廣州市越秀建筑設(shè)計院 林桂慶
隨著辦公建筑的用電設(shè)備種類越來越多，如電力、照明、電梯、空調(diào)、消防、通信、計算機等，而且不斷向智能化設(shè)備方面發(fā)展，耗電量明顯增加，對供配電方面提出了許多新的要求，把供配電的可靠性、安全性、靈活性擺到了更為重要的位置。下面結(jié)合實例對高層辦公樓的電氣設(shè)計進行系統(tǒng)闡述。
１ 工程概況及設(shè)計要求
某機關(guān)辦公大樓，總面積２１０００ｍ２，高６０ｍ，地面１５層，地下１層，屬一類高層建筑。按甲方提出的要求，需做到方案合理、技術(shù)先進、運行可靠、滿足相關(guān)規(guī)范的要求，還要簡捷實用、便于操作、管理和維護，減少綜合投資。
２ 負荷計算和估算
廣州市越秀建筑設(shè)計院主要進行本工程的一次設(shè)計，二次裝修部分由專業(yè)裝飾設(shè)計公司完成。這
就要求一次設(shè)計時預(yù)留供電電源，既要符合實際情況，又要留有發(fā)展變化的余地。本大樓內(nèi)部功能分為：一般辦公室、區(qū)領(lǐng)導(dǎo)辦公室、大會議室、展廳、大堂、多功能廳（禮堂）、信息中心（計算機中心）、通訊中心（電話總機）、制水中心、空調(diào)機房、水泵房等。
在一般辦公區(qū)按５０～６０Ｗ／ｍ２考慮，在特殊辦公區(qū)按５０～８０Ｗ／ｍ２考慮。對于上述特殊裝修場所，設(shè)計估算參數(shù)如下表所示。
電力負荷一般由各專業(yè)提供技術(shù)要求及負荷大小。總電力負荷需用系數(shù)Ｋｓ為０．７５，功率因數(shù)０．８，總照明負荷需用系數(shù)Ｋｓ為０．８５，功率因數(shù)０．８。
２．１ 三相負荷計算方法：
將三相用電設(shè)備的設(shè)備容量乘以一個需用系數(shù)Ｋｘ，得有功計算負荷，即：
Ｐｊｓ＝Ｋｘ•Ｐｓ（ｋＷ）
無功計算負荷Ｑｊｓ確定：
Ｑｊｓ＝Ｐｉｓ•ｔｇΦ（ｋＶａｒ）
最后，確定視在計算負荷Ｓｊｓ：
Ｓｊｓ＝Ｐｊｓ２＋Ｑｊｓ２（ｋＶＡ）或Ｓｊｓ＝Ｐｊｓ／ｃｏｓΦ（ｋＶＡ）
計算電流為：
Ｉｊｓ＝Ｐｊｓ／３ＵｅｃｏｓΦ．（Ｕｅ三相設(shè)備的額定電壓ｋＶ）
２．２ 單相負荷確定：
盡量將各單相負荷逐相均勻分配，以減少不平衡。計算時，當回路中的單相負荷的總?cè)萘啃∮谠摶芈啡鄬ΨQ負荷的總?cè)萘康模保担r，全部負荷按三相對稱負荷計算，當超過１５％時，應(yīng)將單相負荷換算為等效三相負荷，再同三相負荷相加，功率及電流計算公式同上。
３ １０ｋＶ供電系統(tǒng)
根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（ＧＢ５００４５－９５）９．１．１條規(guī)定，一類高層建筑中的消防水泵、防排煙設(shè)施、消防電梯、應(yīng)急照明及消防用電按一級負荷要求供電。
按《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》（ＪＧＪ／Ｔ１６－９２）３．１條規(guī)定，省部級辦公建筑的客梯電力、主要的辦公室、會議室照明屬二級負荷。本辦公大樓屬一級負荷供電，通過傳統(tǒng)的幾種供電方案比較，選定了下面的供電方案。
即由不同區(qū)域變電站引來兩路１０ｋＶ電源，１０ｋＶ系統(tǒng)設(shè)計為單母線分段，中間有聯(lián)絡(luò)柜，正常工作時，兩路電源同時供電，互為備用，一路電源故障時，另一路電源供全部負荷。這樣做既方便檢修又可達到供電要求。此方案表面上符合供電要求，但實際很難做到，因為，國內(nèi)各地區(qū)的大電網(wǎng)都是并網(wǎng)的，電力網(wǎng)內(nèi)的各種故障均可能引起全部電源進線同時失去電源。多年來的實際運行經(jīng)驗表明，很多電氣故障難以限制在某一范圍內(nèi)部，因此，即使設(shè)計中采用了兩路市政電源，也很難保證一級負荷的供電要求。所以，為保證一級負荷中特別重要的負荷，必須增設(shè)應(yīng)急電源柴油發(fā)電機作為第三備用電源。
