建筑电气系统的作用与分类

电力系统一般由发电厂、输电线路、变电所、配电线路及用电设备构成。其中，由一次设备相互连接构成发电、输电、配电或进行其他生产的电气回路，称为一次回路或一次接线；由二次设备互相连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路，称为二次回路。

一、建筑电气系统作用

建筑电气是建筑物内重要的组成部分之一，其作用和地位日益增强。一方面，建筑电气系统能创造良好视觉光环境、舒适温湿度环境、洁净的空气环境以及美妙的声音环境；另一方面，能加快信息传递、增强人身财产安全保护、提高建筑物的设备控制性能。

二、建筑电气系统的分类

从电能的产生、分配、传输和消耗使用来看，建筑电气系统可以分为供配电系统和用电系统两大类；而根据用电设备的特点和系统中所传递能量的类型，又可将用电系统分为建筑照明系统、建筑动力系统和建筑弱电系统三种。

（一）建筑的供配电系统

电能产生、输送和分配电能的产生、输送、分配和使用的全过程是同时进行，如图6.1所示，整个过程中各个环节紧密联系。

1.发电厂

发电厂是将自然界蕴藏的各种一次能源 （如煤、水、风和原子能等）转换为电能 （称二次能源），并向外输出电能的工厂。根据所利用的能量形式的不同，发电厂可分为水力发电厂、火力发电厂、风力发电厂、核能发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等。

2.电能输送

当发电厂输送电能一定时，采用的送电电压越高，线路损耗越低，因此，远距离输电必须采用高压输电线路。但是，发电机由于制造原因限制，不可能产生高电压，所以发电机产生的电能要经过升压变压器将电压升高后，再送至高压输电线路。对于电能用户，为了使用方便和安全，又需要低压电，所以，高压输电线路将电能送至用户附近，又要使用降压变压器将电压降低后，才能给用户使用。

图6.1 电力系统组成示意图

3.电能用户

在电力系统中，凡是把电能转换为其他形式能量的设备，均称为电能用户，如电动机将电能转换为机械能，电炉将电能转换为热能，电灯将电能转换为光能。

（二）电气照明系统

凡建筑物内外将电能转换为光能，以保证人们正常的生活、生产和工作学习活动，满足着视力和装饰要求的照明设施，称为建筑电气照明系统。

1.建筑电气照明系统组成

建筑电气照明系统由电气系统和照明系统组成。电气系统是指电能的产生、输送、分配、控制和消耗使用的整个系统，它由电源 （市政交流电源、自备发电机或蓄电池组等）导线、控制和保护设备 （开关和熔断器等）和用电设备 （各种照明灯具）所组成。

2.建筑照明系统的分类

建筑照明种类按用途的不同，可分为正常照明、事故照明、警卫值班照明、障碍警示照明、节日彩灯和装饰照明等。

（1）正常照明：在绝大多数正常情况下，要求能顺利保证完成工作、保证安全通行和能看清周围物体而设置的照明。正常照明有三种方式：一般照明、局部照明和混合照明，凡有居住室和运输、人行的走道以及室外庭园广场等皆应设置正常照明。

（2）事故照明：在正常照明因故障熄灭后，供继续工作或人员疏散使用的照明。民用建筑在下列场所应装设事故照明：

①影剧院、博物馆、展览馆和百货大楼等公共场所，供人员疏散的走廊、楼梯和太平门等处；

②高层民用建筑的疏散楼梯 （包括防烟楼梯间前室）、消防电梯及其前室、配电室、消防控制室、消防水泵房和自备发电机房以及建筑高度超过24m的公共建筑内的疏散走道、观众厅、餐厅和商场营业厅等人员密集的场所；

