張 力
(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 北京 100045)
既有建筑改造是電氣設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,不同于新建建筑的電氣設(shè)計(jì)。新建建筑好比是一張白紙,有較大的發(fā)揮余地。既有建筑改造電氣設(shè)計(jì)要在既有條件下進(jìn)行,在深入了解原有建筑構(gòu)造的基礎(chǔ)上,盡量克服既有建筑的先天不足,采用新規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)中選用新產(chǎn)品,在滿足業(yè)主需求的前提下,落實(shí)節(jié)能高效、低碳環(huán)保的設(shè)計(jì)理念,使老舊建筑脫胎換骨煥發(fā)新的活力。本文以一個政府辦公樓的改造項(xiàng)目為例談?wù)劶扔薪ㄖ脑旃こ痰碾姎庠O(shè)計(jì)。
本工程為政府辦公樓,省部級辦公建筑,甲乙兩個副部級政府機(jī)關(guān)共用。該建筑已使用二十幾年,雖曾經(jīng)改造過,但已不符合當(dāng)前的電氣設(shè)計(jì)規(guī)范要求,配電系統(tǒng)上存在著安全隱患;設(shè)備老舊,也不符合節(jié)能要求。因此,根據(jù)國管局要求對本樓進(jìn)行改造裝修。
本樓地上11層,地下2層,其中地下二層為廚房、配電室和設(shè)備用房,地下一層為車庫,首層至三層為餐廳、多功能廳、綜合機(jī)房用房,五、六層局部為甲單位計(jì)算中心,其余樓層為辦公用房。由于本樓為甲乙兩個單位共用,樓內(nèi)每層都有分隔墻,每層都有兩套機(jī)電管井,每個單位均有配電室、弱電機(jī)房、消防安防控制室,但變電室為合用,設(shè)在室外。消防水池及消防泵房合用設(shè)在地下二層,由甲單位管理。本樓總面積為33 300m2,總高度為40m,為一類防火建筑。
本工程強(qiáng)電設(shè)計(jì)包括:配電系統(tǒng),照明、動力系統(tǒng),防雷接地系統(tǒng)。智能化設(shè)計(jì)包括:綜合布線系統(tǒng)(PDS)、有線電視系統(tǒng)(CATV)、樓宇自控系統(tǒng)(BAS)、安防系統(tǒng)(SAS)、火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)(FAS)。本樓除暗埋在結(jié)構(gòu)內(nèi)的管線和接地防雷設(shè)施外,其他設(shè)備原則上均更換。
在熟悉本工程新舊圖紙的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)人員多次現(xiàn)場調(diào)研,了解甲方使用要求,提出改造方案。新設(shè)計(jì)保留了原有變電室及部分強(qiáng)弱電機(jī)房,增加了層弱電間,保證內(nèi)外網(wǎng)設(shè)備及管線的安裝間距,滿足政府機(jī)關(guān)辦公要求。
在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,按照現(xiàn)行規(guī)范要求,對本樓消防安防用電、重要機(jī)房、事故照明負(fù)荷、高層客梯、排污泵等一級負(fù)荷,其電源由配電室單獨(dú)供電,采用雙電源末端互投;生活泵等二級負(fù)荷采用雙電源末端互投;普通照明、空調(diào)等三級負(fù)荷采用樹干或放射式配電方式。針對原有低壓配電系統(tǒng)存在消防負(fù)荷與其他負(fù)荷電源混用、系統(tǒng)保護(hù)分級過多以及接線不規(guī)范的問題,進(jìn)行了改造。
在進(jìn)行變電室設(shè)計(jì)之前,調(diào)查了變電室的運(yùn)行情況。原有變電所已運(yùn)行20年之久,供電兼顧辦公樓和附近住宅,因此設(shè)2 000kVA干式變壓器兩臺。在幾年前的改造中,住宅負(fù)荷已改為由供電局變壓器供電。經(jīng)了解日常僅運(yùn)行1臺變壓器,負(fù)載率約為50%,在夏季最大負(fù)載率約為90%。由于變壓器容量偏大,改為兩臺1 250kVA變壓器。原有變電所高壓柜為GG1A型,低壓柜為PGL型,電器產(chǎn)品的正常使用壽命通常為15~20年,以上柜型現(xiàn)在基本已淘汰。高低壓柜及變壓器設(shè)備陳舊,有安全隱患。另外變電所無消防聯(lián)動設(shè)備和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),不滿足消防系統(tǒng)和智能化樓宇的管理要求,需要增加消防聯(lián)動設(shè)備和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。因此,更換變電室內(nèi)全部設(shè)備。變壓器更換為SCRB10型產(chǎn)品,這種變壓器絕緣耐熱等級高、散熱條件好、空載損耗低,過載能力強(qiáng);環(huán)保可回收、低噪音、防塵、防潮能力更佳,用電更安全。