若干新标准对建筑电气设计的影响

何玉辉, 曹 新

(中冶南方工程技术有限公司,湖北 武汉 430000)

0 引 言

当今,城市化建设正快速推进,房地产市场迎来巨大变革,土地资源变得愈加珍贵,超高层建筑建设成为常态;同时人们对居住环境和品质需求越来越高,这就更加要求民用建筑设计朝着品质化、精细化方向发展。本文介绍了工程项目中遇到的问题及其解决方案,涵盖超高层建筑供电、应急照明及充电桩电气设计;总结了其他新规范、新标准的实施对电气设计带来的影响及其实施办法。

1 超高层建筑供电设计

根据《全国民用建筑工程设计技术措施》(电气)[1]第3.1.3条建议,低压线路供电距离一般不超过250 m,否则会造成电压损失过大或保护开关不能保护线路末端发生短路。变配电房的设置需要深入负荷中心,一般对于建筑高度大于150 m的超高层建筑,设置在靠近该用电建筑的地下室或避难层场所。

在超高层住宅中,若将公变配电房设置于避难层,一方面需要专门电梯井道运输设备或在避难层装设吊装平台设备,另一方面对于避难层相邻的楼层住宅销售有影响。此外,当故障抢修时,人员及设备快速进出存在困难,设备运输还需要相应的运输通道及承重电梯。故在超高层住宅项目中,公变配电房一般设计在地下一层,靠近单栋住宅核心筒的附近。这样初始投资降低,后期运维也便利。

以武汉万达超高层建筑项目为例,该项目地块内含5栋超高层住宅、1栋高层住宅及低层商业配套。其中5栋住宅建筑高度约200 m,层高3 300 mm,层数60层,计算地块用电容量为31 100 kW。根据武汉市供电局要求需要设置2座开闭所,且开闭所需要建在地上。住宅单栋建筑高度达200 m,且项目容积率较高,由于地面无空间设置公变配电房,故在地下一层(地下室共3层),紧邻单栋位置处设置公变配电房。项目地下共3层,将配电房设置在地下一层。地上单体住宅含有3个避难层,住宅户内配电经计算需要8根电缆,用电设备较多,故单体住宅楼上每层设置强电井2个,弱电井1个。

此外,因建筑高度较高,需要进行电压损失校验。以其中某栋为例,进行电压降的复核,电压降3.05%,满足压降要求。住宅户内用电供电路径示意图如图1所示。

图1 住宅户内用电供电路径示意图

计算方法如下:

(1)由公变变压器至住宅户表总进线箱。住宅户表总进线箱按最远一段计算,设置在最高避难区的起始层。计算负荷为Pjs=276 kW,电缆为截面4×240 mm2,户表总进线箱与公变配电房距离为185 m,利用天正软件计算电压损失为4.83%。

(2)由总进线箱至楼层电表箱。最高一段干线为46～60层,负荷为68 kW,采用密集母线槽由该分区总进线箱引至楼层电表箱,依据19DX101-1《建筑电气常用数据》,计算得出母线槽到60层的压降为0.001 4%。

(3)由层电表箱至户内配电箱。户内配电箱P=24 kW,距离约为10 m,计算电压损失为0.218% 。

总线路电压损失Δu%=Δu1%+Δu2%+Δu(线路)=-3.05%,符合规范要求,其中,Δu1%为变压器的自身运行损耗电压损失,取-3%;Δu2%为变压器出口电压分接开关挡位,取5%。

2 消防应急照明设计

GB 51309—2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》[2]第3.2.1条规定,设置在距地面8 m及以下应急照明灯具应采用A型灯具(即工作电压均不大于DC 36 V的消防应急灯具),配接灯具的额定功率总和不应大于配电回路额定功率的80%,配电回路的额定电流不应大于6 A。即采用DC 36 V供电时,Pe≤172.8 W;DC 24 V供电时,Pe≤115.2 W。由于应急照明灯具一般为LED光源,该光源为恒功率供电,当灯具供电电压降低时,其回路电流增大,电流超过6 A时,熔断器动作,切断应急照明回路。所以在进行应急照明设计时,需要满足线路电压损失要求。

