第二章 建筑设备工程
第一节 供配电系统
第二节 照明系统
第三节 空调系统
第四节 给排水系统
建筑设备工程
教学基本要求,
?掌握供配电、照明系统、电梯及其监控的相关
内容；
?理解空调、给排水、冷热源等系统的监控控制。
建筑设备工程
第一节 供配电系统
一,电力网、电压等级和负荷分类
(一 )电力系统及电力网
电力系统 (Power System),由各种电压的电力线路将一些
发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、
配电和用电的整体。
电力网 (Power Network),电力系统中各级电压的电力线路
及其联系的变电所。
220/380V6~10kV35~500kV3.15~20kV
低压配电线高压配电线高压 输电线
用户区域变电所发电厂
升压变压器发电机
G
降压变压器 降压变压器
建筑设备工程
低压，是指 1kV以下的电压。 1kV及以上的电压称为高压。一
般还把 3,6,10kV等级的电压称为配电电压，把高压降为这些等
级电压的降压变压器称为配电变压器；接在 35kV及以上电压等级
的变压器称为主变压器。因此，配电网是由 10kV及以下的配电线
路和配电变压器所组成的，它的作用是将电力分配到各类用户。
安全：在电能的供应、分配和使用中，不应当发生人身及设
备事故。
可靠：应满足电能用户对供电可靠性的地要求。
优质：应满足电能用户对电压质量和频率等方面的要求。
经济：供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节
约电能和减少有色金属的消耗量。
建筑设备工程(二 ) 电力网的电压等级
电力网的电压等级是比较多的，不同的电压等级有不同的
作用。 从输电的角度看, 电压越高则输送的距离就越远, 传输的
容量越大, 电能的损耗就越小 ； 但电压越高, 要求绝缘水平也越
高, 因而造价也越高 。目前，我国电力网的电压等级主要有
0.22,0.38,3,6,10,35,110,220kV共 8级。
G
MM M
用电设备和发电机的额定电压
UN
＋ 5％
— 5％
2、用电设备的额定
电压：规定与同级电网
的额定电压相同。
3、发电机的额定电
压：规定高于同级电网
额定电压的 5％。
1、电网 (电力线路 )
的额定电压：是确定各
类电力设备额定电压的
基本依据。
建筑设备工程
4、电力变压器的额定电压：
G M
电力变压器的额定电压
T2T1
UN
+10% +5%+0%+5%
当变压器直接与发电机相连时 (如 T1),其一次绕组的额定电
压应与发电机的额定电压相同，即高于同级电网额定电压的
5％。
当变压器不与发电机相连，而是连接在线上 (如 T2),则可
看作是线路的用电设备，因此其一次绕组的额定电压应与电网额
定电压相同。
(1)一次绕组的额定电压：
建筑设备工程
(2)二次绕组的额定电压
若变压器二次侧供电线路较长 (如为较大的高压电网 )时，
则变压器二次侧的额定电压，一方面要考虑补偿变压器满载时内
部 5％的电压降，另一方面要考虑变压器满载时输出的二次电压
还要高于电网额定电压 5％，以补偿线路上的电压降，故它要比
电网额定电压高 10％ (如 T1)。
如果变压器二次侧线路不太长 (如为低压电网或直接供电给
高 /低压用电设备时额定电压 )时，则变压器二次侧的额定电压，
只需高于电网额定电压的 5％，仅考虑补偿变压器内部的 5％的
电压降 (如 T2)。
建筑设备工程
(三 )用电负荷的分类
三级负荷,凡不属一级和二级负荷者
二级负荷,中断供电将造成较大政治影响、较大经济损失、
公共场所秩序混乱。
一级负荷,中断供电将造成人员伤亡、重大政治影响者、
重大经济损失、公共场所秩序严重混乱。
在智能楼宇用电设备中，属于一级负荷的设备有：消防控
制室、消防水泵、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警、自动
灭火装臵、火灾事故照明、疏散指示标志和电动的防火门窗、卷
帘、阀门等消防用电设备；保安设备；主要业务用的计算机及外
设、管理用的计算机及外设；通信设备；重要场所的应急照明。
属于二级负荷的设备有：客梯、生活供水泵房等。空调、照明等
属于三级负荷。
建筑设备工程二,典型楼宇供配电系统
中大型楼宇的供电电压一般采用 10kV,有时也可采用 35kV，
变压器装机容量大于 5000kVA。 为了保证供电可靠性，应至少有
两个独立电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两
路独立电源运行方式，原则上是两路同时供电，互为备用。此外，
必要时还需装设应急备用发电机组。
(一 )负荷分布及变压器的配臵
高层建筑的用电负荷一般可分为空调、动力、电热、照明
等类。对于全空调的各种商业性楼宇，空调负荷属于大宗用电，
约占 40％ -50％。冷热源设备一般放在大楼的地下室、首层或下
部。 动力负荷 主要指电梯、水泵、排烟风机、洗衣机等设备。普
通建筑的动力负荷都比较小，随着建筑高度的增加，在超高层建
筑中，由于电梯负荷和水泵容量的增大，动力负荷的比重将会明
显的增加。动力负荷中的水泵、洗衣机等亦大部分放在下部，因
此，就负荷的竖向分布来说，负荷大部分集中在下部，因此将变
压器设臵在建筑物的底部是有利的。
建筑设备工程
但在 40层以上的高层建筑中，电梯设备较多，此类负荷大部
分集中于大楼顶部。竖向中段层数较多，通常设有 分区电梯 和 中
间泵站 。在这种情况下，宜将变压器按上、下层配臵或者按上、
中、下层分别配臵。供电变压器的供电范围大约为 15— 20层。
为了减少变压器台数，单台变压器的容量一般都大于
1000kVA。 由于变压器深入负荷中心而进入楼内，从防火要求考
虑,不应采用一般的油浸式变压器和油断路器 等在事故情况下能
引起火灾的电气设备，而应采用干式变压器和真空断路器。
负荷中心 是供配电设计一个重要的概念。变电所应尽量设
在负荷中心，便于配电，节省导线，也有利于施工。负荷中心实
际上是一种最佳配电点，它需要按所要达到的优化目标不同的计
算条件而列出的目标函数来确定。事实上，负荷的大小不是恒定
不变的，因此负荷中心常会变动。在设计时也往往由于各种实际
因素而不能将配电点布臵在计算而得的负荷中心上。只有在负荷
比较平稳的部门，才可将变电所设在负荷中心或大负荷的近旁。
建筑设备工程(二 )供电系统的主结线
电力的输送与分配，必须由母线、开关、配电线路、变压
器等组成一定的供电电路，这个电路就是供电系统的一次结线，
即主结线。智能楼宇由于功能上的需要，一般都采用双电源进
线，即要求有两个独立电源，常用的供电方案如图所示。
图 a为两路高压电源，正常时一用一备，即当正常工作电源
事故停电时，另一路备用电源自动投入。此方案可以减少中间母
线联络柜和一个电压互感器柜，对节省投资和减小高压配电室建
筑面积均有利。这种结线要求两路都能保证 100％的负荷用电。
当清扫母线或母线故障时，将会造成全部停电。因此,这种接线
方式常用在大楼负荷较小，供电可靠性要求相对较低的建筑中 。
图 b为两路电源同时工作，当其中一路故障时，由母线联络
开关对故障回路供电。该方案由于增加了母线联络柜和电压互感
器柜，变电所的面积也就要增大。这种接线方式是商用性楼宇、
高级宾馆、大型办公楼宇常用的供电方案。当大楼的安装容量大，
变压器台数多时，尤其适宜采用这种方案，因为它 能保证较高的
供电可靠性 。
建筑设备工程
S1 S2
市电 2
备用
10KV母线
市电 1
主供
常用的高压供电方案
一用一备 同时供电
S1 S2
市电 2
备用
10KV母线
市电 1
主供
母线联络开关
建筑设备工程
当变压器台数较少时, 尚可从邻近楼宇高压配电室以放射式
向该楼宇变压器供电 。 我国目前最常用的主结线方案如图所示,
采用两路 l0kV独立电源, 变压器低压侧采取单母线分段的方案 。
对于规模较小的建筑, 由于用电量不大, 当地获得两个电源又较
困难, 附近又有 400V的备用电源时, 可采用一路 10kV电源作为主
电源, 400V电源作为备用电源的高供低备主结线方案, 如图所示 。
建筑设备工程
智能楼宇高压供电只是将高压电源移至大楼附近而已，大
楼内的用电设备仍是以低压为主。
S2S1
双电源主接线方案
10kV/400V
变压器
10kV母线
市电 1 市电 2
400V母线
高供低备主接线方案
10kV/400V母线
10kV/400V
变压器
380V/220V
备用10kV
建筑设备工程
(三 )低压配电方式
低压配电方式是指低压干线的配线方式。低压配出干线一般
是指从变电所低压配电屏分路开关至各大型用电设备或楼层配电
盘的线路。用电负荷分组配电系统是指负荷的分组组合系统。智
能楼宇由于负荷的种类较多，低压配电系统的组织是否得当，将
直接影响大楼用电的安全运行和经济管理。
低压配电的结线方式可分为放射式和树干式两大类。放射式
配电是一独立负荷或一集中负荷均由一单独的配电线路供电，它
一般用在下列低压配电场所：
①供电可靠性高的场所。 ②单台设备容量较大的场所。
③容量比较集中的地方。
对于大型消防泵、生活水泵和中央空调的冷冻机组，一是供
电可靠性要求高，二是单台机组容量较大，因此考虑以放射式专
线供电。对于楼层用电量较大的大厦，有的也采用一回路供一层
楼的放射式供电方案。
建筑设备工程
树干式配电是一独立负荷或一集中负荷按它所处的位臵依
次连接到某一条配电干线上。树干式配电所需配电设备及有色金
属消耗量较少，系统灵活性好，但干线故障时影响范围大，一般
适用于用电设备比较均匀，容量不大，又无特殊要求的场合。
图示分别是放射式和树干式接线图。
国内外智能楼宇低压配电方案基本上都采用放射式, 楼层
配电则为混合式 。 混合式即放射一树干的组合方式, 如图所示 。
有时也称混合式为分区树干式 。
建筑设备工程
低压配电屏
···
·
·
·
低压配电屏
···
·
·
·
低压配电屏
···
·
·
·
放射式配电系统 树干式配电系统 混合式配电系统
低压配电方案
建筑设备工程
在高层住宅中，住户配电箱多采用单极塑料小型开关：一
种自动开关组装的组合配电箱。对一般照明及小容量插座采用树
干式接线，即住户配电箱中每一分路开关带几盏灯或几个小容量
插座；而对电热水器、窗式空调器等大宗用电量的家电设备，则
采用放射式供电。
三,供配电系统监测
供配电系统是智能大楼的命脉，因此电力设备的监控和管理
是至关重要的。由监控系统对供配电设备的运行状况进行监视，
并对各参量进行测量，如电流、电压、频率、有功功率、功率因
数、用电量、开关动作状态、变压器的油温等等。管理中心根据
测量所得的数据进行统计、分析，以查找供电异常情况、预告维
护保养，并进行用电负荷控制及自动计费管理。电网的供电状况
随时受到监视，一旦发生电网全部断电的情况，控制系统作出相
应的停电控制措施，应急发电机将自动投入，确保消防、保安、
电梯及各通道应急照明的用电，而类似空调、洗衣房等非必要用
电负荷可暂时不予供电。同样，复电时控制系统也将有相应的复
电控制措施。
建筑设备工程
①各自动开关、断路器状态监测
②三相电压、电流检测
③有功、无功功率及功率因数检测
④电网频率、谐波检测
⑤变压器温度检测及故障状态报警
⑥用电量 (kWh)检测
供配电系统
监测内容
建筑设备工程
(一 )高、低压端电压及电流自动检测
对 6— 10kV高压线路的电压及电流测量方法如图所示。
低压端 (380／ 220V)的电压及电流测量方法与高压侧基本相
同，只不过是电压和电流互感器的电压等级不同。
电流
变送器
A
电流检测
电流
互感器
电压
互感器
6～ 10kV
至 DDC
0－ 5V
DC 电压
变送器
V
V
V
至 DDC
电压互感器
电压检测
