论文部分内容阅读
广东天元建筑设计有限公司 广东佛山 528300
摘要：本文主要针对办公建筑供配电系统设计展开了探讨，结合了具体的工程实例，分别对负荷分级及电源情况、用电负荷及变电所设置和消防负荷分析及消防专用柴油发电机设置三方面作了系统的概述，并详细分析了保障一级负荷中特别重要的负荷供电可靠性的措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：办公建筑；供配电系统；设计
做好供配电系统的设计对办公建筑电气系统的正常运行有着重要作用。在供配电系统的设计中，需要根据建筑物的特征，确定负荷等级，选择合理的供配电方式，以保证用户的用电可靠性及初建投资的合理性。
1 工程概况
项目建筑面积131145m2，其中地上96580m2，地下34565m2。建筑层数：地上24层，地下2层。建筑高度：99.90m。算上顶部广告牌达120m，为A/B双子座高层。大厦地上裙房设置公共服务大堂、银行营业厅和办公区，并设置有银行数据中心；标准层（6～24层）为出租办公区，并在每层预留租户数据机房；地下部分包括商业、餐厅、汽车库（战时为人防物资库）和设备机房等。
2 负荷分级及电源情况
2.1 负荷分级
根据规定，本项目为一类高层建筑，金融设施分级为二级。
2.2 电源
2.2.1 市政电源
为确保本工程满足一级负荷及一级负荷中特别重要的负荷的供电要求，经与当地电力公司协商，市政电源为2路10kV电源供电，且分别来自不同上级110kV变电站。满足当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏的要求。
2.2.2 内部电源
设置消防专用应急发电机组，数据机房、网络机房等设置备用发电机组及相应UPS电源。
3 用电负荷及变电所设置
3.1 负荷估算
3.1.1 地上A/B座高塔负荷及估算
A/B两塔平面布局相同，分析单塔即可。单塔楼地上总面积41692m2，标准层每层面积1704m2，其中核心筒面积为400m2。
2层设银行数据中心，6层及以上每层设置租户小IT机房。数据机房总面积约为900m2。塔楼地上主要负荷为办公照明、空调风机、电梯及数据机房用电等。
负荷估算主要考虑两个方面：
（1）普通办公楼面积按单塔总面积减去数据机房面积计算。
根据相关规定及项目经验：办公楼单位面积用电指标为100VA/m2，其中包括空调冷水机组用电量。本建筑制冷站设置在地下二层且主要为10kV高压冷机，单独估算塔楼变压器应扣除冷机、水泵部分，经验值为40VA/m2。
则办公用电估算：（41692-900）m2×（100-40）VA/m2≈2400kVA。
（2）数据机房用电估算。本项目所含数据机房为A级机房。根据专业条件计算可知，数据机房用电量约2kVA/m2。
数据机房用电估算：900m2×2kVA/m2=1800kVA。
A/B座高塔估算为：1800+2400=4200kVA。
3.1.2 裙房用电估算
裙房共五层，13200m2，参考上文A/B座估算方法，裙房用电：13200m2×（100-40）VA/m2≈790kVA。
3.1.3 地下层用电估算
地下层用电估算包括两部分：
（1）车库区域。
地下一、二层，车库共：17000m2，车库（非机械停车）按30VA/m2估算：17000m2×30VA/m2=510kVA。
（2）各种功能配套区。
地下一层商业预留、厨房餐厅预留共4500m2，根据工程经验按200VA/m2估算：4500m2×200VA/m2=900kVA。
地下一层各电信机房及配套精密空调估算：200kVA。
地下一层物业办公用电估算：1500m2×60VA/m2=90kVA。
地下二层制冷站专业条件：1040kW，取0.7需要系数折为视在功率约为：900kVA。
3.2 变电所
3.2.1 变电所设置
在B座地下一层设10kV总配变电所1座，由于建筑条件的限制，仅安装2台10/0.4kV、2000kVA干式变压器1T、2T，负责B座塔楼用电；在A座地下一层设10kV分变电所1座，4台10/0.4kV、2000kVA干式变压器，其中2台3T、4T负责A座，另2台5T、6T负责裙房地下室及屋顶LED大屏用电。10kV制冷机由B座总配电所高压直接配电。
3.2.2 负荷计算
根据各专业条件，采用需要系数法进行负荷计算，如表1所示。
