某超高層辦公建筑變配電及電氣消防設計探討

陳小琴

(南昌鐵路勘測設計院有限責任公司 江西南昌 330000)

0 引言

在我國社會經濟迅猛發(fā)展的背景下，我國城市化進程不斷加快，城市的規(guī)模以及人口數(shù)量也都隨之不斷擴大，而高層建筑由于具有空間利用上優(yōu)越性的優(yōu)點，因此其數(shù)量和規(guī)模也都呈現(xiàn)了迅速增長的趨勢。誠然，在高層建筑發(fā)揮自身空間利用優(yōu)越性的過程中，也隨之提出了變配電及電氣消防設計的新時代需求。高層建筑層數(shù)多、面積大、人口眾多、功能復雜并且對信息化要求極高，所以更加依賴電氣設計，電氣設計工作的科學性和合理性對高層建筑的可靠性和安全性也有著決定性的影響。

相關研究表明，電氣設備需要承擔很多的電氣使用量，提高設備負荷。因此，在超高層建筑設計過程中，必須要重視對電氣設計關鍵技術的研究，才能更好地助推超高層建筑項目順利完成。

1 工程概況

圖1 豎向花園中庭效果圖

上海市某信息科技大廈，地上28層，地下3層，裙房高度26.8m，總高度119.8m，建筑面積11.6萬m2。一層為辦公大堂及部分商業(yè)，二層為商業(yè)。三層及以上為辦公。主樓辦公區(qū)域有兩處120m挑空的中庭，中庭內每層有不上人挑出回廊，如圖1所示。該項目為了讓每一樓層的使用者享用和體驗室內立體景觀，豎向中庭與各層回廊上人平臺間不設置固定防火分隔。因此，如何合理設置中庭內排煙設施，順利有效地排出中庭內的熱煙，同時避免熱煙對各層回廊上人平臺及相鄰辦公區(qū)造成不利影響，是該項目消防設計的重點及難點。基此，本文擬將重點介紹該項目電氣設計中的配電及大空間消防設計。

2 變配電系統(tǒng)

2.1 負荷分級

該工程屬一類高層建筑，按一級負荷要求供電[3]。

一級負荷有：走道照明、障礙照明、值班照明用電、安全防范系統(tǒng)、消防設備(含消防控制室用電、火災自動報警系統(tǒng)、消防泵、噴淋泵、消防電梯、防火卷簾用電、火災自動報警系統(tǒng)、消防泵、噴淋泵、消防電梯、防火卷簾、防排煙風機、防火閥門等)，以及通信機房電源、變配電所電源、應急及疏散照明、客梯用電、排污泵、生活水泵用電、主要業(yè)務和計算機系統(tǒng)用電、電子信息設備機房用電、辦公租戶IT設備用電及其它有特殊要求的負荷。

二級負荷有：大型商業(yè)自動扶梯、空調用電等；其余為三級負荷。

2.2 電源

該工程由供電局提供兩路獨立10kV高壓電源，從上級兩個不同的區(qū)域變電站引來，以電纜埋地方式進入建筑物地下一層。在地下一層設置一座10kV/0.4kV用戶變配電站，內設6臺1600kVA的干式變壓器，其中4臺為辦公服務，2臺為商業(yè)及地下室供電。變壓器總安裝容量為9600kVA。

另外，在地下一層設置應急柴油發(fā)電機組，作為消防負荷的后備電源及滿足小業(yè)主特殊用電負荷的使用要求。

2.3 應急電源

由于該項目采用兩路獨立高壓市政進線的供電方案，已能滿足一級負荷的供電要求。根據(jù)上海地規(guī)《民用建筑電氣防火設計規(guī)程》DG/TJ08-2048-2008[1]的要求(該工程為2016年項目，尚未實施新規(guī))“特級建筑(建筑高度超過100m的公共建筑)除應按一級負荷供電外，尚應設置自備發(fā)電機或第三路市電作為消防的應急電源，以及參照國內高檔辦公樓和商業(yè)項目的經驗，應急電源系統(tǒng)作為第三路電源將為一級負荷、消防用電等提供備用電源。”

