建筑电气设计中强电系统设计研究

摘要：本文聚焦于建筑电气设计中的强电系统设计研究，通过深入分析强电系统的组成与特点，结合实际工程案例，探讨了强电系统在设计过程中的关键技术与要点。研究内容涵盖供配电系统设计、照明系统设计、动力配电系统设计等多个方面，旨在为提升建筑电气强电系统设计的科学性、合理性和安全性提供理论与实践指导，从而满足现代建筑对电气系统的多样化需求。

关键词：建筑电气设计；强电系统；供配电系统；照明系统；动力配电系统

一、引言

在现代建筑工程中，电气系统是不可或缺的重要组成部分，而强电系统作为建筑电气的核心内容，其设计质量直接关系到建筑的使用功能、安全性以及能源利用效率。随着建筑行业的快速发展和建筑智能化水平的不断提高，对建筑电气强电系统的设计要求也日益严格。传统的强电系统设计理念和方法已难以满足现代建筑多样化、复杂化的需求，因此，深入研究建筑电气设计中强电系统的设计具有重要的现实意义。

从实际工程角度来看，强电系统设计涉及众多环节和技术要点，任何一个环节出现问题都可能导致整个系统运行不稳定，甚至引发安全事故。例如，供配电系统容量不足可能导致电力供应中断，影响建筑的正常使用；照明系统设计不合理会降低室内环境的舒适度和视觉效果；动力配电系统设计不当则可能影响各类机电设备的正常运行。因此，通过系统研究强电系统设计，优化设计方案，对于保障建筑电气系统的可靠运行和提升建筑整体品质具有关键作用。

此外，随着节能环保理念在建筑领域的广泛应用，强电系统设计还需要充分考虑能源的合理利用和节能减排。如何在满足建筑功能需求的前提下，降低强电系统的能耗，提高能源利用效率，成为当前建筑电气设计面临的重要课题。本文将围绕建筑电气设计中强电系统的各个关键环节展开深入分析，结合实际案例，探讨科学合理的设计方法和策略，以期为相关设计工作提供有益的参考和借鉴。

二、建筑电气强电系统的组成与特点

（一）强电系统的组成

建筑电气强电系统主要由供配电系统、照明系统、动力配电系统等部分构成。供配电系统是强电系统的核心，负责将外部电网的电能引入建筑内部，并根据不同用电设备的需求进行分配和转换。它包括变压器、高低压配电柜、电缆线路等设备和设施 。照明系统则为建筑内部提供必要的光照条件，以满足人们的工作、生活和活动需求，涵盖了光源、灯具、照明控制装置等组成部分。动力配电系统主要为各类机电设备，如电梯、空调机组、水泵等提供电力支持，确保这些设备的正常运行，其主要设备包括配电箱、断路器、接触器等。

（二）强电系统的特点

建筑电气强电系统具有以下显著特点：首先，安全性要求高。强电系统涉及较高的电压和电流，一旦发生故障，如短路、漏电等，极易引发火灾、触电等严重安全事故，威胁人员生命安全和财产安全。因此，在设计过程中必须严格遵循相关安全规范和标准，采取有效的安全防护措施。其次，可靠性要求强。现代建筑对电力供应的连续性要求极高，尤其是对于医院、数据中心、金融机构等特殊场所，短暂的电力中断都可能造成巨大的经济损失和严重的社会影响。所以，强电系统设计需要具备良好的可靠性，通过合理的系统架构设计、设备选型和备用电源配置，确保电力供应的稳定性。再者，功能性多样。不同类型的建筑对强电系统的功能需求存在差异，例如商业建筑注重照明的氛围营造和动力设备的高效运行；住宅建筑则更强调照明的舒适性和用电的便捷性。因此，强电系统设计需要根据建筑的使用功能进行个性化设计，以满足多样化的需求。最后，与其他系统关联性强。强电系统与建筑的给排水系统、暖通空调系统、消防系统等密切相关，在设计过程中需要与这些系统进行充分的协调和配合，以实现建筑整体功能的优化。

三、建筑电气强电系统设计的关键技术与要点

（一）供配电系统设计

1. 负荷计算与分析

准确的负荷计算是供配电系统设计的基础。在进行负荷计算时，需要综合考虑建筑内各类用电设备的容量、同时使用系数、需用系数等因素。目前常用的负荷计算方法有需要系数法、利用系数法等。需要系数法适用于工业与民用建筑的负荷计算，通过对不同类型用电设备的需要系数取值，计算出总的计算负荷，为变压器容量选择、线缆规格确定等提供依据 。在实际工程中，还需结合建筑的使用性质和特点，对负荷计算结果进行合理修正。例如，对于商业建筑，在节假日和促销活动期间，用电负荷可能会大幅增加，因此在设计时需要适当预留一定的负荷裕度。

