0 引言

超高層建筑在我國發(fā)展越來越快，數(shù)量多、高度高、建筑面積大、功能多樣，設計要求越來越高，建筑電氣設計往往采用較高的標準。現(xiàn)在行業(yè)內不少專家認為民用建筑的計算負荷偏大，變壓器安裝容量偏大，變壓器實際負荷率偏低，設計偏保守，不僅浪費資源，增加投資，也明顯違背節(jié)能、節(jié)材的理念。筆者調研大量實際工程，分析比較典型超高層建筑的電氣數(shù)據(jù)，最終得出超高層建筑變壓器容量指標，為以后的超高層建筑電氣設計提供參考。

1 概述

1.1 術語

①超高層建筑：建筑高度大于100m的民用建筑。

②民用建筑：供人們居住和進行公共活動的建筑的總稱。

③變壓器容量指標：變壓器總裝機容量除以建筑物的建筑面積，也叫單位面積變壓器裝機容量。

1.2 背景意義

國內大量建設超高層建筑雖然飽受爭議，超高層建筑仍以驚人的速度在全國眾多城市發(fā)展。截至2012年，我國共建成超高層建筑94幢，而到2013年，廣州、深圳兩市的已建成及在建的超高層建筑分別達到118、80幢，而北京市已建成的超高層建筑有58幢^[2]。超高層建筑電氣設計中，變壓器容量指標是關鍵指標之一，它不僅可以反映變壓器安裝容量是否合理，還是衡量建筑電氣設計是否達到的節(jié)能要求的重要指標，對減少投資、節(jié)約能源和資源有著重要意義。

2 數(shù)據(jù)采集與分析

2.1 數(shù)據(jù)采集及說明

通過調研國內諸多超高層建筑，將主要電氣參數(shù)類列表1所示，采集內容包括建筑物名稱、建筑面積、建筑高度、地上層數(shù)、建筑功能、變壓器總裝機容量。采集對象地域跨度很大，有北京、天津、上海、深圳、廣州、南京、蘇州等幾個典型地區(qū)的知名超高層建筑；建筑高度差異也很大，從149~729m各種高度不等；建筑功能也包括了多種的業(yè)態(tài)，有酒店、商業(yè)、辦公、公寓、綜合體，也有金融中心這種特殊業(yè)態(tài)，可以說基本代表了全國大部分地區(qū)超高層建筑的情況。從表可以看出，變壓器容量指標在78~146.46VA/m²。

表1 部分超高層建筑技術參數(shù)

2.2 數(shù)據(jù)分析及處理

為了能夠科學合理地得到超高層建筑變壓器容量指標，首先要對調研采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理。

由于超高層建筑類型各式各樣，難免總有一些特殊的樣本存在，這就導致了變壓器裝機容量出現(xiàn)比較夸張的數(shù)據(jù)。為了使變壓器容量指標能反應出超高層建筑的普遍情況，得到具有普遍性和科學性的結果，需要對數(shù)據(jù)進行處理。

2.2.1 概念介紹

在處理數(shù)據(jù)前先介紹一個概念：顯著性水平^[5]。

顯著性水平是估計總體參數(shù)落在某一區(qū)間內，可能犯錯誤的概率，用α表示。它是在進行假設檢驗時事先確定一個可允許的作為判斷界限的小概率標準。換句話說，就是給一組數(shù)據(jù)定義一個區(qū)間范圍，不在這個區(qū)間的數(shù)據(jù)出現(xiàn)的概率就叫顯著性水平。顯著性水平不是一個固定不變的數(shù)字，應根據(jù)所研究的性質和我們對結論準確性所持的要求而定。最常用的α值為0.01、0.05、0.10等。一般情況下，根據(jù)研究的問題，如果大量數(shù)據(jù)不在區(qū)間范圍內會導致?lián)p失大，α取值小些；反之，α取值大些。

雖然此次采集的數(shù)據(jù)有限，但足以有代表性，可以反映大多數(shù)超高層建筑變壓器裝機情況，且變壓器容量指標是一個建議值，顯著性水平不需定的過低，取α=0.10，即定義超高層建筑變壓器容量指標范圍能滿足至少90%的超高層建筑的需要，這個百分比已經可以作為評價指標。

2.2.2 確定范圍

經分析，此次采集的42組數(shù)據(jù)都是在合理范圍內的，是有效的，沒有壞點。實際應用上，?？紤]一組數(shù)據(jù)具有近似于正態(tài)分布的概率分布。那么對現(xiàn)有的42組數(shù)據(jù)樣本進行正態(tài)分布處理，如圖1所示，由式（1）、（2）得出樣本均值μ=108.99，標準差σ=17.457。

 引入頻數(shù)分布概約估計法， 一個服從正態(tài)分布的變量只要知道其均值與標準差就可根據(jù)公式(3)估計任意取值范圍內的頻數(shù)比例，即可制定參考值范圍，其中常用u值表見表2。

(3)

