淺談中學(xué)建筑電氣設(shè)計

沈杰鳴

中國輕工業(yè)廣州工程有限公司 廣東 廣州 511400

1 概述

本工程一期、二期校區(qū)建筑組成包括教學(xué)樓、實驗樓、宿舍樓、食堂、禮堂、室外運動場、體育館等，電氣設(shè)計內(nèi)容包括照明系統(tǒng)、電氣消防系統(tǒng)、動力配電系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)。本項目為原有一期擴建，設(shè)計單體包含食堂、宿舍、實驗樓、部分教學(xué)樓改造、禮堂、地下及半地下車庫，本文主要以教育建筑及附屬建筑如食堂、宿舍、實驗樓、教學(xué)樓、禮堂的照明系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)設(shè)計進行概述，供設(shè)計同行參考。

2 供配電設(shè)計

本項目校區(qū)由于兼做考場，按教育局要求，作為考場的用電負荷需要按最高負荷供電，因此一期電源已為兩路10kV進線加柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源，本次項目的擴建部分不涉及考場部分，因此利用原1期兩路10kV電源作為本項目的主備電源，本次擴建變配電房設(shè)于半地下設(shè)備房，設(shè)置兩臺10/0.4kV變壓器對本擴建項目用電負荷供電，變壓器對應(yīng)低壓配電柜進線斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器之間設(shè)可靠電氣及機械聯(lián)鎖；正常運行時，合上變壓器進線斷路器，當(dāng)一臺變壓器發(fā)生故障或只運行一臺變壓器時，斷開停用或故障變壓器進線斷路器后，方可合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，保證任何情況下均為三合二的邏輯關(guān)系，保證任何一臺變壓器停用后，余下變壓器均可對本項目所有用電負荷持續(xù)供電；變配電房設(shè)置在負荷中心，且不得與教學(xué)建筑、宿舍以及潮濕場所相鄰，由于變配電房設(shè)于半地下室，出于防水需要，變配電房地面抬高0.8m作為防水防洪措施。本項目所有消防負荷及車庫用電、各弱電系統(tǒng)、廚房用電、生活供水系統(tǒng)、雨水回收系統(tǒng)、實驗樓主要通道照明、教學(xué)樓主要通道照明、會堂照明及電響設(shè)備、宿舍主要通道照明用電為二級負荷，其余均為三級負荷。對于學(xué)校負荷計算，均按電氣設(shè)計用電負荷乘以《教育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ310-2013 4.4.2條文解析對應(yīng)需要系數(shù)，但由于本期學(xué)校負荷性質(zhì)具有季節(jié)性、時效性，因此同時系數(shù)需綜合考慮，如宿舍、教學(xué)樓、食堂之間不同時間的錯峰用電，又如禮堂的偶發(fā)性使用（主要是開學(xué)典禮或者某些重要會議、慶典），又如空調(diào)的過渡季節(jié)的季節(jié)性負荷，又如寒暑假學(xué)校幾乎只有很小的值班用電，同時系數(shù)可按規(guī)范JGJ310-2013《教育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》4.4.2條文解析0.8～1中取下限值0.8，空調(diào)使用時間段由于已避開寒暑假主要極端天氣，因此空調(diào)負荷需要系數(shù)也可適當(dāng)取下限值，同時變壓器設(shè)置兩臺，便于學(xué)校在部分負荷時，只投入一臺變壓器供電，減少變壓器自身用電損耗。由于學(xué)校主要用電負荷均為單相負荷，除了配電設(shè)計要做好負荷平衡，使負荷的不平衡率宜控制在±15%以下外，由于實驗室大量交直流轉(zhuǎn)換裝置，計算機室有大量電腦，這部分設(shè)備會產(chǎn)生大量3n次諧波，因此低壓配電房除設(shè)置電容補償柜外，還預(yù)留諧波處理柜位置，并采取如下措施已抑制諧波對供配電系統(tǒng)影響：采用結(jié)線方式為D.yn11的變壓器以及電容補償柜中補償電容串聯(lián)14%電抗率的電抗器。

