商业综合体的配电设计

王 洪 伟

(中国建筑上海设计研究院有限公司, 上海 200063)

商业综合体的配电设计

王 洪 伟

(中国建筑上海设计研究院有限公司, 上海 200063)

从负荷计算、供配电系统设计、应急电源系统及配电箱的设置等方面介绍了商业综合体的配电设计。指出综合体在工程设计中应从实际需求出发,确定各业态的用电负荷指标,制定切实可行的供配电方案,设置应急电源,以更好地保证应急照明系统的安全性、可靠性。

商业综合体; 负荷计算; 供配电系统; 应急电源

0 引 言

商业综合体是集多功能于一体的综合建筑群,总建筑面积一般在30万m2以上,有的甚至高达上百万平方米,因此建筑的用电量巨大,变压器的总装机容量约为30～100 MVA。

如此巨大的用电容量对区域电网是一种冲击,对于110/10 kV的城市电网,需要由市政电网取5～6路10 kV电源;对于110/35 kV的城市电网,则需3路35 kV电源。无论是10 kV电压等级接入,还是35 kV电压等级接入,这对于30万m2以上规模的城市综合体,几乎占用了110 kV区域电站的供电能力的50%。这种量变对于市政电网也是一种挑战,直接影响了市政110 kV电站的规模分布及出线形式。另外,商业综合体的多种功能形态和区域划分归属于不同的物业部门,因此供配电系统显得更为复杂和重要。

本文结合某商业综合体实际工程,从整体供配电的合理性和经济性等方面,介绍了商业综合体的负荷计算、供配电系统设计、应急电源系统及配电箱的设置等内容,以期对电气设计师提供参考。

1 工程概况

该项目整个建筑按照业态分布分为商业楼、百货楼及娱乐楼3个区域,总建筑面积为47万m2,-1F为超市、停车库及设备用房,1F～6F为商业综合体,经营业态有大型百货、儿童娱乐、家电卖场、电影院及餐饮;6F及以上部分为办公、公寓式酒店及五星级酒店。该建筑按照一类高层公共建筑设计。

2 负荷分级

该项目的用电设备多,用电性质多样,负荷等级涵盖一、二、三级负荷。消防设备(主要包括消防风机、消防水泵、应急照明、消防电梯等)用电、非消防(主要包括生活水泵、排污泵、普通客梯、酒店宴会厅、酒店厨房等)的重要设备用电为一级负荷;商场及酒店经营管理用计算机电源等为一级负荷中特别重要负荷;货梯、商业客梯、自动扶梯、空调设备及酒店处一级负荷外的其他用电设备为二级负荷;除一、二级负荷外,其余负荷均为三级负荷。

3 负荷计算

商业综合体项目的特点一般是体量大、功能多样,导致用电需求多样化,在设计阶段很难预测准确,因此在设计时要保证一定的弹性。商业综合体建筑的用电负荷一般具有如下特点:

(1) 商业楼的用电负荷大,一般远大于文献[2]中规定的大型商业120 W/m2的指标,尤其是餐饮的用电负荷更大,而且不同类型(快餐和正餐)、不同饮食文化背景(中餐和西餐)的餐饮差别也很大。

(2) 负荷的不确定性大,商业出租业态常随市场供求而变化,用电负荷需求随之变化,使负荷总在动态变化之中。

(3) 目前的规范和技术措施没有对商业项目中不同类别商铺的参数指标进行细化,工程设计中的负荷计算缺少依据,大多数情况只能靠设计人员凭借以往的工程经验或业主提供的类似项目数据参考计算。

该工程在设计时根据业主提供的资料通过与业主招商部门的沟通,在参照技术措施及同一地区相同类型的综合体项目的基础上,确定了该项目各业态的用电负荷指标,如表1所示。由表1可见,商业综合体的用电指标比较高。

表1 各业态的用电负荷指标

商业综合体的变压器装机容量如表2所示。由表2可见,该类项目的用电指标远高于一般公共建筑项目。

表2 商业综合体的变压器装机容量

4 供配电方案的确定

商业综合体的体量比较大,且属于人员密集场所,因此对配电的安全可靠性提出了很高的要求。该项目的用电量巨大,市政一般能提供几路独立电源。该项目设计了两种供电方案:

