会展建筑负荷分析与供配电系统设计

2019-06-07 01:37钱梓楠

智能建筑电气技术 2019年6期

钱梓楠

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海 200092)

0 引言

近年来，随着国内外贸易的持续稳定增长，作为促进合作交流的会展业，已经成为构建现代市场体系和开放型经济的重要平台。国内会展行业呈现数量稳步提高、规模快速增长的良好态势，据不完全统计，2017年，国内供举办4 022个展会，直接经济产值达到6 297亿元，其中，采集到面积的经贸类展览会 3 663 个，展会总面积达到12 379万m2。随着会展业的持续升温，国内展览馆的数量和面积均保持不断增加的态势，据统计，2017年国内展览馆数量达到153个，室内可租用总面积约为935万m2。

作为电气专业负责人，笔者参与了郑州新国际会展中心的全程设计工作，在前期项目的经验总结及正在使用的展览项目用电数据收集中，也在思考会展类建筑的供配电系统设计优化，并比较不同展位供电方案，以下阐述一些个人的思考和心得，以供参考。

1 工程概况

郑州新国际会展中心项目，一期用地面积64万m2，总建筑面积为29.5万m2，其中地上建筑面积为27.1万m2，净展览面积为17.6万m2，包括一个登录厅和16个标准展厅，交通和配套用房面积9.6万m2，地下建筑面积2.3万m2。

每个标准展厅建筑面积约为1万m2，长141m、宽82m，实际布展净面积约8 000m2，展区净长120m、净宽70m，属于比较典型的特级会展建筑及标准甲等展厅。

依据JGJ 333-2014《会展建筑电气设计规范》，本会展中心负荷等级为一级，一级负荷包括展览客梯、排污泵、生活水泵、通信机房电源、变配电所电源等，其中应急响应系统属于一级负荷中的特别重要负荷。在能源中心楼设置本地块10kV中心开闭所，由市政引来六路10kV电源(1#～6#)至10kV配电中心，10kV进户经过计量分配后送至各个10kV/0.4kV变电所。六路10kV电源，两两一组，同时供电互为备用。要求满足一级负荷的要求。当一路电源损坏时，另一路电源不致同时损坏。本项目变压器及10kV冷冻机安装容量为65 674kVA。各变电所容量详见表1。

为确保其中应急响应负荷，包括应急指挥中心、安全防范系统、重要的计算机系统电源、消防设备(含消防控制室用电、火灾自动报警系统、消防泵、喷淋泵、消防电梯、防火卷帘、防排烟风机、防火阀门等)、应急及疏散照明等的供电可靠性，除10kV双重电源外，同时考虑分区设置柴油发电机组作为第三路电源，另外应急照明和消控中心用电还设置EPS和UPS作为后备电源。之所以分区设置柴油发电机组，也是基于400V柴油发电机供电半径的考虑。分区设置400V低压发电机组，机组设于每四个展厅中间的联络辅助用房，每台机组为就近4个展厅应急响应负荷供电，经过经济技术比较，比集中设置10kV发电机，展厅变电所内再设中压ATS或专用应急变压器的方案更合理，故而采用此400V发电机分区设置的方案。

各变电所容量表1

每个展厅设置一个10kV变电所(因建筑平面布局需要，分为两个变配电室)，由园区10kV中心开闭所引来两路10kV双重电源，内设2×1 600kVA变压器，低压配电系统接地制式采用TN-S系统。市电管线路由和柴油发电机管线路由平面图详见图1～2。

图1 市电管线路由平面图

图2 柴油发电机管线路由平面图

2 展览建筑的负荷统计及供配电系统容量确定

会展建筑规模与定级，根据JGJ 333-2014《会展建筑电气设计规范》3.2.1条，本项目为特大型会展建筑，下一步就是确定布展用电负荷密度取值；根据该规范第3.2.4条，按照轻型展、中型站和重型展给出了三个布展负荷密度的取值范围。第3.2.4规定，一般会展中心每年都有不同产品多种展会，负荷变化较大，应以当地所办不同产品多种展会中最大所需用电负荷确定实际所需用电负荷，工程中当无法取得调研数据时，可参考下列数据确定轻型展、中型展、重型展负荷密度取值。

1.轻型展按(50～100)W/m2计算。

2.中型展按(100～200)W/m2计算。

3.重型展按(200～300)W/m2计算。

另外，一般情况下，会展建筑每年都有不同展会，用电负荷变化较大。仅以轻型展、中型展、重型展确定用电负荷是否合适，是否需以当地所举办的不同展会中最大用电负荷来确定实际所需用电负荷，需要由实际调研后确定。

实际上，对于展厅布展用电的需求，在设计初期一般为不确定因素，每个主题的布展用电需求可以说千差万别，也和会展项目所在的城市能级、会展中心的定位密切相关。如一些国家级的会展中心，对应承接的展览项目更多元，且级别会更高。相对来说，一些省会级城市或区域中心城市，承接的可能是一些区域市场或省内展览项目，级别不算很高，对应的用电指标需求相对会低一些。

笔者针对近年新建的一些特大型会展项目做了一些梳理，对会展体量、布展面积以及单位面积布展用电需求进行了对比，可以供未来设计类似能级的会展项目做一些参考，详见表2。

从表2收集的数据和对比可以看出，初期确定的展厅布展用电负荷密度对后期的展厅变压器装机密度指标影响巨大。如果前期业主方有专门的布展顾问，可以将这部分需求大致明确。本项目业主方聘请的顾问是运营上海新国际博览中心的汉诺威公司，其提供了大量已经组织过的展览会议用电需求，对未来的需求也做了大致明确。

