基于坡地建筑的电气设计研究

1、基于坡地建筑综合体的电气设计探讨Study on Electrical Design of Slope Building Complex【摘要】坡地建筑中的电气系统设计比较复杂，设计过程中要充分熟悉各个专业；本文主要针对坡地建筑综合体的重要电气系统进行讨论，结合分布式设计理念，从电气节能、建设成本、 可维护性方面出发，对综合体中的电气系统中的负荷统计、供电方案、开关所容量计算（含高压元件选择）、电气节能，并结合智能化方面进行分析讨论，在设计过程中借鉴了KCL 、 图树论等电工基础学科知识，有力的解决了工程设计中无法用数学表达的问题，使电气设计更加清晰明了。Abstract The electr

2、ical design of slope buildings is quite complex, so it is necessary to be fully familiar with each major in the design process, this paper mainly discusses the important electrical system of complex built on slope,combined with the distributed design concept, the electrical system and intelligent sy

3、stem is expounded.The load statistics, power supply scheme, switch capacity calculation （including high voltage component selection） and electrical energy saving in the electrical system of the complex are analyzed and discussed. The basic knowledge of Electrotechnics such as KCL and Graph-tree theo

4、ry are used for reference in the design process to effectively solve the problem that it is impossible to use mathematics in engineering design. The problem of expression makes the electrical design more clear.【关键词】坡地建筑、综合体、电气、图树论、电气节能Key Words s lope building,complex, electrical,Graph tree theory，

5、Electric energysaving 。1 .引言坡地建筑指建于地面起伏较大处的建筑物，而这种建筑物在重庆地区尤为常见，坡地建筑的地形比较复杂，地势高低不平，砂石比较多，坡地上设计的综合体的面积比都比较大（动则上 5 万平方米），且尽量接近用地红线进行设计，这给机电系统设计与施工带来了麻烦。下面以重庆某商业综合体小区为例，对坡地建筑的电气设计进行讨论，同时结合图树论【 9】对其合理性进行分析。设计过程中以KCL定理等基础原理，以图的形式进行节点分析，以市政 10KV电源、开闭所、低压配电所、用电部位（一级配电等）为主线（即为图中的边），根据主线的路径的值（如距离、建设成本、可靠性等），判

6、断设计中的主要节点、末端设备的配电的合理性。图1电气分析图2 .项目案例30万方商业综合体，共计 12栋建筑物，整个项目的建筑物都建立在坡地之上，3-11号楼全部建立在同一个车库上（建筑面积 6万余平米，5层），1#为大型商业（含1万平方 米的地下车库），建筑面积 5万平方米；2#楼为五星级酒店，面积 3.5万平方米；3-11号 楼为住宅（7号楼为小型幼儿园），12#面积1.2万平米。3 .设计分析一、设计阶段面临的问题：1）综合体的建筑业态后期发展不确定性，如何满足后期功能调整带来的用电量变化；2）坡地建筑中电气设备房的位置，如何接近负荷中心，且满足建筑防火、疏散要求；3）坡地建筑中建筑业态

7、复杂，防火分区多、且防火面积大小不一；如何采用最经济节 能的供配电方案；4）如何将众多的电气、智能化系统进行管理；二、设计分析及建模因此我们对负荷计算、高低压供电方案、10KV开闭所容量、节能保护及管理等方面进行分析考虑。结合图树论对重要的供配电部位（如开闭所、低压变电所、大功率负荷点、相 似的一组用电设备）等建成一个图中的节点（节点满足KCL定理）。3.1 负荷计算针对商业综合体的业态和用电需求，我们采用负荷归类法，按照大型商业、酒店、住宅、车库、学校（幼儿园）等的业态的用电指标法 进行负荷计算（电力规范要求及业主要求， 具体计算略），最后按计算的结果选择合理的高低压供电方案。3.2 高低压

8、供电方案1#大型商业为独立的组合式建筑，富含电影院、超市、大型百货等业态，总安装容量4500kW （不含超市及电影院用电量，超市安装容量1100KW,电影院600KW）;其中一级负荷安装容量约 740kW,二级负荷安装容量约 1630kW,三级负荷安装容量约 2140kW;根 据节能、业态等要求（用电部位分析，以下略同），我们按电影院、超市、大型百货业态设 置变压器。3-11号楼为彳宅（7号楼幼儿园外）含地下车库的一、二级负荷用量比较大，地下车库 及住宅总安装容量 17300kW,有功计算负荷约8100kW,重要一级负荷及保安负荷约 660kW; 业态比较简单（分析方法与1#商业楼类似），住宅

