基于超高层建筑电气设计探讨

基于超高层建筑电气设计探讨

王哲

王哲

摘要：随着我国经济建设的快速发展，超高层建筑在城市所有建筑当中具有一定象征性意义。本文主要对超高层建筑电气设计进行探讨

关键词：超高层建筑；电气设计

0前言

近年来，随着我国城市化进程的不断加快，一大批超高层公建项目如雨后春笋般拔地而起。不同于一般项目，此类项目电气系统的复杂性对设计、建设单位提出了较高的技术水平要求。由于其对建筑安全性、可靠性的特殊要求，给电气设计带来的变化是十分巨大的。

1供电系统

超高层建筑按现行的国家规范要求，超高层建筑内的负荷应根据商业业态、消防以及使用场所的要求确定负荷等级，超高层建筑的供电负荷为一级。

1.2设计单位面积用电标准（表1）

1.3供电电源

根据当地的电源情况确定为35kV或10kV（20kV）电源供电，如采用35kV电源供电时，应优先考虑二次降压。当系统内没有10kV高压电动机时，采用二次降压还是直降，应作方案比选，在差异不明显时可考虑直降。

35kV或10kV高压电源由市政提供，考虑至少二路电源同时供电。当一路电源停电时，另一路（或几路）电源应保证全部一、二级负荷的供电需求。高压侧如有条件应优先考虑手动联络，是否需要联络需与当地供电部门沟通。办公10/0.4kV变压器负荷率宜为70%～85%，确保一、二级负荷的电源供电。酒店变压器的负荷率宜为60%～70%，确保一、二级负荷电源供电的同时，还应考虑酒店的管理需求。10/0.4kV变压器宜等容量成对配置，低压侧单母线应分段，设联络开关，具有自投自复、自投手复、自投停用三种方式。自投时设置一定的延时，当变压器低压侧总开关因过负荷或短路而分闸时，不允许闭合母联开关。

1.4应急电源

设应急柴油发电机，可根据消防负荷和平时确保负荷，根据其中较大值选定发电机容量，在消防时联动切断非消防负荷。建筑高度在200m以上时，可考虑采用10kV应急柴油发电机；当供电半径小于250m且总容量不超出4000kVA时，可通过方案比较，确定应急柴油发电机的电压等级。宜预留一台发电机的位置供租户使用，同时对小型数据信息机房配置UPS电源系统，保障时间由信息系统的需求确定。发电机采取电启动方式，发电机在市电中断后10s～15s内完成启动，30s内送电。发电机数量较多时，应考虑分组启动以便迅速供电。安全疏散照明可设置集中式EPS应急电源供电，UPS电源供消防报警、安防、电话网络、收银等系统使用。

1.5变配电所

35kV或10kV变配电站宜设在地下一层，不宜设在地下室最底层。变配电所应靠近负荷中心，以减少低压线路的供电距离。应考虑变压器上楼，同时应考虑变压器的吊装运输通道，建议单台变压器容量不宜超出1250kVA。变压器采用树脂浇注干式变压器。高压柜采用真空开关手车式中置柜，低压柜采用抽出式开关柜或“固定柜+插拔开关”。楼上变电所中的高、低压开关柜宜采用“上进上出”的配线方式，并满足当地供电部门要求。

1.6继电保护

高压采用综合继电保护，信号上传至电能管理系统。系统的继电保护要求应遵循当地供电部门的要求，如35kV电源供电时，35kV主变压器设置差动保护。

1.7电能计量

供电部门总表装设于高压侧（35kV或10kV）时，采用高压计量方式。对于不同性质、独立运营的物业（如冰蓄冷设备和酒店等）用电量，在变压器低压侧装设计量分表。在出租办公楼层及商业租户处设置内部综合数字计量表，其精度满足计费要求，作为业主收租核算之用。公寓的住户部分设置低压计量，计量表分层分区集中安装在每层强电井内，采用自动远传抄送系统。对低压配电系统各出线回路及主要的二级配电回路安装带电能计量功能的多功能数字仪表，冷热源、空调通风、水泵房、电梯机房、公共照明、商业、办公、公寓及酒店等各能耗环节进行独立分项计量，并上传至能源管理系统，利于分析建筑物各项能耗水平和能耗结构是否合理，为日后节能管理和决策提供依据。能源计量管理软件需具有复费率计量功能。

