建筑电气——地下车库供配电系统设计

近年来，随着生活水平的提高，汽车逐渐成为人们生活中的必需品，然而早期规划的室外停车位已经远远满足不了实际需求，汽车的停放成为了项目开发之初就需要十分重视的问题，因此大型地下停车场成为众多房地产及城市配套的商业综合体建筑优先考虑的建造模式。

一、供配电系统设计

1.分析建筑布局

一般来说，综合地下车库的建筑功能并不是单一的，可能会包括变配电所、空调制冷站、锅炉房、热交换站、生活及消防泵房等建筑设备用房，其余的区域均为车库。

当拿到一个大型地下车库的平面布置图后，除去以上提到的建筑辅助设备用房，首先要对车库的布局进行分析。   车库一般以不大于4000m2为一个防火分区(设置自动喷淋)，车库防火分区一般以耐火极限不低于3h的甲级防火卷帘进行分隔。

一个车库防火分区一般分为两个防烟分区(不大于2000m2)，每个车库防火分区基本上要设置一处送风机房，设置两台送(补)风机，送风和消防补风合用，一处排风机房，设置两台排风(烟)机，排风和消防排烟合用。

其余的区域就是车道和车位，建筑死角区域一般被定为库房，出入口部分被定为值班室，一个地下车库的大致建筑布局就基本形成了。

2.参考用电指标

按照《全国民用建筑工程设计技术措施规定》，一般其车库单位面积负荷密度为8～15W/m2，变压器装置指标为12～23V·A/m2。   以此在方案设计阶段可以按照面积指标进行总负荷估算。   在初步设计阶段，仅进行总负荷估算肯定是不够的，需要列出详细的《用电设备负荷统计表》。

在初步设计早期为了搭建低压配电系统，在其他专业未提供设备容量的情况下，可以根据经验进行早期的负荷统计，现在以地下汽车库的一个防火分区举例说明(面积4000m2，层高5.1m，双层停放120辆，出入频率一般)。  

（1）电气设备

按照《建筑照明设计标准》表5.4.1规定，车库照度为75(1±10%)lx，反推车库照明密度大致在3～4W/m2，按4W/m2计算，其中事故照明占20%～25%。

（2）机械排烟及通风设备

排烟量:1900m2×4.8m×6次/h=54700m3/h，排风量:

400m3/h×120=48000m3/h(2000m2的防烟分区，扣除约100m2的附属用房面积，梁板扣除0.3m)。   送风量:48000m3/h×80%=38400m3/h，满足不小于排烟量50%的要求。

因此每个防烟分区排风(烟)机的容量约为18.5kW，送(补)风机的容量约为11kW。   此外还需注意，北方地区车库的采暖方式，若不设置暖气，送(补)风机还需计算电辅热的容量。

（3）建筑设备

防火卷帘的容量查数据手册可知:5m＜洞口宽B≤8m，洞口高H≤5m，电动机容量P为0.75kW。   机械车位的容量查数据手册可知:两层升降横移式停车设备电动机容量P为(2.2+0.4)kW，两层液压悬臂式停车设备电动机容量P为(4.7+0.4)kW。

以上数据可从《国家建筑标准设计图集(D800—1～3)》中查找。   依据以上参数，建筑设备的容量可不依赖建筑专业，根据平面布置图自行估算。

（4）给排水设备:排水泵、电伴热等

正常情况下，非最底层的车库一般是不需要设置集水坑的，除非下面是人防工程。   最底层车库除去设备用房排水，每个车库防火防区设置1～2组集水坑，排水泵一用一备容量为1.5～2.2kW。

此外在寒冷地区地下车库若不采暖的情况下一般采用缠绕电阻丝的方式解决管道冻裂的问题，电伴热设备的容量大致为2～3kW，需注意的是此设备即使为消防管道提供服务，也需要在负荷计算时记入，不能单纯地列为消防设备而不计。

进行此区域的负荷计算 :照明Kx取0.7，Pj=11kW，动力Kx取0.7，Pj=42kW，机械车位Kx取0.2，Pj=7kW，本防火分区总Pj=60kW，负荷密度为15W/m2，与手册指标上限相接近的。

