迟珊：超高层建筑综合体消防负荷供配电系统设计

含有超高层建筑的城市综合体由于其规模庞大、建筑高度高、功能复杂、人员密集，在火灾防控、灭火应急救援及人员疏散上都有很大的难度。特别是当建筑高度大于150 m甚至大于250 m时，超高层建筑的消防设备配电更是有其特殊要求，具有一定的复杂性和特殊性。因此，本文结合现行消防相关规范要求，就此类建筑的消防用电设备供配电系统设计及需注意问题进行分析与探讨。

> > > >   供配电系统形式

消防用电设备的供配电系统应根据设备负荷等级的不同而设计。根据国家、地方及行业规范和标准，按照建筑物的使用功能、等级及高度等，对建筑内消防用电设备的负荷等级进行准确划分。不同负荷等级的消防用电设备供电要求如下：

a. 特级负荷：应由3个电源供电，可用双重市政电源 + 应急电源（可为独立于双重电源的市政专线或自备电源），双回路末端切换；或单路市政电源 + 自备电源 + 应急电源，双回路末端切换。

b. 一级负荷：应由2个电源供电，可用双重市政电源，双回路末端切换；或单路市政电源 + 自备电源，双回路末端切换。

c. 二级负荷:宜由双回线路供电,可用双回线路市政电源，双回路末端切换；或单路市政电源 + 自备电源，双回路末端切换；或单路市政电源，两台变压器，每台变压器配出一回路，末端切换。

d. 三级负荷：可用单电源单回路供电。

除了满足电源要求及双回路末端切换外，配电干线形式还需注意以下细节：

a. 采用树干式配电的消防设备配电盘，同一消防配电干线上连接的配电盘不宜过多（不宜超过8个）。

b. 建筑内的消防用电设备应采用专用的供电回路。

c. 消防用电设备配电系统的分支干线宜按防火分区划分，分支线路不宜跨越防火分区。

d. 消防水泵、消防电梯、消防控制室等的两个供电回路，应由变电所或总配电室放射式供电。

e. 超高层建筑的避难层（间）使用的消防用电设备，应从变电所采用放射式专用线路配电。

f. 消防控制室、消防水泵房的消防用电设备及消防电梯等的供电，应在其配电线路的最末一级配电箱内设置自动切换装置。

g. 防烟和排烟风机房消防用电设备的供电，应在其配电线路的最末一级配电箱内或所在防火分区的配电箱内设置自动切换装置。

h. 防火卷帘、电动排烟窗、消防潜污泵、消防应急照明和疏散指示标志等的供电，应在所在防火分区的配电箱内设置自动切换装置。

超高层综合体建筑消防负荷用电等级为特级或一级负荷，以塔楼建筑高度大于150 m的建筑综合体项目为例，其消防负荷供配电干线系统可参考图1。

消防配电线路的设计和敷设，应满足建筑设计火灾延续时间内为消防用电设备连续供电的需要，以及公共建筑对低烟低毒性的要求。通常选择无卤低烟阻燃耐火铜芯电力电缆、导线及矿物绝缘电力电缆、耐火母线。电缆及导线的燃烧性能不应低于B ₁ 级。明敷的导管、电缆桥架，应选择燃烧性能不低于B ₁ 级的难燃材料制品或不燃材料制品。通常当消防配电线缆选用燃烧性能B ₁ 级电力电缆时，线路采用金属管或封闭式金属槽盒敷设，明敷时采取刷防火涂料等防火保护措施。当选用燃烧性能A级电力电缆时可直接明敷。

同一消防负荷的双路电源线路应分设在不同金属管或封闭式金属槽盒内。由同一变电所配出的同一消防负荷双路电源的配电装置宜分列设置，当不能分列设置时，其母线分段处应设置防火隔板或有门洞的隔墙。

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。

建筑高度超过250 m的公共建筑，消防线路布线宜设专用竖井。或宜增设一个强电竖井，供备用电源线路及应急防灾系统的备份缆线使用。当增设强电竖井有困难时，可与弱电增设的竖井合用。

超高层建筑综合体规模庞大、用电设备众多，用电容量大，应根据建筑使用功能、运营管理模式合理制定变配电系统方案，规划总、分变电所位置。合理设置变电所位置可有效减少用电负荷供电线路的长度，正常选择线缆截面积即能满足线路动热稳定性、保护开关动作灵敏度、线路电压降等要求，有效节约建设资金。

超高层建筑综合体宜按不同业态和功能分区设置变电所，且当供电负荷较大、供电半径较长时，宜分散设置。可将变电所设置在地下室、设备层、避难层等处。变电所不宜设置在建筑物的最底层，当地下只有一层时，应抬高变电所设备层的地面。综合技术经济性及施工、维护等方面考虑，通常超高层建筑高度超过200 m时，会在地上避难层或设备层设置分变电所，且控制单台变压器容量不超过1250 kVA，便于设备搬运。

变电所位置应深入或靠近负荷中心；进出线方便；设备吊装、运输方便；不应设在对防电磁辐射干扰有较高要求的场所；不应设在卫生间、浴室等经常积水场所的直接下一层，当与其贴邻时，应采取防水措施；变电所不应有变形缝穿越；变压器室、高压配电室、电容器室，不应在教室、居室的直接上、下层及贴邻处设置；当变电所的直接上、下层及贴邻处设置病房、客房、办公室、智能化系统机房时，应采取屏蔽、降噪等措施。