高低壓柜采用金屬鎧裝抽屜柜,進(jìn)出線柜均設(shè)智能表,對負(fù)荷的集中監(jiān)控和調(diào)控,可實(shí)現(xiàn)對主要設(shè)備進(jìn)行能耗監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)、分析和管理的功能。請專業(yè)廠家對辦公樓供配電系統(tǒng)諧波進(jìn)行測量及諧波治理,在計(jì)算中心機(jī)房電源柜設(shè)置濾波裝置,變電室低壓柜內(nèi)設(shè)消諧電抗器及分相無功自動補(bǔ)償裝置。另外,原有變電所通風(fēng)系統(tǒng)不滿足使用要求,夏季室內(nèi)溫度過高,也進(jìn)行了土建改造。根據(jù)改造需要,要增加出線電纜,改造和增加電纜引出管。對接地網(wǎng)重新檢測并相應(yīng)整改。圖1為層電氣小間及變電所改造平面圖。
圖1 層電氣小間及變電所改造平面圖
在照明系統(tǒng)中,根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034-2013)要求,在滿足照度標(biāo)準(zhǔn)的前提下降低功率密度值,辦公室內(nèi)光源顯色指數(shù)不低于80,采用節(jié)能光源(T5熒光燈及LED燈)及高效燈具,要求燈具電子鎮(zhèn)流器諧波量≤12%;電感鎮(zhèn)流器加電容補(bǔ)償,cosφ>0.9。照明控制方面,室外照明、公共照明可根據(jù)BAS系統(tǒng)設(shè)定程序自動開關(guān),各辦公室和機(jī)房照明采用手動控制,樓梯間照明采用自熄開關(guān)控制。
本工程建筑設(shè)備管理系統(tǒng)(BAS),采用直接數(shù)字控制技術(shù),對全樓的供水、排水、冷水、熱水系統(tǒng)及設(shè)備、公共區(qū)域照明、空調(diào)設(shè)備及供電系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視及節(jié)能控制。
在首層安防控制室設(shè)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī),大樓內(nèi)各監(jiān)控點(diǎn)設(shè)現(xiàn)場DDC控制模塊。各控制器均能獨(dú)立工作,具備通訊接口,主機(jī)對各DDC控制器進(jìn)行監(jiān)測管理。系統(tǒng)具有靈活、開放的接口及通訊協(xié)議,便于系統(tǒng)集成的實(shí)施。BA系統(tǒng)具備設(shè)備的手/自動狀態(tài)監(jiān)視,啟??刂疲\(yùn)行狀態(tài)顯示,故障報(bào)警,溫濕度監(jiān)測、控制及實(shí)現(xiàn)相關(guān)的各種邏輯控制關(guān)系等功能。設(shè)備管理系統(tǒng)控制、監(jiān)測范圍包括:
1)對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、公共區(qū)照明、立面照明進(jìn)行監(jiān)視、控制、測量、記錄。
2)對配電室低壓開關(guān)柜內(nèi)開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。
3)對公共場所的送、排風(fēng)機(jī)、生活水泵、排污泵、各水箱和水池的液位、電梯運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)視。
智能表及智能照明控制器在配電盤柜內(nèi)的安裝系統(tǒng)圖如圖2所示。
圖2 智能表及智能照明控制器在配電盤柜內(nèi)的安裝系統(tǒng)圖
既有建筑改造電氣設(shè)計(jì)有以下幾個階段。
改造工程設(shè)計(jì)的第一步就是熟悉既有建筑,了解既有建筑的新舊圖紙和現(xiàn)狀。雖然既有建筑的原有建筑布局大多要改變,但是有些部分可能還是要保留的,如出入口、樓梯、豎井、車庫、部分設(shè)備用房等。原有的強(qiáng)弱電進(jìn)出管、預(yù)留孔洞、強(qiáng)弱電干線路由、防雷接地設(shè)施等有可能還能利用,或不得不繼續(xù)使用。由于既有建筑在使用中可能被改造過多次,現(xiàn)有圖紙和現(xiàn)狀可能大相徑庭,這就需要設(shè)計(jì)人員多次進(jìn)行現(xiàn)場勘查,特別是要熟悉建筑結(jié)構(gòu)情況及建筑標(biāo)高及做法,在此基礎(chǔ)上確定機(jī)電用房和干線路由。
確定改造目標(biāo)需要滿足業(yè)主使用需要,滿足各類常規(guī)建筑及電氣規(guī)范,滿足節(jié)能和綠建規(guī)范。
3.2.1 既有建筑改造電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容
既有建筑的原有電氣設(shè)計(jì)大多已不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求,需要對照現(xiàn)行規(guī)范逐條整改。通常需要解決的問題有:
