中韩(长春)国际贸易会展中心配电系统设计剖析

王 燕

(中国中元国际工程有限公司, 北京 100089)

0 引 言

中韩(长春)国际贸易会展中心是中韩(长春)国际合作示范区的重点项目及地标性建筑,于2021年6月30日开始试运行,运行良好,并于同年9月25日正式开馆。本文基于该类型会展建筑的特点,剖析配电系统设计的要点。

1 工程概况

中韩(长春)国际贸易会展中心占地面积21万m2,建筑面积13.5万m2,国际贸易会展中心共设有8个展厅,其中4个为无柱大跨单层展厅(1#～4#展厅),展厅最大尺寸约为171 m×90 m,层高为24～26 m;4个为双层展厅(5#～8#展厅),展厅最大尺寸约为99 m×45 m,层高为11 m。国际贸易会展中心内包括17个韩国城市展示馆、国际商品展销馆、跨境商品数字化服务中心、全球企业馆等,配套设置食客村、商务会务中心,有一个500余人的新闻厅、一个600余人的多功能厅以及多个会议室和其他辅助空间。所有展厅和会议区由登录厅、中厅及过厅联系在一起。

项目实景如图1所示。

项目泛光照明实景如图2所示。

2 配电系统设计

会展建筑配电系统设计应按其规模、负荷性质、用电容量、布展要求以及当地供电条件确定配电系统的设计方案。设计过程中最重要的是要确定负荷容量,要根据展览需求,确定功率密度;依据建筑形态、展厅大小,即根据负荷大小、供电距离来考虑变配电室及配电间的设置,确定整个配电系统结构形式;根据展厅内展位布置,确定配电方案以及配电干线、支线路由走向等[1]。

2.1 负荷种类及等级

展览型建筑需结合JGJ 218—2010《展览建筑设计规范》[2],以及项目的展览面积确定展览建筑的类型。该项目展览面积约7万m2,为大型展览建筑;根据展厅面积,展厅等级为甲级和乙级。

根据JGJ 333—2014《会展建筑电气设计规范》[3]及JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》[4](项目于2017年设计),本文梳理了该项目负荷种类及负荷等级,并给出相应的供电方式。

项目负荷名称及等级如表1所示。

表1 项目负荷名称及等级

基于上述负荷等级的划分以及该项目市政供电的可靠性,从上级两个降压站各引一路10 kV专线供电,分别为1#高压进线和2#高压进线;两路10 kV电源同时工作,互为备用,且当其中一路故障时,另外一路能够承担全部一、二级负荷的供电,满足一级负荷的用电需求。部分一级负荷中的重要负荷采用设置UPS作为应急电源。该项目从运行管理及投资考虑,不设置柴油发电机组作为应急电源,但在变压器低压段设置移动柴油发电车应急供电的切换开关,在两路市电均有故障的极端情况时,由移动柴油发电车提供应急电源。

2.2 变配电室的设计

新型会展建筑的各种配套设备及服务设施多,智能化程度高,设备的负荷性质和容量差别大;办展及闲置期的用电负荷差异更大,所以合理地计算负荷,选择变压器容量等级及负荷率,在满足国家相关规程/规范的前提下,应充分综合考虑变配电设备位置、供电质量、电能损耗、投资经济性、运行经济性、系统可靠性及减少变配电设备建筑面积等各种因素,设计一个节能又经济的配电系统,对用户来说十分必要。

一般会展建筑有展览顾问参与项目的设计、建设、运营过程。在方案设计阶段,展览顾问会提出展览面对的客户群和展览业态,给出用电需求参考值。若在此阶段无法获得此类数据,可参考JGJ 333—2014《会展建筑电气设计规范》第3.2.4条,按照轻型展、中型展和重型展给出布展的功率密度取值范围:轻型展按50～100 W/m2计算,中型展按100～200 W/m2计算,重型展按200～300 W/m2计算。

该项目设计之初未有展览顾问介入,展览顾问在展陈布置的精装修阶段介入,但项目定位明确,功能已确定为以轻型展为主,配套餐饮及电子服务,两个展厅属于临时展厅,其余展厅均为长期固定展或半永久展。因此,用电负荷用电高峰期与低谷期差异不大。前期估算的负荷在后期精装修阶段展陈顾问介入后提出的用电需求,基本相符。

变配电室设置除了考虑位于负荷中心以外,还需要结合供电路由方案,以及外线进入的便捷进行合理选址。该项目重点考虑国际贸易会展中心实际运营特点,根据负荷容量,同时由于大部分展厅为大跨度的高大无柱空间,结合平面布局,按上述原则进行设计。共设置了6个变配电室及一处室外箱变。单位建筑面积用电安装容量为114 VA/m2,与上述轻型展数据相比较略高,考虑到实际需求,除了展厅还有近3 000 m2的食客村,餐饮用电需求不小,以及后期发展需求,此安装容量是比较合理的,既能满足国际贸易会展中心需求,又可以减少后期运营运维的成本投资。

