某文化藝術(shù)中心電氣設(shè)計探討

宋大偉(中國建筑設(shè)計院有限公司，北京 100044)

某文化藝術(shù)中心電氣設(shè)計探討

宋大偉
(中國建筑設(shè)計院有限公司，北京 100044)

以某文化藝術(shù)中心為例，簡要介紹了該項目的供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、接地保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計，并對項目電氣設(shè)計特點進(jìn)行了總結(jié)，為一些文化類建筑電氣設(shè)計提供了思路。

供配電系統(tǒng) 照明系統(tǒng) 變電所

0 引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對精神文化生活的要求也越來越高，文化類建筑作為人們學(xué)習(xí)知識和文化活動的主要場所也越來越受到重視。作為對供電可靠性要求較高，且人員長期聚集活動的場所，其供電系統(tǒng)設(shè)置的合理性、節(jié)能化及照明舒適度等格外重要。

1 工程介紹

本工程由科技館、音樂廳、群眾藝術(shù)館及美術(shù)館、圖書館、青少年活動中心5部分組成?？偨ㄖ娣e100 000m2，地上建筑面積約70 000m2，地下建筑面積約30 000m2；建筑利用了原有的舊建筑面積約20 000m2，新建建筑面積約80 000m2。高層部分建筑高度55m。其中，青少年活動中心局部及文化藝術(shù)中心辦公為二類高層公共建筑及其裙房；其他均為多層公共建筑。人防為甲類、核六級二等人員掩蔽所，共1個防護(hù)單元。

2 供配電系統(tǒng)

2.1電源情況

本工程電源進(jìn)線位于該地塊西側(cè)(見圖1)，根據(jù)本工程的負(fù)荷等級要求及前期與甲方溝通的結(jié)果，采用兩路獨立的10kV高壓供電電源(當(dāng)一路電源發(fā)生故障時，另一路電源應(yīng)不致同時受到損壞)進(jìn)行供電。

圖1 高壓進(jìn)線路由示意圖

圖2 高壓供電關(guān)系圖

2.2 10kV供電系統(tǒng)

2.2.1 高壓供電關(guān)系

高壓配電為單母線分段運行方式，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，平時兩路電源同時分列運行，互為熱備用，當(dāng)一路電源故障時，通過手/自動操作聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由另一路電源負(fù)擔(dān)全部負(fù)荷。各分變配電室變壓器容量均<1 250kVA，因此各分變配電室高壓進(jìn)線柜為高壓環(huán)網(wǎng)柜，節(jié)約成本且節(jié)省了一定空間。高壓供電關(guān)系圖如圖2所示。

2.3 10/0.4kV變配電系統(tǒng)

2.3.1 變配電室設(shè)置

本工程在地下一層設(shè)置總高壓配電室，兩路高壓電源接入后進(jìn)行分配，總高壓配電室(面積為271m2)附設(shè)2臺變壓器及低壓配電設(shè)備為制冷機房設(shè)備供電。圖3所示為變電所位置及高壓路由圖。其中，A音樂廳變配電室面積為88m2，B科技館、群藝館及美術(shù)館變配電室面積為130m2，C圖書館變配電室面積為144m2，D青少年活動中心變配電室面積為94m2。

變配電室設(shè)置除滿足GB 50053-2013《20kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》、GB 50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》要求外，還應(yīng)考慮不同功能建筑的具體要求(如音樂廳變電所不應(yīng)設(shè)置在演奏臺下方等)。

目前很多地區(qū)文化類建筑都是幾個館在一起規(guī)劃建設(shè)，有些是連為一個整體，有些是獨立的幾個小建筑。這要求設(shè)計師在設(shè)計時要結(jié)合建筑布局、高壓進(jìn)線情況等，綜合考慮主變配電室和分變配電室的位置，既要滿足各建筑低壓供電半徑的要求，又要滿足分變配電室高壓進(jìn)線路由最優(yōu)。