1.8变配电自动监控

应设置变配电自动监控系统，由微机综合继电保护设备、多功能数字仪表、通讯线路、通讯管理设备、监控电脑及后台管理软件等组成。系统采用基于现场总线技术的专业电力监控产品，对变配电系统进行监测和管理，监控主机设于变电所值班室。监测对象包括高、低压开关柜、变压器、直流/信号屏及发电机组等。

1.9功率补偿

采用低压集中自动补偿方式，确保整个高压35kV侧的功率因数在任何时间不低于0.9。电容柜内带电抗器，抑制谐波。

1.10谐波治理

以单相照明负荷、插座为主的变压器，电抗值宜为电容器抗值的7%～14%，以抑制3次谐波为主；其他以三相负荷为主的变压器，电抗值为电容器抗值的6%左右，以抑制5次谐波为主。所有变频器、控制器需自带谐波抑制装置。UPS电源装置应配置有源滤波装置，EPS需自带谐波抑制装置。有密集调光设备和大面积金卤灯的场所，宜就近设置谐波抑制装置。

2配电系统

2.1配电方式

对重要设备机房，如冷冻机房、水泵房、电梯机房等大容量用电场所采用放射式供电，对一般设备采用树干式供电。商业场所每个插座的功率按500W计量，办公场所每个插座的功率按100W计量。在避难层可按楼层功能分区设置楼层变电所或按功能区进行供配电，每个楼层应设置配电间，面积为5m2～10m2。

2.2设备安装

疏散楼梯间宜采用红外感应延时开关（消防时强制点亮），其他场所照明采用跷板式开关，开关均为墙内暗装带指示灯，距地1.5m。一般场所的插座采用安全型，无工艺要求的场所在墙面3～4m安装1个插座，安装高度为距地0.3m。地下室车库按实际需要设置插座，其安装高度为1.5m，有工艺要求的视具体情况而定。凡落地式安装的配电柜等下设100mm基座。

2.3电动机启动及控制方式（非消防设备）

22kW～55kW的电动机可采用星三角降压启动或软启动，55kW以上电动机宜采用软启动器。

2.4线路及敷设

高压电缆应采用低烟无卤阻燃耐火型电缆；由变配电室所配出的低压电缆中，一般回路采用A类低烟无卤阻燃型电缆；消防设备的供电干线及支干线路应采用耐火型电缆。固定吊架（或托架）的间距为水平1.5m、竖向2.0m。电缆桥架线槽应形成良好的电气通路，桥架首尾端与接地装置可靠连接；过沉降缝处应作技术处理。

3照明系统

3.1照度标准

主要场所照明种类及照度标准/功率密度限值应符合《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）要求。

3.2设置要求

所有气体放电灯配补偿电容器，补偿后功率因数大于0.9。所有灯管采用三基色荧光灯，荧光灯配用电子镇流器，金属卤化物灯配节能型电感镇流器。人员密集处的厅堂、安全出口、公共走道等均设疏散照明，其供电电源除常用电源和备用电源外，还应设就地应急电源EPS提供第三路电源，其供电时间不小于30min，切换时间不大于5s。大堂、走道、电梯厅、地下车库、立面及室外等公共区域的照明系统采用总线式智能照明控制系统或BA楼宇控制系统，通过预设程序，定时自动控制，按建筑使用条件和天然采光状况采取分区、分组控制，以实现公共区域照明的节能控制和集中管理。其他出租、出售区域照明或小面积功能房间的照明就地手动控制或按内装要求。

3.3应急照明

疏散楼梯间应急照度按平时照度的100%考虑，平时采用节能开关，消防及故障时强制点亮。避难层、变配电室、发电机房、配电间、弱电间、防排烟机房、消防水泵房、电梯机房、消防控制室、气体灭火间、消防报警阀间、楼宇控制中心、电话及计算机房等的应急照度按平时照度的100%考虑。消防及生活水泵房，主要空调机房，冷冻机房、空调水泵房的应急照度按平时照度的10%左右考虑。