0－ 5V DC
交－直变换
C
B
A
高压线路的电压及电流测量方法
建筑设备工程(二 )功率、功率因数的检测
通过测量电压与电流的相差可测得功率因数，有了功率因
数、电压、电流数值即可求得有功功率和无功功率。因此，可以
先测量功率因数，然后间接得出功率数据，这是一种间接的测量
功率的方法。
比较精确的测量功率方法是采用模拟乘法器构成的功率变送
器，或者用数字化测量的方法 (高速采样电压、电流数据，再对
数字信号进行处理 )，直接测量功率数据。
(三 )供电品质的监测
供电品质的指标通常是电压, 频率和波形, 其中尤以电压和
频率最为重要 。 电压质量包括电压的偏移, 电压的波动和电压的
三相不平衡度等 。
1,频率,在电气设备的铭牌上都标有额定频率。我国电力工
业的标准频率为 50Hz。 由于频率直接影响电子设备的正常工作，
因此对于频率的偏差要求很严格，国家规定电力系统对用户的供
电频率偏差范围为 土 0.5％ 。
建筑设备工程
对电网频率的检测可在低压侧进行, 在电网的频率偏差超
过允许值时, 监测系统应予报警, 必要时应切断市电供电, 改用
备用电源或应急发电机供电 。
2,电压偏移,各种电气设备的铭牌都标有它的额定工作电压。
但在实际运行中由于电力系统负荷的变化或用户本身负荷的变化
等原因，往往使用电设备的端电压偏离额定值。电压低于额定值
往往是发生在高峰负荷时长线路的末端，电压高于额定值往往是
发生在低负荷时线路的始端。
当电压过高或过低时，监测系统应予报警，同时需采取系统
或局部的调压及保护措施。对电压偏移的改善一般要求在电网的
高压侧采取措施，使电网的电压随负荷的增大而升高，反之负荷
减少电压降低。对于重要的负荷，宜在受电或负荷端设臵调压及
稳压器。
建筑设备工程
3,电压波动及谐波,电动机启动，电梯、电焊类冲击负荷
的工作，将引起供配电系统中的电压时高时低，这种短时间的电
压变化称为电压波动。电力系统中交流电的波形从理论上讲应该
是正弦波，但实际上由于三相电气设备的三相绕组不完全对称，
带有铁心线圈的励磁装臵，特别是大型晶闸管装臵、电力电子设
备的应用，在电力系统中产生了与 50Hz基波成整数倍的高次谐
波，于是电压的波形发生畸变成为非正弦波。
电压波动及谐波对电气设备的运行是有害的。照明和电子设
备对电压波动比较敏感。谐波不仅严重影响电气设备的安全正常
运行，而且对通信系统和计算机系统等也有较大影响，因此消除
／抑制谐波是十分重要的。
建筑设备工程
4,电压的不平衡度,在低压系统中一般采用 Yy0三相四线制，
单相负荷接于相电压上。由于单相负荷在三相系统中不可能完全
平衡，因而三个相电压不可能完全平衡。电压的不平衡度可以通
过测量三个相电压及三个相电流的数据，再经相互比较其差值来
检测。差值越大则不平衡度越大。当这个不平衡电压加于三相电
动机时，由于相电压的不平衡使得电动机中的负序电流增加，因
而增加了转子内的热损失。在设计中应尽量使单相负荷平衡地分
配在三相中，对相电压不平衡敏感的负荷 (如电子计算机类设备 )
应采用分开回路的措施，同时监测系统应予报警。
建筑设备工程
电流变换器 电压变换器 频率变换器 功率因素变换器 有功功率变换器 用电量变换器
AI AI AI AI AI AI
红相
黄相
蓝相
中相
类型
数量
AI
6
AO DI
2
DO
DI
变压器
高温报警
发电机
运行状态
DI
T
图为一个实际高低配电回路监控系统原理图。由图可见，系
统只有 AI和 DI点而无 AO或 DO点，也就是说系统只有监测功能
而没有控制功能，这显然不是很完美。然而目前国内供配电系统
独立性较强，考虑到安全等多种因素，此方案也常有应用。
建筑设备工程
电梯是现代大楼内主要的垂直交通工具。大楼有大量的人流、
物流的垂直输送，因此要求电梯智能化。在大型智能建筑中，常
常安装许多台电梯，若电梯都各自独立运行，则不能提高运行效
率。为减少浪费，必须根据电梯台数和高峰客流量大小，对电梯
的运行进行综合调配和管理，即 电梯群控技术 。
△ 电梯监控系统
井道探测器
召唤预报
井道探测器
召唤预报
1＃梯
M
重量传感器
驱动电机
红外探测器
N＃ 梯
M
重量传感器
驱动电机
红外探测器
DDC现场总线
? ? ? ? ? ?
建筑设备工程
通过对多台电梯的优化控制，使电梯系统具有更高的运行
效率；同时及时向乘客通报等待时间，以满足乘客生理和心理
要求，实现高效率的垂直输送。一般智能电梯均系多微机群控，
并与维修、消防、公安、电信等部门联网，做到节能、确保安
全、环境优美、实现无人化管理。
如图所示，所有的探测器通过 DDC总线连到控制网络，计
算机根据各楼层的用户召唤情况、电梯载荷，以及根据井道探测
器所提供的各机位臵信息，进行运算后，响应用户的呼唤；在出
现故障时，根据红外探测器探测到是否有人，进行响应的处理。
电梯群控
的目标 为乘客提供舒适的乘机感受根据不同的交通状况，提供最佳方案，降低能耗
减少乘客的候机时间，减少乘客的乘机时间
建筑设备工程
电梯监
控内容
电梯所处位臵、运行状况、运行方向、启动与停止；
动态显示各电梯的实时状态
故障检测和报警，出现故障电梯是否关闭，故障电梯的
大概故障点
配合消防系统，发生火灾时，普通电梯下到一楼，切断
电梯电源，启动消防后备电源；消防电梯在一楼
待命
收集交通信息，对电梯实现群控
建筑设备工程
△ 有关功率因数的提高
I,电流表测出的线电流读数 (A)。
U,电压表测出的线电压读数 (kV)；
P,功率表测出的三相功率读数 (kW);
瞬时功率因数只用来了解和分析设备在工作过程中无功功
率的变化情况，以便采取适当的补偿措施。
1、瞬时功率因数：由功率因数表 (相位表 )直接读出，或由
功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：
一,功率因数的分类
c o s P / 3 U I? ?
acos
建筑设备工程
2、平均功率因数：指某一规定时间内功率因数的平均值，
也称加权平均功率因数 (weighted average power－ factor)。
平均功率因数按下式计算：
Wh Varh
Wp,某一时间内消耗的有功电能，单位为 kw ·h,由有功电
度表读出；
Wq,某一时间内消耗的无功电能，单位为 kvar ·h,由无功
电度表读出。
我国电业部门每月向用户收取电费，就规定电费要按月平
均功率因数的高低来调整。
22
2
1
1 ( )
p
qpq
p
W
WWW
W
? ??
?
?
cos
建筑设备工程
3、最大负荷时功率因数：指在年最大负荷 (即计算负荷 )
时的功率因数，按下式计算：
我国规定，高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不
得低于 0.9；其他工厂，功率因数不得低于 0.85。若达不到上
述要求，则必须采用人工补偿措施。因此，供电设计考虑无功
功率补偿时，就应按此最大负荷时功率因数来计算。
30
30
c o s
P
S
? ?
建筑设备工程
S30
Q30
P30
a
Q’30S’30
'a
二,无功功率的补偿
一般情况下，由于工厂生产所需的大量负
荷如感应电动机、电焊机等，都是感性负载，
使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需
要采取措施来提高功率因数。如图表示功率因
数提高与无功功率和视在功率变化的关系。假
设功率因数由原来的 cosα 提高到 cosα ’,这
时在负荷需要的有功功率不变的情况下，无功
功率 Q30和视在功率 S30将相应的减小，从而减
小负载电流 I30,这时就降低了电力系统的电能
损耗和电压损耗，既节约了电能，又提高了电
压质量，而且还可以选用较小的导线或电缆截
面，节约有色金属。因此提高功率因数对整个
电力系统大有好处。
建筑设备工程
要使功率因数由 cosα 提高到 cosα ’,就必须装设人工补偿
设备，通常是装设并联电容器。其补偿容量应为 QC＝ Q30－ Q’30＝
P30(tanα － tanα ’)或 QC＝△ qC× P30。 式中 △ qC＝ tanα － tanα ’，
称为无功补偿率或比补偿容量，单位为 kvar/kw。 这无功补偿率
表示要使 1kw的有功功率由 cosα 提高到 cosα ’所需要的无功补偿
容量 kvar值。在确定了总的补偿容量后，就可根据所选并联电
容器的单个容量 qC来确定电容器的个数,n＝ QC/qC。 由此式计算
所得的电容器个数 n,对于单相电容器来说，应取 3的倍数，以
便三相均衡分配。
建筑设备工程
工厂或车间装设了无功补偿设备后，则在确定补偿设备装设
地点前的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量，那总的无功计
算负荷 Q’30＝ Q30－ QC。 故在补偿后总的视在计算负荷
﹤ S30 (补偿前 )；同样补偿后的计算电流
(补偿前 )。显然，若降压变电所的低压侧装设了
无功补偿设备 (如并联电容器 )，则由于总的视在计算负荷的相应
减小而有可能选择容量小 1～ 2级的主变压器。这不仅可降低变电
所的初投资，而且可减少工厂的电费开支。因为我国电业部门对
工厂用户的电费制度，是实行所谓的两部电费制：一部分电费叫
基本电费，是按所装的主变压器容量计费的；另一部分电费叫电
能电费，是按每月实际所用有功电能的 kw · h数计费的，而且总
的电费还要依月平均功率因数的高低来乘上一个调整系数。凡月
平均功率因数高于规定值 (一般规定为 0.85)，可按一定比率减收
电费，以资鼓励；而低于规定值时，则要按一定比率加收电费，
以示惩罚。由此可见，提高工厂的功率因数不仅对整个电力系统
大有好处，而且对工厂本身也有一定经济实惠的。
? ?? ?1/22C3030230 QQPS' ???
30N3030 IU3/S'I' ??
建筑设备工程
第二节 照明系统
电气照明系统是建筑物的重要组成部分 。 照明设计的优劣
除了 影响建筑物的功能 外, 还 影响建筑艺术的效果 。 室内照明
系统由照明装臵及其电气部分组成 。 照明装臵主要是灯具, 照
明装臵的电气部分包括照明开关, 照明线路及照明配电盘等 。
照明的基本功能是创造一个良好的人工视觉环境 。 在一般情况
下是以, 明视条件, 为主的功能性照明, 在那些突出建筑艺术
的厅堂内, 照明的装饰作用需要加强, 成为以装饰为主的艺术
性照明 。
建筑设备工程
一,照明技术的基本概念
1、光量及其单位
(1)光通量,按人眼对光的感觉量为基准来衡量光源在单位
时间内向周围空间辐射并引起光感的能量的大小 。用符号 Φ 来表
示，单位为流明 (lm)。 光通量的关系式如下：
?? ?? PV )(680?
式中 Φ λ － 波长为 λ 的光通量,lm；
Pλ － 波长为 λ 的光辐射功率,w。
单一波长的光称为单色光，当光源含有多种波长的光时称
为多色光。多色光源的光通量为各单色光的总和，即
V(λ) － 波长为 λ 的光谱光效率函数；
??
????
λPV( λ680 )
321 ????? ????
建筑设备工程
对于向各方向发射光通量为均匀的发光体，在各个方向上的发光
强度是相等的。这时,I＝ dΦ/Ω, 如放光圆球 I＝ Φ/4π, 发光
圆盘 I＝ Φ/π, 发光半圆球 I＝ Φ/2π 等。实际上，发光强度就
是向一定方向辐射的光的角密度。
dΦ － 在立体角元内传播的光通量,lm。
Iα － 某一特定方向角度上的发光强度,下标 α 表示某一特定
方向角度数,cd；
式中
(2)发光强度,光源在某一个特定方向上的单位立体角内
(单位球面度内 )所发出的光通量,是用来反映发光强弱程度的
一个物理量，用符号 Iα 表示，单位为坎德拉 (cd)：
?? d
dI ?