４ ２２０／３８０Ｖ配電系統(tǒng)
本建筑配電電壓為交流２２０／３８０Ｖ，聯(lián)結(jié)形式采用ＴＮ－Ｓ系統(tǒng)。
結(jié)合工程實際情況，通過負荷計算，考慮到空調(diào)用電負荷占建筑物總用電量的５０％，耗電量很大。因此，空調(diào)系統(tǒng)合理的配電與控制方式，很大程度上決定了整個大樓的經(jīng)濟運行情況。設(shè)計時，選用一臺１２５０ｋＶＡ變壓器供中央空調(diào)用電，照明及其它動力負荷。選用另一臺１２５０ｋＶＡ變壓器，兩個供電系統(tǒng)之間采用分段母線聯(lián)絡(luò)，在不使用空調(diào)的季節(jié)，可將空調(diào)變壓器退出，減少變壓器功耗，達到節(jié)電效果。同時，該變壓器可作為另一臺變壓器檢修時的備用設(shè)備。
４．１ 照明及其它動力配電系統(tǒng)。
辦公樓的配電系統(tǒng)主要由配電變壓器、低壓主開關(guān)柜、垂直干線、各樓層的配電箱和其后的分支電路組成，變壓器低壓側(cè)出線經(jīng)低壓主開關(guān)柜中的母線接至垂直干線，１～１５層照明負荷采用額定截流量為１２５０Ａ的密集型母線槽做主干線，各樓層設(shè)母線插接箱，由插接箱引至各樓層總配電箱，由總箱引至各室末端配電箱。末端配電箱是按照辦公室的不同功能來分設(shè)的，目的是便于管理、檢修。地下室其它動力設(shè)備，如水泵、電梯、風(fēng)機等由低壓配電屏單回路放射式配電，這些重要動力負荷要求在末端配電箱設(shè)雙電源自動轉(zhuǎn)化裝置，使供電更可靠、更安全。
４．２空調(diào)機組的配電及控制系統(tǒng)。
4.2.1 空調(diào)機組的配電
從變電所低壓引一路電源至地下室機房控制中心配電屏，此段線路采用額定量為２０００Ａ的封閉式母線槽。主機、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔等外部設(shè)備均采用獨立回路供電，即放射式供電方式。保證了供電的可靠性。而首層以上空調(diào)機組（指風(fēng)機彎管新風(fēng)機）采用樹干式配電，用一根ＺＲ－ＶＶ３×９５＋１×５０的電力電纜，引至電纜分接盒，由此引至樓層空調(diào)配電箱。
4.2.2 空調(diào)機組的控制方式
分手動和自動兩種控制方式。手動控制時，制冷機與外部設(shè)備以及外部設(shè)備之間無電氣連鎖關(guān)系，各設(shè)備均可單獨啟動和停止，此時，制冷機由內(nèi)部保護電路進行保護，此種狀態(tài)主要是為了機組的調(diào)試和維修。自動控制時，各設(shè)備之間有連鎖關(guān)系，機組的啟動順序：冷卻塔風(fēng)機—冷卻水泵—冷凍水泵—主機。停機時順序與啟動時相反，按照這個要求，設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)的二次控制回路，在火災(zāi)自動報警方面，空調(diào)系統(tǒng)與火警信號也要求有連鎖控制，當確定有火警發(fā)生時，消防值班室發(fā)出信號切斷空調(diào)機的總電源，并將開關(guān)動作信號反饋回消防控制中心。
５ 采光與照明標準。
為了減少動力設(shè)備用電對照明線路電壓波動的影響，照明用電與動力用電線路盡量分開供給，本樓設(shè)有一般照明和應(yīng)急照明。
５．１ 辦公室照明設(shè)計