1)安全問題:如照明電源線無PE線,接地型式未采用TN-S系統(tǒng),配電系統(tǒng)的保護(hù)級數(shù)過多等;
2)消防問題:如消防負(fù)荷與普通負(fù)荷電源混用,消防負(fù)荷電源線未采用耐火線,應(yīng)急照明未按防火分區(qū)分路,火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)不符合新《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求等;
3)照明問題:照明功率密度值不滿足《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求;
4)節(jié)能問題:原設(shè)計(jì)選用的電氣設(shè)備不符合現(xiàn)行規(guī)范的節(jié)能要求和產(chǎn)品安全要求等。
3.2.2 既有建筑改造電氣設(shè)計(jì)應(yīng)執(zhí)行的節(jié)能和綠建規(guī)范
近年來,國家頒布了多部規(guī)范極大推動了全社會的節(jié)能減排,相關(guān)規(guī)范主要有《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034-2013)、《公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范》(JGJ 176-2009)、《公共建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 177-2009)、《民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T 229-2010)、《綠色辦公建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50908-2013)、《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50378-2014)、《城市照明節(jié)能評價標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 307-2013)、《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50411-2007)、《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)施節(jié)能專篇》等。
3.2.3 既有建筑改造節(jié)能診斷及綜合評估
節(jié)能環(huán)保是既有建筑改造的重要目標(biāo)。根據(jù)《公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范》(JGJ 176-2009)3.1.1條規(guī)定,公共建筑節(jié)能改造前應(yīng)對建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、采暖通風(fēng)空調(diào)及生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)、供配電與照明系統(tǒng)、監(jiān)測與控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能診斷。針對電氣系統(tǒng)的節(jié)能診斷,應(yīng)包括對配電系統(tǒng)容量及結(jié)構(gòu),用電分項(xiàng)紀(jì)錄,電氣設(shè)備狀況,電能質(zhì)量測量等情況的調(diào)研,在此基礎(chǔ)上確定節(jié)能改造方案。全面的節(jié)能診斷需要有大量的數(shù)據(jù)支持,需要收集既有建筑的能源消費(fèi)賬單,變壓器的運(yùn)行紀(jì)錄,相關(guān)設(shè)備的使用年限、技術(shù)參數(shù),這些資料都需要物業(yè)部門提供。功率因數(shù)、諧波、三相不平衡度、電壓降等電能質(zhì)量參數(shù)還需要采用專用工具現(xiàn)場采集。通常設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)周期短,如果沒有相關(guān)部門的支持很難進(jìn)行全面的節(jié)能診斷,最好由業(yè)主聘請具備相應(yīng)資質(zhì)的公共建筑節(jié)能檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能診斷及綜合評估。否則,設(shè)計(jì)單位應(yīng)盡量收集資料,做出節(jié)能診斷為改造方案提供設(shè)計(jì)依據(jù)。在完成節(jié)能改造后,應(yīng)對被改造的系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行檢測和評估。
