置連接到容易被雷擊的地方，然后用引下線向下連接接地裝置。安裝的時候，金屬部件應(yīng)與避雷針緊密連接。同時，建筑中的消防梯和煙囪可以承擔(dān)引下線的作用。用埋在基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋代替接地裝置將雷電電流疏散至地下，屋頂?shù)慕饘俸附訖跅U代替防雷帶，選擇有一定導(dǎo)電性材料的屋面代替接閃器，從而有效地節(jié)約成本。在建設(shè)施工過程中還應(yīng)重視等電位的連接。盡可能地使建筑物內(nèi)部的金屬物體連接起來，形成有效的等電位體，這有助于平衡建筑物內(nèi)金屬部件之間的電位差，保障設(shè)備和人的安全。當雷電波侵入時，可以利用避雷器和其相配合的進線段進行防護。同時，將閥型或金屬氧化物防雷SPD（電涌保護器）安裝在變壓器的主母線和分段母線上能有效防止雷電波的侵入。此外，在安裝防雷SPD 時，應(yīng)當選擇合適的位置，不僅需要靠近主設(shè)備，還要兼顧其他的設(shè)備。如果主變壓器與防雷SPD 的電氣距離超過規(guī)定值時，則需要增加一組避雷器在主變壓器附近，以保證主設(shè)備的正常使用。建筑外的電源線和信號線的金屬管通過防雷SPD 來連接消除雷電造成的電位差。各部分等電位母線也應(yīng)互相連接，然后再連接到主等電位母線。

圖1 綜合防雷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

此外，還應(yīng)當考慮防側(cè)擊雷的設(shè)計。在高于設(shè)計地面45m以上的位置，應(yīng)將金屬窗框、金屬欄桿以及其他大面積金屬設(shè)施等連接在一起。建筑結(jié)構(gòu)外部的圈梁中直徑超過20mm 主筋也應(yīng)連接成閉合的回路。同時將金屬設(shè)施與主筋閉合回路與建筑物內(nèi)部的防雷接地系統(tǒng)進行連接。

4 結(jié)語

建筑電氣工程的設(shè)計中存在的主要問題包括：導(dǎo)線垂直敷設(shè)沒有保護措施、不重視節(jié)能、二次裝修過程中未充分考慮防雷接地設(shè)計、未充分考慮后期用戶裝修的實際需求布置電氣點位等。這些問題可以通過靈活增加用電容量、對住宅小區(qū)配電干線和室內(nèi)照明系統(tǒng)進行合理的設(shè)計、做好配電線路的接地防雷工作等措施得到有效解決。

建筑電氣工程的設(shè)計水平高低直接影響著工程質(zhì)量的好壞，同時與用戶的正常用電和人身安全密切相關(guān)。因此，應(yīng)該合理和規(guī)范地對建筑電氣工程進行設(shè)計。高標準、嚴要求的對待節(jié)能設(shè)計和電氣安全設(shè)計部分，這不僅可以提高電氣設(shè)計的整體質(zhì)量還可以提升建筑的安全性和節(jié)能性。