?
dΩ － 给定方向的立体角元,sr(球面度 )；
建筑设备工程
(3)照度：能否看清一个物体，是与这个物体所得的光通量
有关的。为研究物体被照面照明的程度，工程上常用照度这个物
理量。照度以被照场所光通的面积密度来表示，单位为勒克斯
(lx)。 取微小面积 dA,入射的光通为 dΦ,则照度为：
dA
dE ??
当光通量 Φ 均匀分布在被照表面 A上，则被照表面的照度为：
A
E ??
建筑设备工程
α
Sα＝ Acosα
(眼睛 )
(4)亮度：亮度是直接对人眼
引起感觉的光亮之一。对在同一
照度下，并排放着的白色、黑色
物体，人眼看起来有不同的效果，
总觉得白色物体要亮的多，这是
由于物体表面反光程度不同造成
的。亮度与被视物的发光或反光
面积以及反光程度有关。通常 把
被视物表面在某一视线方向或给
定方向的单位投影面上所发出或
反射的发光强度, 称为该物体表
面在该方向上的亮度,用符号 Lα
表示：
I0
A
α
建筑设备工程
?
?
?
??
c o sA
I
S
IL ??
亮度是用来表征发光面发光强度的物理量。
照度是用来表征被照面上接受光的强弱；
光通量和光强主要用来表征光源或发光体发射光的强弱；
Iα － 在某一视线方向或给定方向的发光强度,cd。
Sα－ 被视物体沿某一视线方向或给定方向的投影发光或反
光面积,m2 ；
Lα－ 表示某方向上的亮度,cd/m2 ；式中
综上：
建筑设备工程
(2)显色性：当某种光源的光照射到物体上时，该物体的色
彩与阳光照射时的色彩是不完全一样的，有一定的失真度。所谓
光源的显色性,就是指不同光谱的光源照射在同一颜色的物体上
时，所呈现不同颜色的特性。通常用显色指数来表示光源的显色
性。
所谓 色温,是指光源发出光的颜色与黑体 (能吸收全部光辐
射而不发射、不透光的理想物体 )在某一温度下辐射的光色相同
时的温度，用绝对温标 K来表示。
(1)色温：光源的发光是与温度有关的：当温度不同时，光
源发出光的颜色是不同的。如白炽灯，当灯丝温度低时，发出的
光以红光为主；当温度高时，发出的光由红变白。
2、光源的色温与显色性
建筑设备工程
眩光是照明质量的重要特征，它对视觉有不利的影响，故现
代照明对眩光的限制非常重视。所谓 眩光 是指由于亮度分布或亮
度范围不合适，或在短时间内相继出现的亮度相差过大，造成观
看物体时的感觉不舒适。在视野内不仅同时出现大的亮度差异能
引起眩光，而且亮度数值过大也会引起眩光。
4、眩光
同一物体用不同颜色的光照在上面，对人们视觉产生的效果
是不同的，红、橙、黄、棕色光给人以温暖的感觉，称为暖色光；
蓝、青、绿、紫色光给人以寒冷的感觉，称为冷色光。光源的这
种视觉颜色特性称为 色调 。光源发出的光的颜色直接影响人的情
趣，它可以影响人们的工作效率和精神状态等。
3、光源的色调
眩光可以分为直接眩光和反射眩光两种。直接眩光是在观
察方向上或附近存在亮的发光体所引起的眩光；反射眩光是在观
察方向上或附近由亮的发光体的镜面反射所引起的眩光。
建筑设备工程
3)当工作面或识别物体表面呈现镜面反射时，应采取防止反
射至眼内的措施，例如加大保护角，采用漫反射型或带磨砂玻璃
灯泡的照明器。
2)局部照明的光源应具有不透明材料或漫反射材料制成的反
射罩，光源的位臵高于人眼的水平视线时，其保护角应大于 300,
若低于水平视线，不应小于 100 ;
1)限制直接眩光的作用：室内照明器具的悬挂高度应符合有
关规定；
当照明电光源的亮度过大或与人眼的距离过近时，刺目的光
线使人眼难以忍受，使人发生晕眩及危害视力：可能使人看不见
东西，失去照明的作用；也可能对可见度并不影响，但人感到不
舒服。因此要采取以下措施：
建筑设备工程
有 ρ+α+τ=1
透射系数 (transmission coefficient)τ=Φτ/Φ
吸收系数 (absorption coefficient)α=Φα/Φ
反射系数 (reflection coefficient)ρ=Φρ/Φ
当光通 Φ投射到物体时，一部分光通 Φρ从物体表面反射回
去，一部分光通 Φα被物体所吸收，而余下的一部分光通 Φτ则透
过物体。为表征物体的光照性能，引入以下参数：
Φ
Φ τ
Φ ρ
Φ α
5、物体的光照性能
受照
物体
建筑设备工程
二,照明的分类
1、按照明范围分类 (按照明范围大小来区别 )
(1)一般照明 在整个场所或场所的某个特定区域照度基本
上均匀的照明。对于工作位臵密度很大而对光照方向又无特殊要
求，或工艺上不适宜装设局部照明装臵的场所，宜单独使用一般
照明。例如办公室、体育馆及教室等。
(2)局部照明 局限于工作部位的特殊要求的固定的或移动
的照明。这些部位对高照度和照射方向有一定要求。对于局部地
点需要高照度并对照射方向有要求时，宜采用局部照明，但在整
个场所不应只设局部照明而无一般照明。
(3)混合照明 一般照明与局部照明共同组成的照明。对于
工作面需要较高照度并对照射方向有特殊要求的场所，宜采用混
合照明。此时，一般照明照度宜按不低于混合照明总照度的 5
％～ 10％ 选取，且最低不低于 20lx。 例如金属机械加工机床、精
密电子电工器件加工安装工作桌及办公室的办公桌等。
建筑设备工程
2、按照明功能分类
(1)工作照明 正常工作时使用的室内外照明。它一般可单
独使用，也可与事故照明、值班照明同时使用，但 控制线路必须
分开 。
(2)应急照明 正常照明因故障熄灭后，供事故情况下继续
工作或安全通行的照明。在由于工作中断或误操作容易引起爆炸、
火灾以及人身事故并会造成严重政治后果和经济损失的场所，应
设臵应急照明。应急照明宜布臵在可能引起事故的设备、材料周
围以及主要通道和出入口，并在灯的明显部位涂以红色，以示区
别。应急照明通常采用白炽灯 (或卤钨灯 )。应急照明若兼作为工
作照明的一部分则需经常点亮。
(3)值班照明 在非生产时间内供值班人员使用的照明。例
如对于三班制生产的重要车间、有重要设备的车间及重要仓库，
通常宜设臵值班照明。可利用常用照明中能单独控制的一部分，
或利用事故照明的一部分或全部作为值班照明。
(4)警卫照明 用于警卫地区周边附近的照明。
建筑设备工程
(1)利用系数法：利用灯具均匀布臵的一般照明及利用周围
墙、天花板作为反射的场所。当采用反射式照明时,也采用此法
计算。投射到被照面上的光通量与房间内全部灯具总光通量的比
值,叫, 利用系数, 。此外还有与房间尺寸、面积有关的, 定形
指数,,墙壁、天花板及地面有关的反射系数,照度补偿系数等。
我国照度标准按 2500,1500,750,500,200,150,100、
75,50,30,20,15,10,5,3,2,1,0.5,0.2lx分级。照度
计算的任务可根据所需的照度值和平面进行布灯设计；或根据确
定的布灯方案来计算点、面的照度值。
1、照度计算
电气照明计算包括 照度计算 和 照明负荷计算 。
三,照明的计算
*(6)装饰照明
(5)障碍照明 装设在建筑物上作为障碍标志用的照明。在
飞机场周围较高的建筑上，或有船舶通行的航道两侧的建筑上，
应按民航和交通部门的有关规定装设障碍照明。
建筑设备工程
根据灯具功率和数量计算出总光通量，考虑上述各种参数的
影响后求出被照面的光通量，再除以被照面积即可求得被照面的
平均照度。
(3)逐点计算法：按电光源各被照点发射的光通量的直射分
量来计算被照点的照度。逐点计算法适用于水平面、垂直面和倾
斜面上的照度计算。此方法计算的结果较准确，故可计算车间的
一般照明、局部照明和外部照明，但不适用于计算周围反射性能
很高场所的照度。
然后再根据灯具方案、灯具数量可确定每个灯具的功率。
P=W?S
(2)单位容量法：适用于均匀的一般照明计算。一般民用建
筑和环境反射条件较好的小型车间，可利用此法计算。根据已知
的房间面积 S及所选灯具型式、最小照度、计算高度等查表得出
的每单位面积的安装容量 W,即可计算出房间内电光源总的安装
功率 P：
建筑设备工程
2、照明负荷计算
照明负荷计算就是确定供电量。在根据照度计算确定布灯设
计，算出电气照明电光源所需的功率后，进行照明负荷计算和设
计，选择配电导线、控制设备与配电箱的型号、数量及位臵等。
四,照明控制
正确的控制方式是实现舒适照明的有效手段，也是节能的有
效措施。目前设计中常用的控制方式有跷板开关控制方式、断路
器控制方式、定时控制方式、光电感应开关控制方式、智能控制
器控制方式等，下面对各种控制方式逐一加以介绍。
该方式就是以跷板开关控制一套或几套灯具的控制方式，这
是采用得最多的控制方式，它可以配合设计者的要求随意布臵，
同一房间不同的出入口均需设臵开关，单控开关用于在一处启闭
照明。双控及多程开关用于楼梯及过道等场所，在上层下层或两
端多处启闭照明。其接线图如图所示。该控制方式线路繁琐、维
护量大、线路损耗多，很难实现舒适照明。
(一 )跷板开关控制方式
建筑设备工程
电源
双程开关
灯具
位臵 4
简单控制开关 位臵 3
位臵 2
位臵 1
位臵 2
位臵 1
位臵 3位臵 1 位臵 2
多程开关
双程及多程开关原理
建筑设备工程
(二 )断路器控制方式
该方式是以断路器控制一组灯具的控制方式。此方式控制
简单，投资小，但由于控制的灯具较多，造成大量灯具同时开关
，在节能方面效果很差，又很难满足特定环境下的照明要求，因
此在智能楼宇中应谨慎采用该方式，尽可能避免使用。
(三 )定时控制方式
该方式是以定时控制灯具的控制方式 。 该方式可利用 BAS的
接口, 通过控制中心来实现, 但该方式太机械, 遇到天气变化或
临时更改作息时间, 就比较难以适应, 一定要通过改变设定值才
能实现, 显得非常麻烦 。
还有一类延时开关，特别适合用在一些短暂使用照明或人们
易忘记关灯的场所，使照明点燃后经过预定的延时时间后自动熄
灭。
建筑设备工程
(四 )光电感应开关控制
光电感应开关通过测定工作面的照度与设定值比较，来控
制照明开关，这样可以最大限度地利用自然光，达到更节能的目
的。也可提供一个较不受季节与外部气候影响的相对稳定的视觉
环境。特别适合一些采光条件好的场所，当检测的照度低于设定
值的极限值时开灯，高于极限值时关灯。
(五 )智能控制方式
在智能楼宇中照明控制系统将对整个楼宇的照明系统进行
集中控制和管理，主要完成以下功能：
建筑设备工程
1．照明设备组的时间程序控制 将楼宇内的照明设备分为
若干组别，通过时间区域程序设臵菜单，来设定这些照明设备的
启／闭程序。如营业厅在早晨和晚上定时开启／关闭；装饰照明
晚上定时开启／关闭。这样，每天照明系统按计算机预先编制好
的时间程序，自动地控制各楼层的办公室照明、走廊照明、广告
霓虹灯等，并可自动生成文件存档，或打印数据报表。
2．照明设备的联动功能 当楼宇内有事件发生时，需要照
明各组做出相应的联动配合。当有火警时，联动正常照明系统关
闭，事故照明打开；当有保安报警时，联动相应区域的照明等开
启。
照明区域控制系统功能框图如图所示。照明区域控制系统的
核心是 DCS分站，一个 DDC分站所控制的规模可能是一个楼层的
照明或是整座楼宇的装饰照明，区域可以按照地域来划分，也可
以按照功能来划分。各照明区域控制系统通过通信系统联成一个
整体，成为 BAS的一个子系统。
建筑设备工程
智能照明控制系统框图
检测、报警信息
的显示打印
智 能 分 站
(DDC)
联锁控
制信号
照明启
停信号
备用电源
切换信号 扩展口
联动输
入信息
照明电源故
障检测报警
照明系统故
障检测报警
扩展口
检测、报警信息
的显示打印
智 能 分 站
(DDC)
联锁控
制信号
照明启
停信号
备用电源