③医院的手术室和急救室的事故照明采用能瞬时可靠点燃的照明光源，一般采用白炽灯和卤钨灯。在事故照明作为正常照明的一部分经常点燃，而在发生事故时又不需要切换电源的情况下，也可用其他光源；当采用蓄电池作为疏散用事故照明的电源时，要求其连续供电的时间不应少于20min。事故照明的照度不应低于工作照明总照度的10％，仅供人员疏散用的事故照明的照度应不小于0.5lx。

（3）警卫值班照明：在重要的场所，如值班室、警卫室、门房等地方设置的警卫值班照明，一般宜利用正常照明中能单独控制的一部分作为值班照明，或利用事故照明中的一部分作值班照明。

（4）障碍警示照明：在建筑物上装设的作为障碍标志用的照明。如装设在高层建筑顶端作为飞机飞行障碍标志用的照明，装在水上航道两侧建筑物上作为障碍标志的照明等，这些照明必须符合交通部门有关规定装设。障碍警示照明应用能透雾的红光灯具，有条件时宜采用闪光照明灯。

（5）彩灯和装饰照明：由于城市建筑规划或市容美化的要求，以及节日喜庆装饰或室内装饰的需要而设置的照明。

（三）建筑动力系统

将电能转换为机械能输出的电动设备，称为建筑动力系统，如供暖、通风、供水、排水、热水供应、电梯等用的水泵、风机等机械设备的运转，大部分是靠电动机拖动运转的，因此，建筑动力系统实质就是向电动机配电以及对电动机进行控制的系统。

1.电动机的种类及其在公共建筑中的应用

电动机种类较多，包括直流自励电动机、直流他励电动机、交流同步电动机、交流异步电动机等。

同步电功机构造复杂、价格太贵，在建筑动力系统中很少采用。直流电动机构造也较复杂、价格比较贵，而且需要直流电源，因此，除有对调速性能要求较高的客运电梯上应用外，其他场所也很少应用。异步电动机构造简单、价格便宜、启动方便，在建筑动力系统中得到广泛应用，其中，笼式异步电动机用得最多。在启动转矩较大，或加载功率较大，或需要适当调速的场合，可采用绕线转子异步电动机。

2.异步电动机的启动

电动机从接通电源开始转动，到转速增至额定转速的过程，称为启动过程。生产过程中通常要反复进行电动机的启动和停车，故电动机的启动性能对生产过程的正常进行影响很大。异步电动机的启动性能可用启动电流、启动转矩、启动时间和启动的可靠性等指标来衡量。对生产影响最大的是启动电流和启动转矩两项指标。

3.异步电动机的启动方法

异步电动机的启动方法由它的结构和其所接的电源 （变压器）容量大小决定。笼式异步电动机的启动见表6.1。

表6.1 笼式电动机的启动

当电动机所接变压器容量较大或电动机容量较小时，可采用直接启动电功机。

对于需要经常启动的电动机，启动时造成的电网压降超过额定电压的100％；对于不经常启动的电动机超过15％时，可考虑降压启动。定子绕组因串接电阻法有附加能耗应用很少；自耦变压器法效果明显，但设备庞大笨重、操作复杂，故只适用于不频繁启动的大功率电动机；星－三角换接法设备简单、造价低，广泛应用于定子绕组正常为三角形接线、较频繁启动的中小型电功机，国产常用QX1、QX3系列星及三角启动器。

（四）建筑弱电系统

在电气工程领域，常将以安培为电流计量单位的电气工程称为强电系统；而将以毫安为计量单位的电气工程称为弱电系统。建筑弱电系统主要进行信息的传递和交换主要包括火灾自动报警与消防联动系统、电话通信系统、建筑广播系统、共用电视天线和有线电视系统、智能化建筑综合布线和安防系统等。

1.火灾自动报警与消防联动系统

在建筑物中设火灾自动报警系统，能在火灾发生但还未成灾之前发出报警，以便及时采取一定的扑救措施，这对于消除火灾或减少火灾的损失，是一种极为重要的方法和十分有效的措施。