根据其对2016～2018年布展需求梳理，大致做了总结，详见表3。

可以看到，对于上海龙阳路新国际博览中心这个会展项目，大部分展览主题是在100W/m2以下的，涉及到150W/m2以上的只占到11%。可以想见，展览建筑尤其是大型展馆按重型展预留的变压器可能对应绝大部分展会，其负载率较低，当然这也与会展面对的客户群和展览业态有关。据了解，重型展中一般类似汽车展这种展览类型，负荷密度相对较高，在上海虹桥国际会展中心建成之前，两年一度的上海国际汽车工业展览会都是在龙阳路的新国际博览中心举办，部分展厅变压器装机容量达不到标准，还需要临时租赁发电车来保障额外负荷。可以想见，有些省会城市或区域中心城市的会展项目，可能一年也少有用电需求较高的重型展，其变压器装机容量的指标不宜定的过高，采用租赁发电机组满足个别展会的高用电需求也不失为一个可以考虑的方案。毕竟大容量的变压器安装后，长期的空载损耗和会展期间偏低的负载率，无论对于电网还是对于运营方都是一种浪费。而本项目作为河南郑州这一中部省会城市新建会展中心，采用200W/m2的布展用电负荷密度基本可以涵盖绝大多数展会业态的需求。

3 展厅机电管线敷设方式

大型会展每个标准展厅一般都是上万平米大体量单体，大跨度的无柱空间，且布展和展厅本身机电末端需要大量机电管线敷设空间，需要提前规划走向，对于大型展览建筑，一般机电管线敷设方式有以下三种。

对比图表2

2016～2018年布展需求梳理表3

(1)高位机电管线走廊+地面布展主沟形式

一般典型的大型会展展厅，在展厅首端尾端会有配套用房，沿着展厅长边两侧会设置辅助用房，如卫生间、强弱电间，长边配套用房高位一般是空调机房。空调机房沿长边布置，对于气流组织比较有利，可以节约大量风管，有利于控制造价。

对于这类场馆，一般跨越长边的机电管线就有两条通路，为高位机电设备服务的可以走在长边空调机房上方的管线走廊，为地面布展末端服务的机电管线敷设在展厅主沟内，形成高位机电管线走廊+展厅主沟及布展支沟模式。布展支沟设置水气箱、展位配电箱等布展末端。展厅高位机电管廊示意图、布展支沟剖面示意图、布展主沟剖面示意图详见图3～5。

图3 高位机电管廊示意图

图4 布展支沟剖面示意图

图5 布展主沟剖面示意图

(2)仅有地面布展主沟形式

由于建筑设计原因，有些会展展厅长边侧无法设置空调机房，空调机房设于首尾端短边，通过大风管沿长边敷设，向中间侧吹。如果采用此种形式，沿长边高位设置机电管线走廊就未必是比较好的方案，挑出在侧面的管线走廊构筑物对于美观度、造价控制都是不利的，这种情况下可能需要考虑机电管线全部敷设于地下主沟内。主沟内的管线在首端尾端配套用房需要另外设置机电管线上升管井。

(3)主管线敷设于楼板下

还有一种展厅，有满铺地下室或位于二层，其楼板荷载可能不会达到一般重型展厅的5吨/平方米，适用于一些轻型或者中型展览，一般会采用机电管线沿楼板下方敷设，没有主沟，仅设置布展支沟或展位井的方式，水气箱、展位配电箱设于展位井内，展位井采用能达到耐火时间的混凝土或钢结构包封，挂于楼板下，预留套管供管线引入。

4 展位供电方式及土建预留的探讨

上文提到，重型展需要设置200～300W/m2的负荷密度预留布展电源，以典型的大型会展建筑为例，一般标准展厅的建筑面积约1万m2左右，去掉配套用房实际可用布展面积大约是75%～80%，以 8 000 m2计算，200～300W/m2的负荷密度，需要预留的布展用电1 600～2 400kW。以本项目为例,考虑沿长边布展主沟设置布展专用母线，东侧主沟和西侧主沟各两根，分别负责近端5条布展支沟和远端6条布展支沟的展位箱。主母线在每个支沟处设置母线插接箱，引出预分支电缆为支沟内的若干展位箱供电，每个展位箱为4～6个展位服务，设置工业连接器接驳端子供引接。每个母线插接箱内设MCCB 250A/3P开关，可供接驳100kW布展用电，单边侧11条支沟极限可满足1 100kW布展用电接驳，整个展馆总的布展接驳用电可达到2 200kW，满足使用需求。

因布展需求多种多样，一些轻型展可能是以若干个展位出租形式，上述设计完全可以满足需要，可以提供1～6个不同展位的组合，提供不同容量不同电流等级的接口。但对于一些重型展，比如重型机械展、汽车展，参展租户就不是以展位为单位租赁，而是一家租户就报下1/8、1/4甚至半个场馆或整个场馆，其用电需求不能完全覆盖，因此笔者所在单位在布展主母线上预留了大电流等级的插接口，提供630A或400A的大容量插接箱，引出电缆设于周边强电间设置配电总箱，并预留400A以上出线开关，供有大容量需求的租户引接。

布展主沟和支沟除了需要考虑电气专业的管线外，还有大量的水暖专业的管线，经过多轮综合后，布展主沟的尺寸在前序章节中已有描述，确定了1 900W×2 200D的尺寸，支沟的剖面尺寸综合下来是600W×1 300D，同时预留一根40×4热镀锌扁钢，将配电箱外壳、金属盖板及机电金属管线做好等电位接地。设备次沟剖面示意图和展位箱示意图详见图6～7。

图6 设备次沟剖面示意图

图7 展位箱示意图