3 低壓配電系統(tǒng)

本項目供電電壓為220/380V，為便于校方計量及操作，同時也為了節(jié)能要求，各單體低壓配電系統(tǒng)照明、動力、特殊用電負荷計量分開，并設(shè)置電度計量裝置；照明、動力按樓棟設(shè)置總電度計量裝置；為方便學(xué)校管理，各單體會在每個樓層設(shè)置對應(yīng)樓層配電箱，方便寒暑假等較長非用電時間段拉閘停電。所有配電箱配電回路進出線均設(shè)短路保護及過負荷保護，進線開關(guān)均帶隔離功能；按JGJ310-2013《教育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》5.3.2，教育建筑所有線路均采用低煙無鹵線纜。

教學(xué)用房和非教學(xué)用房的照明及電源插座線路分設(shè)不同回路，所有插座均采用安全型插座，教育建筑所有插座回路均設(shè)剩余電流動作保護器。

教學(xué)樓為原有改造，教室接原有配電系統(tǒng)，原有系統(tǒng)按樓層分別設(shè)置照明樓層配電箱及空調(diào)樓層配電箱，最多每2個教室設(shè)置照明分配電箱，分別對1～2個教室照明、插座供電，樓層空調(diào)配電箱直接對樓層每教室空調(diào)插座供電；講臺位置設(shè)置電源插座，黑板位置設(shè)置一體機插座，教室頂部WIFI插座及校園廣播音箱插座，教室入口位置設(shè)置門禁系統(tǒng)插座；教室頂部及講臺頂部設(shè)置搖頭扇電源。

對于實驗樓，按樓層分別設(shè)置照明樓層配電箱及空調(diào)樓層配電箱，如音樂室、美術(shù)室、教師辦公室等用電點較少的房間，每2～3個房間設(shè)置1個照明分配電箱，供房間照明、插座供電；如電教室、計算機教室等用電點較多的，每1個教室單獨設(shè)置照明分配電箱，對教室照明、插座供電使用；對于物理實驗室、化學(xué)實驗室、生物實驗室，每實驗室設(shè)置單獨照明分配電箱，對對應(yīng)實驗室及其配套準(zhǔn)備室照明、實驗室設(shè)備、插座供電。物理實驗室、化學(xué)實驗室、生物實驗室講臺設(shè)置通用數(shù)控安全電源系統(tǒng)主機，每個學(xué)生座位設(shè)置普通AC220V插座及DC接口，均引自講臺電源管理系統(tǒng)主機，每縱向座位插座及DC接頭各一個回路，220V交流電源回路具備漏電保護及過載保護功能；教師講臺位置設(shè)置AC220V插座及DC接口，電源管理系統(tǒng)帶緊急切斷電源的按鈕，另外電學(xué)物理實驗室講臺設(shè)置AC380V插座；化學(xué)、生物通風(fēng)柜合用通風(fēng)機采用變頻控制，并兩地控制，每臺排風(fēng)機主回路設(shè)置隔離電器。[1]計算機室、綜合科技室每座位設(shè)置兩個電腦插座，電源引自教室照明配電箱，教室配電箱容量除滿足本期需求外，再另外加大預(yù)留20%供遠期設(shè)備升級或增加設(shè)備使用，電腦插座回路設(shè)置A型剩余電流保護開關(guān)；樓層空調(diào)配電箱分別引出對應(yīng)獨立分體空調(diào)供電回路至空調(diào)插座或電源接入點。