(1) 供电方案一。考虑到该项目的用电容量以及35 kV高压的供电容量,因此采用由市政提供4路独立的35 kV电源,每路容量为15 MVA,两两互为备用。在项目建筑红线范围内设置1座35/10 kV变配电室,内置35 kV进线柜、计量柜、35/10 kV变压器及10 kV出线柜。由35/10 kV变配电室出来后采用10 kV馈电至各10/0.4 kV变配电室。两路35 kV 电源分别引自总变电站不同的母线段,采用单母线分段运行,在10/0.4 kV变配电室设低压联络开关,每个10/0.4 kV变配电室的10 kV进线均能负担该变配电室内的所有一、二级负荷。在35/10 kV供电部门设35 kV高压计量柜,由物业统一向供电部门缴费,项目中需要高压计量的在10/0.4 kV变配电室设10 kV高压计量柜,若需低压计量,在末端设低压电表,所有业态的电费均由物业统一收取。配电系统接线图(一)如图1所示。

(2) 供电方案二。在商业、百货、娱乐地块内拟设1座10 kV高压开闭所,由市政为每个地块内的高压开闭所提供4路独立的10 kV电源,4路电源两两互为备用,总计为项目提供12路独立10 kV进线,每路10 kV容量约为5 000 kVA。在每个地块内自10 kV开闭所采用10 kV电缆馈电至各10/0.4 kV变配电室。每个开闭所内的10 kV采用单母线分段运行,中间设置母联断路器;当一路电源故障时,通过手动/自动操作母联断路器闭合,由另一路电源负担所有的一、二级负荷。在计量方面,业主自持物业及大型出租业态的计量均在10/0.4 kV变配电室内设置10 kV高压计量柜,由物业和租户直接对供电部门缴费。出售的产权式商铺的计量设低压计量电表,由供电部门直接收费到户。配电系统接线图(二)如图2所示。

图1 配电系统接线图(一)

图2 配电系统接线图(二)

供电方案一中,35/10 kV的设计及管理由供电部门负责,10/0.4 kV 变配电室的设计、运行管理权属于业主。该方案的优点是业主和供电局产权管理分界清晰,土建设计单位与供电设计单位的设计界限也不会混乱,有利于业主后期对各变配电室变压器容量的调整和平衡;缺点如下:① 35 kV/0.4机房设置在建筑红线内,占用地上面积比较大;② 35 kV变电所是给该项目专用,因此35 kV变电所需要业主投资,费用比较高;③ 10/0.4 kV变配电室的维护需要业主物业管理,造成维护成本增加;④ 35/10 kV变压器作为长期运行的设备,产生的运行损耗会增加成本。

供电方案二中,自变压器的上装头以上的部分由供电部门设计管理,优点是减少一级变电,方案较为简单,节省机房占用面积及一次投资。10 kV高压由电力部门的专业人员维护,减少了业主的维护费用;缺点是10 kV的进线及10 kV配电室的数量太多,增加了维护难度。由于10 kV的每路进线容量一次性确定后后期就不能修改,因此对业主由于招商或业态修改引起的变压器的容量调整和平衡增加了很大的难度。

上述两种供电方案在技术层面均可实行,该项目大部分商业的物业属业主自持物业,公寓式酒店、外街商铺属于对外出售的产权式物业;而大型百货、超市、酒店、家电超市是整体出租,商务租赁谈判时均坚持要求独立对供电部门计量,直接向电业局交费。整个项目的供电管理很复杂,不可能由物业统一向供电部门计量缴费,且业主对物业后期维护的成本很重视。因此,综合分析了上述情况并与供电部门沟通后,选择供电方案二。

5 变配电室的设置

商业综合体物业产权的复杂多样化导致了物业划分的独立性,因此为其服务的电气用房(变配电室、柴油发电机房、电信机房等)也必须各自独立,其产权归属和管理归属自然也要分开。因此,在变电室的设置时要按照以下几个原则:

