超限高层建筑电气设计关键技术.docx

超限高层建筑电气设计关键技术.docx

《超限高层建筑电气设计关键技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超限高层建筑电气设计关键技术.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

超限高层建筑电气设计关键技术

超限高层建筑电气设计关键技术

随着我国经济的发展和建筑水平的提高，同时也为缓解建筑用地减少，尤其是城市核心区域用地紧张的矛盾，各地兴建了不少高层建筑，一、二线城市在CBD核心区也建设了不少建筑高度超过100m的超高层建筑。

其中250m以上的超限高层建筑，建筑体量大，功能多涵盖了办公、商业、酒店等不同业态，人员特别密集，对于设计的要求也就更加严格，消防上的要求除了常规的GB50016-2014《建筑设计防火规范》（2018年版，以下简称《建规》）以外，公安部消防局还于2018年4月发布了《建筑高度大于250m民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）》（以下简称《加强性技术要求》），其中对电气设计的应急供电系统、竖井、线缆等都有加强技术要求。

以新规执行后参与设计的一个建筑高度498m的项目为例，就几个超高层建筑电气设计的关键要点展开讨论，以提供建筑电气设计同仁一些设计思路的借鉴。

项目概况

该项目位于陕西省西安市，为当地地标建筑，建筑高度498m，包含办公、会议、酒店、商业、地下车库、地下人防等业态，总建筑面积383350m2，其中：

地下部分89569m2，地上部分293781m2；地下4层，地上塔楼层数100层，共计10个避难和设备层。

本工程属一类超高层公共建筑，应按一级负荷要求供电。

为满足本项目供电要求，本工程引入电源电压等级为10kV，由市电网引来4路10kV专线，4路10kV电源两两成对，每一对10kV电源中当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏。

4路10kV电源引入地下一层10kV中心配电室，经分配后由大厦10kV的垂直管井送至地上各设备层、地下一层各10kV分变电所，各10kV变电所经10kV降压至0.4kV。

为满足一级负荷中特别重要的负荷的供电要求，设置发电机电源如下：

酒店设置1台10kV发电机组，为酒店地下室和高区变电所提供发电电源；办公设置1台400V发电机组，为低区办公变电所提供发电电源；设置1台10kV发电机组，为中高区办公变电所提供发电电源。

发电机供电范围为一级负荷中特别重要的负荷及有特殊要求的负荷。

各区域变电所变压器和柴油发电机组容量如表1所示。

关于发电机接入方案的探讨

应急电源设置依据

对于超高层建筑设置柴油发电机，上海地标DGJ08-2048-2016《民用建筑电气防火设计规程》的要求是最明确的，其4.1.1条以黑体字明确，建筑高度大于250m的公共建筑应设置柴油发电机组作为消防设备的应急电源。

《加强性技术要求》则是全国规范中第一个明确对超高层应急电源作出明确规定的，其第二十四条规定：

消防用电应按一级负荷中特别重要的负荷供电。

应急电源应采用柴油发电机组，柴油发电机组的消防供电回路应采用专用线路连接至专用母线段，连续供电时间不应小于3.0h。

对于存在酒店业态的超高层建筑来说，JGJ62-2014《旅馆建筑设计规范》第6.3.1条第2款：

四级旅馆建筑宜设自备电源，五级旅馆建筑应设自备电源，其容量应能满足实际运行负荷的需求。

综上几点，对于250m以上超高层建筑，设置柴油发电机作为应急电源是必不可少的。

柴油发电机电源接入方式

对于高度超过250m的超高层建筑，随着发电机组供电距离的增加，电压降会进一步增加，如果采用常规的400V柴油发电机组，其电能质量有可能得不到保证。

根据大量的工程案例，常规进行超高层建筑电气设计时，柴油发电机供电距离在250m以下时，通常会选用400V低压柴油发电机组；柴油发电机供电距离在250~400m时，采用低压400V或中压10kV需要进行技术经济比较；柴油发电机供电距离在400m以上时，一般采用中压10kV柴油发电机组或采用低区低压400V、高区10kV的应急电源配置方案。

