浅析智慧型特级档案馆的电气设计*

2022-07-02谢文黎

现代建筑电气 2022年5期

谢文黎

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海 200092]

0 引言

档案馆可分为特级、甲级、乙级三个等级,其中特级档案馆是指中央级档案馆,耐火等级为一级,是档案馆建设中要求最高的,一般包括档案库房、对外服务用房、业务技术用房、行政办公用房、附属用房、武警及后勤服务用房、地下车库等功能用房。对设计要求也是最高的,主要表现在功能齐备、安全稳固、绿色智能。档案库内设施越来越多,对供配电的要求也越来越高。做好档案馆的电气设计,能够提升档案库的安全性和可靠性,并且要求要充分考虑火灾、水灾、地震以及战争、恐怖袭击中的防范和救生。档案馆还要满足通信、楼宇、办公、消防和安防智能化要求,设计时应充分考虑未来科技发展趋势,有前瞻性。

1 供电系统可靠性

根据JGJ 25—2010《档案馆建筑设计规范》[1]的规定,特级档案馆应自备电源;档案库、变配电室、水泵房、消防用电设备等的用电负荷不应低于一级。另外根据使用单位的实际使用要求,信息系统用电、安防系统用电、珍品库用电等均属于一级负荷。考虑到特级档案馆的实际使用要求和一般规定要求,除由两路市电供电外,另自备应急柴油发电机组作为第三路电源;在工程实践中,一、二级负荷的供电要求由电业提供二路双重10 kV级电源,双重电源分别引自两个上级不同区域变电站,二路电源同时供电,高压联络,当其中一路电源发生故障时,另一路电源不应同时受到损坏,可承担全部电力负荷。为保证一级负荷中特别重要负荷的供电可靠性要求,一般均设置柴油发电机组为楼内特别重要负荷的应急供电,发电机出口电压为0.4 kV,储油量按发电机连续满负荷工作时间8 h耗油量设计。针对档案馆的特点,供电安全可预留移动柴油发电车接口,使得档案馆的电气可靠性进一步加强:移动柴油发电车可以在市政电源和固定柴油发电机失效时启用,电源的来源更加有保障;主要保障档案馆内部重要的档案库房用电、安防设备用电、信息设备用电以及消防设备的用电[2-5]。

特级档案馆供配电系统架构如图1所示。

图1 特级档案馆供配电系统架构

2 供电容量的确定

档案馆的负荷种类较多,一般有空调设备负荷、照明负荷、展览负荷、办公和后勤建筑负荷、修复设备负荷。其中档案库房内的空调系统对于档案馆的使用至关重要。一般的档案馆空调系统具有以下特点[6]。

(1) 库房温/湿度设计参数选取:选取最适合档案保存的温/湿度环境:温度20±2 ℃,相对湿度50±5%,保证库房区域无虫害和霉菌。避免霉菌生长繁殖的最适宜温、湿度范围:25～37 ℃,相对湿度>60%。

(2) 精准的温/湿度控制:可采用双冷源新风机对室外空气进行独立处理,减少库房温湿度波动。采用四管制恒温、恒湿空调机组,选用高精度电热式蒸汽加湿器、PLC控制器,库房的温湿度控制精度高于规范要求。设置位置是所有普通档案库房和所有档案技术用房。

档案馆库房空调系统示意图如图2所示。

图2 档案馆库房空调系统示意图

以上负荷种类多,其负荷特点也有特殊性。

(1) 空调设备具有启动时冲击负荷大的特点,需要考虑其冲击性负荷的特性。

(2) 技术用房的设备按照每天几场的频次播放,所以配电时需要考虑负荷的时间特性;有些设备特定时间点使用,如消毒设备仅特定时间使用;需考虑档案每年定期整理检查保护的特点,如空调设备在达到使用条件时使用的电量会很低。

(3) 安装功率大,但同时使用负荷容量不大,主要为有些空调设备装机容量很大,但是设备运行规律下可能同时系数很小,需要根据运营情况确定功率。

档案馆各区域功率密度值如表1所示。

表1 档案馆各区域功率密度值

根据设计经验,经过分析比较,特级档案馆的综合指标在100～150 VA/m2,对于初步估计特级档案馆的用电负荷很有指导意义,但最终容量的计算还是要以最终的实际资料为准。

3 变配电系统的确定

3.1 变配电所的位置确定

档案馆按照区域的不同一般按照使用功能和区域划分变电所,便于管理;考虑到空调负荷比较大,设置专用的空调设备专用变压器,从变电所引母线至,分散小电流的负荷考虑到经济性不受此限制。空调设备的容量非常大,占到总用电量的65%以上,需要设置专用变电所,考虑到经济性和压降的原因,宜考虑在负荷中心设置专用变电所,空调负荷和其他负荷分开设置。

3.2 高低压配电系统

特级档案馆的面积一般都在10万m2左右,用电容量一般都在10 000～15 000 kVA,因此高压进线一般都为2路10 kV或20 kV高压进线。由于特级档案馆对供电高可靠性的要求,均要求进行高压联络,当其中一路电源发生故障时,另一路电源不应同时受到损坏,可承担全部电力负荷或者一、二级负荷。