以上数据统计是按照车库的最大配置列举，在实际设计中有些项是不存在的，还需区别对待。

3.统计用电设备负荷

在以上分析基础上，每个车库分区的用电设备情况如图所示。

（1）电气设备:包括照明(普通照明、疏散照明、疏散指示及备用照明)、插座等。

（2）通风设备:包括送(补)风机、排风(烟)机等。

（3）建筑设备:防火卷帘、机械车位等。

（4）给排水设备:排水泵、电伴热等。

4.末端配电设备划分

对于每个车库分区，为了提供以上各类设备的不同负荷等级的电源，可能要设置以下配电箱体。

（1）照明配电分箱AL:普通照明、插座。

（2）事故照明互投箱ALE:事故照明。

（3）风机配电互投箱PYAT:排风(烟)机。

（4）风机配电互投箱BFAT:送(补)风机。

（5）车库配电互投箱CKAT:排水泵、机械车位等。

（6）消防配电互投箱XFAT:防火卷帘、电伴热等。

5.优化供电回路

若按照以上每个箱体独立回路配电，那么这一个分区则需要11个回路，无论电源引自公用变电所还是专用车库配电室，显然都是无法接受的，在此基础上，需要具体情况具体分析，争取做到配电箱体及供电回路的优化。

首先，如果车库规模较小，防火卷帘、电伴热设备电源可以引自事故照明互投箱，满足《民用建筑电气设计规范》13.9.9的要求，但是对于大型的车库，分区两侧的防火卷帘可能会有十几个，此时建议两个分区设置一处消防配电互投箱，要求建筑将分区两侧卷帘设置在一个分区中，此时配电可不跨越防火分区，满足《民用建筑电气设计规范》13.9.8的要求。

其次，排水泵、机械车位等非消防重要设备，可以在车库中心区域，或是车库配电间内设置配电互投箱，放射式配电，保证分支线路不跨越防火分区，也可减少分区内的配电箱体。

最后，除普通照明分箱外，其余配电箱可以采用放射式与T接式相结合的供电方案，根据《民用建筑电气设计规范》13.9.8的要求“消防用电设备配电系统的分支线路，不应跨越防火分区，分支干线不宜跨越防火分区”，那么小容量的双投配电箱体可以采用T接式，例如事故照明箱、卷帘配电箱。

而对于容量较大的风机配电箱，由于电缆截面较大，还是采用放射式比较合适，即便容量不大，T接式最好也在一个分区内。

此外若车库为多层，一般送、排风机房和楼梯间均在同一竖向平面上，如果配电箱体设置得合理，也可以采用上下层垂直T接式，由于水平相邻的防火分区发生火灾时要比上下层的防火分区更易相互影响，相比较而言，垂直T接式要比水平T接式更加安全，更加节省电缆。

6.确定配电系统

如果车库规模较小，比如双层四个防火分区，10000m2左右，车库区域的配电回路可以直接引自建筑共用的变配电所(低压配电室)，配电系统如图所示， 负荷计算表如表所示。

此配电方式17个回路基本上可以解决车库功能较为复杂的配电系统，各系统独立，故障影响面较小，竖向T接电源，可适当减少配电回路数及电缆长度，电缆规格较小，在10～70mm2之间，便于安装接线。

如果车库规模较大，比如单层八个防火分区，30000m2左右，所有配电回路均引自变配电所显然不合理，特别是小规格电缆很难通过热稳定效验，在此情况下，可以根据建筑布局，设置1～2个专用车库配电间。

（1）照明配电总柜ZAL:提供照明箱AL电源。

（2）应急配电总柜ZAPE:提供事故照明箱ALE、消防配电互投箱XFAT的主电源。

（3）应急配电总柜ZALE:提供事故照明箱ALE、消防配电互投箱XFAT的备用电源。

（4）车库配电互投柜CKAT(1～2):提供若干分区的排水泵、机械车位电源。   由于风机容量较大，建议直接引自变配电所，若车库为多层，采取竖向垂直T接式，若为单层，采取分区内水平T接式。   配电系统如图所示， 负荷计算表如表所示。

① 垂直T 接式

② 水平T 接式

此外，由于事故照明和消防设备配电箱采用二级配电，则ZALE、ZAPE进线一定要用耐火级别最高的A级电缆，同时做好防火保护，以此确保干线电缆的安全。此配电方式，利用干线电缆的二级配电解决了小容量设备的配电，减少了变配电所一对一出线的压力。