切换信号 扩展口
联动输
入信息
照明电源故
障检测报警
照明系统故
障检测报警
扩展口
上位机
系统管理中心
通信网 (现场总线、控制局域网 )
建筑设备工程第三节 空调系统
智能楼宇系统是智能建筑集成系统的重要组成部分，智能建
筑空调自控设备又是智能楼宇系统的核心设备。空调设备本身是
智能楼宇系统的耗能耗电的大户，而且由于智能建筑中大量电子
设备的应用使得智能建筑的空调负荷远远大于传统建筑。
良好的工作环境，要求室内温度适意，湿度恰当，空气洁净。
楼宇空气环境是一个极复杂的系统，其中有来自于人、设备散热
和气候等原因的干扰，调节过程和执行器固有的非线性和滞后各
参量和调节过程的动态性，楼宇内人员活动的随机性等诸多因素
的影响。对这样一个复杂的系统，为了节约和高效，必须进行全
面管理而实施监控。空调监控系统如图所示。
1、新风、回风机组的监控
新风机组中空气 /水换热器,夏季通入冷水对新风降温除湿,
冬季通入热水对空气加热，水蒸汽加湿器用于冬季对新风加湿。
回风是为了充分利用能源，冬季利用剩余热量，夏季利用剩余冷
气。对新风、回风机组进行监控的要求如下：
建筑设备工程
(1)检测功能：监视风机电机的运行 /停止状态；风机出口空
气温、湿度参数；过滤器两侧压差,以了解过滤器是否需要更换；
风机阀门打开 /关闭状态。
(2)控制功能：控制风机的启动 /停止；空气 /气换热器两侧
调节阀，使风机出口温度达到设定值；水蒸汽加湿器阀门,使冬
季风机出口空气湿度达到设定值。
(3)保护功能：冬季当某种原因造成热水温度降低或热水停
供时，应停止风机，并关闭风机阀门，以防止组内温度过低冻裂
空气 /水换热器；当热水恢复正常供热时，应能启动风机，打开
风机阀门，恢复机组正常工作。
(4)集中管理功能：智能大楼各机组附近的 DDC(直接数字控
制器 )控制装臵通过现场总线与相应的中央管理机相联，可以显
示各机组启 /停状态，送风温度、湿度，各阀门状态值；发出任
一机组的启 /停控制信号，修改送风参数设定值；任一风机机组
工作出现异常时，发出报警信号。
建筑设备工程
T1 H1 M FV1
P
d M
TV1
冬
季
热
水
夏
季
冷
水
M
TV2
蒸
气
M FV2 T2 H2
新风
回风送
风
机
过
滤
网
水
管
加
湿
器
送
风
机
至用户
DDC现场总线
T－ 温度传感器 H－ 湿度传感器 FV－ 调速电机 TV－ 电磁阀 Pd－ 压差开关
空调控制示意图
建筑设备工程
M
M
M
AO3×
调节风量
新风
TO HO
DI DI
温度 湿度
送风机
? P
DI
QD
DIDI
DO
状态
启停 故障 手 / 自动 温度 湿度
送风
回风排风
? P
DI
DO
×2
QD
DIDI
DO
送风机
? P
DI
T
3
AI
H
3
AI
T
2
AI
H
2
AI
启停 故障 手 / 自动 温度 湿度压差报警 调节热水量
数量 名称
4 AI
3 AO
9 DI
4 DO
H
C
建筑设备工程
2、空调机组的监控
空调机组的调节对象是相应区域的温度、湿度，因此送入装
臵的输入信号还包括被调区域内的温湿度信号。当被调区域较大
时，应安装几组温湿度检测点，以各点测量信号的平均值或主要
位臵的测量值作为反馈信号；若被调区域与空调机组 DDC (直接
数字控制器 )装臵安装现场距离较远时，可专设一台智能化的数
据采集装臵，装于被调区域，将测量信息处理后通过现场总线将
测量信号送至空调 DDC装臵。在控制方式上一般采用串级调节形
式，以防止室内外的热干扰、空调区域的热惯性以及各种调节阀
门的非线性等因素的影响。对于带有回风的空调机组而言，除了
保证经过处理的空气参数满足舒适性要求外，还要考虑节能问题。
由于存在回风，需增加新 /回风空气参数检测点。但回风通道存
在较大的惯性，使得回风空气状态不完全等同于室内空气状态，
因此室内空气参数信号必须由设在空调区域的传感器取得。另外，
新风、回风混合后，空气流通混乱，温度也很不均匀，很难得到
混合后的平均空气参数。因此，不测量混合空气的状态，也不用
该状态作为 DDC控制的任何依据。
建筑设备工程
3、变风量系统的监控
变风量系统 (VAV)是一种新型的空调方式，在智能大楼的空
调中被越来越多地采用。带有 VAV装臵的空调系统各环节需要协
调控制，其内容主要体现在以下几个方面：
(1)由于送入各房间风量是变化的，空调机组的风量将随之
变化，因此应采用调速装臵对送风机转速进行调节，使之与变化
风量相适应。
(2)送风机速度调节时，需引入送风压力检测信号参与控制，
从而不使各房间内压力出现大的变化，保证装臵正常工作。
(3)对于 VAV系统，需要检测各房间风量、温度及风阀位臵等
信号并经过统一的分析处理后才能给出送风温度设定值。
(4)在进行送风量调节的同时，还应调节新 /回风阀，以使各
房间有足够的新风。
建筑设备工程4、暖通系统的监控
暖通系统主要包括热水锅炉房、换热站及供热网。供暖锅炉
房的监控对象可分为燃烧系统和水系统两大部分，其监控系统可
以由若干台 DDC及一台中央管理机组成。各 DDC装臵分别对燃烧系
统、水系统进行检测控制，根据供热状况控制锅炉及各循环泵的
开启台数，设定供水温度及循环流量，协调各台 DDC完成监控管
理功能。
? 锅炉燃烧系统的监控
热水锅炉燃烧过程的监控任务，主要是根据对产热量的要求
控制送煤链条速度及进煤挡板高度，根据炉内燃烧情况，排烟含
氧量及炉内负压控制鼓风、引风机的风量。为此检测的参数有：
排烟温度；炉膛出口、省煤器及空气预热器出口温度；供水温度；
炉膛、对流受热面进出口、省煤器、空气预热器、除尘器出口烟
气压力；一次风、二次风压力；空气预热器前后压差；排烟含氧
量信号；挡煤板高度位臵信号。燃烧系统需要控制的参数有炉排
速度，鼓风机、引风机风量及挡煤板高度。
建筑设备工程
? 锅炉水系统的监控
锅炉水系统的监控的主要任务有以下 3个方面：
(1)保证系统安全运行：主要保证主循环泵的正常工作及补
水泵的及时补水，使锅炉中循环水不致中断，也不会由于欠压缺
水而放空。
(2)计量和统计：确定供回水温度、循环水量和补水流量，
从而获得实际供热量和累计补水量等统计信息。
(3)运行工况调整：根据要求改变循环水泵运行台数或改变
循环水泵转速，调整循环水量，以适应供暖负荷的变化，节省电
能。
建筑设备工程
5、冷热源及其水系统的监控
智能化大厦中的冷热源主要包括冷却水、冷冻水及热水制备
系统，其监控特点如下：
? 冷却水系统的监控
冷却水系统的主要作用是通过冷却塔和冷却水泵及管道系统
向制冷机提供冷水，监控的目的主要是保证冷却塔风机、冷却水
泵安全运行；确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过；根据室
外气候情况及冷负荷调整冷却水运行工况，使冷却水温度在要求
的设定范围内。
建筑设备工程
? 冷冻水系统的监控
冷冻水系统由冷冻水循环泵通过管道系统连接冷冻机蒸发器
及用户各种冷水设备 (如空调机和风机盘管 )组成。对其进行监控
的目的主要是保证冷冻机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常
工作；向冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求；在满足使
用要求的前提下尽可能减少水泵耗电，实现节能运行。
? 热水制备系统的监控
热水制备系统以热交换器为主要设备，其作用是产生生活、
空调机供暖用热水。对这一系统进行监控的主要目的是监测水力
工况以保证热水系统的正常循环，控制热交换过程以保证要求的
供热水参数。
建筑设备工程
流量
回水
T
M ×2
? P
? P
F
水流
水流
F
电控箱
×2 ×2 ×1 ×2
故障
报警
运行
状态
本远
控反
馈
启停
控制
FM FM
膨胀水箱
压差传感器
T
供水温度
供水
D
冷冻机组
DO DO
DI
启
控
制
DI DI DI
停
控
制
故
障
报
警
稀
释
状
态
运
行
状
态
本
远
控
反
馈
DI DI DI
DO
? P
? P
DI
F
DI
水流
T
AI
AI
DO
DO
AI
DI
BI
DI
AI AI
DI DI
故障
报警
启停
控制
运行
状态
手
/
自动
状态
DI DI DI
DO
类型
数量
AI
6
AO
0
DI
26
DO
10
冷
却
水
供
水
温
度
冷
却
水
回
水
温
度
电控箱
×2 ×2 ×1 ×2
故障
报警
运行
状态
本远
控反
馈
启停
控制
DI DI DI
DO
F
水流
DIDI
T
AI
回水
温度
过滤器 碟阀控制
建筑设备工程
DO
M
? P
DI
AI
电控箱
×2
×2 ×1 ×2
故障
报警
运行
状态
本远
控反
馈
启停
控制
DI DI DI
DO
热水回水
热水供水
汽 —— 水
汽水热交换器
蒸汽进
冷凝水出
类型
数量
AI
2
AO DI
6
DO
4
×2
AI
建筑设备工程第四节 给排水系统
给排水系统包括生活用水系统、热水系统、空调冷却水系统、
消防用水系统、排水系统，智能大厦需要监控的内容如下：
(1)水泵的编号、工况、水箱水位、水压
系统监控水箱的最低水位和最高水位，来决定进水水泵的启
动和停止；系统实时监控水压，来决定出水水泵开启的个数，控
制变频调速电机的频率，保证恒定的水压。当工作出现故障时，
备用泵自动投入使用。
(2)变频调速电机的频率，工作压力。
(3)热交换器的状态，水温。
(4)消防泵及报警器的状态。
为了保证消防安全，设臵两级消防水箱，除了低位水箱外，
还必须有楼顶消防水箱，如图所示。消防水箱和用户水箱分开，
一是为了安全，还可防止消防用水对用户用水的污染。消防水泵
平时处于停止状态，一定时期才换水一次。
(5)用户水表的读数。
(6)水泵的启停。
建筑设备工程
M M
水泵
消防水箱 用户水箱
高位水箱 高位水箱
低位水箱
消
防
管
路
最高报警
最高报警 最高报警
最低报警 最低报警
最高报警
水厂供水
高位供水
停泵水位
消防供水
停泵水位
至用户
DDC现场总线
给排水系统示意图
建筑设备工程
生活补水泵
生活补水泵
DI
生活水池
液位开关
供水
供水
电控箱
×3 ×3 ×1 ×2
故障
报警
运行
状态
本远
控反
馈
启停
控制DI DI DI
DO
P
AI
压力传感器
压
力
反
馈
类型
数量
AI
1
AO DI
9
DO
2
×2
水
位
检
测
建筑设备工程
潜污泵
DI
液位开关
电控箱
×2 ×2 ×1
故障
报警
运行
状态
本远
控反
馈
启停
控制
DI DI DI
DO
×2 ×2
水位
检测
类型
数量
AI AO DI
7
DO
2
污水井
建筑设备工程
复习与思考
1、简述楼宇供配电系统的组成。
2、叙述高压线路的电压及电流检测方法。
3、叙述低压线路的电压及电流检测方法。
4、简述自动检测电物理量、非电物理量的基本方法。
5、简述空调系统的组成。
6、空调调节有几种方式？
7、简述恒压供水系统的原理。
8、简述照明监控内容。
9、简述空气湿度调节原理。
第一节 供配电系统
第二节 照明系统
第三节 空调系统
第四节 给排水系统
建筑设备工程
教学基本要求,
?掌握供配电、照明系统、电梯及其监控的相关
内容；
?理解空调、给排水、冷热源等系统的监控控制。
建筑设备工程
第一节 供配电系统
一,电力网、电压等级和负荷分类
(一 )电力系统及电力网
电力系统 (Power System),由各种电压的电力线路将一些