2.电话通信系统

信息的传递按传输媒介可分为有线 （明线、电缆、波导等）及无线 （微波和卫星通信等）。信息的传输按地区和距离分为市内、长途、移动通信及国外通信等。现代化的通信技术包括语言、文字、图像等多种信息的传递，现代化建筑特别是办公楼和商业性建筑物，更是信息社会的集中点。

（1）电话系统的设备：主要包括话机、电话交换机及各种线路设备和线材。(www.xing528.com)

①话机：模拟制电话网络配用拨盘式和按键式脉冲话机，采用程控交换机宜使用双音多频按钮式话机。

②交换机：不同用户之间进行的通话，必须通过交换机来完成。交换机有人工和自动交换机之分，自动交换机又有步进式、纵横制、电子交换机和程控交换机等不同类型，如图6.2所示。

③线路设备和线材：当建筑物内不设交换机，电话用户直接拨自市电话网络时，就应设交接箱以承接电话局的干线电缆，并分配至建筑物内部的电话分线盒，电话分线盒再分别馈给各电话出线座。线材包括市内电话电缆、通信及广播线、配线电话电缆、电话机软线等，要按照用途和使用场所选用对应的线材。

图6.2 电话交换机

（2）电话交换站站址的选择和布置：电话交换站的布置应遵循以下原则：民用建筑物内的电话交换站宜设在四层以下、首层以上的房间，房间宜朝南并开窗；电话站不宜设在易积水潮湿的房间 （浴室、下生间、开水房）附近；不宜设在变压器、配电房等磁场强的楼上、楼下或隔壁；不宜设在空调及通风机房等振动不稳定场所的附近。

（3）室内电话线路敷设：对于大型或高层民用建筑，应设置弱电专用竖井，竖井的位置应便于进出线。由电话交换站或交接箱出来的分支电缆通常采用穿管暗敷或线槽敷设至竖并，分支电缆在竖井内应穿钢管或线槽敷设。每层的分线盒安装在竖井内，一般为挂墙明敷。从分线盒引至用户电话出线座的线路可采用穿管暗敷，也可以沿墙或踢脚线处用卡钉明敷，室内电话线路敷设方式如图6.3所示。

图6.3 市内电话线路敷设方式

3.建筑广播系统

在大型建筑物内部，为满足紧急通知 （如指挥疏散、寻人启事等）、业务性报告 （如广播新闻、工作安排）和播放服务性背景音乐等需要而设置的声音，系统称为建筑广播系统。

（1）广播系统的组成：广播系统一般由播音室、线路和放音设备三部分组成。播音室一般配备有收音、拾音、录音、扩音和功率放大器等设备。广播信号线路在建筑物内可明敷或暗敷，放音设备 （扬声喇叭）可以安装在走道、餐厅等公共场所，宾馆客房内多装设在多功能床头柜内。

（2）广播系统的类型。

①集中播放、分路广播系统：该系统使用一台扩音机，单信道分多路同时广播相同的内容，这是最常选用的系统，如图6.4所示。

图6.4 集中播放、分路广播系统

②利用CATV系统传输的高频调制式广播系统：该系统在CATV系统的前端室将音频信号调制成射频信号，经同轴电缆送至用户控制柜，经解调器解调后被收音机接收后播放，如图6.5所示。这种系统技术先进、传输线路少、施工方便，但技术复杂、维护困难、音质较差，仍不能解决公共场所广播和紧急广播等问题。

图6.5 CATV传输高频调制式广播系统

③多信多路集散控制广播系统：该系统是应用集散控制理论的先进广播系统，可以在12个区域同时播放12种不同的内容。系统可广泛应用于大型宾馆、学校、机场、车站、体育馆、俱乐部等公共建筑。若用于宾馆内，则可以同时在客厅、餐厅、门厅、走廊播放不同的音乐。

④同声传译系统：在需要两种或两种以上的不同国家或民族语言的会场中，可以将发言者的语言同时翻译成各种语言，是会议系统的一个组成部分。同声传译体统可以分为有线传输和无线传输两类。