二、车库照明

车库照明应按防火分区进行照明配电，包括正常照明和事故照明，根据《用单设备负荷统计表》中数据可知，每个防火分区正常照明约为12kW，事故照明约为4kW，比较适合设置一组独立的配电箱。

车库照明的布置相对比较简单，灯具一般采用节能荧光灯，均匀布置，可以将车库分为三个区域来考虑。  

1.车道照明

可在一个柱距内设置4盏灯具，为了灯具的节能控制( 后面详述) ，把灯具分为3 组: 1 /4 应急照明、1 /4 一般照明、2 /4 一般照明，其中应急灯具兼作值班照明，间隔布置，方便控制。

按规范要求，车道照度75 lx，工作面为地面，功率密度≤4 W/m2，此时需要考虑柱距的尺寸和灯具的安装高度，当柱距超过8. 1 m ( 停放3 辆车) 时，可以采用双管T5 荧光灯，当柱距低于8. 1 m 时，可以采用单管T5 荧光灯，此时照度和功率密度是可以满足规范要求的，如图所示。

布置灯具时，车道灯具的长轴应同车行方向平行，采用吊装，由于车道管线较多，灯具可采用线槽敷设，在各专业管线综合时，线槽的安装高度应放在最底层，若考虑到小型货车的运输，高度需大于2. 6 m。

2.车位照明

按规范要求，车位照度50lx，工作面为地面，功率密度≤3W/m2，可在一个柱距内设置2盏灯具，根据柱距的实际尺寸来确定采用管荧光灯还是双管灯，一般来说与车道灯具一致，此时照度和功率密度是可以满足规范要求的。   由于立体车库及平层车库车位上方，管道较少，灯具吸顶，可采用线管敷设，以减少造价。

3.辅助用房照明

辅助用房主要包括车库风机房、库房及其他设备用房等，照明按照常规设计即可，需注意的是，车库风机房属消防设备用房，其照明属于火灾备用照明，应从事故照明箱引接电源，一般每个机房都单独回路配电，风机房及其他设备机房管道较多，灯具宜采用壁装荧光灯。   此外车库内设置的库房，从使用上具备二次出租的可能性，

因此照明在有条件的情况下，宜按照建筑分隔单独提供回路，便于以后低压计量。   需要注意的是，为了便于管理及控制，车道灯具、车位灯具与辅助用房照明需采用不同照明回路供电，应避免灯具较少时，就近引接其他电源。

(1)配电箱体的设置位置

大面积地下车库一般建筑内墙体较少，防火分区主要靠防火卷帘分隔，且每个防火分区至少有一部疏散楼梯。   照明配电箱、事故照明箱尽量不要放置在外墙上，建议放在车库疏散楼梯区域的建筑实墙上，最好是楼梯的中间部位，其原因是安装比较牢固、人员操作比较方便，其次不宜受开门的影响，此外方便上下层T接电源。

(2)车流、人流导向标示

人员进入到大型地下车库可能普遍都会面对分不清方向、无法用最短的时间和最近的距离到达目的地的问题。

为解决这一问题，目前基本采用导向标示的方式来提供车辆、人员的导流信息。   需要注意的是导向标示不同于事故疏散指示，前者指向的是不同的目的地，而后者仅指向疏散出口。

在设计过程中导向标示主要设置在车道、交通口等处，应尽量突出、明确，配电回路单独设置，集中控制，应按照最高负荷级别进行设计。

三、节能控制

按统计数字计算，车库的功率密度值不是很高，一般为8～15W/m2，但是车库人员的流动少，对于设备长时间运行的依赖性比人员密集的公共建筑要小得多，因此节能还是非常有意义的。

车库的主要用电设备中，通风占50%～60%，照明占15%～20%，建筑及给排水设备占20%～30%。   给排水设备一般由自带控制箱自动控制，建筑设备一般有人员就地控制，因此相对而言，照明及通风这两大耗能系统的节能控制是考虑的重点。

对于车库，特别是大规模的车库，若想做到节能，需要对车库的管理方式和设备运行方式进行深入的分析，还要对节能手段进行优化对比。

首先，车库每个防火分区均有一套独立的照明、通风设备，面积较大，特别是多层地下车库不具备自然采光和自然通风的能力，无论是照明还是通风设计都是按照24h连续运行设计，可实际的车库运行方式是不可能24h人员和车辆大量流动，它只有几个饱和运行的时间周期。