表1 变压器设置及负荷表
3.2.3 小结
（1）需要系数计算法结果与估算结果一致。
（2）大型金融類商务办公楼（含租户小IT机房）单位建筑面积用电指标（含冷机）约为110VA/m2。
4 消防负荷分析及消防专用柴油发电机设置
4.1 消防负荷分析
根据前文分析：一类高层建筑的消防负荷应按一级负荷要求供电。
消防用电设备安装容量1132kW。经暖通专业及消防部门确认，防排烟风机最大同时用电：考虑满足最大一个防火分区、一层疏散走廊、所有楼梯间的加压，该值为210kW。经计算得消防计算负荷为617kW。
4.2 消防专用柴油发电机设置
考虑本项目消防重要性，根据上述计算结果设置1台消防专用230/400V、800kW应急柴油发电机组。变压器1T、3T、5T分别设置消防应急母线段。
5 保障一级负荷中特别重要的负荷供电可靠性的措施
5.1 数据机房供配电系统概述
5.1.1 数据机房等级
本项目从业主使用性质、管理要求等出发将二层银行用数据机房、标准层出租小IT数据机房，地下一层网络机房、网络接入机房确定为A级机房。
5.1.2 数据机房供配电系统分类
按照数据中心需要动力电源的设备用途及特点，可将机房的供配电系统分为两部分。
第一部分是 “电子信息设备供配电系统”。
第二部分为 “机房辅助供配电系统”。
5.2 备用柴油发电机
5.2.1 柴油发电机设置要求
本项目采用“市电供电+柴油发电机组备用”的供电系统。柴油发电机系统主要是作为后备电源，一旦市电失电，迅速启动为后级低压设备提供备用电源。
5.2.2 柴油发电机房进排风设计
本项目考虑地上部分美观，未在室外广场设置柴油发电机进排风井，而是将排风井设置在裙房屋面。为达到这个目的，本项目借助地下一层6m的层高，在±0.00板底设计了高1m的建筑风道，巧妙地连通了柴油发电机房进排风口和直通裙房屋顶的风井。
5.3 不间断电源UPS
数据机房中电子信息设备应由不间断电源系统供电。UPS的作用是电能后备、电能净化，为IT负载提供可靠、纯净的用电保证。
5.3.1 UPS供电方案
①在UPS应用中，通常有下列4种供电方式：
单机工作供电方案：UPS供电方案中结构最简单的一种，就是单台UPS输
摘要：本文主要针对办公建筑供配电系统设计展开了探讨，结合了具体的工程实例，分别对负荷分级及电源情况、用电负荷及变电所设置和消防负荷分析及消防专用柴油发电机设置三方面作了系统的概述，并详细分析了保障一级负荷中特别重要的负荷供电可靠性的措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：办公建筑；供配电系统；设计
做好供配电系统的设计对办公建筑电气系统的正常运行有着重要作用。在供配电系统的设计中，需要根据建筑物的特征，确定负荷等级，选择合理的供配电方式，以保证用户的用电可靠性及初建投资的合理性。
1 工程概况
项目建筑面积131145m2，其中地上96580m2，地下34565m2。建筑层数：地上24层，地下2层。建筑高度：99.90m。算上顶部广告牌达120m，为A/B双子座高层。大厦地上裙房设置公共服务大堂、银行营业厅和办公区，并设置有银行数据中心；标准层（6～24层）为出租办公区，并在每层预留租户数据机房；地下部分包括商业、餐厅、汽车库（战时为人防物资库）和设备机房等。
2 负荷分级及电源情况
2.1 负荷分级
根据规定，本项目为一类高层建筑，金融设施分级为二级。
2.2 电源
2.2.1 市政电源
为确保本工程满足一级负荷及一级负荷中特别重要的负荷的供电要求，经与当地电力公司协商，市政电源为2路10kV电源供电，且分别来自不同上级110kV变电站。满足当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏的要求。
2.2.2 内部电源
设置消防专用应急发电机组，数据机房、网络机房等设置备用发电机组及相应UPS电源。
3 用电负荷及变电所设置
3.1 负荷估算
3.1.1 地上A/B座高塔负荷及估算
A/B两塔平面布局相同，分析单塔即可。单塔楼地上总面积41692m2，标准层每层面积1704m2，其中核心筒面积为400m2。
2层设银行数据中心，6层及以上每层设置租户小IT机房。数据机房总面积约为900m2。塔楼地上主要负荷为办公照明、空调风机、电梯及数据机房用电等。