4.共用电视天线和有线电视系统

（1）共用电视天线系统 （简称CATV系统）：CATV系统是为提高建筑物内各用户的收视效果，避免在楼顶形成 “天线森林”而影响建筑美观所采用的一种供各用户同时使用的天线系统。

CATV系统由信号源设备、前端设备和传输分配系统三部分组成，如图6.6所示。

图6.6 公用电视天线系统

①信号源设备：信号源包括接收天线和录像机等自办节目制作设备，接收天线将空中电磁波转换成高频感应电势，作为电视接收机的信号。图中 （VHF）代表甚高频天线，接收1～12频道的信号；超高频 （UHF）天线接收13～68频道的信号；FM是调频广播接收天线；SHF是卫星接收电视天线。

②前端设备：用以将天线接收的信号进行必要的处理，然后送入传输分配系统。前端设备一般由天线放大器、频道转换器、宽频带放大器、混合器、分配器和直流稳压电源等组成。

③传输分配系统：又称为用户系统，用以将前端输出信号进行传输分配、将足够强的信号送到每个用户，其组成有放大器、高频同轴电缆、分支器、用户插座等。

（2）有线电视系统：CATV系统功能仅限于把天线接收到的电视信号传输电缆分配给电视机接收，本质上只起了一个 “转播台”的作用。而且，随着城市高层建筑日益增多，电视信号在传播过程中难免受到阻挡而影响收视质量。电缆电视技术发展到以闭路形式或以有线传输方式传送各种电视信号的阶段，尤其是扩宽到卫星直播电视节目的接收、微波中继、录像和摄像、自办节目等。将CATV系统应用于整个城镇，使大型的CATV系统成为 “有线电视台”已是广播电视事业发展的必然趋势。

（五）智能化建筑综合布线和安防系统

1.智能化建筑综合布线系统

建设智能城市与智能化建筑将成为世界经济发展的必然趋势，已成为一个国家和一个城市科学技术和经济水平的体现。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，也是我国产业优化升级和实现工业化、现代化的关键环节。智能化建筑包括 “3A”系统，也就是BA（设备自动化）、OA（办公自动化）和CA（通信自动化），具体包括以下内容：模拟与数字的话音系统、高速与低速的数据系统、图形终端和设备控制系统的图像资料、电视会议与安全监视系统的视频信号、建筑物的安全报警和设备控制系统的传感器信号。智能楼宇采用的通信设施及布线系统一定要有超前性，力求高标准，并且有很强的适应性、扩展性、可靠性和长远效益。综合布线的发展与建筑物自动化系统密切相关，传统布线 （如电话、计算机局域网）都是各自独立的。各系统分别由不同的专业设计和安装，传统布线采用不同的线缆和不同的终端插座，而且，连接这些不同布线的插头、插座及配线架均无法互相兼容。综合布线是一种预布线，能够适应较长一段时间的需求。综合布线是一种模块化的、灵活性极高的建筑物内或建筑群之间的信息传输通道，它既能使语音、数据、图像设备和交换设备与其他信息管理系统彼此相连，也能使这些设备与外部相连接，不仅易于实施，而且能随需求的变化而平稳升级。

综合布线系统是开放式结构，能支持电话及多种计算机数据系统，还能支持会议电视、监视电视等系统的需要。综合布线系统可划分成以下六个子系统：

（1）工作区子系统。一个独立的需要设置终端的区域即为一个工作区。工作区子系统应由配线 （水平）布线系统的信息插座，延伸到工作站终端设备处的连接电缆及适配器组成。一个工作区的服务面积可按5～10m2估算，每个工作区设置一个电话机或计算机终端设备，或按用户要求设置。

综合布线系统的信息插座应按下列原则选用：单个连接的8芯插座宜用于基本型系统，双个连接的8芯插座宜用于增强型系统，信息插座应在内部做固定线连接；一个给定的综合布线系统设计可采用多种类型的信息插座。工作区的每一个信息插座均支持电话机、数据终端、计算机、电视机及监视器等终端的设置和安装。

