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0 引言
進入21世紀以來,在許多城市都興建了不少超高層建筑。由于超高層建筑樓層多,建筑高度高,對供電可靠性和消防的要求比普通高層要高得多。筆者就參與設計的超高層辦公樓為例,談談自己的的一些設計體會。
本工程總建筑面積約為5萬平方米,地下二層,地上二十七層,建筑高度約120米。地下一、二層為車庫和設備用房;地上一~二十七層主樓部分為辦公用房,一~五層裙房部分為商業用房,十三層設置避難層。
1 負荷分級
根據《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-95(2005年版)第3.0.1條,本工程屬于一類高層;按9.1.1條要求,本工程所有消防設備包括排煙風機,正壓風機,火災報警及消防聯動控制設備,防火卷簾門,應急照明,消防電梯,消防、噴淋水泵為一級負荷,再按《民用建筑電氣設計規范》JGJ 16-2008附表A要求,一類高層建筑的各弱電機房,主要業務和計算機系統用電,航空障礙燈,生活水泵,排水泵,客梯用電等也為一級負荷;其余普通照明,空調等為三級負荷。
2 變電站和柴油發電機機房的設置
變電所設在地下一層,由兩路10KV高壓電源供電,兩路電源分別引自不同變電站。變壓器低壓側0.4kV設置母聯開關,采用手動切換方式。當一路常用電源進線電纜故障時,通過母聯開關切換,另一臺變壓器可帶全部一、二級負荷。由于本工程建筑高度滿足低壓配電供電半徑的要求,并且主要負荷集中在地下層,所以沒有在避難層設置變電站。根據負荷計算結果,變電所內設四臺SC11-1250/10型干式變壓器,10臺高壓開關柜和29臺低壓開關柜。各開關柜均正面操作,采用上進上出方式。高壓側斷路器采用直流操作(DC110V),電源引自變電站內直流屏,采用三相過流及速斷保護,t=0.4s。低壓側采用接地故障保護,變壓器裝設溫度保護裝置,155度報警,170度跳閘。高壓側真空斷路器分斷能力為25KA。
柴油發電機房設于地下一層,內設一臺640KW/800KVA柴油發電機,作為各消防負荷和弱電機房、普通客梯的應急電源。應急電源自切柜設于變電站內,實現柴油發電機和一路市電的自動切換,消防應急干線采用礦物絕緣電源沿橋架敷設由柴油發電機房引至變電站內。發電機組設有自動啟動裝置,當兩路市電都中斷時,機組立即啟動,啟動時間為30秒。機組與市電連鎖,不與其并列運行。當市電恢復時,機組自動退出工作,并延時停機。
3 供配電系統
本工程按使用功能不同,辦公和裙房部分分別設置垂直電纜管井。普通動力、照明配電采用樹干式配電,干線采用阻燃型母線槽或無鹵低煙阻燃型電纜沿線槽敷設,支線采用無鹵低煙阻燃型電纜穿金屬管暗敷或穿金屬管吊頂內敷設,本工程電氣防火分級為特級,故電纜的阻燃等級為A級。
消防設備采用樹干式和放射式相結合的配電方式。消防泵、噴淋泵、消防電梯、消防控制室的電源由變電站直接引來,并在末端自切;排煙風機和應急照明均采用樹干式配電,干線采用礦物絕緣電源沿線槽在電纜管井內敷設,支線采用無鹵低煙阻燃耐火型電纜穿金屬管暗敷,每臺排煙風機均在末端自切,防火卷簾由本防火分區內的排煙風機雙電源自切箱單回路放射式供電;應急照明除地下層和避難層外,每三層設一臺雙電源自切箱,地下層和避難層每層設置自切箱。主樓部分配電干線圖如下圖所示:
4 火災自動報警系統和漏電火災報警系統