变配电室及设备配置如表2所示。

表2 变配电室及设备配置

变配电室及配电间平面布置示意图如图3所示。

2.3 展厅配电系统设计

展厅内的配电针对大部分展览建筑基本包括照明、通风、空调、展位、LED大屏、弱电、消防设备等设备配电。该工程主要负荷的配电情况如下。

(1) 照明:分别在各展厅的各分区配电间内设置照明配电箱,分为普通照明及应急照明两种照明配电箱,普通照明每个分区设置两个,末端灯具由此两个配电箱交叉均匀供电。单层、双层展厅照明实景分别如图4、图5所示。

(2) 通风:展厅内的通风为二级负荷,各配电间或者通风机房内单独设置通风配电箱,变配电室低压母线段单独回路供电。

(3) 空调:该工程由于跨度大,各展厅内均匀设置多个空调送风岛,配电箱随送风岛布置,从变配电室引出电源树干式配电到末端,电缆随展厅电缆沟敷设。1#展厅空调送风岛实景如图6所示。登陆厅实景如图7所示。

(4) 展位配电:展位用电采用分区树干式配电或放射式配电相结合的方式。该工程采用密集型母线从变配电室通过地下综合管廊引至管廊内各分区的展位配电总柜,再从总柜引出预分支电缆至展位电缆沟,通过树干式配电或放射式配电(面积大的展陈)配电至展位配电箱。

(5) LED大屏:展厅内设置多处LED大屏。展陈内设置的大屏由展陈配电箱供电,公共区域设置大屏。该工程单台用电量大于75 kW,则由变配电室直接供电,小于75 kW的LED屏由位于管廊里的综合展位配电柜提供电源。由于LED屏是谐波的主要发生源,在变配电室低压母线段设置有源滤波装置,进行谐波治理,提高电源供电质量。跨境商品数字化服务中心LED实景如图8所示。展厅活动展场LED实景如图9所示。

展位配电是该类型项目的重中之重。每个展位的用电需求以及配电路由的选择是电气设计重点。展位用电需求根据布展要求及项目调研或设计经验进行预留,1#～4#展厅配电由变电所专用回路采用密集型插接母线沿综合管廊敷设至综合管廊内的各综合展位配电柜。1#、2#展厅为中韩城市展馆,内设17个韩国馆及中韩友谊馆,每个馆(展陈)按100 W/m2设置配电箱。3#～4#展厅为标准3 m×3 m展位,每个标准展位用电负荷按3 kW预留。该工程采用室内4个或者局部2个标准展位共用一个综合展位配电箱进行配电。该综合展位配电箱布置在电缆沟内。

3#展厅管廊、管沟及展位箱布置图如图10所示。

展厅内配电路由设计是展厅配电的另一个要点,需结合展厅布局、展位设置以及建筑、结构各专业情况进行综合分析确定。

展区配电路由一般采用以下几种方式。

(1) 电气配电箱设置在配电间或者柱上,布展时由其引出各种电气线路;此种做法一般用于比较小规模的展厅,或者其他功能建筑改造为展厅使用时的配电布线方式。

(2) 在展厅地面根据展位布置,有规律地设置多处电气井,电井内设置综合展位箱,布展时电缆线路由电井内引出。

(3) 在展厅地面设置综合管沟,分主沟和辅沟,辅沟尽可能延伸至各标准展位;主沟内设置综合展位箱,线缆经由辅沟敷设至展位。

(4) 在展厅下设置综合管廊,管沟一般布置在标准展位的交界处;综合展位箱设在管沟内,并靠近其供电的展位,管沟盖板上设有出线孔,线缆经出线孔敷设至展位。

该项目处于严寒地带,综合管廊方案通过采暖措施可保证管廊内冬季温度大于5 ℃,以满足水、暖、电各专业管线及设备的布置及保护要求,同时易于检修。此方案也为使用母线槽提供了条件,但该方案土建成本较高。该项目1F 1#～4#展厅采用综合管廊及电缆沟相结合的方式,双层展厅5#～8#展厅的功能定位及成本考虑,采用上述方案(2),按照一定的间隔设置电气井,从电气井配电。综合管廊方案:沿1#～4#展厅,每个展厅边缘地下设有设备综合管廊(高3.9 m,宽3.1 m),展馆地面每隔9 m设有纵向的展位电缆沟,电缆沟净尺寸为600 mm(宽)×600 mm(深)。综合管廊地沟为通行地沟,电缆沟上设活动钢盖板。展览用电负荷采用放射式与树干式相结合方式配电,由展厅变配电所引来密集型母线槽沿综合管廊敷设,引至每条展位沟下方的插接箱,再由插接箱接至综合展位配电总柜,总柜引出预分支电缆通过展位电缆沟敷设至综合展位箱供电。总柜内还预留200 A的开关,当有大型用电设备参展时,可由该预留出线或临时由相应变电所的低压配电柜备用回路供给,电缆线路沿电缆沟敷设至用电点。为保证办展时展览设备接地安全,综合管廊内通长设置-40 mm×4 m热镀锌接地扁钢,电气管沟内在每个综合展位箱下侧及每个电井内各设置一个局部等电位接地端子箱。上述接地装置均与主体接地网可靠电气连接。

