從建筑可持續發展看100m及以上高層建筑變電所選址策略

張 青， 陳沛仁

(中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

目前，由于超高層建筑具有用地面積小、使用面積大、進駐人員數量多等特點，一直受到建設方的青睞。但是，當高層建筑的層數和高度增加到一定程度時，它的功能適用性、技術合理性和經濟可行性都將發生較大變化，與多層建筑相比，設計及技術方面有很多新問題需要加以考慮和解決。如何進行變電所選址，就是擺在設計師面前的第一項任務。因此，本文以高度100m及以上的新建高層建筑(以下簡稱“超高層建筑”)內變電所的選址為案例進行分析，分別從適宜性、經濟型、安全性進行分析和探討，以適應建筑的可持續性發展。

1 適宜性和經濟性

1.1 建筑特點

超高層建筑通常具有二種以上功能，建筑形式一般也分為裙房部分和高層部分，地下空間往往層數較多。具有建筑內機電設備用電負荷較大、設備性質復雜且設備用房多、配電系統供電距離遠和負荷供電等級高等特點。

1.2 變電所設置遵循的原則

電氣設計人員確定變電所時，通常遵循“與市政對接的變電所或配電室設置在靠近進線外側，內部變電所靠近負荷中心，以減少低壓線路的供電距離”的原則。與市政對接的變電所或配電室與下級變電所之間的配電線路要考慮有易于維護的安全路由。

當電氣專業與建筑專業配合時，受建筑功能布局的影響，往往很難直接得到單方面的理想位置，需要專業間反復摩擦與切磋，既要滿足建筑黃金營銷空間使用最大化的要求，又要兼顧電氣的專業供電適宜性與經濟性要求。對此，在一棟建筑中，電氣專業往往將變電所按功能拆分，靈活設置機房，但靈活的同時主要原則仍是相對集中，以避免機房過度占用空間位置。

1.3 變電所設置區域

如何靈活設置機房需要設計師結合具體項目特點考慮，變電所的位置可結合設備及負荷分布在地下層及裙房層的情況來設置。通常，冷凍機房可單獨設置變電所，若冷凍機房與其中一個變電所靠近，可不單獨設置。高層區變電所可結合避難層或機電設備層位置設置。

1.4 高區變電所

對于高層區變電所，根據筆者以往設計驗算經驗，供電半徑控制在150m以內的超高層建筑可以不在高區層設置變電所。這樣既解決了大型設備運輸的問題，供電半徑也在可控范圍內。

但供電半徑超過150m的超高層建筑，其高區變電所設置原則即可按功能在避難層/機電層分區分段設置變電所，變壓器容量不宜超過1 250kVA(10kV)。

出于節省空間的考慮，對于經濟狀況較好、建筑面積緊張的建設項目，可優先選擇小型化產品，以合理使用建筑空間。

1.5 變電所選址工程實例

1.5.1 工程實例1

(1)建筑概況

本工程共由五棟建筑組成。

A座為獨立建筑，建筑面積22萬m2，總高度為439m。地下1～4層分別為設備用房及地下車庫；地上1～72層為辦公區；74層以上為酒店；中間設5個避難層及6個機電層。

B、C、D、E為四座塔樓，屬一類高層建筑，總建筑面積為38萬m2。地下共4層，地下1層為設備用房、停車庫及商場；地下2～4層為設備用房及停車庫，地下4層局部設有6級人防。B座為辦公用房，26層；D座為公寓，29層；C、E座為32層住宅樓。

