若干新標準對建筑電氣設計的影響

何玉輝, 曹 新

(中冶南方工程技術有限公司,湖北 武漢 430000)

0 引 言

當今,城市化建設正快速推進,房地產(chǎn)市場迎來巨大變革,土地資源變得愈加珍貴,超高層建筑建設成為常態(tài);同時人們對居住環(huán)境和品質(zhì)需求越來越高,這就更加要求民用建筑設計朝著品質(zhì)化、精細化方向發(fā)展。本文介紹了工程項目中遇到的問題及其解決方案,涵蓋超高層建筑供電、應急照明及充電樁電氣設計;總結了其他新規(guī)范、新標準的實施對電氣設計帶來的影響及其實施辦法。

1 超高層建筑供電設計

根據(jù)《全國民用建筑工程設計技術措施》(電氣)[1]第3.1.3條建議,低壓線路供電距離一般不超過250 m,否則會造成電壓損失過大或保護開關不能保護線路末端發(fā)生短路。變配電房的設置需要深入負荷中心,一般對于建筑高度大于150 m的超高層建筑,設置在靠近該用電建筑的地下室或避難層場所。

在超高層住宅中,若將公變配電房設置于避難層,一方面需要專門電梯井道運輸設備或在避難層裝設吊裝平臺設備,另一方面對于避難層相鄰的樓層住宅銷售有影響。此外,當故障搶修時,人員及設備快速進出存在困難,設備運輸還需要相應的運輸通道及承重電梯。故在超高層住宅項目中,公變配電房一般設計在地下一層,靠近單棟住宅核心筒的附近。這樣初始投資降低,后期運維也便利。

以武漢萬達超高層建筑項目為例,該項目地塊內(nèi)含5棟超高層住宅、1棟高層住宅及低層商業(yè)配套。其中5棟住宅建筑高度約200 m,層高3 300 mm,層數(shù)60層,計算地塊用電容量為31 100 kW。根據(jù)武漢市供電局要求需要設置2座開閉所,且開閉所需要建在地上。住宅單棟建筑高度達200 m,且項目容積率較高,由于地面無空間設置公變配電房,故在地下一層(地下室共3層),緊鄰單棟位置處設置公變配電房。項目地下共3層,將配電房設置在地下一層。地上單體住宅含有3個避難層,住宅戶內(nèi)配電經(jīng)計算需要8根電纜,用電設備較多,故單體住宅樓上每層設置強電井2個,弱電井1個。

此外,因建筑高度較高,需要進行電壓損失校驗。以其中某棟為例,進行電壓降的復核,電壓降3.05%,滿足壓降要求。住宅戶內(nèi)用電供電路徑示意圖如圖1所示。

圖1 住宅戶內(nèi)用電供電路徑示意圖

計算方法如下:

(1)由公變變壓器至住宅戶表總進線箱。住宅戶表總進線箱按最遠一段計算,設置在最高避難區(qū)的起始層。計算負荷為Pjs=276 kW,電纜為截面4×240 mm2,戶表總進線箱與公變配電房距離為185 m,利用天正軟件計算電壓損失為4.83%。

(2)由總進線箱至樓層電表箱。最高一段干線為46～60層,負荷為68 kW,采用密集母線槽由該分區(qū)總進線箱引至樓層電表箱,依據(jù)19DX101-1《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》,計算得出母線槽到60層的壓降為0.001 4%。

(3)由層電表箱至戶內(nèi)配電箱。戶內(nèi)配電箱P=24 kW,距離約為10 m,計算電壓損失為0.218% 。

總線路電壓損失Δu%=Δu1%+Δu2%+Δu(線路)=-3.05%,符合規(guī)范要求,其中,Δu1%為變壓器的自身運行損耗電壓損失,取-3%;Δu2%為變壓器出口電壓分接開關擋位,取5%。

2 消防應急照明設計

GB 51309—2018《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)技術標準》[2]第3.2.1條規(guī)定,設置在距地面8 m及以下應急照明燈具應采用A型燈具(即工作電壓均不大于DC 36 V的消防應急燈具),配接燈具的額定功率總和不應大于配電回路額定功率的80%,配電回路的額定電流不應大于6 A。即采用DC 36 V供電時,Pe≤172.8 W;DC 24 V供電時,Pe≤115.2 W。由于應急照明燈具一般為LED光源,該光源為恒功率供電,當燈具供電電壓降低時,其回路電流增大,電流超過6 A時,熔斷器動作,切斷應急照明回路。所以在進行應急照明設計時,需要滿足線路電壓損失要求。