发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、
配电和用电的整体。
电力网 (Power Network),电力系统中各级电压的电力线路
及其联系的变电所。
220/380V6~10kV35~500kV3.15~20kV
低压配电线高压配电线高压 输电线
用户区域变电所发电厂
升压变压器发电机
G
降压变压器 降压变压器
建筑设备工程
低压，是指 1kV以下的电压。 1kV及以上的电压称为高压。一
般还把 3,6,10kV等级的电压称为配电电压，把高压降为这些等
级电压的降压变压器称为配电变压器；接在 35kV及以上电压等级
的变压器称为主变压器。因此，配电网是由 10kV及以下的配电线
路和配电变压器所组成的，它的作用是将电力分配到各类用户。
安全：在电能的供应、分配和使用中，不应当发生人身及设
备事故。
可靠：应满足电能用户对供电可靠性的地要求。
优质：应满足电能用户对电压质量和频率等方面的要求。
经济：供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节
约电能和减少有色金属的消耗量。
建筑设备工程(二 ) 电力网的电压等级
电力网的电压等级是比较多的，不同的电压等级有不同的
作用。 从输电的角度看, 电压越高则输送的距离就越远, 传输的
容量越大, 电能的损耗就越小 ； 但电压越高, 要求绝缘水平也越
高, 因而造价也越高 。目前，我国电力网的电压等级主要有
0.22,0.38,3,6,10,35,110,220kV共 8级。
G
MM M
用电设备和发电机的额定电压
UN
＋ 5％
— 5％
2、用电设备的额定
电压：规定与同级电网
的额定电压相同。
3、发电机的额定电
压：规定高于同级电网
额定电压的 5％。
1、电网 (电力线路 )
的额定电压：是确定各
类电力设备额定电压的
基本依据。
建筑设备工程
4、电力变压器的额定电压：
G M
电力变压器的额定电压
T2T1
UN
+10% +5%+0%+5%
当变压器直接与发电机相连时 (如 T1),其一次绕组的额定电
压应与发电机的额定电压相同，即高于同级电网额定电压的
5％。
当变压器不与发电机相连，而是连接在线上 (如 T2),则可
看作是线路的用电设备，因此其一次绕组的额定电压应与电网额
定电压相同。
(1)一次绕组的额定电压：
建筑设备工程
(2)二次绕组的额定电压
若变压器二次侧供电线路较长 (如为较大的高压电网 )时，
则变压器二次侧的额定电压，一方面要考虑补偿变压器满载时内
部 5％的电压降，另一方面要考虑变压器满载时输出的二次电压
还要高于电网额定电压 5％，以补偿线路上的电压降，故它要比
电网额定电压高 10％ (如 T1)。
如果变压器二次侧线路不太长 (如为低压电网或直接供电给
高 /低压用电设备时额定电压 )时，则变压器二次侧的额定电压，
只需高于电网额定电压的 5％，仅考虑补偿变压器内部的 5％的
电压降 (如 T2)。
建筑设备工程
(三 )用电负荷的分类
三级负荷,凡不属一级和二级负荷者
二级负荷,中断供电将造成较大政治影响、较大经济损失、
公共场所秩序混乱。
一级负荷,中断供电将造成人员伤亡、重大政治影响者、
重大经济损失、公共场所秩序严重混乱。
在智能楼宇用电设备中，属于一级负荷的设备有：消防控
制室、消防水泵、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警、自动
灭火装臵、火灾事故照明、疏散指示标志和电动的防火门窗、卷
帘、阀门等消防用电设备；保安设备；主要业务用的计算机及外
设、管理用的计算机及外设；通信设备；重要场所的应急照明。
属于二级负荷的设备有：客梯、生活供水泵房等。空调、照明等
属于三级负荷。
建筑设备工程二,典型楼宇供配电系统
中大型楼宇的供电电压一般采用 10kV,有时也可采用 35kV，
变压器装机容量大于 5000kVA。 为了保证供电可靠性，应至少有
两个独立电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两
路独立电源运行方式，原则上是两路同时供电，互为备用。此外，
必要时还需装设应急备用发电机组。
(一 )负荷分布及变压器的配臵
高层建筑的用电负荷一般可分为空调、动力、电热、照明
等类。对于全空调的各种商业性楼宇，空调负荷属于大宗用电，
约占 40％ -50％。冷热源设备一般放在大楼的地下室、首层或下
部。 动力负荷 主要指电梯、水泵、排烟风机、洗衣机等设备。普
通建筑的动力负荷都比较小，随着建筑高度的增加，在超高层建
筑中，由于电梯负荷和水泵容量的增大，动力负荷的比重将会明
显的增加。动力负荷中的水泵、洗衣机等亦大部分放在下部，因
此，就负荷的竖向分布来说，负荷大部分集中在下部，因此将变
压器设臵在建筑物的底部是有利的。
建筑设备工程
但在 40层以上的高层建筑中，电梯设备较多，此类负荷大部
分集中于大楼顶部。竖向中段层数较多，通常设有 分区电梯 和 中
间泵站 。在这种情况下，宜将变压器按上、下层配臵或者按上、
中、下层分别配臵。供电变压器的供电范围大约为 15— 20层。
为了减少变压器台数，单台变压器的容量一般都大于
1000kVA。 由于变压器深入负荷中心而进入楼内，从防火要求考
虑,不应采用一般的油浸式变压器和油断路器 等在事故情况下能
引起火灾的电气设备，而应采用干式变压器和真空断路器。
负荷中心 是供配电设计一个重要的概念。变电所应尽量设
在负荷中心，便于配电，节省导线，也有利于施工。负荷中心实
际上是一种最佳配电点，它需要按所要达到的优化目标不同的计
算条件而列出的目标函数来确定。事实上，负荷的大小不是恒定
不变的，因此负荷中心常会变动。在设计时也往往由于各种实际
因素而不能将配电点布臵在计算而得的负荷中心上。只有在负荷
比较平稳的部门，才可将变电所设在负荷中心或大负荷的近旁。
建筑设备工程(二 )供电系统的主结线
电力的输送与分配，必须由母线、开关、配电线路、变压
器等组成一定的供电电路，这个电路就是供电系统的一次结线，
即主结线。智能楼宇由于功能上的需要，一般都采用双电源进
线，即要求有两个独立电源，常用的供电方案如图所示。
图 a为两路高压电源，正常时一用一备，即当正常工作电源
事故停电时，另一路备用电源自动投入。此方案可以减少中间母
线联络柜和一个电压互感器柜，对节省投资和减小高压配电室建
筑面积均有利。这种结线要求两路都能保证 100％的负荷用电。
当清扫母线或母线故障时，将会造成全部停电。因此,这种接线
方式常用在大楼负荷较小，供电可靠性要求相对较低的建筑中 。
图 b为两路电源同时工作，当其中一路故障时，由母线联络
开关对故障回路供电。该方案由于增加了母线联络柜和电压互感
器柜，变电所的面积也就要增大。这种接线方式是商用性楼宇、
高级宾馆、大型办公楼宇常用的供电方案。当大楼的安装容量大，
变压器台数多时，尤其适宜采用这种方案，因为它 能保证较高的
供电可靠性 。
建筑设备工程
S1 S2
市电 2
备用
10KV母线
市电 1
主供
常用的高压供电方案
一用一备 同时供电
S1 S2
市电 2
备用
10KV母线
市电 1
主供
母线联络开关
建筑设备工程
当变压器台数较少时, 尚可从邻近楼宇高压配电室以放射式
向该楼宇变压器供电 。 我国目前最常用的主结线方案如图所示,
采用两路 l0kV独立电源, 变压器低压侧采取单母线分段的方案 。
对于规模较小的建筑, 由于用电量不大, 当地获得两个电源又较
困难, 附近又有 400V的备用电源时, 可采用一路 10kV电源作为主
电源, 400V电源作为备用电源的高供低备主结线方案, 如图所示 。
建筑设备工程
智能楼宇高压供电只是将高压电源移至大楼附近而已，大
楼内的用电设备仍是以低压为主。
S2S1
双电源主接线方案
10kV/400V
变压器
10kV母线
市电 1 市电 2
400V母线
高供低备主接线方案
10kV/400V母线
10kV/400V
变压器
380V/220V
备用10kV
建筑设备工程
(三 )低压配电方式
低压配电方式是指低压干线的配线方式。低压配出干线一般
是指从变电所低压配电屏分路开关至各大型用电设备或楼层配电
盘的线路。用电负荷分组配电系统是指负荷的分组组合系统。智
能楼宇由于负荷的种类较多，低压配电系统的组织是否得当，将
直接影响大楼用电的安全运行和经济管理。
低压配电的结线方式可分为放射式和树干式两大类。放射式
配电是一独立负荷或一集中负荷均由一单独的配电线路供电，它
一般用在下列低压配电场所：
①供电可靠性高的场所。 ②单台设备容量较大的场所。
③容量比较集中的地方。
对于大型消防泵、生活水泵和中央空调的冷冻机组，一是供
电可靠性要求高，二是单台机组容量较大，因此考虑以放射式专
线供电。对于楼层用电量较大的大厦，有的也采用一回路供一层
楼的放射式供电方案。
建筑设备工程
树干式配电是一独立负荷或一集中负荷按它所处的位臵依
次连接到某一条配电干线上。树干式配电所需配电设备及有色金
属消耗量较少，系统灵活性好，但干线故障时影响范围大，一般
适用于用电设备比较均匀，容量不大，又无特殊要求的场合。
图示分别是放射式和树干式接线图。
国内外智能楼宇低压配电方案基本上都采用放射式, 楼层
配电则为混合式 。 混合式即放射一树干的组合方式, 如图所示 。
有时也称混合式为分区树干式 。
建筑设备工程
低压配电屏
···
·
·
·
低压配电屏
···
·
·
·
低压配电屏
···
·
·
·
放射式配电系统 树干式配电系统 混合式配电系统
低压配电方案
建筑设备工程
在高层住宅中，住户配电箱多采用单极塑料小型开关：一
种自动开关组装的组合配电箱。对一般照明及小容量插座采用树
干式接线，即住户配电箱中每一分路开关带几盏灯或几个小容量
插座；而对电热水器、窗式空调器等大宗用电量的家电设备，则
采用放射式供电。
三,供配电系统监测
供配电系统是智能大楼的命脉，因此电力设备的监控和管理
是至关重要的。由监控系统对供配电设备的运行状况进行监视，
并对各参量进行测量，如电流、电压、频率、有功功率、功率因
数、用电量、开关动作状态、变压器的油温等等。管理中心根据
测量所得的数据进行统计、分析，以查找供电异常情况、预告维
护保养，并进行用电负荷控制及自动计费管理。电网的供电状况
随时受到监视，一旦发生电网全部断电的情况，控制系统作出相
应的停电控制措施，应急发电机将自动投入，确保消防、保安、
电梯及各通道应急照明的用电，而类似空调、洗衣房等非必要用
电负荷可暂时不予供电。同样，复电时控制系统也将有相应的复
电控制措施。
建筑设备工程
①各自动开关、断路器状态监测
②三相电压、电流检测
③有功、无功功率及功率因数检测
④电网频率、谐波检测
⑤变压器温度检测及故障状态报警
⑥用电量 (kWh)检测
供配电系统
监测内容
建筑设备工程
(一 )高、低压端电压及电流自动检测
对 6— 10kV高压线路的电压及电流测量方法如图所示。
低压端 (380／ 220V)的电压及电流测量方法与高压侧基本相
同，只不过是电压和电流互感器的电压等级不同。
电流
变送器
A
电流检测
电流
互感器
电压
互感器
6～ 10kV
至 DDC
0－ 5V
DC 电压
变送器
V
V
V
至 DDC
电压互感器
电压检测
0－ 5V DC
交－直变换
C
B
A
高压线路的电压及电流测量方法
建筑设备工程(二 )功率、功率因数的检测
通过测量电压与电流的相差可测得功率因数，有了功率因
数、电压、电流数值即可求得有功功率和无功功率。因此，可以