公共走道、地下汽车库车道的应急照度按平时照度的20%左右考虑。大型商业应设置灯光疏散导流装置，地库、裙房、酒店及公寓疏散走道、疏散楼梯间和安全出口等处设疏散指示标志。

备用照明及疏散照明：疏散指示标志灯以及其他场所（疏散走道、避难层、变配电室、发电机房、气体灭火间、消防报警阀间、防排烟机房、消防水泵房、电梯机房、消防控制室、楼宇控制中心、电话及计算机房、有线电视前端机房）的应急照明灯具，均由EPS供电（要求EPS电池容量满足供电时间90min）。

电梯井道内照明采用安全照明灯具，距井道最高和最低点0.5m以内各装设一盏灯，再设中间灯。距井道底0.5m处安装一个15A防水插座。应遵守《电梯制造与安装安全规范》（GB50788-2003）。应急照明灯和疏散指示标志灯应设玻璃或其他不燃烧材料制作的保护罩。

3.4航空障碍灯

航空障碍灯的设置除需按照国家航空行业标准《民用机场飞行区技术标准》（MH5001-2000）及《航空障碍灯》（MH/T6012-1999）的规定执行外，还应参照国际民航组织的有关标准执行。航空障碍灯垂直间距为45～52m，水平间距应确保从各个角度都能看到建筑物的轮廓，采用自动通断电源的控制装置，设置为同时闪烁或分层闪烁，以达到整体警示和景观效果。对于150m以下建筑物，在屋顶上设置中光强A型障碍灯（频闪白光），在中间层设置中光强B型障碍灯（频闪红灯）；对于150m以上建筑物，在屋顶上设置高光强A型障碍灯（频闪白光），在中间层设置中光强B型障碍灯（频闪红灯）。建筑物中间层安装航空障碍灯时，应避免影响到用户室内环境。地处城市和居民区附近的建筑物中间层安装航空障碍灯时，应考虑避免干扰到居民生活，一般要求从地面只能看到散逸的光线。

3.5光源及灯具、安装及控制

光源及灯具：荧光灯光源采用T5型，采用电子型镇流器，功率因数大于0.9，办公室等长期工作或停留的场所采用的照明光源显色指数不宜小于80。机房荧光灯灯具采用玻璃或塑料保护罩，灯具效率不应低于65%；办公室荧光灯灯具采用格栅型，灯具效率不应低于60%。

荧光灯灯具垂直窗门安装，灯具按照平行于窗户方向以列为单位开启；疏散指示灯光源采用发光二极管（LED）。

4智能照明控制系统

4.1智能照明控制系统选择

大堂、公共走道、电梯厅、地下车库、室外照明等公共区域的照明宜采用智能照明控制系统，以实现公共区域照明的集中控制及节能管理。智能照明控制系统采用基于总线传输的专业智能照明控制系统，选用国外的先进产品，对各照明回路实现开关量控制。如有大宴会厅等场所可以局部设置DALI灯光控制系统，实现场景控制。

4.2灯光场景设置

办公区域的控制要求：办公模式、休息模式、清扫模式、亮度控制、时钟管理。会议、多功能厅控制要求：会前准备模式、欢迎模式、演讲模式，宴会前模式、宴会模式，休息模式、清扫模式，时钟管理。商业区域的控制要求：商业开门前准备模式、商业开门模式，休息模式、清扫模式、时钟管理。

5.结束语

在超高层建筑中，机电系统的合理设置至关重要。本文总结了超高层建筑强电专业设计中的一些共性的、基本的要求，阐述了在进行此类项目电气设计时的系统设置要点及设计指标等，供类似项目的电气设计参考。

参考文献：

[1]中华人民共和国建设部．民用建筑电气设计规范（JGJ16-2008）［S］．北京：中国建筑工业出版社，2008．

[2]李蔚．建筑电气设计要点难点指导与案例剖析［M］．北京：中国建筑工业出版社，2012．

[3]曾慧，莫建文．超高层办公建筑电气方案设计［J］．建筑电气，2013（07）．