综合管廊布置剖面图如图11所示。

电气展位沟剖面图如图12所示。

2.4 室外展场的配电设计

大部分会展建筑都会设置或者预留室外展场功能。设计室外展场配电时,根据展场的规模,考虑变压器的设置,是就近由室内展厅变压器供电还是设置室外箱变供电,这是需要最先确定下来的设计方案。再考虑室外展场配电箱的设置,分散或相对集中设置室外展场配电箱。一般建议配电箱设置在相对隐蔽、不影响布展的位置,当配电箱室外露天布置时,应采用防水型。

该项目主体北侧广场兼做室外展场,面积约8 000 m2,用于陈列展品和提供服务,由于该项目跨度大,供电距离远,室外单独设置了2台630 kVA箱式变压器,为室外展场提供电源。室外根据布展规划,每隔30 m×30 m设置一个电井配电箱,位于室外电井内。电缆井内的配电箱防护等级为IP65,内设一个160 A的开关,供临时布展配电使用。各电缆井之间预埋若干根SC100 mm热镀锌厚壁钢管彼此连通,并与主体内的总变配电室管线连通。

2.5 展位配电箱系统设计

综合展位配电箱是为展厅展位提供电源及语音、数据、水、气等多种资源接口的装置,对散热、防水、防尘要求高。该项目展位箱为满足防水、防尘及耐久使用要求,终端插座采用标准工业连接器,盖板及展位沟盖板应满足抗压、防震、静音及防水要求。

每个标准综合展位箱为4个标准展位或者2个标准展位提供电源。展位配电箱的箱体设计为防止干扰由强电、弱电两个仓位组成。强电单元包含断路器、计量表、工业连接器、插座、电涌保护器。展位箱整体防护等级不低于IP54。以一个四展位箱为例,每个综合展位箱设置一个63 A断路器三相回路,两个32 A断路器三相回路和四个16 A断路器单相回路,弱电单元设有四路语音、数据插口。综合展位配电柜的出线开关及配电箱直接为展位用电设备供电的出线开关,装设不超过30 mA剩余电流动作的保护装置。

四展位配电箱系统图如图13所示。

展位箱嵌装在地沟表面,安装后与展厅完工地面齐平。在使用中能承受与结构地面相同的荷载,不变形不移位。盖板采用10 mm花纹钢板,框架采用优质钢管,箱体及中间的隔板采用2 mm冷轧钢板,酸洗磷化后喷塑。材质均为Q235B。展位箱盖板安装2只气压撑杆,并设有提升拉手,方便使用。展位箱盖板与框架之间有发泡防水胶垫。四展位配电箱如图14所示。

3 特殊设备配电

在各种会展建筑设计中,除了常规的电气设备配电以外,有时会遇到一些特殊设备的配电设计。本文介绍该项目融雪装置这种特殊的用电设备配电及实施情况。

该项目地处严寒地带,冬季大雪、暴雪等天气比较常见,建筑结构形式为大跨度的张悬梁结构,屋面为直立锁边金属屋面。为进一步提升建筑结构的安全性,屋顶设置了融雪装置。融雪装置主要由温控装置、融雪传感器、发热电缆/电伴热带、控制装置等组成。电气设计主要是为融雪装置提供电源。融雪装置主要组成部件为发热电缆,因此本专业还要配合设施的电缆路由敷设。结合专业厂家的资料,用电量为800 kW,再结合建筑形体,能更好地满足设备供电半径及变电所变压器负荷率情况,将整个屋面分为18个融雪装置控制区域,屋面均匀设置4台融雪配电箱(其位于屋顶天沟内,为防浸泡在水里,架空安装),配电箱引出18个电源至融雪控制箱。

融雪装置分区及电缆分布走向图如图15所示。

融雪配电箱天沟安装剖面图如图16所示。

融雪电缆敷设节点剖面图如图17所示。

4 结 语

高大空间的展览型建筑一般体量大、功能特殊,与常规项目相比,设计时需要更多地与建筑、结构、工艺相结合。配电系统设计不仅要满足布展基本功能的要求,同时还要考虑会展将来发展的需求,既要安全可靠,又要灵活可变。中韩(长春)国际贸易会展中心项目中,设计配合了展览顾问、会议顾问、泛光照明顾问、餐饮顾问等十几家顾问公司,完成整个项目所有区域的电气二次设计,完成度高,得到业主充分肯定。但也存在一定遗憾,前期预留的电缆沟在展览顾问介入后,半永久展的1#、2#展厅内根据展陈布置需求未能充分利用,造成一定浪费,所以展览顾问提前介入对会展项目的建设至关重要。