如圖3所示，本工程總變配電室設(shè)置在整個建筑的中間位置，便于向各分變配電室配電，且靠近高壓進(jìn)線處可減少室外高壓電纜敷設(shè)。各分變配電室均在各獨立建筑地下且深入近負(fù)荷中心。通過總、分變配電室位置的合理設(shè)置，可適當(dāng)減少高低壓線纜敷設(shè)，降低部分成本。

2.3.2 負(fù)荷計算

1)A區(qū)配電室

AT1,AT2變壓器供電范圍為音樂廳所有用電負(fù)荷以及按防火分區(qū)劃分的部分B區(qū)地下車庫用電。

視在功率：Sj=1 217.2kVA，選2臺800kVA變壓器，負(fù)荷率約為76%，所帶區(qū)域單位面積容量約為106VA/m2。

圖3 變電所位置及高壓路由圖

圖4 電纜溝示意圖(箭頭所示為檢修井位置)

2)B變配電室

BT1，BT2變壓器供電范圍為科技館、群藝館及美術(shù)館所有用電負(fù)荷。

視在功率：Sj=1 576kVA，選2臺1 000kVA變壓器，負(fù)荷率約為78.8%，所帶區(qū)域單位面積容量約為82.3VA/m2。

3)C變配電室

CT1,CT2變壓器供電范圍為圖書館所有用電負(fù)荷。

視在功率：Sj=1 576kVA，選2臺800kVA變壓器，負(fù)荷率約為75.5%，所帶區(qū)域單位面積容量約為57.2VA/m2。

4)D變配電室

DT1，DT2變壓器供電范圍為青少年活動中心所有用電負(fù)荷。

視在功率：Sj=1 576kVA，選2臺500kVA變壓器，負(fù)荷率約為71.5%，所帶區(qū)域單位面積容量約為66.7VA/m2。

因為本項目冷凍機由2 臺專用變壓器供電，所以各分變配電室所帶區(qū)域單位面積容量指標(biāo)較其對應(yīng)建筑功能參考值略低。

2.4電力配電系統(tǒng)

根據(jù)變電所所處位置情況不同，低壓出線采用上出線或經(jīng)電纜溝下出線。其中圖書館變電所在首層，且被兩層通高中庭分開。又因該館由舊建筑改建而成，改建加層后的層高較低不宜走大量管線。

結(jié)合以上情況，將圖書館變電所低壓出線改為下出線，在變電所內(nèi)設(shè)低壓電纜溝(見圖4)，并將電纜溝延至建筑各強電井。因改建時需將首層地面挖至基礎(chǔ)梁深度，所以不必為電纜溝建造單獨開挖地面，可減少一定施工量。

3 照明系統(tǒng)

3.1光源選擇

在辦公閱覽等場所選用LED支架，在高大空間選用LED懸掛燈，在走廊、衛(wèi)生間等有吊頂?shù)膮^(qū)域選用LED筒燈。以上燈具參數(shù)均滿足GB 50034-2013 《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中4.4.3、4.4.4條的要求，對于長期工作或停留的房間或場所(辦公室、閱覽區(qū)等)，色溫控制在4 000K，特殊顯色指數(shù)R9應(yīng)大于0。

3.2照度計算

對于LED支架，由于光源與燈具做成一體，因此光源的效率比傳統(tǒng)熒光燈高很多，利用系數(shù)也高于傳統(tǒng)熒光燈。計算時利用系數(shù)U可取0.9(由廠家提供數(shù)據(jù))，一般T5熒光燈的利用系數(shù)為0.5～0.6。因此，在一般的功能房間內(nèi)(如辦公、閱覽區(qū)等)可以用一只LED支架(16～20W，80～100lm/W)替換一只傳統(tǒng)T5熒光燈(28W，90～100lm/W)，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

3.3照明控制

在照明控制要求較高的場所(如各入口門廳、音樂廳、影廳的觀眾廳、多功能廳、科學(xué)展覽序廳、圖書館的閱覽室及公共休息區(qū)等)采用智能控制系統(tǒng)；在美術(shù)館的大、小展廳，動態(tài)展示區(qū)，館藏精品陳列區(qū)、展覽區(qū)，圖書館的陳列展廊區(qū)、樓梯、部分走廊等處設(shè)置移動及存在感應(yīng)探測器，達(dá)到“人來燈亮、人走燈滅”的效果。