3.2.4 確定改造方案
首先,要協(xié)同建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備各專業(yè)把電氣機(jī)房及強(qiáng)弱電干線路由確定下來。原則上既有建筑的電氣機(jī)房宜繼續(xù)使用,但是由于既有建筑的站房可能存在位置及條件不滿足現(xiàn)行規(guī)范或改造后的使用需求的情況,需要重新選址或改擴(kuò)建,這就需要綜合考慮土建層高、標(biāo)高、疏散運(yùn)輸通道、結(jié)構(gòu)承重、加固、站房對周圍環(huán)境的電磁干擾以及周圍環(huán)境對站房有無電磁干擾等問題。既有建筑的線路敷設(shè)宜使用原有路由進(jìn)行敷設(shè),特別是原有進(jìn)出建筑的預(yù)留套管應(yīng)盡量利用,新增穿墻套管應(yīng)盡量做好防水。
其次,合理確定各子系統(tǒng)改造方案。不滿足現(xiàn)行國家規(guī)范的系統(tǒng)應(yīng)徹底改造,如原有系統(tǒng)符合規(guī)范要求,設(shè)備未到使用年限,運(yùn)行狀況尚可,可以繼續(xù)使用或留出條件分批分期的改造。應(yīng)針對業(yè)主的需求和現(xiàn)有設(shè)備狀況制定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),避免高大上的設(shè)計(jì)造成新的浪費(fèi)。
另外,既有建筑改造往往改造和裝修同時進(jìn)行。改造設(shè)計(jì)和裝修設(shè)計(jì)同時進(jìn)行,在房間的強(qiáng)弱電插座布置時,應(yīng)按照家具定位圖做好樣板間的強(qiáng)弱電插座定位,避免使用中的拆改。在照明設(shè)計(jì)時裝修設(shè)計(jì)師為了裝修效果往往使用低效光源和燈具,設(shè)計(jì)照度大大超出規(guī)范要求,這就需要電氣設(shè)計(jì)師堅(jiān)持原則而不是被動服從,使裝修設(shè)計(jì)方案符合節(jié)能要求。在LED燈的使用方面,有的業(yè)主要求辦公室也要全部采用LED燈具。這顯然是不了解LED光源的特性,LED光源由于其光譜不連續(xù),顯色性不完整,在室內(nèi)會影響人的生物鐘,存在著生物安全性方面的不確定性,因此在長時間辦公、書寫的工作場所是不宜采用的。
1)在設(shè)計(jì)方案中,仔細(xì)研究既有建筑結(jié)構(gòu),合理配置系統(tǒng),做到適合而不浪費(fèi),不能為所謂的“亮點(diǎn)”而過分投資,增加運(yùn)行費(fèi)用。這一點(diǎn)說來簡單,但實(shí)際設(shè)計(jì)中卻往往不到位。有條件的工程應(yīng)進(jìn)行節(jié)能診斷及綜合評估,提高方案的合理性。
2)在方案設(shè)計(jì)階段,盡量在用電負(fù)荷中心處設(shè)置變電室,以減少線路損耗。既有建筑的電氣機(jī)房如尚可利用宜繼續(xù)使用,線路敷設(shè)宜使用原有路由進(jìn)行敷設(shè)。
3)在選擇變壓器容量時,新建工程的設(shè)計(jì)中往往采用負(fù)荷密度估算的方法。由于既有建筑改造后的用途確定,甚至裝修照明的負(fù)荷也是確定的,負(fù)荷計(jì)算時可以不再采用負(fù)荷密度估算的方法,而直接進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì),再考慮相應(yīng)需要系數(shù)和同時系數(shù),預(yù)留一定發(fā)展余量后選定變壓器容量。
4)在確定電纜截面時,應(yīng)根據(jù)用電負(fù)荷的工作性質(zhì)和運(yùn)行工況,不僅依據(jù)技術(shù)條件還應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流來選用電纜截面。
5)對功率因數(shù)、諧波、三相不平衡度、電壓降等電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和測量,在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用功率補(bǔ)償、消諧裝置、合理分配三相負(fù)荷等方法提高電能質(zhì)量。
6)在照明設(shè)計(jì)中,引導(dǎo)業(yè)主和裝修設(shè)計(jì)師采用節(jié)能光源和燈具,保證照明功率密度不超過規(guī)范中的限值。景觀照明設(shè)計(jì)應(yīng)采用有效措施限制光污染,建筑立面夜景照明的照明功率密度不超過規(guī)范中的限值。景觀照明燈具可采用太陽能燈具,如有條件,可采用光導(dǎo)照明系統(tǒng),充分利用自然光減少人工照明。