例如7:00～9:00、11:00～14:00及17:00～20:00等，当然不同性质的商业、办公及住宅车库的饱和运行时间段不同，但有一点是肯定的，非饱和运行时间段的设备运行量和运行时间是可以成比例缩减的，可以根据实际的运行情况进行统计，从而得出准确的数据作为时间划分依据。

其次，从管理方式来考虑，车库每个分区均有一套独立的照明、通风设备。   常规情况下设备的配电和控制都是在箱面上完成，若分区过多，少数的值班人员很难在每一个时间节点上去就地控制如此多的设备，并且会在运行中增加人力和劳动成本，若监督管理不到位，会造成大量的能源浪费和设备磨损。

最好的解决方式就是在值班室实行集中控制。   目前集中控制的方式从技术角度来说就是传统的硬线控制及现今流行的智能控制，从原理上来区分，硬线控制就是通过电源线的通断来进行开启、关闭等操作，而智能控制则是利用计算机通信技术，通过智能指令驱动具有处理器单元的控制器来实现以上过程。

对于现今大规模且业态归属相对复杂的车库来说，为了得到最优化的节能控制方案，传统的硬线控制已经不能满足节能性、智能性、便捷性及可扩展性的需求，相对而言智能控制是一种很好的选择，作为多样化、组合化及数字化的控制系统，其技术已经非常成熟，控制方便，扩展性好，网络通信适用性强且造价较为合理。

车库设备控制的方式较为简单，主要就是开关控制，风机不需要调速，照明也不需要红外、调光、延时及对比控制，具备现场就地、消防联动、值班室集中手动及系统定时自动等功能就完全可以满足车库日常工作的需要，如表4所示。

以上这种智能控制要求可以采用很多技术来实现，设置BA系统的大型综合性建筑的车库，可以设置基于BACnet或LonWorks协议的子系统与BA系统连接，由楼宇控制中心来完成车库的管理工作;在没有设置BA系统的中小型车库，可以设置基于EIB协议的小型智能总线系统来实现，工作站可以设在值班管理室。

无论最终选择哪种智能技术作为车库节能的手段，还都应该从投资上的经济性、运行中的节能高效性、后期维护中的便捷性及可操作性这三个方面来考虑。

现在以地下汽车库的一个防火分区举例说明(面积4000m2，层高5.1m，双层停放120辆，出入频率一般)。   首先，对车库的照明回路进行划分，把所有要智能控制的回路均设置独立的地址，确保灯开启模式既可以随意组合又可以一对一单独控制，如图所示。

其次，对风机二次控制回路进行调整，除手动、消防联动控制外，增加自控功能，控制原理详见03D303—2～3《常用电机控制电路图》。

然后，采用EIB协议组建一个小型智能控制系统，控制工作站设置在值班室、照明及风机控制箱就地设置控制器、控制器各回路设置电流监测功能(用于检测设备是否正常工作)、主要人员楼梯附近设置手动控制触摸屏，利用RS485总线与工作站联网。

按表4提出控制要求，其中消防联动控制优先级最高，就地控制其次，集中模式控制最低，同时设置分时控制范围，如表所示。

此方案是简单可行的，投入使用后具有从时间上均匀运行设备的能力，能使设备的平均使用寿命得以延长。在节能方面，可以做一个防火分区常规情况下的车库年能耗统计以及在节能优化后的年能耗统计，并进行对比，如表所示。

由表可看出智能控制系统节能效果明显，每年减少耗能9.5万kW·h，若按照系统投资1500×20(元/回路)计算，系统运行不到一年即可收回成本。

四、地下车库电气设计总结

地下车库的优点是显而易见的，减少了对地面用地的要求，改善了区域的环境，避免了与绿化指标的冲突;车库的跨距为面积较大的设备机房提供了较为有利的布置条件;除去特有的停车功能之外，地下车库还可以提供大面积库房、市政管线通廊等辅助功能，地下车库将成为现代生活不可缺少的一部分。

本文未提及车库兼作人防工程的设计方法，在此情况下，配电系统会有一定的调整，但总体原则是，应尽量把车库区域内的设备设计成一个独立的系统，无论从经营管理还是内部计量、考核都有很大的好处。   需要强调的是，利用智能系统对于节能控制是十分有效的，

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