9、、配套公共设施（含局部小商业）宜单独设置变压器（房）。2#酒店为五星级酒店+办公，总安装容量为 4360KW, 一级负荷安装容量2100KW （计算 功率960KW）,根据业态需求酒店区域、办公单独设置变压器（房）。通过以上配电节点分析： 每个部位变电所分散， 且用电负荷比较集中， 采用环状的供电 方案能够提高供电的可靠性； 1#商业、2#酒店、1#车库宜分别设置独立的 10KV开闭所，采 用双电源回路10KV进行供电。3.3 开关站容量考虑高压开闭所作为高压供电的供应点（即电气节点），为了保证高压开闭所能够提供足够的高压容量，我们对高压开关站的负荷进行了用电量统计与复算（高压短路计算、高压元

10、件的选择具体计算过程详见民用建筑电气设计计算及示例12SDX101-2中1-3,1-4节。），计算公式如下：S总，（K pP）2 （K Qj）2（1）S总为开闭所的总安装容量 ，Kp、K 为开闭所同时系数， P为有功功率，Qj为 无功功率。在实际过程中要考虑变电所中的变压器、 开关站线路的损耗，具体量建议放10%。 3.4设备房选址3.4.1选址分析根据建筑防火设计规范GB50016-2014、民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008,«20kV及以下变电所设计规范 GB 50053-2013等规范要求，低压变配电所及开闭所的位置、 柴油发电机房的位置。如共用的车库相邻的两个室外车

11、道高差相差达到20余米的高度，除1#、12 （13） #、配套商业楼外，其余楼栋基本上共用一个地下车库，该车库总共有五层， 车库阶梯式变化，从-1F到-2F由车道进行连接，-2F到-3F的出口不同。3.4.2 设备房位置根据变电所不宜设置底层（除只有一层车库外），主要的电气设备房考虑如下：1）进出线方便，深入或接近负荷中心，设备吊装、运输方便；2）不应设置设在多尘、水雾或有腐蚀性气体、剧烈震动等环境；3）不应设置在容易积水的场所的正下方，以及对密集型场所的人员安全等地方；4）电气设备房、柴油发电机房建议在同一防火分区内同一区域，指发生火灾时可以直接逃离现场，也就是需要设置专用的疏散通道。5）坡

12、地建筑中的挡墙要考虑预留防水套管或者电缆的穿线孔洞。通过规范理解及电气节点分析，2#酒店地面4 层与车库负2 层直接相连，设计选择了与车库相同的进线点，达到了供电的最优路径，且满足规范和使用要求。1#地下车库每层离地面层最近，因此-1-4F 每一层车库设置变电所是合理的。3.5 低压供配电方案坡地综合体业态复杂：防火分区多，设备房多，动力设备多、用电负荷等级复杂，这些需要统筹考虑低压配电方式。3.5.1 低压配电方案大型商业、办公区域、地下车库防火分区众多，如1#地下车库，每层有68 个防火分区，每个防火分区1000-4000 平方米，根据公共建筑节能要求，按照照明插座、空调系统、动力系统、特

13、殊用电等4 个分项计量独立设计。1）主防火分区用电负荷种类复杂，如消防动力（15KW 以上）、重要保障负荷（15KW以上） 、照明等众多情况。从变电所引出的图形结构分析：动力设备适合采用双电源环形供电、动力末端设备采用放射式供电；照明（单个配电箱35KW）适合采用链式结构；为了减少用电部位彼此的干扰，采用普通照明、应急照明、消防电源、非消防电源、大型设备 （直接供电）进行设计。2）小防火分区：该部位供电简单，可以直接采用链式供电（消防与普通负荷分开），有效的提高了施工的便捷性和维护的可靠性，消防设备房内的照明与动力合用，消防照明也可以直接从普通照明配电箱引出（增加消防电源监控系统）。3）大型设