2.1 應急照明供電距離計算

國標圖集19D702-7《應急照明設計與安裝》[3]給出了消防應急燈具端子處電壓偏差允許值是額定電壓的±20%。在實際工程中,應急電源蓄電池模塊本身已有電壓損失,故燈具電壓偏差不宜超過10%的范圍,也滿足GB 50034—2013《建筑照明設計標準》[4]應急照明供電不宜低于其額定電壓90%的要求。依據(jù)《工業(yè)與民用配電設計手冊(第4版)》[5],線路電壓降為

(1)

式中:ρθ——電線實際工作溫度電阻率;

P——線路功率;

L——線路長度;

Un——額定電壓。

根據(jù)式(1),在實際項目中可以在Excel中建立計算公式,已知P、L就可以算出電壓損失。

配電電線工作溫度為70 ℃,DC 36 V、DC 24 V時應急照明配電回路供電距離分別如表1、表2所示。

表1 DC 36 V時應急照明配電回路供電距離

表2 DC 24 V時應急照明配電回路供電距離

以宜昌新城吾悅廣場城市綜合體項目應急照明布置為例,該項目應急照明采用集中電源集中控制系統(tǒng)。依據(jù)GB 51309—2018第3.2.5條,該部分屬于人員密集場所,疏散照明照度值不應低于3.0 lx。該商業(yè)體中庭為一個狹長型防火分區(qū),一個應急照明回路(DC 36 V)帶有疏散應急燈,配電箱出線到第一個燈具距離為20 m,燈具均勻布置間隔為10 m,2盞應急照明燈(6 W,光通量505 lm,吸頂安裝)間隔10 m。單回路配電距離為140 m,每個回路12盞應急燈,功率合計為72 W。

燈具連線示意圖如圖2所示。根據(jù)圖2,集中電源到終端負載的有效距離L=L1+L2/2,并不是配電線路到末端燈具的距離L1+L2。上述實例有效供電距離L=80 m,代入式(1)計算得出Δu=7.3%,滿足要求。

圖2 燈具連線示意圖

2.2 蓄電池容量

近期參與的中核·城市之光一號及國投·襄陽府住宅小區(qū)a地塊項目,含有疊墅、洋房、一類高層住宅。依據(jù)GB 50116—2018《建筑設計防火規(guī)范》[6]第10.3.1條,建筑高度小于27 m的住宅可以不設置應急照明;依據(jù)圖集19D702-7《應急照明設計與安裝》,住宅建筑地上樓梯間內(nèi)可不設置疏散方向標志燈。應急照明系統(tǒng)蓄電池供電時間應保證t1+t2,應急照明蓄電池最小持續(xù)供電時間如表3所示。

表3 應急照明蓄電池最小持續(xù)供電時間

3 充電樁電氣設計

GB/T 51313—2018《電動汽車分散充電設施工程技術標準》[7]于2019年3月1日開始執(zhí)行,該標準要求:① 新建住宅配建停車位應100 %建設充電設施或預留建設安裝條件;② 大型公共建筑物配建停車場、社會公共停車場建設充電設施或預留建設安裝條件的車位比例不應低于10%。

因此,方案設計階段需征詢當?shù)匾?guī)劃部門關于建設充電設施到位的比例。例如,武漢市住宅地下室到位比例為30%,宜昌、襄陽市住宅地下室比例為10%,對于非住宅類建設到位比例為10%。

實際項目中,采取的設計方案為按照規(guī)劃要求比例,剩余比例預留充電樁專用配電房,土建做到位,后期隨著新能源汽車的普及比例提升,加裝電氣設備敷設至末端車位。在初設及施工圖階段分別計算到位比例的充電樁和預留充電樁容量。選取變壓器容量,確定供電方案。

GB 50116—2018第13.5.5條也指出電動車充電的場所末端回路應設置限流式電氣防火保護器。

地下車庫充電樁車位布置時,需要提前與建筑結構專業(yè)對車位布置進行協(xié)商,快慢充充電樁設置在不同的防火分區(qū)?？倲?shù)不多情況下,將充電樁車位集中在相同防火分區(qū),盡量遠離設備房區(qū)域,布置在通風位置較好的分區(qū)。

每個防火單元的充電樁配電可以設置一個充電樁配電箱配電小間,每個車位充電設備可以采用壁裝或落地安裝。落地安裝時,充電設備基礎應高出地坪50 mm,基礎需大于充電設備外輪廓不小于50 mm,防止地下室漫水時,保證設備安全及人身安全;壁裝時安裝在墻體上或柱體上,不應占用車位空間。