(2)機房位置

A座地下1層設10kV開閉站，共設有6處配變電所。

1)B3F配變電所(辦公、制冷機房)設在地下3層，3臺1 600kVA干式變壓器。

2)B1F配變電所(B4F～17F辦公)設在地下1層，4臺1 250kVA干式變壓器。

3)19F配變電所(18F～36F辦公)設在第一機電層，3臺1 000kVA干式變壓器。

4)38F配變電所(39F～54F辦公)設在第二機電層，4臺1 000kVA干式變壓器。

5)56F配變所(55F～71F辦公)設在第三機電層，3臺1 000kVA干式變壓器。

6)73F配變電所(74F～98F酒店)設在第四機電層，2臺1 000kVA和2臺1 250kVA干式變壓器。

B、C、D、E四座塔樓，地下2層設10kV開閉站，樓內共設置5處變電所。

1)1#變電所(商業及地下設備用房)設在地下2層，4臺1 600kVA干式變壓器。

2)2#變電所(商業、制冷機組)設在地下3層，2臺1 600kVA干式變壓器。

3)3#變電所(B座辦公)設在地下1層，2臺 1 250kVA 干式變壓器。

4)4#變電所(D座公寓)設在地下1層，2臺 1 000kVA 和2臺800kVA干式變壓器。

5)5#變電所(C、E座住宅)設在地下2層，4臺1 000kVA干式變壓器。

1.5.2 工程實例2

(1)建筑概況

本項目一期建筑面積38.6萬m2，A座為超高層國際甲級辦公棟，上部為五星級酒店(建筑高度300m，地上59層)；B座建筑總高度為203.66m，共36層，功能主要為辦公樓；C座建筑總高度為203.66m，共36層，功能主要為辦公樓；以及將A、B、C座連為一起的裙樓(建筑高度27.15m，地上4層)，功能主要為五星級酒店的配套用房和辦公的配套用房、商業、家電廣場、美食廣場、汽車庫、非機動車庫、廚房、員工餐廳及機電設備機房和人防工程。二期總建筑面積為384 514 m2。

(2)機房位置

A座：1)地下B1層設置主變配電所，內設2臺2 000kVA干式變壓器，服務于酒店。2)地下B1層設置4#分變配電所，內設2臺1 250kVA干式變壓器，服務于辦公。3)地下B4層1#分變配電所，內設2臺1 000kVA干式變壓器，服務于酒店制冷機房。4)31層避難層設置5#分變配電所，內設2臺800kVA干式變壓器，服務于辦公。5)41層避難層設置2#分變配電所，內設2臺1 000kVA干式變壓器，服務于酒店。6)52層避難層設置3#分變配電所，內設2臺1 000kVA干式變壓器，服務于酒店。

B座：1)地下B1層設置兩個主變配電所，1#主變電所內設2臺1 600kVA和2臺1 000kVA干式變壓器，服務于商業和B座辦公。2)B座地下三層設置1-2#分變配電所，內設2臺 1 250kVA 干式變壓器，服務于制冷機房。3)B座地下三層設置1-3#分變配電所，內設2臺1 275kW高壓冷機和2臺 1 250kVA 干式變壓器。4)27層避難層設置1-1#分變配電所，內設2臺1 250kVA干式變壓器，服務于B辦公。5)商業地下B1層設置2#主變電所，內設2臺2 000kVA和2臺1 600kVA干式變壓器，服務于商業和車庫。6)商業地下B1層設置2-1#分變電所，內設2臺2 000kVA和2臺1 600kVA干式變壓器，服務于商業和車庫。

C座：1)商業地下B1層設置2-2#分變電所，內設2臺1 000kVA和2臺1 600kVA干式變壓器，服務于商業和C座。2)27層避難層設置2-3#分變配電所，內設2臺1 250kVA干式變壓器，服務于C座。

1.5.3 工程實例3

(1)建筑概況

建筑面積28.4萬m2，高度330m。地上81層，地下3層，裙房6層為酒店公共區、大宴會廳、多功能廳，29層以下為通用辦公區，30、31層為機電、避難層，32～58層為行政辦公區，59～63層為第二機電、避難層，64～76層為酒店，76層以上為健身、游泳、餐飲及停機坪。

(2)機房位置

本工程共計5個變電所，裙房地下2層、3層各設2臺2 000kVA干式變壓器；冷凍站(B2層)設4臺2 500kVA干式變壓器；29層設4臺2 000kVA 干式變壓器；54層設4臺1 600kVA干式變壓器。

1.5.4 工程實例4

(1)建筑概況

總建筑面積約12.69萬m2。地下5層，主要功能為車庫、商業、廚房、員工餐廳及設備機房；地上44層，主要功能為商業、四合院、辦公和會所等；建筑主體高度220m，裙房高度21.385m，地下深度26.85m。

(2)機房位置

本工程在地下三層設置與市政對接的主變電所，內設6臺干式變壓器(4臺2 000kVA和2臺 1 600kVA)，分別為制冷機房、塔樓辦公、地下車庫及裙房供電；在29層與避難層結合設置分變電所，內設4臺1 000kVA干式變壓器，為29層以上辦公及會所供電。

