淺析中小型圖書(shū)館的電氣設(shè)計(jì)

劉 霄(中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100048)

淺析中小型圖書(shū)館的電氣設(shè)計(jì)

劉 霄
(中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100048)

結(jié)合工程實(shí)例，簡(jiǎn)要闡述了圖書(shū)館電氣設(shè)計(jì)的基本思路、方法和遵循的原則等問(wèn)題，并針對(duì)電力負(fù)荷等級(jí)劃分、變壓器選擇、照明、消防、節(jié)能等要點(diǎn)進(jìn)行分析，以供業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)人員參考。

圖書(shū)館 電氣設(shè)計(jì) 節(jié)能

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，人民生活水平不斷提高，我國(guó)文體類(lèi)建筑也迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。圖書(shū)館作為城市知識(shí)信息資源基礎(chǔ)設(shè)施和城市文化的重要組成部分，目前已經(jīng)從國(guó)家級(jí)、省市級(jí)延伸發(fā)展到了地市級(jí)。

由于圖書(shū)館的總體建設(shè)量相對(duì)較小，并具有開(kāi)放性強(qiáng)、功能多樣和為讀者服務(wù)的屬性，其電氣設(shè)計(jì)有其特殊性。本文結(jié)合工程實(shí)踐，簡(jiǎn)要對(duì)圖書(shū)館的電氣設(shè)計(jì)思路、方法和要點(diǎn)進(jìn)行闡述分析。

1 項(xiàng)目概況

本工程為地市級(jí)圖書(shū)館，建筑面積為 11 205m2，地上三層，耐火等級(jí)為二級(jí)。其中，圖書(shū)館首層為讀者大廳、兒童閱覽室、老年閱覽區(qū)、電子閱覽室、辦公室、多功能廳及設(shè)備機(jī)房等，二層和三層主要為書(shū)庫(kù)、讀者閱覽區(qū)、會(huì)議室、陳列室、工作間等。

2 電氣設(shè)計(jì)分析

2.1負(fù)荷分級(jí)

本圖書(shū)館藏書(shū)量<10萬(wàn)冊(cè)。根據(jù)JGJ 38-2015《圖書(shū)館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》及JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的負(fù)荷等級(jí)劃分，本工程屬于二級(jí)負(fù)荷用戶(hù)。

故本工程消防控制室、防排煙設(shè)施、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制裝置、火災(zāi)應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志系統(tǒng)、消防用電設(shè)備、弱電機(jī)房、走道照明、值班照明、警衛(wèi)照明、安防系統(tǒng)電源、圖書(shū)檢索用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用電、客梯用電等為二級(jí)負(fù)荷；其他照明及電力負(fù)荷為三級(jí)負(fù)荷。

2.2容量計(jì)算

在方案設(shè)計(jì)階段，由于建筑內(nèi)部功能不確定，在進(jìn)行負(fù)荷分級(jí)后，還需通過(guò)估算單位功率密度的方法初步估算設(shè)備安裝容量，確定變壓器的臺(tái)數(shù)及容量，并以此為依據(jù)與建筑專(zhuān)業(yè)配合，確定變配電室的面積及平面布置等。

大型圖書(shū)館及高規(guī)格的中小型圖書(shū)館的負(fù)荷密度一般為80～100VA/m2?？紤]到本項(xiàng)目的規(guī)模及定位，初步按90VA/m2進(jìn)行估算，得出總?cè)萘繛? 008kVA，故可選用2臺(tái)500kVA的干式變壓器。但在初步設(shè)計(jì)階段，對(duì)空調(diào)、水泵、風(fēng)機(jī)、電梯等設(shè)備來(lái)說(shuō)，仍需按其確定的設(shè)備安裝容量采用需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算；對(duì)照明等無(wú)確切設(shè)備安裝容量的負(fù)荷來(lái)說(shuō)，需按單位面積功率法進(jìn)行估算，以驗(yàn)證所選用容量的準(zhǔn)確性和合理性。

在施工圖設(shè)計(jì)階段，通過(guò)計(jì)算得出設(shè)備安裝總功率為1 040kW(其中普通照明為264kW，應(yīng)急照明為30kW，空調(diào)風(fēng)機(jī)為655kW，電梯45kW，弱電機(jī)房等其他負(fù)荷為46kW，其中消防專(zhuān)用負(fù)荷110kW未計(jì)算在內(nèi))，驗(yàn)證了選用2臺(tái)500kVA干式變壓器的合理性。經(jīng)計(jì)算，2臺(tái)變壓器的負(fù)載率均在80%左右。

2.3供配電系統(tǒng)

在方案設(shè)計(jì)階段，根據(jù)項(xiàng)目的負(fù)荷分級(jí)及容量估算情況，對(duì)所在地的市政電源進(jìn)行分析，以確定外電源方案。

經(jīng)了解，該項(xiàng)目所在地電網(wǎng)情況良好，可提供雙重10kV供電電源，兩路電源同時(shí)工作，互為備用，每路均能承擔(dān)全部二級(jí)負(fù)荷的供電要求，提高了二級(jí)負(fù)荷用戶(hù)的用電可靠性。