式中，X為雙側界值，u為標準正態(tài)變量。

首先確定顯著性水平α=0.10，則參考值范圍為90%，雙側界值為P5和P95，即（μ±1.645σ）=（80.273，137.706），進行取整后，范圍為（80，138）。這個范圍值包括了此次采集的42組數(shù)據(jù)的39組數(shù)據(jù)，只有天津高銀117的78.25VA/m²，廣州塔139.04VA/m²，還有某金融辦公樓78.0VA/m²，這三棟超高層建筑的單位面積裝機容量不滿足90%的數(shù)據(jù)情況。具體分析可知，天津高銀117除了塔樓擁有約600m的超高高度外，還有超常規(guī)的巨大地下室（每層10萬㎡），勢必造成單位面積的裝機容量稍低，但偏離最低范圍值78.25VA/m²程度輕，是相對合理的。廣州塔屬于細長型的超高層建筑，建筑平面利用率低，其消防、電梯配置電量相對增加，以至于變壓器容量較大，單位面積裝機容量稍高于最低范圍值138VA/m²，同樣，偏離輕，仍是相對合理的。

若考慮顯著性水平α=0.05，即參考值范圍為95%，雙側界值為P2.5和P97.5，即（μ±1.96σ）=（74.77，143.205），取整后，范圍為（75，143）。這個范圍值包含了所有42組數(shù)據(jù)，也就是說，基本可以滿足所有種類的超高層建筑情況。

說明：上述兩種范圍是在42組數(shù)據(jù)的情況下得到的，一旦采集到的數(shù)據(jù)，取值范圍將會更加準確，能滿足更多種類型、更高比例的超高層建筑。

3 實際運行數(shù)據(jù)分析

為驗證上述結論的準確性，筆者采集了部分已建超高層建筑的設計數(shù)據(jù)與實際運行數(shù)據(jù)，分別列表3、表4所示。

從表中可以看出，上海環(huán)球金融、南京紫峰大廈、中環(huán)世貿中心的變壓器容量指標分別為98.4VA/m²、117.2VA/m²、102VA/m²，其相對應的變壓器最大負荷率分別是0.546、0.4、0.43，均滿足最新的IEC60364-8-1的初步結論，即當變壓器的負荷率在40%~65%時，變壓器的效率最高，能夠有效地減少電能的浪費。其中國貿三期的變壓器容量指標為114.12VA/m²，最大負荷率僅為0.185，其原因是采集數(shù)據(jù)時，國貿三期剛建成不久，招商還在進行中，用電負荷還未達到最大?？梢灶A見，在國貿三期運營正常后，其變壓器容量指標必將增加，最大負荷率也會相應增加。這足以說明在（80，138）范圍內的變壓器容量指標是符合超高層建筑電氣的實際要求的。

從另一個角度來看，由于變壓器都往往是成組運行的，若一臺變壓器不能正常使用時，以上海環(huán)球金融為例，采用3臺12500kVA的變壓器，當一臺12500kVA的變壓器不能使用時，剩余了變壓器仍能帶動25000kVA的用電設備，而實際最大使用量才204856kVA，完全能滿足超高層建筑中二級及以上等級負荷的供電可靠性要求。

4 結束語

變壓器容量指標是變壓器總裝機容量與建筑面積之比，超高層建筑變壓器容量指標的研究，對超高層建筑電氣設計有著重大的意義，能比較好地判斷超高層建筑電氣設計成果是否合理、節(jié)能、節(jié)材。文中得出80VA/m²~138VA/m²范圍內的變壓器容量指標是符合工程實際要求的取值范圍，能滿足90%以上的超高層建筑電氣設計需要。

本文僅是初探，希望引起電氣屆的同仁對超高層建筑電氣設計的重視。由于所采集的數(shù)據(jù)有限，對超高層建筑的研究尚有不足之處，有待完善和深入研究，也希望更多的同仁參與到超高層建筑電氣設計研究之中，以提高我國超高層建筑電氣設計的水平。

參考文獻

1.      GB50352-2005,民用建筑設計通則[S].2005.

2.      朱春. 淺談超高層建筑用能發(fā)展[J]. 綠色建筑,2011(3): 31-33.

3.      沈育祥, 王曄, 金大算, 王斌, 沈冬冬. 超高層建筑電氣設計分析[J]. 電氣應用,2014(Z): 161-163.

4.      華錫鋒. 超限高層建筑電氣設計重點解析[J]. 建筑電氣, 2012(6):41-47.

5.      賈俊平, 何曉群, 金勇進. 統(tǒng)計學[M]. 北京: 中國人民大學出版社,2015.

6.      金大算. 超高層建筑中的電氣節(jié)能設計[J]. 電氣應用,2014(Z): 56-57,79.

7.      李炳華, 周彬, 岳云濤, 李鵬, 顧春雷, 宋鎮(zhèn)江. 淺談建筑電氣設計的能效評價指標[J]. 電氣應用, 2014(10):35-40.