獨立于正常電源的發(fā)電機組是應急電源的一種，應急柴油發(fā)電機是項目中運用比較普遍的一種型式。柴油發(fā)電機應急供電狀態(tài)分為兩種，一種為消防應急供電，即火災發(fā)生同時市政雙電源中斷情況下的供電，此應急供電狀態(tài)下柴油發(fā)電機供電負荷主要為最大防火分區(qū)及其臨近防火分區(qū)相應的消防負荷；另一種為非消防應急供電，即非火災發(fā)生市政雙電源中斷情況下的供電，此應急供電狀態(tài)下柴油發(fā)電機供電負荷主要為需保障供電的重要負荷。

該項目設置柴油發(fā)電機作為第三路電源，供電予下列用電負荷：

(1) 消防用電(包括消防控制室、火災自動報警及聯(lián)動控制裝置、火災應急照明及疏散指示標志、防煙及排煙設施、自動滅火系統(tǒng)、消防水泵、消防電梯及其排水泵、電動的防火卷簾及門窗以及閥門等) 。

(2) 辦公樓部分客梯電力(電梯迫降及保證部分電梯運行) 。

(3) 商業(yè)經營管理用計算機系統(tǒng)。

(4)電話機房及電信機房電源 。

(5) 安保系統(tǒng)電源 。

(6) 排污泵 。

(7) 生活水泵。

(8) 擦窗機。

(9) 航空障礙燈。

(10) 辦公區(qū)域IT等重要負荷(包括其空調設備) 。

初步設計階段，柴油發(fā)電機容量的預估可參考已設計的項目案例，如表1所示。

表1 辦公租戶IT等重要負荷后備柴發(fā)用電指標及預留柴發(fā)安裝空間項目案例

柴油發(fā)電機供電負荷第1)～9)項，根據(jù)《工業(yè)與民用配電設計手冊》建議按裝機容量10%～20%進行估算，裝機容量為9600kVA，因此初期階段該項目建議按照裝機量15%進行估算。柴油發(fā)電機供電負荷第10)項參照相關項目案例，該項目建議按照20VA/m2進行估算。綜上所述，該項目設置2臺1250kVA柴油發(fā)電機并機運行，作為該項目應急電源。施工圖階段根據(jù)各設備專業(yè)具體提資細化計算，核算此容量符合需求。

2.4 豎向配電系統(tǒng)

由于該項目既是超高層建筑，又是信息數(shù)據(jù)中心大樓，供電可靠性尤為重要。所以，除了電源，在配電系統(tǒng)形式上也應考慮可靠性。塔樓辦公用電豎向配電系統(tǒng)采用雙母線形式，奇偶層間隔配電(即5、7、9等奇數(shù)層1根供電母線，6、8、10等偶數(shù)層1根供電母線)，間隔預留母線插接口，平時由防火隔板隔擋，突發(fā)情況時可插接母線開關箱，配出回路，母線插接箱前需預留相應長度的電纜，同時設置有經過市電與應急柴油發(fā)電機雙電源切換后的應急母線，以滿足重要租戶對應急備用電源的需求。豎向配電示意如圖2所示。

圖2 豎向配電示意圖

3 大空間消防設計

3.1 消防火災探測報警系統(tǒng)

根據(jù)GB 50116-2013 《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》[2]第4.6.4條，消防卷簾內側的平臺區(qū)域與辦公區(qū)劃分為同一報警區(qū)域，設置煙感進行保護(滿足規(guī)范要求)。

中庭消防水專業(yè)設置大空間射水裝置，由該裝置統(tǒng)一配置大空間滅火探測器進行保護，該系統(tǒng)提供報警信號給火災報警系統(tǒng)。同時，中庭大空間射水裝置上側安裝大空間紅外對射線性感煙探測器，對大空間進行有效保護。