7)根據(jù)工程投資情況,可以采用智能照明系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)提高設(shè)備管理水平和能源使用效率。智能照明系統(tǒng)是設(shè)備管理系統(tǒng)的子系統(tǒng),采用智能照明系統(tǒng),可以通過場景控制、定時控制、人體感應(yīng)控制等方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能。設(shè)備管理系統(tǒng)是通過對配電設(shè)備、照明設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備的監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。能源管理系統(tǒng)以設(shè)備管理系統(tǒng)為基礎(chǔ),通過遍布配電系統(tǒng)的智能儀表,對建筑的中央空調(diào)、照明、辦公設(shè)備、動力設(shè)備等用電量分別計(jì)量,采用專業(yè)軟件對計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)和分析,做出節(jié)能診斷,提出節(jié)能解決方案。設(shè)備管理系統(tǒng)及能源管理系統(tǒng)原理如圖3所示。
8)發(fā)電機(jī)房的排煙設(shè)施應(yīng)滿足《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ 16-2008)第6.1.3條要求。
9)在條件允許的情況下,采用太陽能光伏電源系統(tǒng),促進(jìn)可再生能源利用。
圖3 設(shè)備管理系統(tǒng)原理圖
圖4 能源管理系統(tǒng)原理圖
1)變壓器應(yīng)選用D,yn11接線組別,滿足《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值》(GB 20052-2013),在資金允許的條件下,采用非晶合金鐵心型低損耗變壓器,可使變壓器的空載損耗降低60%~80%。
2)電纜可選用鋁合金電纜,降低銅材的使用,減少有害氣體排放量。
3)選用電動機(jī)應(yīng)滿足《中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及節(jié)能評價值》(GB 18613-2012)的規(guī)定。
4)選用高效照明光源、燈具及其附件。
近年來,各設(shè)計(jì)單位都在大力推動采用BIM平臺進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具,通過參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息,在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞,使工程技術(shù)人員對各種建筑信息做出正確理解和高效應(yīng)對,為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及包括建筑運(yùn)營單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ),在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。采用BIM技術(shù)進(jìn)行既有建筑的改造設(shè)計(jì)非常必要,由于改造工程中既有建筑的層高、路由等條件通常都不理想,采用BIM技術(shù)建立數(shù)字模型,可以充分利用空間,優(yōu)化管線排布,有效地減少管線碰撞,節(jié)約人力、物力,縮短設(shè)計(jì)周期,真正做到綠色設(shè)計(jì)。
既有建筑改造電氣設(shè)計(jì)與新建工程設(shè)計(jì)相比,工作量明顯加大。工程設(shè)計(jì)前期要準(zhǔn)備的內(nèi)容很多;特別是設(shè)計(jì)考察階段要了解和掌握與設(shè)計(jì)有關(guān)的各方面內(nèi)容;由于業(yè)主對既有建筑的設(shè)計(jì)要求往往非常具體,有的項(xiàng)目還要配合裝修,在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段對施工圖的設(shè)計(jì)深度及設(shè)計(jì)的完成度要求比新建建筑電氣設(shè)計(jì)高很多;施工期間還要及時解決施工現(xiàn)場出現(xiàn)的各種意想不到的問題。設(shè)計(jì)中要貫徹綠色、節(jié)能的設(shè)計(jì)理念,在對既有建筑進(jìn)行節(jié)能診斷的基礎(chǔ)上,合理確定改造方案,在完成節(jié)能改造后,應(yīng)對被改造的系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行檢測和評估。
以上是作者對既有建筑改造電氣工程設(shè)計(jì)的一些粗淺體會,希望得到廣大同行的批評指正。
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