超高層住宅與普通高層住宅電氣設計對比分析

宋娟

（太原市建筑設計研究院，山西 太原 030002）

太原市某小區工程，建筑面積40 萬m2，共有9 幢超高層住宅，1 幢普通高層住宅，10 幢低層住宅以及商業，社區配套等。其中3 號樓和5 號樓戶型一致，但層數和高度差別較大，5 號樓為普通高層住宅，23 層，建筑高度74.1m；3 號樓為超高層住宅，層數為41 層，高度為130m，中間設有兩個避難層，分別為16 層和31 層。本文就兩幢樓的電氣設計具體內容及設計結果進行詳細的比對分析，以重點突出設計區別并闡述超高層建筑設計的特殊性，主要介紹供配電系統的設計、電氣照明系統設計、防雷、接地及安全防護設計、火災自動報警設計等。

1 供配電系統設計

1.1 配電系統設計

5 號樓（普通高層）一級負荷用電量為104kW，含下列系統及設備用電：消防設備（消防電梯，加壓風機等）、消防應急照明和疏散指示、走道照明、客梯、排污泵、通信等設備用電。三級負荷用電量為372kW，含下列系統及設備用電：居民用電及其他電力、照明、空調通風設備等用電。一級及消防等重要負荷由雙重電源供電，要求兩路電源相互獨立，且滿足一路電源發生故障時，另一電源不應同時受到損壞。三級負荷采用單電源供電。

3 號樓（超高層）雖然用電負荷分級和5 號樓一樣，但是由于超高層機電設備多，用電負荷大，一級負荷用電量為159kW，三級負荷用電量為443kW，而且2019 版《民用建筑電氣設計標準》規定，建筑高度為100m 或35 層及以上住宅建筑的疏散標志燈由蓄電池組作為備用電源[2]，消防用電負荷、應急照明、航空障礙照明、生活水泵宜設自備電源供電[2]。所以，為了保證超高層電源的可靠性，在地下車庫預留了柴油發電機房。

1.2 低壓配電系統設計

5 號樓（普通高層）在地下室集中設置居民配電間和公共配電間，樓內低壓配電采用220V/380V 低壓電源。配電系統采用放射式與樹干式相結合的方式。個別小容量、供電線路長的設備采用鏈接方式配電。消防負荷采用雙電源供電，在消防電梯機房、各層電氣管井以及各防火分區的配電小間內設置雙電源切換箱，實現末端自動切換（防排煙風機、供消防使用的排污泵、防火卷簾、電動擋煙垂壁等均由本防火分區配電小間或電氣管井內的雙電源切換箱放射式或樹干式供電）；三級負荷采用單電源供電。

3 號樓（超高層）除滿足上述要點外，超高層住宅低壓配電系統需要根據不同功能分區而且需要根據避難層劃分相對獨立的供配電系統。本工程的低壓配電回路嚴格按照避難層劃分為3 個分區。供避難場所使用的用電設備直接從變電所采用專用線路放射式為其配電，既安全可靠，又經濟合理。

1.3 配電線路選擇

5 號樓（普通高層）低壓電纜耐壓等級均為0.6/1.0kV。消防電纜與非消防電纜同一電井敷設時，消防干線、消防分支干線、應急照明干線采用礦物絕緣類不燃性電纜[3]，其余消防電線電纜采用低煙、無鹵耐火型電線、電纜，非消防普通配電干線、支線采用低煙、無鹵阻燃型電線、電纜。所有消防線路采用銅芯導線、電纜，且線路的燃燒性能為B1 級。非消防線路采用燃燒性能不低于B2 級、產煙毒性為t2 級、燃燒滴落物/顆粒等級為d2 級的電線電纜[2]。

3 號樓（超高層）雖然低壓電纜耐壓等級也為0.6/1.0kV，但是消防干線、消防分支干線、應急照明干線必須采用礦物絕緣類不燃性電纜，消防支線采用低煙、無鹵耐火型電線。而且超高層住宅電線、電纜的燃燒性能要求更高，所有消防線路采用銅芯導線、電纜，且線路的燃燒性能為B1 級；非消防線路采用燃燒性能不低于

B1 級及以上、產煙毒性為t0 級、燃燒滴落物/顆粒等級為d0 級的電線和電纜[2]，避難間明敷的電線電纜應選擇燃燒性能不低于B1 級，產煙毒性為t0 級、燃燒滴落物/顆粒等級為d0 級的電線和A 級電纜[2]。