配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用單母線分段、中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的方案，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意均衡2臺(tái)變壓器的負(fù)載率，而照明及大容量空調(diào)設(shè)備應(yīng)根據(jù)其預(yù)計(jì)的實(shí)際使用運(yùn)行情況，盡量均勻分布到2臺(tái)變壓器的低壓母線上，合理分配三級(jí)負(fù)荷及二級(jí)負(fù)荷的主用和備用回路，以利于變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.4照明設(shè)計(jì)

由于圖書(shū)館最重要的功能就是閱讀和查找藏書(shū)等，這種精細(xì)的視覺(jué)作業(yè)對(duì)照明質(zhì)量及舒適度的要求較高，設(shè)計(jì)時(shí)尤其要注意炫光和光幕反射對(duì)讀者視覺(jué)的影響；同時(shí)，還要滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50034-2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及JGJ 38-2015《圖書(shū)館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)限制性指標(biāo)的規(guī)定(詳見(jiàn)表1)，真正滿(mǎn)足節(jié)能舒適的要求。

2.4.1 光源、燈具選擇

由于圖書(shū)館對(duì)照明環(huán)境的要求較高，原則上應(yīng)優(yōu)先采用自然光，且應(yīng)根據(jù)不同功能區(qū)的具體要求來(lái)合理選擇光源，在清潔、明快的基礎(chǔ)上，兼顧節(jié)能環(huán)保等要求。筆者認(rèn)為，對(duì)圖書(shū)館類(lèi)項(xiàng)目，應(yīng)選用發(fā)光率高、顯色性好、使用壽命長(zhǎng)的光源。

表1 照度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值

對(duì)于少年兒童閱覽區(qū)，由于孩子的視力尚在發(fā)育，對(duì)光的敏感度較高，較長(zhǎng)時(shí)間的閱讀會(huì)對(duì)視力造成一定影響，因此，為保證閱讀環(huán)境的照明舒適性，應(yīng)優(yōu)先選用無(wú)頻閃、顯色指數(shù)>80的稀土三基色熒光燈。此外，由于孩子好奇心強(qiáng)，喜歡直視明亮的事物，直接型燈具會(huì)對(duì)兒童視力造成不良影響，因此設(shè)計(jì)時(shí)宜選用帶漫反射罩或漫射板等類(lèi)型的燈具，提高兒童閱讀的舒適度。

對(duì)于老年閱覽區(qū)，由于老年人的視覺(jué)能力偏弱，對(duì)光線的敏感度較低，因此可適當(dāng)提高該閱覽區(qū)的照度，應(yīng)優(yōu)先選用顯色性好的光源，限制眩光性能好的開(kāi)啟式以及帶格柵或漫反射罩等的燈具(如采用格柵燈具)，并且以半鏡面、低亮度的材料代替全鏡面、高亮度的材料，避免引起光亮?xí)?yè)或光亮字跡的反射，干擾視覺(jué)。另外，此類(lèi)燈具的選擇也適用于普通開(kāi)敞閱覽室。

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于書(shū)庫(kù)、書(shū)架，人的視線主要落在書(shū)架的垂直面上，適宜選用具有多水平射光的燈具，光源的發(fā)熱量要盡量低；而對(duì)于珍貴書(shū)籍，為避免紫外和紅外輻射對(duì)書(shū)籍的損壞，應(yīng)選用可過(guò)濾紫外線的燈具或無(wú)紫外線光源。另外，通常書(shū)庫(kù)燈具的安裝高度較低，宜選用防眩光、窄配光的燈具，其與圖書(shū)等易燃物品的距離應(yīng)≥0.5m。如有照明燈具及線路沿金屬書(shū)架敷設(shè)，當(dāng)絕緣損壞漏電時(shí)，金屬書(shū)架有可能帶電，會(huì)危及人身安全，故此回路應(yīng)設(shè)置剩余電流動(dòng)作保護(hù)措施，金屬書(shū)架應(yīng)做等電位聯(lián)結(jié)并可靠接地。

2.4.2 照明控制

圖書(shū)館的照明控制應(yīng)做到使用方便、分區(qū)合理、經(jīng)濟(jì)節(jié)能等要求。該項(xiàng)目采用的是目前較普遍的智能照明控制系統(tǒng)。

公共區(qū)采用集中、分區(qū)或分組的照明控制方式，閱覽區(qū)采用分區(qū)控制方式，兩者均可根據(jù)不同使用要求采取自動(dòng)控制的節(jié)能措施(當(dāng)讀者較少時(shí)，關(guān)閉無(wú)人區(qū)域的照明；讀者區(qū)如照度不夠，可用局部照明作為補(bǔ)充)；書(shū)庫(kù)的照明采用分區(qū)、分架的控制方式。電源配電箱及總開(kāi)關(guān)設(shè)在書(shū)庫(kù)外。

2.5電氣消防

圖書(shū)館屬于人員密集場(chǎng)所，其書(shū)庫(kù)內(nèi)書(shū)籍較多且都易燃，為消防部門(mén)的重點(diǎn)防范單位，因此圖書(shū)館的消防工作是重中之重，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的重要性不言而喻。