工作区适配器的选用应符合下列要求：在设备连接器处采用不同信息插座的连接器时，可以用专用电缆或适配器；当在单一信息插座上开通ISDN业务时，宜用网络终端适配器；在配线 （水平）子系统中选用的电缆类别 （媒体）不同于工作区子系统设备所需的电缆类别 （媒体）时，宜采用适配器；在连接使用不同信号的数模转换或数据速率转换等相应的装置时，宜采用适配器；对于网络规程的兼容性，可用配合适配器；根据工作区内不同的电信终端设备，可配备相应的终端适配器。

（2）配线 （水平）子系统。配线子系统由工作区用的信息插座、每层配线设备至信息插座的配线电缆、楼层配线设备和跨接线等组成。配线子系统应根据下列要求进行设计：根据工程提出近期和远期的终端设备要求、每层需要安装的信息插座数量及其位置，终端将来可能产生移动、修改和重新安排的详细情况，一次性建设与分期建设的方案比较。配线子系统应采用4对双绞电缆，配线子系统在有高速率应用的场合，应采用光缆。配线子系统根据整个综合布线系统的要求，应在二级交接间、交接间或设备间的配线设备上进行连接，以构成电话、数据、电视系统，并进行管理。配线电缆宜选用普通型铜芯双绞电缆，配线子系统电缆长度应在90m以内。

（3）干线 （垂直）子系统。干线子系统应由设备间的配线设备、跨接线以及设备间至各楼层配线间的连接电缆组成。在确定干线子系统所需要的电缆总对数之前，必须确定电缆话音和数据信号的共享原则。对于基本型每个工作区可选定1对，对于增强型每个工作区可选定2对双绞线，对于综合型每个工作区可在基本型和增强型的基础上增设光缆系统。选择干线电缆最短、最安全和最经济的路由，选择带门的封闭型通道敷设干线电缆。干线电缆可采用点对点端接，也可采用分支递减端接以及电缆直接连接的方法。如果设备间与计算机机房处于不同的地点，而且需要把话音电缆连至设备间，把数据电缆连至计算机房，则宜在设计中选取不同的干线电缆或干线电缆的不同部分来分别满足不同路由干线（垂直）子系统话音和数据的需要；当需要时，也可采用光缆系统予以满足。

（4）设备间子系统。设备间是在每一幢大楼的适当地点设置进线设备、进行网络管理以及管理人员值班的场所。设备间子系统由综合布线系统的建筑物进线设备、电话、数据、计算机等各种主机设备及其保安配线设备等组成。设备间内的所有进线终端应采用色标区别各类用途的配线区，设备间位置及大小根据设备的数量、规模、最佳网络中心等内容，综合考虑确定。

（5）管理子系统。管理子系统设置在每层配线设备的房间内。管理子系统应由交接间的配线设备，输入/输出设备等组成，管理子系统也可应用于设备间子系统。管理子系统应采用单点管理双交接。交接场的结构取决于工作区、综合布线系统规模和选用的硬件。在管理规模大、复杂、有二级交接间时，才设置双点管理双交接。在管理点，应根据应用环境用标记插入条来标出各个端接场。交接区应有良好的标记系统，如建筑物名称、建筑物位置、区号、起始点和功能等标志。交接间及二级交接间的配线设备宜采用色标区别各类用途的配线区。交接设备连接方式的选用宜符合下列规定：对楼层上的线路进行较少修改、移位或重新组合时，宜使用夹接线方式；在经常需要重组线路时，应使用插接线方式；在交接场之间应留出空间，以便容纳未来扩充的交接硬件。