2. 变压器选型与配置

变压器的选型与配置直接影响供配电系统的运行效率和经济性。在选择变压器时，应根据负荷计算结果，综合考虑变压器的容量、额定电压、短路阻抗、空载损耗、负载损耗等参数。一般来说，变压器的容量应满足建筑近期和远期的用电需求，并留有一定的裕量，但也不宜过大，以免造成投资浪费和运行损耗增加。同时，为了提高供电可靠性和灵活性，可采用多台变压器并列运行的方式。此外，随着节能技术的发展，选择高效节能型变压器，如非晶合金变压器，能够有效降低变压器的空载损耗，减少能源消耗。

3. 高低压配电系统设计

高低压配电系统的设计应遵循安全、可靠、经济、灵活的原则。在高压配电系统设计中，需要合理选择高压开关柜的类型和配置，确定进线方式、母线接线形式等。常见的高压母线接线形式有单母线接线、单母线分段接线、双母线接线等，不同的接线形式具有不同的特点和适用范围。低压配电系统设计则需要考虑配电箱的布置、出线回路的划分以及保护装置的配置等。为了提高配电系统的可靠性和便于维护管理，可采用放射式、树干式、混合式等配电方式。同时，在配电系统设计中，还应充分考虑防雷、接地等安全措施，确保系统的安全运行。

（二）照明系统设计

1. 照明标准与照度要求

照明标准是衡量照明系统设计是否合理的重要依据。不同类型的建筑和场所对照明标准有不同的要求，如办公建筑、住宅建筑、商业建筑等在照度、显色指数、眩光限制等方面都有相应的国家标准和规范。在进行照明系统设计时，必须严格遵循这些标准，根据建筑的使用功能和空间特点，合理确定照度值。例如，办公室的一般照明照度标准为300 - 500lx，而卧室的照度标准相对较低，一般为75 - 150lx。此外，还应考虑不同区域的功能需求，如会议室、阅览室等对光线质量要求较高的场所，需要选择显色指数高的光源，以保证物体颜色的真实还原。

2. 光源与灯具选型

光源和灯具的选型直接影响照明效果和能耗。目前常用的光源主要有白炽灯、荧光灯、LED灯等。白炽灯由于能耗高、寿命短，已逐渐被淘汰；荧光灯具有光效较高、寿命较长的特点，广泛应用于各类建筑照明；LED灯作为一种新型节能光源，具有发光效率高、寿命长、节能环保、响应速度快等优点，正逐渐成为照明光源的主流选择。在灯具选型方面，应根据不同的场所和照明需求，选择合适的灯具类型和配光曲线。例如，对于大面积的公共空间，如商场、体育馆等，可选用配光均匀的高效灯具；而对于重点照明区域，如展示柜、艺术品陈列区等，则需要选用聚光性好的灯具，以突出展示效果。

3. 照明控制方式

合理的照明控制方式能够实现节能和提高照明使用的灵活性。常见的照明控制方式有手动控制、定时控制、光控控制、智能控制等。手动控制是最基本的控制方式，操作简单，但灵活性和节能效果较差；定时控制可根据预设的时间自动开关灯，适用于一些规律性较强的场所，如学校教室、工厂车间等；光控控制则根据环境光线的强弱自动调节灯光亮度，能够有效节约能源；智能控制是一种集成了多种控制技术的先进控制方式，通过传感器、控制器和通信网络，实现对照明系统的智能化管理，如根据人员活动情况自动开关灯、调节亮度，还可与建筑的其他智能化系统进行联动控制，具有较高的节能效果和使用便利性。

（三）动力配电系统设计

1. 动力设备负荷计算

动力设备是建筑电气系统的重要用电负荷，准确计算动力设备的负荷对于动力配电系统的设计至关重要。动力设备的负荷计算需要考虑设备的额定功率、额定电压、额定电流、启动方式、运行特性等因素。对于电动机等感性负载，还需要考虑其启动电流对配电系统的影响。在实际工程中，可采用需要系数法、利用系数法等方法进行动力设备负荷计算。同时，对于一些大型动力设备，如电梯、空调机组等，应单独进行负荷计算和配电设计，以确保其可靠运行。

2. 配电箱与线路设计

配电箱是动力配电系统的重要组成部分，其设计应根据动力设备的分布和负荷情况，合理确定配电箱的位置、数量和容量。配电箱的布置应遵循便于操作、维护和检修的原则，尽量靠近用电设备。在线路设计方面，需要根据动力设备的负荷大小和供电距离，选择合适的线缆规格和敷设方式。线缆的选择应考虑其载流量、电压损失、机械强度等因素，确保线路能够安全可靠地传输电能。同时，为了提高线路的安全性和可靠性，应采取有效的保护措施，如短路保护、过载保护、漏电保护等。