先测量功率因数，然后间接得出功率数据，这是一种间接的测量
功率的方法。
比较精确的测量功率方法是采用模拟乘法器构成的功率变送
器，或者用数字化测量的方法 (高速采样电压、电流数据，再对
数字信号进行处理 )，直接测量功率数据。
(三 )供电品质的监测
供电品质的指标通常是电压, 频率和波形, 其中尤以电压和
频率最为重要 。 电压质量包括电压的偏移, 电压的波动和电压的
三相不平衡度等 。
1,频率,在电气设备的铭牌上都标有额定频率。我国电力工
业的标准频率为 50Hz。 由于频率直接影响电子设备的正常工作，
因此对于频率的偏差要求很严格，国家规定电力系统对用户的供
电频率偏差范围为 土 0.5％ 。
建筑设备工程
对电网频率的检测可在低压侧进行, 在电网的频率偏差超
过允许值时, 监测系统应予报警, 必要时应切断市电供电, 改用
备用电源或应急发电机供电 。
2,电压偏移,各种电气设备的铭牌都标有它的额定工作电压。
但在实际运行中由于电力系统负荷的变化或用户本身负荷的变化
等原因，往往使用电设备的端电压偏离额定值。电压低于额定值
往往是发生在高峰负荷时长线路的末端，电压高于额定值往往是
发生在低负荷时线路的始端。
当电压过高或过低时，监测系统应予报警，同时需采取系统
或局部的调压及保护措施。对电压偏移的改善一般要求在电网的
高压侧采取措施，使电网的电压随负荷的增大而升高，反之负荷
减少电压降低。对于重要的负荷，宜在受电或负荷端设臵调压及
稳压器。
建筑设备工程
3,电压波动及谐波,电动机启动，电梯、电焊类冲击负荷
的工作，将引起供配电系统中的电压时高时低，这种短时间的电
压变化称为电压波动。电力系统中交流电的波形从理论上讲应该
是正弦波，但实际上由于三相电气设备的三相绕组不完全对称，
带有铁心线圈的励磁装臵，特别是大型晶闸管装臵、电力电子设
备的应用，在电力系统中产生了与 50Hz基波成整数倍的高次谐
波，于是电压的波形发生畸变成为非正弦波。
电压波动及谐波对电气设备的运行是有害的。照明和电子设
备对电压波动比较敏感。谐波不仅严重影响电气设备的安全正常
运行，而且对通信系统和计算机系统等也有较大影响，因此消除
／抑制谐波是十分重要的。
建筑设备工程
4,电压的不平衡度,在低压系统中一般采用 Yy0三相四线制，
单相负荷接于相电压上。由于单相负荷在三相系统中不可能完全
平衡，因而三个相电压不可能完全平衡。电压的不平衡度可以通
过测量三个相电压及三个相电流的数据，再经相互比较其差值来
检测。差值越大则不平衡度越大。当这个不平衡电压加于三相电
动机时，由于相电压的不平衡使得电动机中的负序电流增加，因
而增加了转子内的热损失。在设计中应尽量使单相负荷平衡地分
配在三相中，对相电压不平衡敏感的负荷 (如电子计算机类设备 )
应采用分开回路的措施，同时监测系统应予报警。
建筑设备工程
电流变换器 电压变换器 频率变换器 功率因素变换器 有功功率变换器 用电量变换器
AI AI AI AI AI AI
红相
黄相
蓝相
中相
类型
数量
AI
6
AO DI
2
DO
DI
变压器
高温报警
发电机
运行状态
DI
T
图为一个实际高低配电回路监控系统原理图。由图可见，系
统只有 AI和 DI点而无 AO或 DO点，也就是说系统只有监测功能
而没有控制功能，这显然不是很完美。然而目前国内供配电系统
独立性较强，考虑到安全等多种因素，此方案也常有应用。
建筑设备工程
电梯是现代大楼内主要的垂直交通工具。大楼有大量的人流、
物流的垂直输送，因此要求电梯智能化。在大型智能建筑中，常
常安装许多台电梯，若电梯都各自独立运行，则不能提高运行效
率。为减少浪费，必须根据电梯台数和高峰客流量大小，对电梯
的运行进行综合调配和管理，即 电梯群控技术 。
△ 电梯监控系统
井道探测器
召唤预报
井道探测器
召唤预报
1＃梯
M
重量传感器
驱动电机
红外探测器
N＃ 梯
M
重量传感器
驱动电机
红外探测器
DDC现场总线
? ? ? ? ? ?
建筑设备工程
通过对多台电梯的优化控制，使电梯系统具有更高的运行
效率；同时及时向乘客通报等待时间，以满足乘客生理和心理
要求，实现高效率的垂直输送。一般智能电梯均系多微机群控，
并与维修、消防、公安、电信等部门联网，做到节能、确保安
全、环境优美、实现无人化管理。
如图所示，所有的探测器通过 DDC总线连到控制网络，计
算机根据各楼层的用户召唤情况、电梯载荷，以及根据井道探测
器所提供的各机位臵信息，进行运算后，响应用户的呼唤；在出
现故障时，根据红外探测器探测到是否有人，进行响应的处理。
电梯群控
的目标 为乘客提供舒适的乘机感受根据不同的交通状况，提供最佳方案，降低能耗
减少乘客的候机时间，减少乘客的乘机时间
建筑设备工程
电梯监
控内容
电梯所处位臵、运行状况、运行方向、启动与停止；
动态显示各电梯的实时状态
故障检测和报警，出现故障电梯是否关闭，故障电梯的
大概故障点
配合消防系统，发生火灾时，普通电梯下到一楼，切断
电梯电源，启动消防后备电源；消防电梯在一楼
待命
收集交通信息，对电梯实现群控
建筑设备工程
△ 有关功率因数的提高
I,电流表测出的线电流读数 (A)。
U,电压表测出的线电压读数 (kV)；
P,功率表测出的三相功率读数 (kW);
瞬时功率因数只用来了解和分析设备在工作过程中无功功
率的变化情况，以便采取适当的补偿措施。
1、瞬时功率因数：由功率因数表 (相位表 )直接读出，或由
功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：
一,功率因数的分类
c o s P / 3 U I? ?
acos
建筑设备工程
2、平均功率因数：指某一规定时间内功率因数的平均值，
也称加权平均功率因数 (weighted average power－ factor)。
平均功率因数按下式计算：
Wh Varh
Wp,某一时间内消耗的有功电能，单位为 kw ·h,由有功电
度表读出；
Wq,某一时间内消耗的无功电能，单位为 kvar ·h,由无功
电度表读出。
我国电业部门每月向用户收取电费，就规定电费要按月平
均功率因数的高低来调整。
22
2
1
1 ( )
p
qpq
p
W
WWW
W
? ??
?
?
cos
建筑设备工程
3、最大负荷时功率因数：指在年最大负荷 (即计算负荷 )
时的功率因数，按下式计算：
我国规定，高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不
得低于 0.9；其他工厂，功率因数不得低于 0.85。若达不到上
述要求，则必须采用人工补偿措施。因此，供电设计考虑无功
功率补偿时，就应按此最大负荷时功率因数来计算。
30
30
c o s
P
S
? ?
建筑设备工程
S30
Q30
P30
a
Q’30S’30
'a
二,无功功率的补偿
一般情况下，由于工厂生产所需的大量负
荷如感应电动机、电焊机等，都是感性负载，
使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需
要采取措施来提高功率因数。如图表示功率因
数提高与无功功率和视在功率变化的关系。假
设功率因数由原来的 cosα 提高到 cosα ’,这
时在负荷需要的有功功率不变的情况下，无功
功率 Q30和视在功率 S30将相应的减小，从而减
小负载电流 I30,这时就降低了电力系统的电能
损耗和电压损耗，既节约了电能，又提高了电
压质量，而且还可以选用较小的导线或电缆截
面，节约有色金属。因此提高功率因数对整个
电力系统大有好处。
建筑设备工程
要使功率因数由 cosα 提高到 cosα ’,就必须装设人工补偿
设备，通常是装设并联电容器。其补偿容量应为 QC＝ Q30－ Q’30＝
P30(tanα － tanα ’)或 QC＝△ qC× P30。 式中 △ qC＝ tanα － tanα ’，
称为无功补偿率或比补偿容量，单位为 kvar/kw。 这无功补偿率
表示要使 1kw的有功功率由 cosα 提高到 cosα ’所需要的无功补偿
容量 kvar值。在确定了总的补偿容量后，就可根据所选并联电
容器的单个容量 qC来确定电容器的个数,n＝ QC/qC。 由此式计算
所得的电容器个数 n,对于单相电容器来说，应取 3的倍数，以
便三相均衡分配。
建筑设备工程
工厂或车间装设了无功补偿设备后，则在确定补偿设备装设
地点前的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量，那总的无功计
算负荷 Q’30＝ Q30－ QC。 故在补偿后总的视在计算负荷
﹤ S30 (补偿前 )；同样补偿后的计算电流
(补偿前 )。显然，若降压变电所的低压侧装设了
无功补偿设备 (如并联电容器 )，则由于总的视在计算负荷的相应
减小而有可能选择容量小 1～ 2级的主变压器。这不仅可降低变电
所的初投资，而且可减少工厂的电费开支。因为我国电业部门对
工厂用户的电费制度，是实行所谓的两部电费制：一部分电费叫
基本电费，是按所装的主变压器容量计费的；另一部分电费叫电
能电费，是按每月实际所用有功电能的 kw · h数计费的，而且总
的电费还要依月平均功率因数的高低来乘上一个调整系数。凡月
平均功率因数高于规定值 (一般规定为 0.85)，可按一定比率减收
电费，以资鼓励；而低于规定值时，则要按一定比率加收电费，
以示惩罚。由此可见，提高工厂的功率因数不仅对整个电力系统
大有好处，而且对工厂本身也有一定经济实惠的。
? ?? ?1/22C3030230 QQPS' ???
30N3030 IU3/S'I' ??
建筑设备工程
第二节 照明系统
电气照明系统是建筑物的重要组成部分 。 照明设计的优劣
除了 影响建筑物的功能 外, 还 影响建筑艺术的效果 。 室内照明
系统由照明装臵及其电气部分组成 。 照明装臵主要是灯具, 照
明装臵的电气部分包括照明开关, 照明线路及照明配电盘等 。
照明的基本功能是创造一个良好的人工视觉环境 。 在一般情况
下是以, 明视条件, 为主的功能性照明, 在那些突出建筑艺术
的厅堂内, 照明的装饰作用需要加强, 成为以装饰为主的艺术
性照明 。
建筑设备工程
一,照明技术的基本概念
1、光量及其单位
(1)光通量,按人眼对光的感觉量为基准来衡量光源在单位
时间内向周围空间辐射并引起光感的能量的大小 。用符号 Φ 来表
示，单位为流明 (lm)。 光通量的关系式如下：
?? ?? PV )(680?
式中 Φ λ － 波长为 λ 的光通量,lm；
Pλ － 波长为 λ 的光辐射功率,w。
单一波长的光称为单色光，当光源含有多种波长的光时称
为多色光。多色光源的光通量为各单色光的总和，即
V(λ) － 波长为 λ 的光谱光效率函数；
??
????
λPV( λ680 )
321 ????? ????
建筑设备工程
对于向各方向发射光通量为均匀的发光体，在各个方向上的发光
强度是相等的。这时,I＝ dΦ/Ω, 如放光圆球 I＝ Φ/4π, 发光
圆盘 I＝ Φ/π, 发光半圆球 I＝ Φ/2π 等。实际上，发光强度就
是向一定方向辐射的光的角密度。
dΦ － 在立体角元内传播的光通量,lm。
Iα － 某一特定方向角度上的发光强度,下标 α 表示某一特定
方向角度数,cd；
式中
(2)发光强度,光源在某一个特定方向上的单位立体角内
(单位球面度内 )所发出的光通量,是用来反映发光强弱程度的
一个物理量，用符号 Iα 表示，单位为坎德拉 (cd)：
?? d
dI ?