3.3 备用电源

为加强一级负荷中重要负荷及保障负荷的供电可靠性,特级档案馆均设置柴油发电机作为保障电源。柴油发电机和市电通过ATS切换后送至一级负荷中的特别重要负荷。

4 防雷接地系统的设计

根据JGJ 25—2010《档案馆建筑设计规范》的规定,特级、甲级档案馆应为第二类防雷建筑物。

该项目按二类防雷建筑进行防雷设防。

(1) 防雷系统由防雷接闪器、引下线、均压环(网)等组成部分。

(2) 为防直击雷,利用主楼屋面金属板、金属屋架或女儿墙设置避雷带作为接闪器,屋面上所有金属物件与避雷带可靠连接。

(3) 为防侧击雷,外墙上的栏杆、门窗等金属物均与避雷装置连接;各层利用楼层外圈梁内2根直径>φ16 mm主钢筋做水平均压。

(4) 特级档案馆的雷电防护等级应为A级。为减少电磁脉冲对档案馆电子设备的破坏强度,应在电源系统加装四级电涌保护器(SPD)。同时在天线及馈线系统、信号系统等弱电系统加装SPD。

5 特级档案馆的智慧化提升

5.1 空气质量探测系统

档案库区分为普通档案库、簿册档案库、地图/蓝图档案库、珍藏档案库和照片档案库。环境的要求:档案库房温/湿度控制范围应该符合JGJ 25—2010《档案馆建筑设计规范》的要求,库房空调系统应具有空气过滤和净化功能,防止室外空气中的烟尘和有害气体进入库房。库房空气质量执行GB 3095—2012《环境空气质量标准》一级标准。物联温/湿度控制器、室内低功耗温湿度传感器、工艺段物联传感器、CO2/TVOC物联传感器、新风机物联控制器等设备。新风按需摄入,减少室外气候干扰;档案库内温/湿度传感器变间接控制为直接控制;通过恒温、恒湿机组的变频控制来实现变风量/变温度/变湿度耦合调节;实施空调器控制箱物联化改造,实现空调系统整体联动;系统性排查和修复空调结构隐患。

档案库房空气质量探测系统如图3所示。

图3 档案库房空气质量探测系统

5.2 母线温度测量监控系统

考虑到供配电系统关键节点的安全提升,该项目拟设置对项目中使用的大量传输导体母线关键部位的温度实时监测系统:对母线关键部位进行温度测量,可在母线直身段、连接头、弯头等部位布置测温点,对母线槽内母排温度进行实时监控、高温预警及报警,预警值及报警值均可设置,以实现全方位参数监控,提升供电可靠性。

母线测温监控系统图如图4所示。

图4 母线测温监控系统

5.3 档案安全监控措施的设计亮点

安防系统采用集成式管理系统,配置多媒体综合集成管理平台。安全技术防范系统的监控应能适应重要档案存储、陈列设计、布展功能调整的需要。藏品库区、陈列展览区、藏品技术区应设置出入口控制系统,业务与研究用房、行政管理用房、强电间、弱电间设置出入口控制系统;并在主入口处设置防爆安检和体温探测装置。除上述设置外,针对档案馆的特点,拟在进入档案区域的所有出入口增设人脸识别摄像机,确保档案馆的更加安全。

(1) 档案区入口设置人脸识别摄像机为管理员提供预警工具。

(2) 识别未经授权人员,询问并进行引导,为档案馆带来安全、有序的管理。

(3) 针对园区外部安全,除物理隔离与布局安全外,在园区设置物理隔离的区域设置电动升降防撞柱,区分外部临停区域与内部禁行区,加强车辆管控和侵入管控。

5.4 漏水检测系统

一般考虑在档案区域设置漏水检测系统:档案库房区域的恒温、恒湿机房,顶层顶面区域,屋顶水箱间。

漏水检测系统示意图如图5所示。

图5 漏水检测系统示意图

5.5 基于BIM的运维管理系统

档案馆机电系统复杂,具有以下特点:建筑设备数量和种类繁多;采用多种基于数据化和信息化的创新性技术,并将其应用到施工操作和管理中去,使得施工阶段可以与运管阶段联通,实现建筑技术的效用延伸,提升整个建筑生命周期的运管效用,降低建筑的全寿命周期成本。基于GIS+BIM融合可视化管理系统,引入“一张图”的概念,通过3D可视图一览整个项目所有情况,集监测、控制、维护、管理功能于一体,实现对整个项目的实时控制管理。平台基于项目的信息化应用及控制系统进行系统集成和功能对接,基于3D可视化的电子地图对项目内部的设备设施进行控制和管理,并与电子地图地理坐标进行相互关联,达到综合管理和集中控制的目的。且平台具有极强的可扩展性。平台可以实现以下功能:信息化控制应用可视化集成(含智能化部分子系统);设备状态自动巡检,故障报警;所有资源一张图显示,支持多种应用数据叠加;对接项目营销、管理、服务模块;应急预案管理等。

基于BIM的运维管控系统界面如图6所示。