3. 设备启动与保护

动力设备的启动方式直接影响其启动性能和对配电系统的影响。常见的启动方式有直接启动、降压启动、软启动等。直接启动具有启动简单、成本低的优点，但启动电流较大，适用于小容量电动机；降压启动可降低启动电流，减小对电网的冲击，适用于中大容量电动机；软启动则通过控制晶闸管的导通角，实现电动机的平滑启动，具有启动电流小、启动平稳等优点，广泛应用于各类动力设备。在动力设备保护方面，除了上述的短路保护、过载保护、漏电保护外，还应根据设备的特点和运行要求，设置欠压保护、过压保护、缺相保护等，以确保动力设备的安全运行。

四、建筑电气强电系统设计案例分析

（一）案例概述

以某大型商业综合体为例，该商业综合体总建筑面积约20万平方米，包括购物中心、写字楼、酒店等多种功能区域。其强电系统设计需要满足不同功能区域多样化的用电需求，同时还要考虑节能环保和智能化要求。在供配电系统方面，需要为整个建筑提供稳定可靠的电力供应；照明系统要营造舒适、美观的购物和办公环境；动力配电系统则要确保各类机电设备的正常运行。

（二）设计过程与方案

1. 供配电系统设计

在供配电系统设计中，首先进行了详细的负荷计算。根据商业综合体不同功能区域的用电设备特点和使用情况，采用需要系数法计算出总的计算负荷。根据负荷计算结果，选用了多台不同容量的高效节能型变压器，并采用单母线分段接线的高压配电系统，提高了供电的可靠性和灵活性。同时，合理配置了高低压配电柜和电缆线路，确保电力能够安全、稳定地传输到各个用电区域。

2. 照明系统设计

照明系统设计充分考虑了商业综合体的功能需求和氛围营造。在购物中心区域，采用了高显色指数的LED灯具，并结合智能照明控制系统，根据不同的时间段和人流量自动调节灯光亮度和颜色，营造出舒适、宜人的购物环境。写字楼区域则以满足办公照明需求为主，选用了高效节能的荧光灯具，并采用分区控制的方式，提高了照明使用的灵活性和节能效果。酒店区域的照明设计注重营造温馨、舒适的氛围，根据不同的功能区域，如客房、餐厅、大堂等，选用了不同类型的灯具和照明控制方式。

3. 动力配电系统设计

对于动力配电系统，对电梯、空调机组、通风设备等大型动力设备进行了单独的负荷计算和配电设计。选用了合适的配电箱和线缆，并根据设备的启动特性，采用了软启动等启动方式，降低了启动电流对配电系统的影响。同时，为动力设备配置了完善的保护装置，确保设备的安全运行。

（三）设计效果与评价

通过上述设计方案的实施，该商业综合体的强电系统运行稳定可靠，满足了不同功能区域的用电需求。供配电系统能够提供稳定的电力供应，未出现过电力中断等问题；照明系统营造出了良好的环境氛围，得到了顾客和工作人员的一致好评；动力配电系统确保了各类机电设备的正常运行，提高了建筑的整体运行效率。此外，通过采用节能型设备和智能控制系统，该商业综合体的强电系统在节能方面也取得了显著效果，降低了运行成本。

五、结论

建筑电气强电系统设计是一项复杂的系统工程，涉及供配电系统、照明系统、动力配电系统等多个方面，其设计质量直接关系到建筑的使用功能、安全性和能源利用效率。通过本文的研究可知，在强电系统设计过程中，必须充分了解强电系统的组成与特点，掌握各子系统设计的关键技术与要点，并结合实际工程需求进行科学合理的设计。

同时，随着建筑行业的不断发展和节能环保要求的日益提高，建筑电气强电系统设计还需要不断创新和优化。在未来的设计工作中，应加强对新技术、新产品的应用，如智能配电技术、高效节能光源等，以提高强电系统的智能化水平和能源利用效率。此外，还应注重强电系统与建筑其他系统的协同设计，实现建筑整体功能的优化。通过不断探索和实践，为现代建筑提供更加安全、可靠、高效、节能的电气强电系统。

参考文献

[1] 王厚余. 建筑物电气装置600问[M]. 北京： 中国电力出版社， 2018.

[2] 任元会. 工业与民用供配电设计手册（第四版）[M]. 北京： 中国电力出版社， 2016.

[3] 周中. 智能建筑电气设计[M]. 北京： 机械工业出版社， 2019.