本工程圖書(shū)館采用集中報(bào)警系統(tǒng)，首層靠外墻設(shè)有消防控制室，室外正對(duì)消防環(huán)路，對(duì)外有獨(dú)立出口，一旦發(fā)生火災(zāi)，消防車(chē)可就近?？吭谙揽刂剖议T(mén)口，方便消防人員第一時(shí)間進(jìn)入消防控制室。而且，為確保消防安全，除在公共區(qū)域、閱覽室、辦公室等處設(shè)置了點(diǎn)型感煙探測(cè)器外，還在門(mén)廳等高大空間設(shè)置了線型紅外光束火災(zāi)探測(cè)器及火焰探測(cè)器，在變配電室、弱電信息機(jī)房、書(shū)庫(kù)設(shè)置了感煙、感溫探測(cè)器。

考慮到書(shū)庫(kù)的特殊性，書(shū)籍的燃燒多以陰燃為主，無(wú)明火，需及早探測(cè)發(fā)現(xiàn)，待有大量煙霧或明火產(chǎn)生時(shí)，火勢(shì)已難以控制，后果不堪設(shè)想。為此，除在書(shū)庫(kù)設(shè)計(jì)常規(guī)的消防報(bào)警系統(tǒng)和氣體滅火系統(tǒng)外，還設(shè)置了一套空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)，這套系統(tǒng)是一種基于光學(xué)空氣監(jiān)控技術(shù)和微處理器控制技術(shù)的煙霧探測(cè)裝置，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)字微處理技術(shù)可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)初期(過(guò)熱、陰燃或低熱輻射)的探測(cè)和報(bào)警，有利于提高書(shū)庫(kù)的消防安全。

除了被動(dòng)的探測(cè)方式外，主動(dòng)的防火設(shè)計(jì)也是必不可少的。按規(guī)范要求，配電系統(tǒng)均應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，報(bào)警閾值為300mA；宜采用低煙無(wú)鹵阻燃型電線電纜；在有電纜橋架穿過(guò)的重點(diǎn)區(qū)域，電纜橋架內(nèi)宜設(shè)置纜式線型感溫火災(zāi)探測(cè)器，以實(shí)時(shí)探測(cè)、監(jiān)視電纜的溫升，預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。

2.6電氣節(jié)能

由于圖書(shū)館的公共開(kāi)敞空間較多，通風(fēng)空調(diào)的用電量較大(約占總負(fù)荷的60%)，所以設(shè)置一套智能監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要。對(duì)此，本工程設(shè)計(jì)了一套建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和一套建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，集中監(jiān)控管理圖書(shū)館內(nèi)的空調(diào)、給排水、電梯等系統(tǒng)，對(duì)圖書(shū)館內(nèi)的照明、插座、空調(diào)及特殊用電、耗水量等能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量、統(tǒng)計(jì)分析，以達(dá)到節(jié)能、管理便捷、低碳環(huán)保等目的。

除設(shè)置了一套智能監(jiān)控系統(tǒng)外，還采用了其他一些節(jié)能措施，如對(duì)機(jī)電設(shè)備(如部分風(fēng)機(jī)、水泵等)設(shè)置了變頻裝置；對(duì)功率因數(shù)較低的末端用電設(shè)備采用就地補(bǔ)償；選用耗能低的技術(shù)和設(shè)備，提高電能利用效率；通過(guò)負(fù)荷計(jì)算，合理選擇變壓器的容量，變壓器選用高效低耗型，并設(shè)于近負(fù)荷中心，減少低壓側(cè)供電線路的長(zhǎng)度，降低線路損耗。

此外，基于圖書(shū)館圖書(shū)檢索及多媒體閱覽等功能，計(jì)算機(jī)負(fù)荷較大，產(chǎn)生的諧波電流也較為嚴(yán)重，因此本工程就地設(shè)置了有源濾波裝置抑制諧波，以提高電能質(zhì)量，減少諧波對(duì)供電系統(tǒng)的污染。

3 結(jié)束語(yǔ)

在圖書(shū)館類(lèi)項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)中，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)在確定負(fù)荷分級(jí)的條件下，要做好設(shè)備容量計(jì)算，尤其要重視電氣消防細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)；而照明系統(tǒng)要根據(jù)圖書(shū)館不同功能區(qū)的要求進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)。電氣設(shè)計(jì)要堅(jiān)持節(jié)能環(huán)保、以人為本的設(shè)計(jì)理念，處處為方便讀者(用戶(hù))著想，使圖書(shū)館的各項(xiàng)功能都能得到充分發(fā)揮。

[1] JGJ 38-2015圖書(shū)館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2015.

[2] GB 50034-2013建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013.

[3] JGJ 16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[4] 孫成群. 建筑工程設(shè)計(jì)編制深度實(shí)例范本-建筑電氣(第三版)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2017.

AnalysisonElectricalDesignofSmallandMediumSizedLibraries

Liu Xiao

Combined with one engineering example, the basic methods and principles of library electrical design are briefly introduced, and electrical load grade classification, transformer selection, lighting, fire protection and energy saving are analyzed, for reference the design staff.

library, electrical design, energy saving