利用天然采光與人工照明相結(jié)合的方法，在天氣允許條件下，充分依靠天然采光以節(jié)約能源，當陰雨天氣時，工作面的照度不夠，則利用人工照明，按《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，辦公室的一般照明照度的均勻度，按最低照度（１００Ｌｘ）與平均照度之比確定，平均均勻度應(yīng)在０．７以上，最低均勻度不得低于０．３。工作面上有無眩光，是衡量采光與照明質(zhì)量的重要內(nèi)容，按《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》，辦公室工作面上可以有輕微眩光。為防止天然采光產(chǎn)生的眩光，按功能要求選好采光口的方向，采用減少窗亮度和提高背景亮度，這也是控制不舒適眩光指數(shù)的有效措施。而避免人工照明所產(chǎn)生的眩光，要選好燈具，著重處理好背景亮度。搞好燈具布置，燈具布置間距宜不大于所選燈具的最大允許距離比，選用半間接型照明燈具。本方案選用格柵高光效熒光燈，從而限制了眩光，滿足了照明的照度、色溫、顯色指數(shù)，達到了節(jié)能效果。
５．２ 應(yīng)急照明設(shè)置
地下室車庫、電梯間、樓梯間、公共通信和主要出入口等場所設(shè)應(yīng)急疏散指示照明及樓層指示燈，它們在正常及事故時均點燃。應(yīng)急疏散、樓層指示燈均自帶蓄電池。應(yīng)急供電時間不少于２０分鐘。
地下室、電梯間、重要辦公室（區(qū)長、副區(qū)長）、重要會議室（常務(wù)、紀委）、大堂、禮堂、變配電房、主機房、消防控制中心、水泵房、電梯機房、電話總機、信息中心，這些場所均設(shè)應(yīng)急照明及工作照明，應(yīng)急照明分別占工作照明的２５％～１００％。
５．３ 特殊場所照明
對于有特殊要求的場所，如大樓外墻，節(jié)日彩光等設(shè)有泛光照明和特殊照明，設(shè)計時按估算負荷預(yù)留電源。
６ 防雷與安全
防雷設(shè)計按二類防雷建筑物處理，利用建筑物金屬構(gòu)件作防雷裝置。屋面敷設(shè)避雷帶，共用天線用避雷針保護，利用建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋作引下線，并利用混凝土基礎(chǔ)鋼筋作自然接地體。為防側(cè)擊雷，從３０ｍ以上，每三層設(shè)均壓環(huán)，所有金屬門窗、建筑玻璃幕墻均應(yīng)與作防雷引下線的鋼筋連通。為了保證建筑物外立面的效果，所有防雷裝置均采用暗裝作法。
防雷接地、變壓器中性點接地，電氣安全接地以及其它需要接地的設(shè)備，弱電設(shè)備采用共用接地，共用接地體的接地電阻應(yīng)小于１Ω。這樣既保證了人身和設(shè)備的安全，也減少了由不合理接地引起的干擾。
為了保證人身設(shè)備的用電安全，設(shè)計要求建筑物內(nèi)作總等電位聯(lián)結(jié)。在地下室安裝一總等電位聯(lián)結(jié)端子箱，把總水管、煤氣管、空調(diào)立管等所有進出建筑物的金屬體及建筑物的金屬構(gòu)件等與電位聯(lián)結(jié)端子箱連通。
７ 結(jié)束語
鑒于篇幅有限，對本工程的保安監(jiān)控、電話系統(tǒng)、電視系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警及消防控制系統(tǒng)預(yù)留有關(guān)的強電電源，具體做法不再討論。通過以上對本工程供配電系統(tǒng)的設(shè)計情況的介紹，我認為辦公建筑電氣設(shè)計的合理性應(yīng)從總體考慮其經(jīng)濟指標，才能取得最佳的技術(shù)及經(jīng)濟效果，真正做到高效、節(jié)能、舒適。由于本項目所有設(shè)計師的不懈努力，本工程榮獲了廣州市設(shè)計優(yōu)秀獎。