2.1 应急照明供电距离计算

国标图集19D702-7《应急照明设计与安装》[3]给出了消防应急灯具端子处电压偏差允许值是额定电压的±20%。在实际工程中,应急电源蓄电池模块本身已有电压损失,故灯具电压偏差不宜超过10%的范围,也满足GB 50034—2013《建筑照明设计标准》[4]应急照明供电不宜低于其额定电压90%的要求。依据《工业与民用配电设计手册(第4版)》[5],线路电压降为

(1)

式中:ρθ——电线实际工作温度电阻率;

P——线路功率;

L——线路长度;

Un——额定电压。

根据式(1),在实际项目中可以在Excel中建立计算公式,已知P、L就可以算出电压损失。

配电电线工作温度为70 ℃,DC 36 V、DC 24 V时应急照明配电回路供电距离分别如表1、表2所示。

表1 DC 36 V时应急照明配电回路供电距离

表2 DC 24 V时应急照明配电回路供电距离

以宜昌新城吾悦广场城市综合体项目应急照明布置为例,该项目应急照明采用集中电源集中控制系统。依据GB 51309—2018第3.2.5条,该部分属于人员密集场所,疏散照明照度值不应低于3.0 lx。该商业体中庭为一个狭长型防火分区,一个应急照明回路(DC 36 V)带有疏散应急灯,配电箱出线到第一个灯具距离为20 m,灯具均匀布置间隔为10 m,2盏应急照明灯(6 W,光通量505 lm,吸顶安装)间隔10 m。单回路配电距离为140 m,每个回路12盏应急灯,功率合计为72 W。

灯具连线示意图如图2所示。根据图2,集中电源到终端负载的有效距离L=L1+L2/2,并不是配电线路到末端灯具的距离L1+L2。上述实例有效供电距离L=80 m,代入式(1)计算得出Δu=7.3%,满足要求。

图2 灯具连线示意图

2.2 蓄电池容量

近期参与的中核·城市之光一号及国投·襄阳府住宅小区a地块项目,含有叠墅、洋房、一类高层住宅。依据GB 50116—2018《建筑设计防火规范》[6]第10.3.1条,建筑高度小于27 m的住宅可以不设置应急照明;依据图集19D702-7《应急照明设计与安装》,住宅建筑地上楼梯间内可不设置疏散方向标志灯。应急照明系统蓄电池供电时间应保证t1+t2,应急照明蓄电池最小持续供电时间如表3所示。

表3 应急照明蓄电池最小持续供电时间

3 充电桩电气设计

GB/T 51313—2018《电动汽车分散充电设施工程技术标准》[7]于2019年3月1日开始执行,该标准要求:① 新建住宅配建停车位应100 %建设充电设施或预留建设安装条件;② 大型公共建筑物配建停车场、社会公共停车场建设充电设施或预留建设安装条件的车位比例不应低于10%。

因此,方案设计阶段需征询当地规划部门关于建设充电设施到位的比例。例如,武汉市住宅地下室到位比例为30%,宜昌、襄阳市住宅地下室比例为10%,对于非住宅类建设到位比例为10%。

实际项目中,采取的设计方案为按照规划要求比例,剩余比例预留充电桩专用配电房,土建做到位,后期随着新能源汽车的普及比例提升,加装电气设备敷设至末端车位。在初设及施工图阶段分别计算到位比例的充电桩和预留充电桩容量。选取变压器容量,确定供电方案。

GB 50116—2018第13.5.5条也指出电动车充电的场所末端回路应设置限流式电气防火保护器。

地下车库充电桩车位布置时,需要提前与建筑结构专业对车位布置进行协商,快慢充充电桩设置在不同的防火分区。总数不多情况下,将充电桩车位集中在相同防火分区,尽量远离设备房区域,布置在通风位置较好的分区。

每个防火单元的充电桩配电可以设置一个充电桩配电箱配电小间,每个车位充电设备可以采用壁装或落地安装。落地安装时,充电设备基础应高出地坪50 mm,基础需大于充电设备外轮廓不小于50 mm,防止地下室漫水时,保证设备安全及人身安全;壁装时安装在墙体上或柱体上,不应占用车位空间。