2 電氣照明系統設計

2.1 正常照明配電系統設計

5 號樓（普通高層）住宅照明配電采用樹干式供電，干線及各樓層供電均為三相五線，電表箱在每層管井內集中設置。樓梯間內采用紅外線感應吸頂燈、走道采用吸頂燈和嵌入式筒燈相結合的方式。房間的照度標準值和功率密度值按照《建筑照明設計標準》（GB 50034—2013）設計。

表1 住宅建筑每戶照明功率密度限值

3 號樓（超高層）除滿足普通高層要求外，避難層的走道應單獨設置配電回路，樓梯間正常照明也應按避難層分區供電，避難層連接樓梯的上行和下行樓梯間分不同回路供電。

2.2 消防應急照明配電系統設計

5 號樓（普通高層）消防應急照明和疏散指示系統采用集中電源集中控制型系統，系統由應急照明控制器、A 型應急照明集中電源、消防應急照明燈具、消防應急標志燈具組成[4]。應急照明控制器設置在消防控制室內，A 型應急照明集中電源設置在管井。集中電源在蓄電池電源供電時的持續工作時間不應少于1h，其中火災時不應少于0.5h，非火災狀態下不應超過0.5h。此外還要求封閉樓梯間、防煙樓梯間及其前室，消防電梯間的前室或合用前室，地面水平最低照度不低于5.0lx；疏散走道、疏散通道，安全出口外面及附近區域、連廊的連接處兩端地面水平最低照度不低于1.0lx；配電室地面水平最低照度不應低于1.0lx。

3 號樓（超高層）消防應急照明和疏散指示系統和普通高層采用的系統一樣，但是要求集中電源在蓄電池電源供電時的持續工作時間不應少于2h，其中火災時不應少于1.5h，非火災狀態下，不應超過0.5h。而且除了滿足普通高層的地面水平最低照度外，還要求避難走道不應低于5.0lx；避難層（間），不應低于3.0lx。同時，在避難層進樓梯間的入口處和疏散樓梯通向避難層的出口處設置明顯的比避難間指示標志[3]。

2.3 備用照明設計

5 號樓（普通高層）要求防排煙機房、配電室等發生火災繼續工作的設備用房設置備用照明，且作業面的最低照度等于正常照度。

3 號樓（超高層）除了對上述房間有要求，還對避難層提出了要求，要求避難層及避難走道必須設置備用照明。

3 防雷、接地及安全防護設計

3.1 建筑物防雷設計

5 號樓（普通高層）防雷設計需要根據建筑物外形以及當地的年平雷暴日天數計算年預計雷擊次數，再根據規范確定防雷應按三類防雷建筑物防雷設計。采取的防雷措施包括防直擊雷、防側擊雷、防雷電波侵入，并設置總等電位聯結。

接閃器：在屋頂女兒墻四周明敷25×4 熱鍍鋅扁鋼作為接閃帶，接閃帶沿屋頂周邊女兒墻外表面敷設。接閃器之間互相連接。形成20m×20m 或24m×16m 的接閃網格。

引下線：利用建筑物柱子或剪力墻內兩根≥φ16以上主筋相互聯結，形成電氣通路作為自然引下線，引下線間距不大于25m；引下線上端與接閃帶電氣聯結，下端與建筑物基礎底梁或基礎底板內的兩根主筋電氣聯結。

防雷電波侵入措施有：電源進戶電纜的金屬鎧裝及金屬保護管在進戶處接地；在低壓進戶柜（箱）內進線處設置浪涌過電壓保護器；屋頂向露天電氣設備供電之終端配電箱內主母線處設置浪涌保護器；凡突出屋面的金屬通風管、屋頂風機、金屬屋架等所有金屬構件均與接閃帶可靠焊接。

建筑物上部占高度20%并超過60m 部位應設防側擊雷措施，各表面上尖物、墻角、邊緣、設備等突出的物體按照突出屋頂的金屬構件處理，采取保護措施。將建筑物外側上的金屬門窗、陽臺欄桿等較大的金屬物與避雷裝置連接。

3 號樓（超高層）住宅直接按第二類防雷建筑物采取相應的防雷措施。接閃器和引下線的做法與普通高層一樣，但是接閃帶的網格按二類防雷考慮，屋面形成10m×10m 或12m×8m 的接閃網格。引下線間距不大于18m。