根據《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-95(2005年版)第9.4.1條,本工程除游泳池和衛生間外,均設置火災自動報警系統。本工程火災自動報警系統保護對象等級為特級,采用控制中心控制系統。消防控制室設于裙房底層,有直通室外的安全出口;內設一臺消防控制主機和一臺消防聯動控制設備,系統可集中顯示火災報警部位信號和聯動控制狀態信號。控制器采取總線方式,報警及聯動、控制信號通過總線傳輸。火災探測器設置采用全面保護方式,除衛生間和游泳池外全部裝設火災探測器,探測器以智能式探測器為主。在各防火分區疏散口處設置一定數量的手動報警按鈕。在消防控制室設置119外線電話,公共部位設置電話插孔(與手動按鈕并列),重要房間如消防電梯機房、變配電室、排煙機房、避難層等房間設置專線電話分機。火災報警廣播和背景音樂廣播共用一套傳輸系統,在火災時能在消控室將火災疏散層的揚聲器和公共廣播擴音機強制轉入火災應急廣播狀態。車庫、公共場所和走道內布置吸頂式或掛壁式廣播揚聲器,平時可用作背景廣播,火災時作緊急廣播之用。
設備的聯動都通過控制模塊來實現,如啟動警鈴,控制氣體滅火系統,非消防電源切斷,點亮應急照明,防火閥的開閉,電梯迫降,啟動消防風機、消防泵、噴淋泵等,對于消防泵、噴淋泵和消防風機還可通過消防控制中心手動控制,所有設備的聯動控制都滿足《火災自動報警設計規范》GB50116-98第6.3節的要求。
本工程按《民用建筑電氣設計規范》JGJ 16-2008 和《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》GB13955-2005標準原則配置漏電火災報警系統。由于本工程火災自動報警系統保護對象分級為特級,因此該系統采用全范圍二級監控方案,以末端監測為基礎,在正常照明、應急照明、正常電力、消防電力四類配電系統中二、三級配電箱均設置保護監測點,其中二級配電箱為樓層配電箱,三級配電箱為末端配電箱,防火剩余電流動作報警值為別為500mA和100mA。本系統的控制器設于消防控制室內,通過總線與消防報警主機連接。
5 節能設計
(1)變電站的選址:在《10KV及以下變電所設計規范》GB 50053-94和《民用建筑電氣設計規范》JGJ 16-2008中都有對變電所設置的要求,其中第一條就是接近負荷中心。這樣做既縮短的了供電半徑,減少了供電電纜的長度,同時也降低了供電線路上的損耗。
(2)變壓器低壓側無功功率自動補償:本工程在每臺變壓器低壓側都設置了電容補償,根據負荷計算結果,每臺補償柜內有12組30KVar電容,總補償容量為360KVar,將低壓側功率因數補償至0.95。每臺補償柜均設置自動投切裝置,可根據實際的負載情況投切電容。
(3)照明節能:照明設計根據場所的性質、規模、功能等不同要求,合理進行光源選擇。本工程根據《建筑照明設計標準》GB50024-2004的要求,選用細管徑直管型熒光燈或緊湊型熒光燈,照明配套的鎮流器應采用電子鎮流器,使其功率因數不小于0.90;并按照各場所照明功率密度的目標值進行照明設計;對于二次裝修設計的場所也在說明提出了照度標準值、照明功率密度、顯色指數和燈具效率等要求。
(4)本工程設置能耗監測系統,建筑物的分類和分項能耗計量等技術參數,通過能耗監測系統統一納入建筑能耗監管系統。建筑物能耗監測系統的分類能耗包括:電量、水耗量、燃氣量、集中供熱耗熱量、集中供冷耗冷量和其他能源應用量。建筑物能耗監測系統的電量分項能耗包括:空調用電、動力用電、照明插座用電和特殊用電四項。建筑物能耗數據采集子系統包括:監測建筑物中各計量裝置、數據采集器和數據采集通道。對建筑物能耗監測系統的自動計量裝置所采集的能耗數據,通過RS485接口,采用TCP/IP通信協議自動和實時上傳能耗數據。在變壓器低壓側總進線處,設置多功能儀表,具有監測和計量三相電流、電壓、有功功率、功率因數、有功電能、最大需量、總諧波含量和2-21次各次諧波分量等各項參數的功能。