4 其他新规范、新标准实施对电气设计的影响

4.1 暖通专业规范实施

GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》[8]的实施对电气设计有了新的要求。

(1)排烟风机、补风机消防控制。该标准第5.2.2款对排烟风机、补风机控制方式要求如下:现场手动启动、火灾自动报警系统自动启动、消防控制室手动启动、系统中任一排烟阀或排烟口开启时,排烟风机、补风机自动启动、排烟防火阀在280 ℃时应自行关闭,并应联锁关闭排烟风机和补风机[8]。

针对该规范,当探测器探测发生火灾后,排烟风机、补风机的开启方式为:① 排烟阀(口)开启的动作信号,作为风机启动的联动触发信号,消防联动控制器联动控制风机的启动;② 排烟阀(口)和风机控制箱之间进行硬线连接,直接启动风机,并将风机启动信号反馈给消防控制器;③ 现场手动启动;④ 消防控制室联动控制器手动启动。

排烟风机启动控制系统图如图3所示。

图3 排烟风机启动控制系统图

(2)加压风机消防控制。加压送风分为楼梯间和前室加压送风。加压送风消防时启动方式为:火灾报警系统消防联动控制器联动控制风机的启动;常闭加压送风口现场手动或火灾自动报警自动启动相应的加压送风机;现场手动启动;消防控制室联动控制器手动启动。加压风机启动控制系统图如图4所示。

图4 加压风机启动控制系统图

另外,GB 51251—2017第3.4.4 条要求机械加压送风量应满足走廊至前室至楼梯间的压力呈递增分布,余压值应符合下列要求:前室、封闭避难层(间)与走道之间的压差应为25～30 Pa;楼梯间与走道之间的压差应为40～50 Pa;当系统余压值超过最大允许压力差时应采取泄压措施。

根据暖通专业的提资,在地下室及地上每个5～6层的楼梯间和合用前室内合适位置设置余压检测传感器,避免火灾时合用前室和楼梯间内压差过大影响疏散逃生。余压传感器压力信号传递给余压控制器,控制开启加压送风机旁通风管上的泄压阀执行器进行泄压。余压检测配电系统图如图5所示。

图5 余压检测配电系统图

4.2 绿建评价标准

DB 42—2021《湖北省绿色建筑评价标准》[9]于2021年1月1日执行,较之前增加第10.2.2条,要求地下车库应设置与CO浓度监测装置联动的自动控制排风系统。

根据暖通专业资料提资,地下车库每个防火分区均设置了CO 探测。由于CO检测系统不属于消防系统,对排烟风机控制应在消防运行时候失效,所以CO浓度控制器电源引自本防火分区内普通照明配电箱。非消防时,CO浓度探测器探测CO 浓度,控制器实时接收各探测器检测的信号使排烟风机启动,其运行触点信号通过硬线连锁控制相应的风机启动;消防时,切断非消防电源,普通照明配电箱断电,CO控制器失电,不影响消防风机的运行。CO检测配电系统图如图6所示。

图6 CO检测配电系统图

4.3 电缆选择

GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》[10]实施后,对于电缆的选取有了新的定义,消防线路选取要求如表4所示。非消防线路燃烧性能的要求如表5所示。消防用电设备电缆应保证火灾时要求最小持续供电时间。GB 31247—2014《电缆及光缆燃烧性能分级》[11]第4.1条给出,电缆及光缆的燃烧性能等级分为A、B1、B2、B3。其中B3为普通电缆,即不阻燃性,如VV、YJV。在设计项目时,可以根据建筑性质及所在场所选择电缆。

表4 消防线路选取要求

表5 非消防线路燃烧性能的要求

5 结 语

民用建筑从方案设计到施工,电气子系统较多,细节多,在项目启动时首先要了解该项目地理位置、当地执行标准要求以及外部市政条件等,进而根据建筑特征计算用电容量,确定供电方案,与建筑结构专业配合确定电气设备房的位置。