大空間紅外對射感煙探測器水平布置設置方案如圖3所示。

圖3 紅外對射感煙探測器布置示意圖

五層以下由水炮滅火探測器進行保護，從六層開始每隔3層安裝一套(安裝間距約12.45m)，距離頂部0.5m設置一套，共設置9套(分別安裝以6F、9F、12F、15F、18F、21F、24F、27F樓板位置及28F距頂0.5m安裝一套)。

中庭消防暖通采用分段排煙的自然排煙方式，每隔5～6層設置電動排煙窗進行自然排煙，排煙窗的設置如圖4所示。當中庭和回廊發(fā)生火情時，火災報警系統(tǒng)接收到報警信號后聯(lián)動打開所有電動排煙窗(滿足規(guī)范要求)。

圖4 自然排煙窗開窗位置

中庭防火卷簾聯(lián)動控制及電動排煙窗聯(lián)動控制策略：

(1)若一層大堂及中庭防火分區(qū)發(fā)生火情。

根據(jù)GB 50116-2013 《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》第4.6.4條及4.5.2條，一層大堂防火分區(qū)內任兩只獨立的火災探測器報警或當卷簾外側大空間射水裝置/線性感煙探測器發(fā)生報警信號時，火災報警系統(tǒng)接收到該報警信號后，聯(lián)動相關消防設備(滿足規(guī)范要求)；該分區(qū)卷簾及上層所有卷簾直接下降到樓板面(根據(jù)12J609《防火門窗》，上層卷簾尺寸約9.4m×4m(W×H)，功率約1.1kW，考慮最不利情況共33個卷簾同時降落(27個樓層卷簾+6個大堂分隔卷簾)，總功率約36.3kW。強電系統(tǒng)容量可滿足同時降落)，使火災有效隔離。聯(lián)動開啟所有電動排煙窗，進行自然排煙。(滿足規(guī)范要求)

(2)若辦公區(qū)防火分區(qū)發(fā)生火情

則本層及相鄰上下層卷簾均需降落，即每層2個卷簾，三層共為6個卷簾需降落。

(3)若中庭上空防火分區(qū)發(fā)生火情

當辦公區(qū)發(fā)生火災，煙氣進入中庭區(qū)域使中庭上空內任兩只獨立的火災探測器發(fā)生報警信號時，火災報警系統(tǒng)接收到該報警信號后，聯(lián)動相關消防設備(滿足規(guī)范要求)；中庭所有卷簾直接下降到樓板面(根據(jù)12J609《防火門窗》，考慮最不利情況共33個卷簾同時降落(27個樓層卷簾+6個大堂分隔卷簾)，總功率約36.3KW。強電系統(tǒng)容量可滿足同時降落)，使火災有效隔離。聯(lián)動開啟所有電動排煙窗，進行自然排煙(滿足規(guī)范要求)。

3.2 排煙窗的配電設計

由于中庭由一層挑空至屋頂，南北出入口側的排煙窗分屬于一層的兩個防火分區(qū)，每個防火分區(qū)需為該分區(qū)一至二十八層的所有電動排煙窗供電，數(shù)量眾多，參考各廠家樣本，一個排煙窗控制箱可控制8扇排煙窗，因此需在一層南北出入口附近各設置一個電動排煙窗控制室，用于電動排煙窗控制箱的集中放置。同時，在南北出入口設置一個緊急啟動按鈕，當火災發(fā)生時可通過按壓按鈕緊急開啟本防火分區(qū)所有排煙窗，如圖5所示。

圖5 電動排煙窗配電及控制示意圖

4 結語

本文擬以上海某超高層辦公項目為例，從變配電系統(tǒng)、應急電源、豎向配電系統(tǒng)、大空間消防設計等方面介紹了超高層建筑電氣設計中的一些特點。當然，超高層辦公建筑電氣系統(tǒng)設計要點還有很多，因此需要電氣設計人員綜合分析建筑各方面的因素，不斷研究和創(chuàng)新，從而設計出最合理的電氣方案。所以，本文所介紹的，僅是他山之石的冰山一角，但冀望能對同行有所參考借鑒。