6 防雷接地
(1)本工程的防雷設計主要依據的是《建筑物防雷設計規范》GB50057-1994(2000年版)和《民用建筑電氣設計規范》JGJ 16-2008。根據民規11.2.3條第一款,本建筑物高度超過100m,劃為第二類防雷建筑物。
(2)防雷措施:在屋面女兒墻上設避雷帶,并在整個屋面形成避雷網格,網格尺寸不大于10mX10m或12mX8m,屋面上所有金屬構件、金屬欄桿和設備基礎等均與避雷帶焊接,并利用結構剪力墻內二根φ≥16主鋼筋作引下線,與建筑物結構底板處環型接地體焊接,兩根引下線間距不大于18m。由于建筑專業在屋面設計了一根圓柱型金屬構架,直徑300mm,高16m,并且壁厚大于2.5mm,因此利用其作為避雷針,它的保護半徑根據《建筑物防雷設計規范》附4.2式計算出為34.4m,可以保護到屋面所有設備。
(3)每層建筑物外墻連續梁內鋼筋與樓層鋼筋焊接成一體形成均壓環, 并與引下線可靠連接。45米及以上外墻的金屬門窗, 金屬結構, 外墻欄桿與均壓環焊接以防側擊雷, 各種豎向金屬管道除首末端與防雷裝置連接外,每三層與結構鋼筋引出的等電位端子板相連接。
(4)本工程低壓配電系統接地型式采用TN-S系統。采用聯合接地系統,接地電阻不大于1歐姆。強電管內井設50X5銅排作為總PE干線,并與每層樓板鋼筋做等電位連接,管井內箱體接地線均由PE干線引出。本工程設置總等電位聯結,進出建筑物的各種金屬管道及電纜金屬外皮等均應在進出處與接地裝置連接;電源保護線干線、接地干線和建筑物金屬構件等導電體均須做總等電位連接。所有電纜橋架及線槽的連接處采用銅編織帶可靠連接,其與接地裝置連接不少于兩處。
本工程在消防控制室設置消防專用接地端子箱,箱內接地端子用導線BV(E25)引至環形接地聯接體;在每臺電梯的機房或自動扶梯控制箱旁設置電梯設備接地端子箱,箱內接地端子用導線BV(E25)引至環形接地聯接體;在各層煤氣表間內沿墻明敷一圈熱鍍鋅扁鋼作為防靜電措施,利用就近結構柱內鋼筋與接地網相連;在游泳池設置等電位端子箱,進行輔助等電位聯結:將0、1及2區內所有可導電部分及外露可導電部分,用保護導體連接起來,并經過總接地端子與接地網相連;在用戶變電站內沿墻明敷一圈熱鍍鋅扁鋼作為接地裝置,并用扁鋼與環形接地聯接體焊接,站內高低壓柜底座和變壓器底部槽鋼均采用熱鍍鋅扁鋼與接地裝置兩點聯結,變壓器中性點接地線采用YJV 1X185引至接地裝置。
(5)根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB50343-2004表4.3.1的劃分,本工程電子信息系統雷電防護等級為C級,配電系統設置二級電涌保護器。各弱電系統設備及線路在各防雷區域界面處也設置相應的信號電涌保護器。
7 避難層設計
本工程13層為避難層,主要分為避難區和設備機房區。避難區不設疏散指示標志,設置備用照明,所有燈具電源均引自避難層照明雙切箱,照度按100lx設計,照明功率密度4w/m2,持續供電時間為60min。避難層內設置獨立的火災事故廣播系統,能接受消防控制中心的播音信號;每隔20m設置火警專線電話分機。
8 結語
超高層建筑高度高,人員密集,情況復雜,對電氣設計各個方面要求都較高,需要更多實際經驗提高設計水平。
【參考文獻】
1 工業與民用配電設計手冊[M]
2 全國民用建筑工程設計技術措施-電氣[M]
3 上海市建設和交通委員會 《關于進一步加強本市民用建筑設備專業節能設計技術管理的通知》 滬建交(2008) 828號文