?
dΩ － 给定方向的立体角元,sr(球面度 )；
建筑设备工程
(3)照度：能否看清一个物体，是与这个物体所得的光通量
有关的。为研究物体被照面照明的程度，工程上常用照度这个物
理量。照度以被照场所光通的面积密度来表示，单位为勒克斯
(lx)。 取微小面积 dA,入射的光通为 dΦ,则照度为：
dA
dE ??
当光通量 Φ 均匀分布在被照表面 A上，则被照表面的照度为：
A
E ??
建筑设备工程
α
Sα＝ Acosα
(眼睛 )
(4)亮度：亮度是直接对人眼
引起感觉的光亮之一。对在同一
照度下，并排放着的白色、黑色
物体，人眼看起来有不同的效果，
总觉得白色物体要亮的多，这是
由于物体表面反光程度不同造成
的。亮度与被视物的发光或反光
面积以及反光程度有关。通常 把
被视物表面在某一视线方向或给
定方向的单位投影面上所发出或
反射的发光强度, 称为该物体表
面在该方向上的亮度,用符号 Lα
表示：
I0
A
α
建筑设备工程
?
?
?
??
c o sA
I
S
IL ??
亮度是用来表征发光面发光强度的物理量。
照度是用来表征被照面上接受光的强弱；
光通量和光强主要用来表征光源或发光体发射光的强弱；
Iα － 在某一视线方向或给定方向的发光强度,cd。
Sα－ 被视物体沿某一视线方向或给定方向的投影发光或反
光面积,m2 ；
Lα－ 表示某方向上的亮度,cd/m2 ；式中
综上：
建筑设备工程
(2)显色性：当某种光源的光照射到物体上时，该物体的色
彩与阳光照射时的色彩是不完全一样的，有一定的失真度。所谓
光源的显色性,就是指不同光谱的光源照射在同一颜色的物体上
时，所呈现不同颜色的特性。通常用显色指数来表示光源的显色
性。
所谓 色温,是指光源发出光的颜色与黑体 (能吸收全部光辐
射而不发射、不透光的理想物体 )在某一温度下辐射的光色相同
时的温度，用绝对温标 K来表示。
(1)色温：光源的发光是与温度有关的：当温度不同时，光
源发出光的颜色是不同的。如白炽灯，当灯丝温度低时，发出的
光以红光为主；当温度高时，发出的光由红变白。
2、光源的色温与显色性
建筑设备工程
眩光是照明质量的重要特征，它对视觉有不利的影响，故现
代照明对眩光的限制非常重视。所谓 眩光 是指由于亮度分布或亮
度范围不合适，或在短时间内相继出现的亮度相差过大，造成观
看物体时的感觉不舒适。在视野内不仅同时出现大的亮度差异能
引起眩光，而且亮度数值过大也会引起眩光。
4、眩光
同一物体用不同颜色的光照在上面，对人们视觉产生的效果
是不同的，红、橙、黄、棕色光给人以温暖的感觉，称为暖色光；
蓝、青、绿、紫色光给人以寒冷的感觉，称为冷色光。光源的这
种视觉颜色特性称为 色调 。光源发出的光的颜色直接影响人的情
趣，它可以影响人们的工作效率和精神状态等。
3、光源的色调
眩光可以分为直接眩光和反射眩光两种。直接眩光是在观
察方向上或附近存在亮的发光体所引起的眩光；反射眩光是在观
察方向上或附近由亮的发光体的镜面反射所引起的眩光。
建筑设备工程
3)当工作面或识别物体表面呈现镜面反射时，应采取防止反
射至眼内的措施，例如加大保护角，采用漫反射型或带磨砂玻璃
灯泡的照明器。
2)局部照明的光源应具有不透明材料或漫反射材料制成的反
射罩，光源的位臵高于人眼的水平视线时，其保护角应大于 300,
若低于水平视线，不应小于 100 ;
1)限制直接眩光的作用：室内照明器具的悬挂高度应符合有
关规定；
当照明电光源的亮度过大或与人眼的距离过近时，刺目的光
线使人眼难以忍受，使人发生晕眩及危害视力：可能使人看不见
东西，失去照明的作用；也可能对可见度并不影响，但人感到不
舒服。因此要采取以下措施：
建筑设备工程
有 ρ+α+τ=1
透射系数 (transmission coefficient)τ=Φτ/Φ
吸收系数 (absorption coefficient)α=Φα/Φ
反射系数 (reflection coefficient)ρ=Φρ/Φ
当光通 Φ投射到物体时，一部分光通 Φρ从物体表面反射回
去，一部分光通 Φα被物体所吸收，而余下的一部分光通 Φτ则透
过物体。为表征物体的光照性能，引入以下参数：
Φ
Φ τ
Φ ρ
Φ α
5、物体的光照性能
受照
物体
建筑设备工程
二,照明的分类
1、按照明范围分类 (按照明范围大小来区别 )
(1)一般照明 在整个场所或场所的某个特定区域照度基本
上均匀的照明。对于工作位臵密度很大而对光照方向又无特殊要
求，或工艺上不适宜装设局部照明装臵的场所，宜单独使用一般
照明。例如办公室、体育馆及教室等。
(2)局部照明 局限于工作部位的特殊要求的固定的或移动
的照明。这些部位对高照度和照射方向有一定要求。对于局部地
点需要高照度并对照射方向有要求时，宜采用局部照明，但在整
个场所不应只设局部照明而无一般照明。
(3)混合照明 一般照明与局部照明共同组成的照明。对于
工作面需要较高照度并对照射方向有特殊要求的场所，宜采用混
合照明。此时，一般照明照度宜按不低于混合照明总照度的 5
％～ 10％ 选取，且最低不低于 20lx。 例如金属机械加工机床、精
密电子电工器件加工安装工作桌及办公室的办公桌等。
建筑设备工程
2、按照明功能分类
(1)工作照明 正常工作时使用的室内外照明。它一般可单
独使用，也可与事故照明、值班照明同时使用，但 控制线路必须
分开 。
(2)应急照明 正常照明因故障熄灭后，供事故情况下继续
工作或安全通行的照明。在由于工作中断或误操作容易引起爆炸、
火灾以及人身事故并会造成严重政治后果和经济损失的场所，应
设臵应急照明。应急照明宜布臵在可能引起事故的设备、材料周
围以及主要通道和出入口，并在灯的明显部位涂以红色，以示区
别。应急照明通常采用白炽灯 (或卤钨灯 )。应急照明若兼作为工
作照明的一部分则需经常点亮。
(3)值班照明 在非生产时间内供值班人员使用的照明。例
如对于三班制生产的重要车间、有重要设备的车间及重要仓库，
通常宜设臵值班照明。可利用常用照明中能单独控制的一部分，
或利用事故照明的一部分或全部作为值班照明。
(4)警卫照明 用于警卫地区周边附近的照明。
建筑设备工程
(1)利用系数法：利用灯具均匀布臵的一般照明及利用周围
墙、天花板作为反射的场所。当采用反射式照明时,也采用此法
计算。投射到被照面上的光通量与房间内全部灯具总光通量的比
值,叫, 利用系数, 。此外还有与房间尺寸、面积有关的, 定形
指数,,墙壁、天花板及地面有关的反射系数,照度补偿系数等。
我国照度标准按 2500,1500,750,500,200,150,100、
75,50,30,20,15,10,5,3,2,1,0.5,0.2lx分级。照度
计算的任务可根据所需的照度值和平面进行布灯设计；或根据确
定的布灯方案来计算点、面的照度值。
1、照度计算
电气照明计算包括 照度计算 和 照明负荷计算 。
三,照明的计算
*(6)装饰照明
(5)障碍照明 装设在建筑物上作为障碍标志用的照明。在
飞机场周围较高的建筑上，或有船舶通行的航道两侧的建筑上，
应按民航和交通部门的有关规定装设障碍照明。
建筑设备工程
根据灯具功率和数量计算出总光通量，考虑上述各种参数的
影响后求出被照面的光通量，再除以被照面积即可求得被照面的
平均照度。
(3)逐点计算法：按电光源各被照点发射的光通量的直射分
量来计算被照点的照度。逐点计算法适用于水平面、垂直面和倾
斜面上的照度计算。此方法计算的结果较准确，故可计算车间的
一般照明、局部照明和外部照明，但不适用于计算周围反射性能
很高场所的照度。
然后再根据灯具方案、灯具数量可确定每个灯具的功率。
P=W?S
(2)单位容量法：适用于均匀的一般照明计算。一般民用建
筑和环境反射条件较好的小型车间，可利用此法计算。根据已知
的房间面积 S及所选灯具型式、最小照度、计算高度等查表得出
的每单位面积的安装容量 W,即可计算出房间内电光源总的安装
功率 P：
建筑设备工程
2、照明负荷计算
照明负荷计算就是确定供电量。在根据照度计算确定布灯设
计，算出电气照明电光源所需的功率后，进行照明负荷计算和设
计，选择配电导线、控制设备与配电箱的型号、数量及位臵等。
四,照明控制
正确的控制方式是实现舒适照明的有效手段，也是节能的有
效措施。目前设计中常用的控制方式有跷板开关控制方式、断路
器控制方式、定时控制方式、光电感应开关控制方式、智能控制
器控制方式等，下面对各种控制方式逐一加以介绍。
该方式就是以跷板开关控制一套或几套灯具的控制方式，这
是采用得最多的控制方式，它可以配合设计者的要求随意布臵，
同一房间不同的出入口均需设臵开关，单控开关用于在一处启闭
照明。双控及多程开关用于楼梯及过道等场所，在上层下层或两
端多处启闭照明。其接线图如图所示。该控制方式线路繁琐、维
护量大、线路损耗多，很难实现舒适照明。
(一 )跷板开关控制方式
建筑设备工程
电源
双程开关
灯具
位臵 4
简单控制开关 位臵 3
位臵 2
位臵 1
位臵 2
位臵 1
位臵 3位臵 1 位臵 2
多程开关
双程及多程开关原理
建筑设备工程
(二 )断路器控制方式
该方式是以断路器控制一组灯具的控制方式。此方式控制
简单，投资小，但由于控制的灯具较多，造成大量灯具同时开关
，在节能方面效果很差，又很难满足特定环境下的照明要求，因
此在智能楼宇中应谨慎采用该方式，尽可能避免使用。
(三 )定时控制方式
该方式是以定时控制灯具的控制方式 。 该方式可利用 BAS的
接口, 通过控制中心来实现, 但该方式太机械, 遇到天气变化或
临时更改作息时间, 就比较难以适应, 一定要通过改变设定值才
能实现, 显得非常麻烦 。
还有一类延时开关，特别适合用在一些短暂使用照明或人们
易忘记关灯的场所，使照明点燃后经过预定的延时时间后自动熄
灭。
建筑设备工程
(四 )光电感应开关控制
光电感应开关通过测定工作面的照度与设定值比较，来控
制照明开关，这样可以最大限度地利用自然光，达到更节能的目
的。也可提供一个较不受季节与外部气候影响的相对稳定的视觉
环境。特别适合一些采光条件好的场所，当检测的照度低于设定
值的极限值时开灯，高于极限值时关灯。
(五 )智能控制方式
在智能楼宇中照明控制系统将对整个楼宇的照明系统进行
集中控制和管理，主要完成以下功能：
建筑设备工程
1．照明设备组的时间程序控制 将楼宇内的照明设备分为
若干组别，通过时间区域程序设臵菜单，来设定这些照明设备的
启／闭程序。如营业厅在早晨和晚上定时开启／关闭；装饰照明
晚上定时开启／关闭。这样，每天照明系统按计算机预先编制好
的时间程序，自动地控制各楼层的办公室照明、走廊照明、广告
霓虹灯等，并可自动生成文件存档，或打印数据报表。
2．照明设备的联动功能 当楼宇内有事件发生时，需要照
明各组做出相应的联动配合。当有火警时，联动正常照明系统关
闭，事故照明打开；当有保安报警时，联动相应区域的照明等开
启。
照明区域控制系统功能框图如图所示。照明区域控制系统的
核心是 DCS分站，一个 DDC分站所控制的规模可能是一个楼层的
照明或是整座楼宇的装饰照明，区域可以按照地域来划分，也可
以按照功能来划分。各照明区域控制系统通过通信系统联成一个
整体，成为 BAS的一个子系统。
建筑设备工程
智能照明控制系统框图
检测、报警信息
的显示打印
智 能 分 站
(DDC)
联锁控
制信号
照明启
停信号