2 安全性

2.1 選址的安全性

變電所選址除考慮深入負荷中心縮短供電半徑外，還要考慮如下內容。

(1)設置在超高層建筑物地下室的變電所，不應設置在建筑最底層，應選擇在通風和散熱條件較好的場所。

(2)與市政對接的變電所要充分考慮接入位置，在層數的安排上要考慮進線電源來自于室外管井還是市政管廊。

(3)嚴禁設置在廁所、浴室、廚房或建筑物內可能積水場所的正下方，也不宜與上述場所貼鄰，若實在無法避免貼鄰，應考慮采取防止墻面滲水措施，采用雙墻防水且相鄰墻無接水點、上述場所的排水反向等措施。

(4)不應與有防電磁干擾要求的電子設備及電子機房貼鄰或位于其正上方或正下方，以防影響電子設備的正常工作。

(5)要避開建筑物的伸縮縫、抗震縫和沉降縫，不應設在有劇烈震動的場所。同時不應設置于存在地震二次災害隱患的部位。

2.2 安裝的穩定性

發生地震時，層數越高，建筑晃動越厲害，要求變電所內配電裝置安裝時要與建筑本體牢固連接，做到安全穩定。具體安裝方法建議如下。

(1)若變壓器運輸中采用自帶滾輪式，安裝時要拆除滾輪，并就地焊接牢固。內部線圈牢固固定在變壓器外殼的支承結構上。變壓器基礎的兩段平行槽鋼之間需增加橫向支撐槽鋼，防止變壓器基礎槽鋼在橫向地震力作用下側滾。具體參見圖1。

圖1 變壓器安裝示意圖

(2)配電柜安裝時需通過機械錨栓或預埋件固定在面層以下的結構樓板或梁上。端頭和柜體之間均設置預埋件。必要情況下，可將幾個柜在重心位置(L)以上連成整體。具體參見圖2。

圖2 配電柜安裝示意圖

3 可持續發展性

3.1 超高層建筑的建設

超高層建筑的建設應考慮可持續發展，在變電所面積確定方面，應適當考慮配電系統的發展空間，尤其對于功能較多的綜合體，隨著技術的發展及建筑功能分區的改變，都會影響配電系統，這就要求在配電柜位置上預留發展空間，也可以在配電柜配出回路上留有一定的冗余。

3.2 變電所機房的位置選擇

變電所機房的選擇位置應考慮方便變電所內大型設備的運輸、裝卸及搬運，不能因配電裝置的維護而破壞土建設施，故在選址時要充分考慮地下變電所、裙房變電所、高層變電所變壓器的運輸(包括二次運輸)。下面有幾種情況需要注意。

(1)電氣設計人員在配合機房時，經常忽略搬運門的大小，造成不必要的拆卸。

(2)當使用冷凍站內部搬運通道時，應與暖通空調專業進行配合，在布置時設備應避讓運輸通道，避免變壓器搬運時造成不必要的設備拆除。

(3)整個搬運通道應考慮整體層高，應保證機電管道綜合后的高度不小于變壓器搬運高度，一般考慮為外殼高度+500mm，寬度+300mm。

(4)整個搬運通道應考慮地面荷載，變壓器經過的通道荷載應提供給結構專業，避免一、二次搬運時地面被破壞，路由選擇時，盡量避免經過需要裝飾的位置。

(5)對于高區層變電所變壓器的二次運輸，可從以下方面考慮。

1)經濟解決方案可以通過電梯井道，并由專業安裝單位實施運輸。在選擇變壓器時，既要考慮電梯井道的大小，同時又要考慮運輸過程對樓板荷重的影響。存在的問題是面臨破壞電梯井道的豎向電梯配件的問題。

2)室外運輸方式，存在的問題是層數越高難度越大，成本也很高。

3)電梯轎廂運輸方式，存在的問題是一次成本增加，變壓器容量需限制，但可持續性較好，并可兼顧貨運功能。

表1～4為電梯額定荷載與變壓器重量和外型尺寸。電梯額定荷載以國家標準圖025404內三菱電梯樣本為參數，在超高層建筑電梯速度約為1.6m/s，客梯數據指標見表1。變壓器重量和外型尺寸以某電氣公司變壓器產品樣本參數為例，變壓器數據指標見表2～4。

三菱電梯技術參數 表1

F級絕緣SC(B)13-10kV/0.4kV變壓器技術參數 表2

F級絕緣SC(B)10-10kV/0.4kV變壓器技術參數 表3

SG(B)10-10kV/0.4kV變壓器技術參數 表4

4 結束語