3.2 建筑物接地與安全措施

5 號樓（普通高層）和3 號樓（超高層）一樣，接地系統采用共用接地系統，防雷接地、電氣設備的保護接地、電梯機房的接地及各弱電系統的接地等共用接地裝置[1]，要求接地電阻不大于1Ω，實測不滿足要求時，增設室外人工接地體。

總等電位聯結措施包括在各配電室內設置總等電位接地端子板（MEB），總接地端子板與配電系統及電源進線之PE 線、進戶電纜金屬外皮、進出戶水管、采暖管、信息系統進線保護管及金屬構件，電梯井架等所有裝置外可導電體均用等電位聯結線連接。各層電氣豎井內設置樓層等電位接地端子板和豎向接地干線連接，各弱電系統機房內及帶淋浴的衛生間內設置局部等電位接地端子板，通過接地干線形成整個建筑物的等電位聯結網絡。

4 火災自動報警設計

4.1 系統選擇及設計要求

5 號樓（普通高層）火災自動報警系統采用集中型火災自動報警系統，在消防控制室設置報警和聯動控制器。

3 號樓（超高層）與普通高層一樣，火災自動報警系統采用集中型火災自動報警系統，消防控制室設置報警和聯動控制器，但是每臺控制器控制的火災探測器，手動報警按鈕和模塊都不允許跨越避難層[5]，可以按避難層嚴格分區，也可以在避難層設置區域報警控制器。當采用第二種方案時，集中報警控制器與區域報警控制器之間采用環形接線。本工程采用第一種方案。

此外，各避難層內的消防應急廣播為了保證安全性，不能與其余層采用共同的廣播分路，應獨立配線。

4.2 消防聯動控制設計

3 號樓（超高層）要求火災發生后，除超高層建筑中參與疏散人員的電梯外，其他客梯應依次停于首層或電梯轉換層，并切斷電源。

3 號樓（超高層）還要求超高層住宅避難層設置的轉輸水泵，由設置在避難層的轉輸水箱上的液位控制器控制，轉輸水泵的控制應自成系統，然后由主消防控制室控制。各轉輸水箱上的液位、轉輸泵的運行信號也同時在主消防控制室顯示，其余的聯動控制同5 號樓（普通高層）一樣。

4.3 系統設備的設置

5 號樓（普通高層）火災報警控制器、消防聯動控制器、火災探測器、區域顯示器、手動火災報警按鈕、火災警報器、消防應急廣播和消防專用電話缺一不可。

3 號樓（超高層）和普通高層一樣，所有消防設備缺一不可。同時對避難層作了特殊要求，要求避難層設置消防廣播和消防專用電話分機或電話插孔，間距不得大于20m。

4.4 系統線纜選擇

5 號樓（普通高層）消防聯動總線及聯動控制線應選擇耐火銅芯電線或電纜，且線路燃燒性能不低于B2 級[2]。

3 號樓（超高層）除了滿足普通高層的要求，還要求住宅避難層與消防控制室的通信線路、消防廣播線路等也采用耐火電線或耐火電纜。避難間內金屬導管或終端出線盒及過路盒應暗敷設，當受條件限制金屬導管或槽盒需要在避難間內明敷設時，其管槽應采取防火保護措施。

5 結語

超高層住宅與普通高層住宅電氣設計的區別主要體現在以下5 個方面。

（1）供配電系統的分區情況，超高層需要根據避難層設置情況劃分相對獨立的供配電系統；供避難場所使用的用電設備，由變電所專用線路配電。

（2）電纜的選擇要求，超高層所有消防電纜無論是否與其他配電線路共管井，必須采用礦物絕緣類不燃性電纜，而且電纜的燃燒性能要求更高。

（3）應急照明持續供電情況，超高層要求消防應急照明備用電源的連續供電時間不應小于1.5h。

（4）火災自動報警系統分區情況，超高層要求火災自動報警系統嚴格按照避難層分區；避難層內設置的消防應急廣播采用獨立的廣播分路；避難層與消防控制室之間設置獨立的有線和無線呼救通信。

（5）避難層需要安裝的設備。避難層不僅對疏散照度有要求，還要求設置備用照明、消防廣播、消防電話等。

超高層住宅人員密集，機電設備多，用電負荷大，對用電可靠性和消防安全性提出了更高的要求，需要從可靠性、安全性、實用性和經濟性的角度出發，明確超高層住宅設計的要點和原則。