(1) 按照不同功能划分变电所。

(2) 按照不同的物业权属进行设置。

(3) 变配电室要尽量深入所服务的所属负荷中心。

(4) 变配电室的设置要考虑其出线通道,尽量避免与其他电站或大的风管交叉。

(5) 变配电室的位置还要满足供电压降需求,影响压降的因素主要有供电容量和供电距离,设备的供电电压应满足GB 50052—2009《供配电系统设计规范》的要求。

变配电室设置及变压器装机容量如表3所示。

表3 变配电室设置及变压器装机容量

6 楼层配电间及配电箱的设置

JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》第13.9.8条规定:消防用电设备配电系统的分支线路,不应跨越防火分区,分支干线不宜跨越防火分区。因此,商业项目楼层配电间的设置要考虑按照防火分区的设置,还要考虑垂直干线走向的方便;根据规范的要求,供电设备要有压降的要求,因此配电间尽量设置在供电区域的中心,以减少电缆压降。因此,该项目楼层配电间的位置大多紧邻楼梯间和电梯井道。在一般情形下,楼梯间和电梯井道是建筑的垂直交通枢纽,一般应在建筑中心位置,而电气竖井也应在负荷中心位置,且只有在楼梯间和电梯井道附近才有公共交通走廊,以利于电气竖井开门。特别在商业建筑中,由于租赁变更或使用功能的变化,建筑内部隔断也会发生变化,最不可能变化的部位就是楼梯间和电梯井道,因其变更位置将对消防疏散及垂直交通产生致命影响。

根据各层防火分区的划分,分别在各层防火分区内的竖井内设置层照明配电箱为各商铺供电,各商铺的供电采用一对一放射式供电。需要指出的是,由于各层的业态比较复杂,各层的防火分区上、下层不对应,使得有的竖井配电干线在负责本防火分区供电的同时还要向相邻的防火分区的配电间供电。在设计时根据就近原则,同时考虑整条干线负担的负荷情况,尽量使各个竖井内负荷比较平衡。考虑到商业的公共区域将来需要二次装修,因此公共区域的照明配电箱必须预留电源。设计需要考虑以下几点:

(1) 电量预留问题,根据GB 50034—2004《建筑照明设计标准》表6.1.3及第6.1.8条的规定,高档超市营业厅的照明功率密度值为20 W/m2;根据装饰性灯具总功率的50%计入照明密度计算值的规定,采用的预留标准为40 W/m2。在选择开关和导体时必须考虑一定的裕量,以满足调整造成的负荷变化。

(2) 为方便装修设计,在每个防火分区内设置了公共区域照明配电箱和应急照明配电箱,以便明确装修设计的电气配电分界点。

(3) 将楼梯间、储藏间等无需装修的部位,单独设置配电回路或配电箱,尽量不从公共区域预留精装用电的配电箱内馈出。

7 应急电源系统

由于商业综合体一、二级负荷比较重要,对供电可靠性要求较高,因此该类建筑尽管已采用多回路的市政独立电源,但还需要设置备用电源和柴油发电机组。备用电源一般采用应急电源,为应急疏散照明提供安全可靠的电源。柴油发电机组可为建筑消防类负荷提供应急电力,为大型超市提供冷冻/冷藏的备用电力,为五星级酒店的厨房设备、部分空调提供备用电力。

该项目的应急照明系统在各防火分区末端除采用两路电源自动投切外,还增加了应急电源,以更好地保证应急照明系统的安全性、可靠性。大型超市根据招租方的要求,在满足两路高压互为备用的情况下还设置了1台柴油发电机组,用来保证超市内的消防设备、部分超市照明以及超市冷冻/冷藏设备的用电。五星级酒店根据酒店管理公司的要求,同样设置了1台柴油发电机组,在满足消防设备用电的情况下还要保证酒店部分公共场所的照明用电、部分厨房设备用电、厨房冷冻/冷藏用电、部分空调用电,在两路高压失电的情况下也能确保酒店部分营运。

8 结 语

商业综合体是一个庞大复杂的工程,对电气设计人员提出了更高的要求,电气设计不仅要满足规范的要求,更要以业主的需求为导向,合理划分供电分区和配置变压的容量、数量,提供更安全、可靠的电气解决方案。

[1] JGJ 16—2008 民用建筑电气设规范[S].

[2] 中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施——电气[M].北京:中国计划出版社,2009.

[3] 陶晓娟.城市综合体供电方案及系统的比选[J].现代建筑电气,2014,5(5):25-30.

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Distribution Design of Urban Complex

WANGHongwei

(China Shanghai Architectural Design & Research Institute Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

This paper introduced the distribution of urban complex in aspects of load calculation,supply and distribution system design,emergency power supply system,etc.On the basis of the actual demands in engineering design of urban complex,the electrical load index of commercial activities are confirmed and the feasible schemes of power supply are formulated.The emergency power supply is set up in order to ensure the safety reliability of emergency lighting system.

urban complex; load calculation; power supplyand distribution system; emergency power supply

王洪伟(1978—),男,工程师,从事民用建筑电气设计方面的研究。

TU 852

B

1674-8417(2015)07-0022-05

2015-06-02