14、备如电梯、空调等采用放射式供电，即直接从变电所引出（供电节点简单）。3.5.2 电压降的考虑坡地建筑由于其特殊性（不方便设置柴发等），因此需要考虑局部远程供电，供电过程需考虑电压降，例如一处的用电负荷距离达到了350米（负荷80KW）,该区域线路敷设非常复杂，因此在设计过程中采用了电压降计算法：, P -、，.1U% 2 Rcos 2 X sin 22-（ RX QX）10U12N cos 210U12NU1N为负载端的线电压，P负载端的有功功率、Q负载端的无功功率，R线路电阻X 线路通过电压降计算，实际的电压达到96% （加大了线缆的截面积）。3.6 备用电源根据建筑面积，建筑防火及消防等要

15、求，备用电源作为独立的供电系统，是保证生产及消防用电的一种辅助手段。备用和应急电源分柴油发电机组、EPS （UPS供电、自带小型蓄电池等。1#大型商业：商业部分 600KW、超市600KW、电影院700KW各一台；1#大型车库设置一 台柴油发电机组700KW （主要为住宅、车库的消防用电）；2#酒店设置了 1000kW的柴油发 电机组一台。1）对于一级、二级负荷集中区域，建议采用柴油发电机组作为备用电源；通过图中节 点分析，柴油发电机组离供电部位的路径短，功率损耗低。2）区域分布零散、主要的用电量为应急照明、安保用电等，相对从柴发引来的电源， 节点少，路径简单（建设成本低）；建议采用EPS （

16、UPS）供电的方式。4、电气节能及管理4.1 电气节能电气节能是未来发展的主题，采用节能有效的降低综合体的运营成本，我们按建筑业态规划变压器、设置开闭所等目的都是为了降低电气损耗卬。1）采用SCB11以上的变压器，供电距离低于 200米，减少线路敷设路径和电能损耗。2）合理采用高效节能的光源及灯具，如采用LED光源，选择合理的照明控制方式。3）主大型电气设备采用软启动、变频启动等节能方式（参考09CDX008-3建筑设备节能控制与管理、06DX008-1电气照明节能设计），结合能耗检测系统进行分析等。4.2 集成管理随着社会的发展，传统的电气系统已经无法满足当前的社会需求，需要采用新技术才能保

17、证电气（机电）系统的可靠性。如采用综合监控系统： 对电力系统、空调系统、泛光照明、 室内照明、视频联动、漏电检测、防火门监控、消防设备监控等电气的监控（采用软件接口 及中间件技术） 。从列举的电气节点图中，可以了解到整体管理系统，管理复杂度远远低于离散的系统。本项目中主要针对电力系统、能耗检测系统、消防电源监控系统、电气火灾系统进行集成供电管理（其他系统由智能化单位设计）。 电力监控系统采用了国内某知名的电力厂家的检测和保护装置，实现了高低压监控、计量为一体的SCADA系统。完成了对10KV的开闭所、变配电所、电力线路、重要（消防）设备为一体的检测保护系统，有力的弥补了传统电力监控系统无法对计

18、量、漏电检测、设备供电故障等问题。1）电力监控系统：对中、低压配电系统的实时数据、开关状态及远程控制进行了集中控制，集中管理，包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率、电能、温度、开关位置、设备运行状态等。2）能耗检测系统：对建筑物的各处用电情况统一监控和节能统计；当变压器容量不足时， 通过能耗检测系统能够有效的预测未来的用电情况，及时调整用电规则或用电部位，满足用电需要，本系统能耗检测与电力监控系统合用。3）电气火灾检测：检测是否具有火灾危险集中体现在电气设备运行时的温度分布与绝缘情况。4）消防电源监控：当重要的消防设备主、备电源发生过压、欠压、缺陷、过流、中断电源故障时。进行声光报警、记录、显示故障点等。5、结论坡地建筑中的电气设计比较复杂，结合分布式设计理念，采用节点分析法，精简了设计过程， 优化了设计方案，大大降低了综合体的电气设计难度。使电气设计过程中的数学表达更加精确。文献参考1建筑防火设计规范 GB50016-2014S,北京，中国建筑标准设计研究院2014;2民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008S北京，中国建筑标准设计研究院2008;320kV及以下变电所设计规范GB 50053-2013S,