4 其他新規(guī)范、新標準實施對電氣設計的影響

4.1 暖通專業(yè)規(guī)范實施

GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》[8]的實施對電氣設計有了新的要求。

(1)排煙風機、補風機消防控制。該標準第5.2.2款對排煙風機、補風機控制方式要求如下:現(xiàn)場手動啟動、火災自動報警系統(tǒng)自動啟動、消防控制室手動啟動、系統(tǒng)中任一排煙閥或排煙口開啟時,排煙風機、補風機自動啟動、排煙防火閥在280 ℃時應自行關閉,并應聯(lián)鎖關閉排煙風機和補風機[8]。

針對該規(guī)范,當探測器探測發(fā)生火災后,排煙風機、補風機的開啟方式為:① 排煙閥(口)開啟的動作信號,作為風機啟動的聯(lián)動觸發(fā)信號,消防聯(lián)動控制器聯(lián)動控制風機的啟動;② 排煙閥(口)和風機控制箱之間進行硬線連接,直接啟動風機,并將風機啟動信號反饋給消防控制器;③ 現(xiàn)場手動啟動;④ 消防控制室聯(lián)動控制器手動啟動。

排煙風機啟動控制系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 排煙風機啟動控制系統(tǒng)圖

(2)加壓風機消防控制。加壓送風分為樓梯間和前室加壓送風。加壓送風消防時啟動方式為:火災報警系統(tǒng)消防聯(lián)動控制器聯(lián)動控制風機的啟動;常閉加壓送風口現(xiàn)場手動或火災自動報警自動啟動相應的加壓送風機;現(xiàn)場手動啟動;消防控制室聯(lián)動控制器手動啟動。加壓風機啟動控制系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖4 加壓風機啟動控制系統(tǒng)圖

另外,GB 51251—2017第3.4.4 條要求機械加壓送風量應滿足走廊至前室至樓梯間的壓力呈遞增分布,余壓值應符合下列要求:前室、封閉避難層(間)與走道之間的壓差應為25～30 Pa;樓梯間與走道之間的壓差應為40～50 Pa;當系統(tǒng)余壓值超過最大允許壓力差時應采取泄壓措施。

根據(jù)暖通專業(yè)的提資,在地下室及地上每個5～6層的樓梯間和合用前室內(nèi)合適位置設置余壓檢測傳感器,避免火災時合用前室和樓梯間內(nèi)壓差過大影響疏散逃生。余壓傳感器壓力信號傳遞給余壓控制器,控制開啟加壓送風機旁通風管上的泄壓閥執(zhí)行器進行泄壓。余壓檢測配電系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5 余壓檢測配電系統(tǒng)圖

4.2 綠建評價標準

DB 42—2021《湖北省綠色建筑評價標準》[9]于2021年1月1日執(zhí)行,較之前增加第10.2.2條,要求地下車庫應設置與CO濃度監(jiān)測裝置聯(lián)動的自動控制排風系統(tǒng)。

根據(jù)暖通專業(yè)資料提資,地下車庫每個防火分區(qū)均設置了CO 探測。由于CO檢測系統(tǒng)不屬于消防系統(tǒng),對排煙風機控制應在消防運行時候失效,所以CO濃度控制器電源引自本防火分區(qū)內(nèi)普通照明配電箱。非消防時,CO濃度探測器探測CO 濃度,控制器實時接收各探測器檢測的信號使排煙風機啟動,其運行觸點信號通過硬線連鎖控制相應的風機啟動;消防時,切斷非消防電源,普通照明配電箱斷電,CO控制器失電,不影響消防風機的運行。CO檢測配電系統(tǒng)圖如圖6所示。

圖6 CO檢測配電系統(tǒng)圖

4.3 電纜選擇

GB 51348—2019《民用建筑電氣設計標準》[10]實施后,對于電纜的選取有了新的定義,消防線路選取要求如表4所示。非消防線路燃燒性能的要求如表5所示。消防用電設備電纜應保證火災時要求最小持續(xù)供電時間。GB 31247—2014《電纜及光纜燃燒性能分級》[11]第4.1條給出,電纜及光纜的燃燒性能等級分為A、B1、B2、B3。其中B3為普通電纜,即不阻燃性,如VV、YJV。在設計項目時,可以根據(jù)建筑性質(zhì)及所在場所選擇電纜。

表4 消防線路選取要求

表5 非消防線路燃燒性能的要求

5 結 語

民用建筑從方案設計到施工,電氣子系統(tǒng)較多,細節(jié)多,在項目啟動時首先要了解該項目地理位置、當?shù)貓?zhí)行標準要求以及外部市政條件等,進而根據(jù)建筑特征計算用電容量,確定供電方案,與建筑結構專業(yè)配合確定電氣設備房的位置。