本项目建筑高度接近500m，经过前期技术经济比较，同时结合酒店业态位于高区的特点，拟考虑分业态分区段设置3台柴油发电机。

其中酒店业态在地下1层、78层和屋顶机房层均有分区变电所，根据酒管公司要求，酒店业态的发电机组必须独立，且高区两个酒店变电所肯定采用10kV柴油发电机，为低区的酒店变电所单独设置1台400V低压柴油发电机技术经济性不合理，因此酒店业态就合用一台10kV柴油发电机组。

其他商业、办公及地库变电所，物业统一运营，应急电源分区段设置了2台柴油发电机，其中低区采用1台400V低压发电机，中高区采用1台10kV中压发电机。

明确了发电机的电压等级，如何接入供配电系统，也有讲究。

在《建规》第10.1.6条，就强调消防用电设备应采用专用供电回路，并在条文说明中给出了400V低压柴油发电机与变压器的接线示意图，可以看出规范编制组希望表达，在柴油发电机出线端就将消防负荷和重要负荷分回路供电，以达到消防用电设备采用专用供电回路的目的。

在《加强性技术要求》中，第二十四条更进一步强调了这一点，柴油发电机组的消防供电回路应采用专用线路连接至专用母线段。

既然是针对250m以上超高层建筑的新规，那么我们就理解为对于400V低压发电机组和10kV中压发电机组都需要满足上述条文。

图1为本项目采用的400V低压柴油发电机组应急电源主接线示意图，消防负荷和重要负荷分别采用专用线路接至专用母线段，其中消防专用线路必须满足950℃3h耐火试验，可以采用耐火母线或矿物绝缘电缆，这种接线方案被大量的民用建筑设计单位采用，接受度较高。

对于10kV柴油发电机应急电源的接入，有下列几种方案，笔者分别就其优缺点作如下分析：

a．方案A（如图2所示），此方案在10kV柴油发电机出口就将重要负荷和消防负荷供电回路分开，分别引至末端变压器，在变压器低压侧也区分了消防和重要负荷的母线段，二、三级负荷的母线段与消防/重要负荷专用母线段用断路器分开，方便火灾或停电状态下切除非消防/重要负荷，完全满足《加强性技术要求》，但发电机出口端中压柜以及竖井内10kV配电线路会较多，为保证可靠性对应会有较多的成本投入。

b．方案B（如图3所示），对于个别地区电业部门不允许10kV柴油发电机与市电进行切换，就必须考虑设置应急电源专用变压器，此种方案下，应急变压器出口端同样将消防回路和重要负荷回路区分开，分别接入消防母线段和重要负荷母线段，这个方案的缺点是专用应急电源变压器会占据较大机房位置，平时不用，如果不通电难以确保停电时的可靠性，如果平时通电则长期空载运行，并不节能。

另外从10kV柴油发电机出口端这个10kV回路并未将消防和重要负荷分开，严格意义上与《加强性技术要求》并不完全一致。

如果10kV柴油发电机出口就分开消防和重要负荷的回路，电缆造价增加的同时，应急专用变压器也要分设，会占据更大机房面积和增加造价，经济性较差，不建议采用。

c．方案C（如图4所示），在与业主、顾问的方案讨论会中，也有建议采用方案C。

诚然，在10kV配电中心处，将柴油发电机组提供的应急电源和市电切换后，再统一配出至各个分区变电所，可以节省大量的10kV线缆，也避免了末端的10kV切换装置，可以节约造价和机房面积，但正由于其市电和柴油发电机电源是切换后配出的，普通市电电源和柴油发电机应急电源兼用同一配电线路，与《加强性技术要求》提出的“柴油发电机组的消防供电回路应采用专用线路连接至专用母线段”并不一致，所以采用这种方案需要谨慎。

综上所述，本项目还是采用了方案A，满足加强性技术要求的同时，兼顾经济性，占用的避难/机电层机房面积也相对较小。

关于电缆选型

如果说电能是人体的血液，供电线缆就相当于人体的血管，其可靠性尤其是火灾情况下的可靠性，对于建筑物来说至关重要。

对于超高层建筑的电线电缆选型，多本规范都有提及，如《建规》、DGJ08-2048-2016等。

其中《建规》10.1.10第3款提到：

“消防配电线路宜与其他配电线路分开敷设在不同的电缆井、沟内；确有困难需敷设在同一电缆井、沟内时，应分别布置在电缆井、沟的两侧，且消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆”。