目前雖然LED燈具已較為成熟，并在各類建筑中普遍應(yīng)用，但對于LED燈具使用仍有一定爭議。筆者認(rèn)為，只要嚴(yán)格控制LED燈具的各項技術(shù)參數(shù)，滿足國家現(xiàn)行規(guī)范要求，且合理布置燈具使照度達(dá)到各場所照度標(biāo)準(zhǔn)值，LED燈具還是可以滿足各場所使用要求的。目前一只LED支架燈具與普通T5熒光燈價錢相近，可以與熒光燈進(jìn)行一對一替換，在使用中可節(jié)約比較可觀的電費。

4 防雷接地及安全

4.1接地

本工程包括新建建筑與既有建筑，前者利用基礎(chǔ)底板上、下兩層鋼筋焊接為一個整體接地網(wǎng)；而對于后者，原基礎(chǔ)接地網(wǎng)已不確定是否可靠，需利用新增的基礎(chǔ)拉梁、基礎(chǔ)鋼桶重新構(gòu)建一基礎(chǔ)接地網(wǎng)，鋼梁未連通處用50mm×5mm鍍鋅扁鋼在地面下暗敷將各鋼梁連通，構(gòu)成一新接地網(wǎng)。最后，再將新建建筑接地網(wǎng)與既有建筑接地網(wǎng)多點可靠焊接為一個整體接地網(wǎng)。

4.2等電位

既有建筑變配電室的總等電位端子箱以及強/弱電間的局部等電位端子箱均從新增基礎(chǔ)鋼梁上焊接扁鋼引上，如圖5所示。對于相鄰兩建筑或新、舊建筑之間的接地網(wǎng)，建議將其連接為一個整體接地網(wǎng)，這樣有利于降低整體接地電阻，增加安全性。

圖5 等電位聯(lián)結(jié)示意圖

4.3防雷

本建筑為二類防雷建筑，建筑頂端、周邊輪廓為金屬格柵幕墻，金屬格柵安裝在玻璃幕墻及各實體墻之外，與玻璃幕墻共用龍骨。根據(jù)GB 50057-2010 《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》表5.2.1中對接閃器材質(zhì)截面的要求，將屋面鋁合金格柵作為接閃器，單根鋁合金厚度>2.5mm；再與屋面明敷接閃帶、暗敷接閃網(wǎng)格多點可靠焊接，焊接間距≥10m。發(fā)生雷擊時，通過鋁合金格柵、屋面接閃網(wǎng)將雷電流引至接地網(wǎng)，再由引下線導(dǎo)入大地。

對既有建筑的防雷系統(tǒng)做專用引下線，兩根專用引下線間的外墻沿周長≤18m。專用引下線明敷引下后在地下1.0m用40mm×4mm鍍鋅扁鋼圍建筑做一圈接地網(wǎng)，再與臨近地下車庫接地網(wǎng)多點可靠焊接。發(fā)生雷擊時，將雷電流通過專用引下線導(dǎo)入總接地網(wǎng)入地。

5 結(jié)束語

綜上所述，變配電室數(shù)量及位置的合理選擇、供配電系統(tǒng)的可靠性、防雷、接地及安全措施等內(nèi)容在電氣設(shè)計中十分重要，這也是每個設(shè)計人員需要不斷研究、不斷優(yōu)化的地方。筆者結(jié)合自己的工程實踐，對工程設(shè)計中的一些體會做了簡要介紹，如有不當(dāng)之處，還請各位同仁、前輩批評指正。

[1] GB/T 50065-2011交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社, 2011.

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

[3] GB 50057-2010建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2011.

DiscussionontheElectricalDesignofaCulturalandArtCenter

Song Dawei

Through introducing the design of power supply system, lighting system and grounding protection system about one cultural building, and making conclusion on the electrical design characteristics of this project, so that providing some ideas about the electrical design of cultural buildings.

power supply system, lighting system, grounding protection system