目前，我国一些城市出于对自然气候及城市电网线路结构等因素考虑，有地方标准要求：对于一级负荷除双重电源供电外还应设置应急电源。因此当消防负荷为一级负荷时需满足双重电源供电并设置应急电源。根据规范150 m及以上超高层公共建筑的消防负荷应为特级负荷，应设置应急电源；建筑高度150 m及以上的建筑应设置自备柴油发电机。考虑供电容量的需求，通常选择柴油发电机作为应急电源。

> > > >   柴油发电机容量选择

柴油发电机的负荷计算应满足下列要求：① 当柴油发电机仅为消防负荷供电时，应按消防负荷的计算容量选择柴油发电机容量；② 当柴油发电机为同时使用的消防负荷及火灾时不允许中断供电的非消防负荷供电时，应按两者的计算负荷之和选择柴油发电机容量；③ 当柴油发电机既对消防负荷供电，又对非消防负荷供电时，应按两者中较大的计算容量选择柴油发电机容量。

消防用电负荷计算是选择柴油发电机总装机容量和单台容量的重要依据之一。可结合建筑规模、建筑物类别、功能要求、供电距离等因素分区域设置柴油发电机，并对区域内的消防用电负荷分别进行计算。

通常，对于建筑规模小于50万m ² 的建筑综合体，仅考虑一处着火点；建筑规模大于50万m ² 的建筑综合体，需同时考虑两处着火点。由于功能划分及供电距离等因素，一般设置柴油发电机的每一分区面积不会超过50万m ² ，区域内消防用电负荷的计算，仅考虑一处着火点即可。但还要适当考虑到火灾蔓延的迅速性、人员疏散的安全性及消防设施工作的时限性等要求，因此不仅要计算发生火灾的防火分区，还要考虑关联分区（竖向及水平）的相应消防用电设施。此外，当消防主管部门及相关消防标准规范有具体规定和要求时，应遵照执行。

超高层建筑消防负荷特别之处在于，除了常规建筑的消防设备外，还有避难层内消防设备、航空障碍灯、屋顶停机坪用电等。

对于建筑综合体来说，既有地上塔楼、裙房，又有地下建筑，因此其消防负荷计算应根据设置柴油发电机的每一分区内火灾时同时使用的消防用电设施来进行计算。若一个柴油发电机所负担的分区内包含地下、若干个塔楼及相应裙房，按一个着火点考虑，则消防负荷计算应包含内容如表1所示。

> > > >  柴油发电机设置

> >   柴油发电机分区设置原则

综合体建筑的建筑功能多为酒店、办公、公寓、商业的组合，除需设置柴油发电机作为消防应急电源外，对于星级酒店、高档办公等功能也需设置柴油发电机作为备用电源。在制订柴油发电机分区设置方案时通常考虑下列因素：

a. 运维因素。因为综合体建筑所包含的功能种类比较多，项目租售情况复杂，并且可能运维及管理分属于不同物业，通常项目内也会根据以上因素设置多个变电室，因此在柴油发电机的设置上应综合考虑建筑的各种运维管理情况并结合项目变电室的设置情况来设置柴油发电机。

b. 供电距离因素。对于平面面积较大和建筑高度较高的建筑综合体，当供电半径小于300 m时选用220 / 380 V柴油发电机；当供电半径大于等于300 m时，宜采用10 kV柴油发电机。

c. 机组容量因素。机组容量与台数应根据应急或备用负荷大小及单台电动机最大启动容量等综合因素确定。当应急或备用负荷较大时，可采用多机并列运行，应急柴油发电机并机台数不宜超过4台，备用柴油发电机并机台数不宜超过7台。额定电压为220 / 380 V的机组并机后总容量不宜超过3 000 kW。

柴油发电机的单机容量，额定电压为3 ~ 10 kV时不宜超过2 400 kW，额定电压为1 kV以下时不宜超过1 600 kW。

d. 储油因素。单间储油间的燃油储存量不应大于1 m ³ 。除项目内含有高星级酒店以及其他业主要求有特别供电需求的负荷需柴油发电机在市政断电情况下长时间运行外，柴油发电机仅为消防负荷供电时，其连续运行时间满足建筑火灾延续时间内各消防用电设备最少持续供电时间的要求即可。柴油发电机负载率100 % 时耗油量约为300 mL / （h·kW），每个1 m ³ 日用油箱油量可满足最大1 200 kW容量的柴油发电机3 h连续运行。

按以上原则匹配机组容量与储油容量，可避免设置其它建筑室外储油装置。但当各单间储油间的全部储油量较大时，仍需集中设置储油设施于建筑外。当储油量不大于15 m ³ 且埋地设置时，可靠建筑外墙就近布置。

> >   柴油发电机房设置

柴油发电机房宜设置在建筑物的首层、地下层、裙房屋面，位置应便于柴油机组的运输。宜靠近变电所设置以减少应急备用母线长度，降低造价，当贴临变电所设置时应采用防火墙隔开。宜靠近建筑外墙处或地下室宜设置进排风井处，以便于机组的进排风及排烟。但需注意柴油发电机房不应设置在人员密集场所的上方、下方或贴邻位置。柴油发电机房不应设在卫生间、浴室等经常积水场所的直接下一层，当与其贴邻时，应采取防水措施。柴油发电机房不应有变形缝穿越。