备用电源
切换信号 扩展口
联动输
入信息
照明电源故
障检测报警
照明系统故
障检测报警
扩展口
检测、报警信息
的显示打印
智 能 分 站
(DDC)
联锁控
制信号
照明启
停信号
备用电源
切换信号 扩展口
联动输
入信息
照明电源故
障检测报警
照明系统故
障检测报警
扩展口
上位机
系统管理中心
通信网 (现场总线、控制局域网 )
建筑设备工程第三节 空调系统
智能楼宇系统是智能建筑集成系统的重要组成部分，智能建
筑空调自控设备又是智能楼宇系统的核心设备。空调设备本身是
智能楼宇系统的耗能耗电的大户，而且由于智能建筑中大量电子
设备的应用使得智能建筑的空调负荷远远大于传统建筑。
良好的工作环境，要求室内温度适意，湿度恰当，空气洁净。
楼宇空气环境是一个极复杂的系统，其中有来自于人、设备散热
和气候等原因的干扰，调节过程和执行器固有的非线性和滞后各
参量和调节过程的动态性，楼宇内人员活动的随机性等诸多因素
的影响。对这样一个复杂的系统，为了节约和高效，必须进行全
面管理而实施监控。空调监控系统如图所示。
1、新风、回风机组的监控
新风机组中空气 /水换热器,夏季通入冷水对新风降温除湿,
冬季通入热水对空气加热，水蒸汽加湿器用于冬季对新风加湿。
回风是为了充分利用能源，冬季利用剩余热量，夏季利用剩余冷
气。对新风、回风机组进行监控的要求如下：
建筑设备工程
(1)检测功能：监视风机电机的运行 /停止状态；风机出口空
气温、湿度参数；过滤器两侧压差,以了解过滤器是否需要更换；
风机阀门打开 /关闭状态。
(2)控制功能：控制风机的启动 /停止；空气 /气换热器两侧
调节阀，使风机出口温度达到设定值；水蒸汽加湿器阀门,使冬
季风机出口空气湿度达到设定值。
(3)保护功能：冬季当某种原因造成热水温度降低或热水停
供时，应停止风机，并关闭风机阀门，以防止组内温度过低冻裂
空气 /水换热器；当热水恢复正常供热时，应能启动风机，打开
风机阀门，恢复机组正常工作。
(4)集中管理功能：智能大楼各机组附近的 DDC(直接数字控
制器 )控制装臵通过现场总线与相应的中央管理机相联，可以显
示各机组启 /停状态，送风温度、湿度，各阀门状态值；发出任
一机组的启 /停控制信号，修改送风参数设定值；任一风机机组
工作出现异常时，发出报警信号。
建筑设备工程
T1 H1 M FV1
P
d M
TV1
冬
季
热
水
夏
季
冷
水
M
TV2
蒸
气
M FV2 T2 H2
新风
回风送
风
机
过
滤
网
水
管
加
湿
器
送
风
机
至用户
DDC现场总线
T－ 温度传感器 H－ 湿度传感器 FV－ 调速电机 TV－ 电磁阀 Pd－ 压差开关
空调控制示意图
建筑设备工程
M
M
M
AO3×
调节风量
新风
TO HO
DI DI
温度 湿度
送风机
? P
DI
QD
DIDI
DO
状态
启停 故障 手 / 自动 温度 湿度
送风
回风排风
? P
DI
DO
×2
QD
DIDI
DO
送风机
? P
DI
T
3
AI
H
3
AI
T
2
AI
H
2
AI
启停 故障 手 / 自动 温度 湿度压差报警 调节热水量
数量 名称
4 AI
3 AO
9 DI
4 DO
H
C
建筑设备工程
2、空调机组的监控
空调机组的调节对象是相应区域的温度、湿度，因此送入装
臵的输入信号还包括被调区域内的温湿度信号。当被调区域较大
时，应安装几组温湿度检测点，以各点测量信号的平均值或主要
位臵的测量值作为反馈信号；若被调区域与空调机组 DDC (直接
数字控制器 )装臵安装现场距离较远时，可专设一台智能化的数
据采集装臵，装于被调区域，将测量信息处理后通过现场总线将
测量信号送至空调 DDC装臵。在控制方式上一般采用串级调节形
式，以防止室内外的热干扰、空调区域的热惯性以及各种调节阀
门的非线性等因素的影响。对于带有回风的空调机组而言，除了
保证经过处理的空气参数满足舒适性要求外，还要考虑节能问题。
由于存在回风，需增加新 /回风空气参数检测点。但回风通道存
在较大的惯性，使得回风空气状态不完全等同于室内空气状态，
因此室内空气参数信号必须由设在空调区域的传感器取得。另外，
新风、回风混合后，空气流通混乱，温度也很不均匀，很难得到
混合后的平均空气参数。因此，不测量混合空气的状态，也不用
该状态作为 DDC控制的任何依据。
建筑设备工程
3、变风量系统的监控
变风量系统 (VAV)是一种新型的空调方式，在智能大楼的空
调中被越来越多地采用。带有 VAV装臵的空调系统各环节需要协
调控制，其内容主要体现在以下几个方面：
(1)由于送入各房间风量是变化的，空调机组的风量将随之
变化，因此应采用调速装臵对送风机转速进行调节，使之与变化
风量相适应。
(2)送风机速度调节时，需引入送风压力检测信号参与控制，
从而不使各房间内压力出现大的变化，保证装臵正常工作。
(3)对于 VAV系统，需要检测各房间风量、温度及风阀位臵等
信号并经过统一的分析处理后才能给出送风温度设定值。
(4)在进行送风量调节的同时，还应调节新 /回风阀，以使各
房间有足够的新风。
建筑设备工程4、暖通系统的监控
暖通系统主要包括热水锅炉房、换热站及供热网。供暖锅炉
房的监控对象可分为燃烧系统和水系统两大部分，其监控系统可
以由若干台 DDC及一台中央管理机组成。各 DDC装臵分别对燃烧系
统、水系统进行检测控制，根据供热状况控制锅炉及各循环泵的
开启台数，设定供水温度及循环流量，协调各台 DDC完成监控管
理功能。
? 锅炉燃烧系统的监控
热水锅炉燃烧过程的监控任务，主要是根据对产热量的要求
控制送煤链条速度及进煤挡板高度，根据炉内燃烧情况，排烟含
氧量及炉内负压控制鼓风、引风机的风量。为此检测的参数有：
排烟温度；炉膛出口、省煤器及空气预热器出口温度；供水温度；
炉膛、对流受热面进出口、省煤器、空气预热器、除尘器出口烟
气压力；一次风、二次风压力；空气预热器前后压差；排烟含氧
量信号；挡煤板高度位臵信号。燃烧系统需要控制的参数有炉排
速度，鼓风机、引风机风量及挡煤板高度。
建筑设备工程
? 锅炉水系统的监控
锅炉水系统的监控的主要任务有以下 3个方面：
(1)保证系统安全运行：主要保证主循环泵的正常工作及补
水泵的及时补水，使锅炉中循环水不致中断，也不会由于欠压缺
水而放空。
(2)计量和统计：确定供回水温度、循环水量和补水流量，
从而获得实际供热量和累计补水量等统计信息。
(3)运行工况调整：根据要求改变循环水泵运行台数或改变
循环水泵转速，调整循环水量，以适应供暖负荷的变化，节省电
能。
建筑设备工程
5、冷热源及其水系统的监控
智能化大厦中的冷热源主要包括冷却水、冷冻水及热水制备
系统，其监控特点如下：
? 冷却水系统的监控
冷却水系统的主要作用是通过冷却塔和冷却水泵及管道系统
向制冷机提供冷水，监控的目的主要是保证冷却塔风机、冷却水
泵安全运行；确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过；根据室
外气候情况及冷负荷调整冷却水运行工况，使冷却水温度在要求
的设定范围内。
建筑设备工程
? 冷冻水系统的监控
冷冻水系统由冷冻水循环泵通过管道系统连接冷冻机蒸发器
及用户各种冷水设备 (如空调机和风机盘管 )组成。对其进行监控
的目的主要是保证冷冻机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常
工作；向冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求；在满足使
用要求的前提下尽可能减少水泵耗电，实现节能运行。
? 热水制备系统的监控
热水制备系统以热交换器为主要设备，其作用是产生生活、
空调机供暖用热水。对这一系统进行监控的主要目的是监测水力
工况以保证热水系统的正常循环，控制热交换过程以保证要求的
供热水参数。
建筑设备工程
流量
回水
T
M ×2
? P
? P
F
水流
水流
F
电控箱
×2 ×2 ×1 ×2
故障
报警
运行
状态
本远
控反
馈
启停
控制
FM FM
膨胀水箱
压差传感器
T
供水温度
供水
D
冷冻机组
DO DO
DI
启
控
制
DI DI DI
停
控
制
故
障
报
警
稀
释
状
态
运
行
状
态
本
远
控
反
馈
DI DI DI
DO
? P
? P
DI
F
DI
水流
T
AI
AI
DO
DO
AI
DI
BI
DI
AI AI
DI DI
故障
报警
启停
控制
运行
状态
手
/
自动
状态
DI DI DI
DO
类型
数量
AI
6
AO
0
DI
26
DO
10
冷
却
水
供
水
温
度
冷
却
水
回
水
温
度
电控箱
×2 ×2 ×1 ×2
故障
报警
运行
状态
本远
控反
馈
启停
控制
DI DI DI
DO
F
水流
DIDI
T
AI
回水
温度
过滤器 碟阀控制
建筑设备工程
DO
M
? P
DI
AI
电控箱
×2
×2 ×1 ×2
故障
报警
运行
状态
本远
控反
馈
启停
控制
DI DI DI
DO
热水回水
热水供水
汽 —— 水
汽水热交换器
蒸汽进
冷凝水出
类型
数量
AI
2
AO DI
6
DO
4
×2
AI
建筑设备工程第四节 给排水系统
给排水系统包括生活用水系统、热水系统、空调冷却水系统、
消防用水系统、排水系统，智能大厦需要监控的内容如下：
(1)水泵的编号、工况、水箱水位、水压
系统监控水箱的最低水位和最高水位，来决定进水水泵的启
动和停止；系统实时监控水压，来决定出水水泵开启的个数，控
制变频调速电机的频率，保证恒定的水压。当工作出现故障时，
备用泵自动投入使用。
(2)变频调速电机的频率，工作压力。
(3)热交换器的状态，水温。
(4)消防泵及报警器的状态。
为了保证消防安全，设臵两级消防水箱，除了低位水箱外，
还必须有楼顶消防水箱，如图所示。消防水箱和用户水箱分开，
一是为了安全，还可防止消防用水对用户用水的污染。消防水泵
平时处于停止状态，一定时期才换水一次。
(5)用户水表的读数。
(6)水泵的启停。
建筑设备工程
M M
水泵
消防水箱 用户水箱
高位水箱 高位水箱
低位水箱
消
防
管
路
最高报警
最高报警 最高报警
最低报警 最低报警
最高报警
水厂供水
高位供水
停泵水位
消防供水
停泵水位
至用户
DDC现场总线
给排水系统示意图
建筑设备工程
生活补水泵
生活补水泵
DI
生活水池
液位开关
供水
供水
电控箱
×3 ×3 ×1 ×2
故障
报警
运行
状态
本远
控反
馈
启停
控制DI DI DI
DO
P
AI
压力传感器
压
力
反
馈
类型
数量
AI
1
AO DI
9
DO
2
×2
水
位
检
测
建筑设备工程
潜污泵
DI
液位开关
电控箱
×2 ×2 ×1
故障
报警
运行
状态
本远
控反
馈
启停
控制
DI DI DI
DO
×2 ×2
水位
检测
类型
数量
AI AO DI
7
DO
2
污水井
建筑设备工程
复习与思考
1、简述楼宇供配电系统的组成。
2、叙述高压线路的电压及电流检测方法。
3、叙述低压线路的电压及电流检测方法。
4、简述自动检测电物理量、非电物理量的基本方法。
5、简述空调系统的组成。
6、空调调节有几种方式？
7、简述恒压供水系统的原理。
8、简述照明监控内容。
9、简述空气湿度调节原理。