负荷估算主要考虑两个方面：
（1）普通办公楼面积按单塔总面积减去数据机房面积计算。
根据相关规定及项目经验：办公楼单位面积用电指标为100VA/m2，其中包括空调冷水机组用电量。本建筑制冷站设置在地下二层且主要为10kV高压冷机，单独估算塔楼变压器应扣除冷机、水泵部分，经验值为40VA/m2。
则办公用电估算：（41692-900）m2×（100-40）VA/m2≈2400kVA。
（2）数据机房用电估算。本项目所含数据机房为A级机房。根据专业条件计算可知，数据机房用电量约2kVA/m2。
数据机房用电估算：900m2×2kVA/m2=1800kVA。
A/B座高塔估算为：1800+2400=4200kVA。
3.1.2 裙房用电估算
裙房共五层，13200m2，参考上文A/B座估算方法，裙房用电：13200m2×（100-40）VA/m2≈790kVA。
3.1.3 地下层用电估算
地下层用电估算包括两部分：
（1）车库区域。
地下一、二层，车库共：17000m2，车库（非机械停车）按30VA/m2估算：17000m2×30VA/m2=510kVA。
（2）各种功能配套区。
地下一层商业预留、厨房餐厅预留共4500m2，根据工程经验按200VA/m2估算：4500m2×200VA/m2=900kVA。
地下一层各电信机房及配套精密空调估算：200kVA。
地下一层物业办公用电估算：1500m2×60VA/m2=90kVA。
地下二层制冷站专业条件：1040kW，取0.7需要系数折为视在功率约为：900kVA。
3.2 变电所
3.2.1 变电所设置
在B座地下一层设10kV总配变电所1座，由于建筑条件的限制，仅安装2台10/0.4kV、2000kVA干式变压器1T、2T，负责B座塔楼用电；在A座地下一层设10kV分变电所1座，4台10/0.4kV、2000kVA干式变压器，其中2台3T、4T负责A座，另2台5T、6T负责裙房地下室及屋顶LED大屏用电。10kV制冷机由B座总配电所高压直接配电。
3.2.2 负荷计算
根据各专业条件，采用需要系数法进行负荷计算，如表1所示。
表1 变压器设置及负荷表
3.2.3 小结
（1）需要系数计算法结果与估算结果一致。
（2）大型金融類商务办公楼（含租户小IT机房）单位建筑面积用电指标（含冷机）约为110VA/m2。
4 消防负荷分析及消防专用柴油发电机设置
4.1 消防负荷分析
根据前文分析：一类高层建筑的消防负荷应按一级负荷要求供电。
消防用电设备安装容量1132kW。经暖通专业及消防部门确认，防排烟风机最大同时用电：考虑满足最大一个防火分区、一层疏散走廊、所有楼梯间的加压，该值为210kW。经计算得消防计算负荷为617kW。
4.2 消防专用柴油发电机设置
考虑本项目消防重要性，根据上述计算结果设置1台消防专用230/400V、800kW应急柴油发电机组。变压器1T、3T、5T分别设置消防应急母线段。
5 保障一级负荷中特别重要的负荷供电可靠性的措施
5.1 数据机房供配电系统概述
5.1.1 数据机房等级
本项目从业主使用性质、管理要求等出发将二层银行用数据机房、标准层出租小IT数据机房，地下一层网络机房、网络接入机房确定为A级机房。
5.1.2 数据机房供配电系统分类
按照数据中心需要动力电源的设备用途及特点，可将机房的供配电系统分为两部分。
第一部分是 “电子信息设备供配电系统”。
第二部分为 “机房辅助供配电系统”。
5.2 备用柴油发电机
5.2.1 柴油发电机设置要求
本项目采用“市电供电+柴油发电机组备用”的供电系统。柴油发电机系统主要是作为后备电源，一旦市电失电，迅速启动为后级低压设备提供备用电源。
5.2.2 柴油发电机房进排风设计
本项目考虑地上部分美观，未在室外广场设置柴油发电机进排风井，而是将排风井设置在裙房屋面。为达到这个目的，本项目借助地下一层6m的层高，在±0.00板底设计了高1m的建筑风道，巧妙地连通了柴油发电机房进排风口和直通裙房屋顶的风井。
5.3 不间断电源UPS
数据机房中电子信息设备应由不间断电源系统供电。UPS的作用是电能后备、电能净化，为IT负载提供可靠、纯净的用电保证。
5.3.1 UPS供电方案
①在UPS应用中，通常有下列4种供电方式：
单机工作供电方案：UPS供电方案中结构最简单的一种，就是单台UPS输