DGJ08- 2048-2016虽然是一本上海地标，但由于上海地区的超高层建筑在国内属于最多最密集的，也对其他地区的建筑电气设计有较强的借鉴意义，其中提到建筑高度大于100m的建筑，普通设备配电应采用阻燃A级的电缆，建筑高度大于250m的建筑还应采用通过现行国家标准《电缆及光缆燃烧性能分级》GB31247中的B1级试验的产品，也是比较超前的提法。

对于超过250m以上的超高层建筑，最全面的还是《加强性技术要求》提出的以下要求：

“第二十五条 消防供配电线路应符合下列规定：

1消防电梯和辅助疏散电梯的供电电线电缆应采用燃烧性能为A级、耐火时间不小于3.0h的耐火电线电缆，其他消防供配电电线电缆应采用燃烧性能不低于B1级，耐火时间不小于3.0h的耐火电线电缆。

电线电缆的燃烧性能分级应符合现行国家标准《电缆及光缆燃烧性能分级》GB31247的规定；

2消防用电应采用双路由供电方式，其供配电干线应设置在不同的竖井内；

3避难层的消防用电应采用专用回路供电，且不应与非避难楼层（区）共用配电干线。

第二十六条 非消防用电线电缆的燃烧性能不应低于B1级。

非消防用电负荷应设置电气火灾监控系统。

”

这里要注意的是建筑高度大于250m的超高层建筑，其消防电缆可以有两种要求，其中消防电梯和辅助疏散电梯的供电电缆要求最高，燃烧性能为A级，对于其他消防供配电电线电缆可以放宽到B1级，但耐火时间都是不小于3.0h，且其燃烧性能分级都是依据《电缆及光缆燃烧性能分级》GB31247的规定。

这里尤其要注意的，这个燃烧性能B1级与我们平时经常说的低烟无卤阻燃B级，参照标准和含义完全不同。

通常我们说的低烟无卤阻燃级别A/B/C/D等，源自GB/T18380《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验》系列标准，最早见诸设计规范是上海地标DGJ08-93-2002《民用建筑电线电缆防火设计规程》（已作废），以及其后续版本DG/TJ08-2048-2008《民用建筑电气防火设计规程》（已作废），分别依据的是GB/T18380.1~3-2001《电缆在火焰条件下的燃烧试验》（已作废）和GB/T18380-2008两个版本，其源头都是IEC60332-3：

2000《电缆在火焰条件下的燃烧试验》。

主要都是在不同的火焰燃烧条件下（其中A、B级是相同的40min，C、D级是相同的20min），同等的焦化高度和自熄时间情况下，阻燃级别更高的电缆，非金属含量多的电缆也能达到同等的焦化高度和自熄时间，实际上就允许敷设更多的高阻燃级别的电缆。

而GB31247-2014《电缆和光缆燃烧性能分级》则是一本完全国产的规范，由公安部提出，公安部四川消防研究所负责起草，主要就是针对火灾情况下电缆和光缆的燃烧性能进行的分级，其燃烧性能等级判据如表2所示。

可以看到，要能达到燃烧性能A级，其所依据的试验方法为GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》，是将其作为建筑材料和制品放进燃烧炉内进行燃烧试验的，而B1和B2级则都还是用的电缆行业的燃烧试验标准，在钢梯架子上用丙烷喷灯燃烧，这是有质的差别的。

另外表注说明需要特别注意：

“对整体制品及其任何一种组件（金属材料除外）应分别进行试验，测得的整体制品的总热值以及各组件的总热值均满足分级判据时，方可判定为A级”，笔者认为，如果对电缆其线芯（金属材料）以及外包绝缘层耐火层分别试验，都要满足判据，那外包绝缘层如果是有机绝缘材料或有机阻燃材料，基本上都不可能通过A级燃烧性能试验。