（6）建筑群子系统。建筑群子系统由两个及两个以上建筑物的电话、数据、电视系统组成一个建筑群综合布线系统，包括连接各建筑物之间的缆线和配线设备 （CD），组成建筑群子系统。建筑群子系统宜采用地下管道敷设方式，管道内敷设的铜缆或光缆应遵循电话管道和人孔的各项设计规定。此外安装时至少应预留1～2个备用管孔，以供扩充之用。建筑群子系统采用直埋沟内敷设时，如果在同一沟内埋入了其他的图像、监控电缆，应设立明显的共用标志。电话局引入的电缆应进入一个阻燃接头箱，再接至保护装置。

2.安防系统

现在新建的住宅小区，一般都配备了安防系统与物业管理人员，来保证小区居民的生活安全。小区安全防盗系统主要包括以下几个方面：监控防盗报警系统、门禁识别系统、可视对讲系统、电子巡更系统以及燃气泄漏报警、感烟报警、紧急求救等家庭内综合安防系统。小区的保安中心负责集中监视管理安防各子系统。

（1）监控防盗报警系统。监控防盗报警系统可以辅助保安系统对于小区内外的环境，及小区重要区域做现场实时监视。当保安系统发生报警时，它会联动开启摄像机并将该报警点所监视区域的画面切换到主监视器上，同时启动录像机记录现场实况。此系统也是智能小区的必配系统之一。

（2）门禁识别系统。在小区的每一个出入口处以及每一栋楼的入口，均安装有智能门禁系统，甚至在车辆出入口处，还需要安装能够识别车辆出入用的管理系统。当人员车辆进出小区时，需要使用该小区的门禁感应卡，经读卡器识别有效后，方可允许进出。而每张门禁感应卡都已在保安中心注册授权，当持有人不慎将卡丢失，需立即通知保安中心并做挂失处理，及时更换新卡。小区的全部读卡器均通过现场控制总线与保安中心联网，可以准确地记录每一个持卡人每一次进出时间。当系统中任何一台装置发现有挂失的感应卡使用时，系统会自动报警，提醒保安人员进行处理。

（3）可视对讲系统。该系统不仅是小区必备的配置，而且是应用较为广泛的系统。当业主有客人来访时，只需按下相对应的房号，业主即可通过家中的可视对讲终端看到来访者的容貌，并给客人打开楼下门禁。小区物业管理部门与住户、住户与住户之间可以利用该系统互相进行通话，如物业部门通知住户交各种费用、住户通知物业管理部门对住宅设施进行维修、住户在紧急情况下向小区的保安人员或邻里报警求救等。此系统是智能小区的重要系统之一。

（4）电子巡更系统。该系统是采用动态实时在线巡查系统技术进行小区巡更的计算机管理，巡逻线路根据小区各个巡更点的重要程度、实际路线、距离等情况，经过计算机优化组合成数十条巡更路线，保存在巡更管理计算机数据库内。每条巡更路线上有数量不等的巡更点，巡更点采用读卡机，将巡更人员到达每个巡更点的时间、巡更点动作等信息记录到系统中，在保安中心，通过查阅巡更记录，就可以对巡更质量进行考核，这样对于巡更人员的工作情况可提供考核凭证。此系统目前来说并不是小区必配的系统，但智能化程度高的小区均已配备了此系统。

（5）家庭内综合安防系统。窗磁、门磁开关，燃气泄漏报警，感烟报警，紧急按钮等安防系统均应用于家庭内部，在每户业主的家中装设红外线探头、窗磁门磁开关、感烟探头、紧急报警按钮等，每个单元入口设置一台门口主机，在保安中心设置一套管理主机。当有客人来访时，按下室外按钮或被访者的房间号码，住户室内分机会发出振铃声，同时，室内机的显示屏自动打开，显示出来访者的图像及室外情况，主人与客人对讲通话，确认身份后，可通过户内分机的开锁键遥控大门电控锁让客人进入，客人进入大门后，大门自动关闭。

家居安防系统可与小区公共部分的周边防范、保安监控、巡更管理及可视对讲集成组成一套综合智能安防体系。