學(xué)生宿舍按樓層設(shè)置照明樓層配電箱及空調(diào)樓層配電箱；宿舍每戶設(shè)置戶配電箱，按使用方要求不對學(xué)生宿舍作用電計量，戶箱由于不需要考慮大功率用電設(shè)備，只考慮照明和插座基本負荷，因此每戶用電容量按1kW設(shè)計；戶內(nèi)每個床位設(shè)置插座，陽臺設(shè)置洗衣機插座；樓層單獨設(shè)置樓層空調(diào)配電箱，宿舍每戶分體空調(diào)插座單獨回路接入樓層空調(diào)配電箱，以方便學(xué)校對空調(diào)使用時間進行管理；學(xué)校為防止學(xué)生使用大功率電吹風(fēng)，因此在走廊統(tǒng)一設(shè)置公共電吹風(fēng)電源，同時走廊設(shè)置電熱飲用水電源。學(xué)生宿舍設(shè)置太陽能熱水系統(tǒng)，電源由變配電房引出專用回路供電。

對于教師宿舍按樓層設(shè)置樓層配電箱；宿舍每戶設(shè)置戶配電箱，樓層配電箱至戶配電箱出線設(shè)置電度表計量，按使用方要求，教師宿舍用電除計算照明和普通插座、洗衣機用電、空調(diào)用電外，還需要考慮同時兩只電磁爐使用考慮，因此每戶用電容量按7kW設(shè)計；戶內(nèi)每個床位設(shè)置插座，戶內(nèi)靠陽臺墻上設(shè)置空調(diào)插座，陽臺設(shè)置洗衣機插座及電磁爐插座，宿舍公共走廊設(shè)置電熱飲用水電源。教師宿舍設(shè)置太陽能熱水系統(tǒng)，電源由變配電房引出專用回路供電。

食堂、餐廳位置按樓層設(shè)置照明樓層配電箱及空調(diào)樓層配電箱，當(dāng)層照明、插座、空調(diào)用電回路接入當(dāng)層對應(yīng)配電箱，按學(xué)校要求設(shè)置風(fēng)扇插座及電視插座，出入口設(shè)置滅蠅燈插座，售餐間按打飯口數(shù)量設(shè)置對應(yīng)數(shù)量的打卡機插座；廚房電源由變配電房引出專用回路供電，按廚房公司提資預(yù)留插座或設(shè)備開關(guān)箱，廚房出入口設(shè)置滅蠅燈插座及風(fēng)幕機插座，廚房內(nèi)所有供電回路均設(shè)置漏電保護；另外廚房內(nèi)使用或產(chǎn)生水或水蒸氣的粗加工區(qū)(間)、細加工區(qū)(間)、熱加工區(qū)(間)、洗消間等場所安裝的電氣設(shè)備外殼、燈具、插座等的防護等級不低于IP54，操作按鈕的防護等級不低于IP55；廚房事故風(fēng)機應(yīng)在室內(nèi)外設(shè)置啟停按鈕，并可接收可燃氣體報警聯(lián)動信號啟動風(fēng)機。

對于禮堂單體，負1層為室外游泳池設(shè)備機房，首層為室外游泳池更衣室，2層為禮堂配套排練室，頂層為禮堂，本單體設(shè)置分別設(shè)置照明配電總箱及動力配電總箱，每層設(shè)置照明樓層配電箱、禮堂設(shè)備配電箱、電梯配電箱引自照明配電總箱，照明總配電箱每出線回路設(shè)置電度表分項計量，樓層照明分配電箱除禮堂設(shè)置在中央控制室外，其余均設(shè)置在樓層電井內(nèi)；動力總配電箱分別出線至負1層游泳池設(shè)備配電箱，首層分體空調(diào)配電箱，2層中央制冷機房配電箱，動力總配電箱每出線回路設(shè)置電度表分項計量。游泳池更衣室設(shè)置壁扇插座，電吹風(fēng)插座，淋浴區(qū)設(shè)置即熱式熱水器電源；排練室按使用方要求設(shè)置若干插座及壁扇插座；禮堂預(yù)留專用舞臺多媒體設(shè)備配電箱，配電箱至各設(shè)備由專業(yè)公司設(shè)計；禮堂空調(diào)采用中央空調(diào)，制冷機房動力配電箱分出線回路至冷凍水泵、制冷機組、禮堂用組合式空調(diào)機組，制冷機組、組合式空調(diào)機組內(nèi)置控制箱，因此只需提供電源至控制箱接入點即可，冷水泵設(shè)置變頻器作為啟動、控制及電機保護裝置；由于綠建要求組合式空調(diào)機組內(nèi)置控制箱需要預(yù)留觸點，接收禮堂CO2濃度探測器信號調(diào)節(jié)新風(fēng)比例。