从多家电缆厂家了解到的情况来看也是如此，能满足燃烧性能A级的基本是传统意义上的铜护套刚性氧化镁矿物绝缘电缆，市面上比较多的根据各家厂标生产的柔性矿物绝缘电缆，虽然可以通过950℃3h的耐火试验，但基本都无法满足燃烧性能A级试验，只有其中一部分可以达到燃烧性能B1级。

由此可见，对于250m以上超高层建筑而言，《加强性技术要求》对消防电梯、辅助疏散电梯的配电要求是采用氧化镁矿物绝缘电缆，而其他消防设备的供电线缆，规范允许可以适当降低要求采用矿物绝缘类不燃性电缆，前提是能通过燃烧性能B1级试验。

另外需要注意的是，《加强性技术要求》还要求非消防用的电线电缆也需要满足燃烧性能B1级试验，笔者也就这一产品作了一番市场调研，满足低烟无卤的电缆产品可以标注为WDZB1-YJY，但是大部分业主和招标单位对此型号并不熟悉，甚至有当作WDZB-YJY产品处理的情况发生，实际上能达到B1级燃烧性能试验的交联聚乙烯电缆需求较少，出货量小，大部分都不出现在电缆样本中，但一些电缆行业的龙头企业都有生产，成本会高于WDZA-YJY电缆，在设计交底中最好与业主方明确二者的区别。

关于超高层建筑电气竖井的设置

电气竖井是建筑内上下贯通的供电气各系统管线敷设的井道，可以和楼层强弱电间合用，也可单独设置。

超高层建筑区段多，各个区段电梯数量也多，根据不同功能，核心筒的布置可能有较大差异，对电气竖井的设置带来了较大的设计难度，合理规划电气竖井并与其他机电专业井道、电梯井道共同整合在核心筒有限的面积内，往往也是超高层建筑设计的难点所在。

通常情况下超高层项目，按照防火分区设置强电低压区间竖井、跨区间的强电干线竖井，重要项目会将高压及应急竖井分开设置，弱电竖井多为1个或2个，250m以上超高层一般设置至少两个弱电竖井。

图5为本项目超高层建筑低区标准层竖井布置。

对于其面积，一般情况下遵照JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》设置电气竖井，确保高、低压及消防应急电源电气线路之间的安全距离不小于0.3m或采取隔离措施，以及消防配电箱、端子箱前的安全操作距离不小于0.8m的要求。

同时，《建规》还对消防配电线路提出了更严格的要求，10.1.10第3款提到“消防配电线路宜与其他配电线路分开敷设在不同的电缆井、沟内；确有困难需敷设在同一电缆井、沟内时，应分别布置在电缆井、沟的两侧，且消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆”。

通常项目满足上述规范要求，布置好桥架、母线和配电箱，同时考虑一定的预留空间即可。

但是对于250m以上的超高层建筑，《加强性技术要求》提出了更高的要求，其二十五条第2款要求“消防用电应采用双路由供电方式，其供配电干线应设置在不同的竖井内”。

这里的消防用电，应指从各个分区变压器配出的，引至末端消防用电设备双电源切换箱的双路电源。

对于有两个防火分区的标准层，可以考虑两个低压强电间放置其消防低压常用电缆，其消防低压备用电缆可考虑放在另一个防火分区强电间内，同时需注意，强电间内的消防桥架和非消防桥架需要设置于强电间的两侧。

如有专门的高压竖井或应急竖井，也可将消防低压备用电缆设于其中，都是满足规范要求的。

可以看到，本项目低区标准层设置两个防火分区，各设一个低压强电间兼竖井，高压竖井与发电机供电竖井也单设，每个防火分区的消防常/备用电缆分竖井设置，常用电缆设置在区间本防火分区低压强电间兼竖井内，备用电缆设置在另一防火分区低压强电间兼竖井内。

此处需要注意，如有消防疏散电梯和消防电梯，且采用与其他消防设备不同的消防专用电缆，建议分桥架敷设。

即使同样在高压竖井和发电机应急竖井内，不同业态的电缆桥架也作了区分，中压发电机的消防用电缆和重要负荷电缆也分桥架敷设，尽量确保可靠性。