4 照明系統(tǒng)

實驗樓、教學(xué)樓照明光源主要選擇如下：教室、實驗室采用RA大于80的細管徑稀土三基色熒光燈，美術(shù)室采用RA大于90的細管徑稀土三基色熒光燈，光效不小于85lm/W，照明光源的色溫4000～5500K，光源2000h光通維持率應(yīng)不低于90%，70%額定壽命時的光通維持率應(yīng)不低于85%，燈的額定壽命應(yīng)不低于13000h；所有教室、實驗室燈具帶防眩光反射罩，采用蝙蝠翼對稱配光燈具，燈具保護角應(yīng)大于20°，UGR不大于16，燈具效率不低于70%，在滿足教室照明質(zhì)量指標(biāo)和照明節(jié)能要求的前提下，宜采用向上半球發(fā)射光通量占總光通量30%～50%的燈具；黑板照明采用黑板專用燈具，燈具C0-180平面的光學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)是對稱的，C90-270平面的光學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)是非對稱的， C90-270平面的光束角宜在40°～60°范圍內(nèi)，燈具的投射角及高度宜可調(diào)節(jié)；非鋁型材燈具殼體材料應(yīng)采用冷軋鋼板，厚度不小于0.4mm，格柵和反射器應(yīng)采用啞光表面處理[2]。教室、實驗室照度嚴格按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50034-2013、《教育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ310-2013、《中小學(xué)校設(shè)計規(guī)范》GB50099-2011以及穗教發(fā)[2018]54號文執(zhí)行，除計算機室、語音教室、美術(shù)室、書法室設(shè)計照度按500lx外，其余按300lx，黑板面局部照度不低于500lx；教室照度均勻度不低于0.7，燈具布置應(yīng)分別布置在講臺和座位上，燈具距課桌面的最低懸掛高度不低于1.7m，除合唱室外的教室、實驗室燈具燈管應(yīng)采用長軸垂直于黑板的方向布置，燈具按窗平行方位控制，黑板燈單獨控制，控制開關(guān)集中在黑板方位教室入口位置集中設(shè)置；合唱室燈具長軸應(yīng)平行于合唱階梯站臺布置及控制，控制開關(guān)設(shè)置在靠近電梯方位的入口位置；燈具與教室風(fēng)扇共同接入教室照明配電箱。實驗樓走廊、樓梯等公共區(qū)域采用吸頂燈，照明照度按規(guī)范要求設(shè)計，控制方式采用人體感應(yīng)控制或集中分區(qū)分組控制等節(jié)能控制方式，電源接入公共照明配電箱。

學(xué)生宿舍、教師宿舍照明采用RA大于80的細管徑稀土三基色熒光燈，照明光源的色溫不大于3300K，學(xué)生宿舍設(shè)計照度150lx，教師宿舍設(shè)計照度100lx，燈具吸頂安裝，同時設(shè)置搖頭扇，燈具及搖頭扇控制開關(guān)設(shè)置房間入口旁，戶內(nèi)照明電源均引自戶配電箱。學(xué)生宿舍、教師宿舍走廊、樓梯等公共區(qū)域采用吸頂燈，照明照度按規(guī)范要求設(shè)計，控制方式采用人體感應(yīng)控制與集中分區(qū)分組混合控制方式，電源接入公共照明配電箱。

餐廳照明光源采用RA大于80的細管徑稀土三基色熒光燈，燈具采用格柵燈盤，照明光源的色溫大于3300K，設(shè)計照度200lx，燈具沿窗平行控制，開關(guān)集中設(shè)在離電梯最近的樓梯出入口附近，電源接入樓層照明配電箱；餐廳并設(shè)置紫外線燈，按防疫要求桿吊2m安裝，按學(xué)校要求，紫外線燈專用開關(guān)集中放置，為防止學(xué)生誤操作，安裝高度安裝在1.8m，并裝上鎖箱，做好標(biāo)記。廚房燈具采用三防燈具，爐前采用防爆燈具，光源采用RA大于80的細管徑稀土三基色熒光燈，照明光源的色溫選用4000k，粗加工區(qū)、洗消間設(shè)計照度200lx，細加工區(qū)、熟食加工區(qū)設(shè)計照度300lx，燈具按操作流線方向控制，控制開關(guān)設(shè)置對應(yīng)區(qū)域入口處，廚房照明接入廚房設(shè)備配電箱，每照明出線回路均設(shè)置30mA漏電保護裝置；廚房設(shè)置紫外線燈，按防疫要求桿吊2m安裝，控制開關(guān)與餐廳紫外線燈開關(guān)一并集中放置，放置要求同餐廳紫外線燈控制開關(guān)。

禮堂照明主要分為舞臺照明及觀眾席照明，觀眾席為局部兩層，屬階梯級座位，天花也為跌級吊頂，因此一定區(qū)域內(nèi)吊頂與座位之間高度可維持在一定范圍內(nèi)，照明光源主要用采用LED筒燈，設(shè)計照度需要滿足開會時書寫要求，設(shè)計照度按200lx設(shè)計，燈具選型上分別計算吊頂與座位距離不同高度的大致區(qū)域照度，確保每個區(qū)域照度滿足要求，燈具控制與觀眾席座位橫向一致，聲橋位于吊頂上，僅檢修時使用，因此可按一般通道照度50lx設(shè)計，燈具采用T8支架燈；其余房間，如中央控制室、排練室、化妝室等輔助房間按常規(guī)照明設(shè)計，照度可參照JGJ57-2016《劇場建筑設(shè)計規(guī)范》表10.3.8照度要求設(shè)計，光源統(tǒng)一采用T8熒光燈盤；觀眾席階梯通道設(shè)置地腳LED燈帶，由于地腳燈帶位置為容易接觸高度，因此燈帶配電回路設(shè)置漏電保護；舞臺照明由專業(yè)公司另外設(shè)計；常規(guī)照明控制均在中央控制室通過配電箱斷路器控制，配電箱應(yīng)留有每照明控制回路后期裝設(shè)智能控制模塊空間，舞臺照明由中央控制室燈光控制臺集中控制，并可預(yù)留遠期實現(xiàn)禮堂照明能漸亮漸暗平滑調(diào)節(jié)條件；中央控制室、排練室、化妝室等輔助房間控制開關(guān)在房間入口位置控制。

室外游泳池照明采用LED泛光燈設(shè)于禮堂外墻上，設(shè)計照度為200lx，以滿足夜間游泳照明需要，游泳池更衣室出口旁觀眾席附近設(shè)置泛光燈控制開關(guān)，泛光燈配電回路設(shè)置30mA漏電開關(guān)。

5 總結(jié)

本文從實際項目出發(fā)，大致闡述了教育建筑的私立初中電氣設(shè)計的大致電氣設(shè)計內(nèi)容，學(xué)校的電氣設(shè)計中，除了綜合較多的設(shè)計規(guī)范外，還需要與校方運營經(jīng)驗結(jié)合綜合考慮。上述是本人中學(xué)電氣設(shè)計中的一些心得體會，不足之處，敬請同行批評指正。