淺談中學建筑電氣設計

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)建筑組成包括教學樓、實驗樓、宿舍樓、食堂、禮堂、室外運動場、體育館等，電氣設計內容包括照明系統(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，設計單體包含食堂、宿舍、實驗樓、部分教學樓改造、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、教學樓、禮堂的照明系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)設計進行概述，供設計同行參考。

2 供配電設計

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于半地下設備房，設置兩臺10/0.4kV變壓器對本擴建項目用電負荷供電，變壓器對應低壓配電柜進線斷路器、聯(lián)絡斷路器之間設可靠電氣及機械聯(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)絡開關，保證任何情況下均為三合二的邏輯關系，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；變配電房設置在負荷中心，且不得與教學建筑、宿舍以及潮濕場所相鄰，由于變配電房設于半地下室，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、教學樓主要通道照明、會堂照明及電響設備、宿舍主要通道照明用電為二級負荷，其余均為三級負荷。對于學校負荷計算，均按電氣設計用電負荷乘以《教育建筑電氣設計規(guī)范》JGJ310-2013 4.4.2條文解析對應需要系數，但由于本期學校負荷性質具有季節(jié)性、時效性，因此同時系數需綜合考慮，如宿舍、教學樓、食堂之間不同時間的錯峰用電，又如禮堂的偶發(fā)性使用（主要是開學典禮或者某些重要會議、慶典），又如空調的過渡季節(jié)的季節(jié)性負荷，又如寒暑假學校幾乎只有很小的值班用電，同時系數可按規(guī)范JGJ310-2013《教育建筑電氣設計規(guī)范》4.4.2條文解析0.8～1中取下限值0.8，空調使用時間段由于已避開寒暑假主要極端天氣，因此空調負荷需要系數也可適當取下限值，同時變壓器設置兩臺，便于學校在部分負荷時，只投入一臺變壓器供電，減少變壓器自身用電損耗。由于學校主要用電負荷均為單相負荷，除了配電設計要做好負荷平衡，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換裝置，計算機室有大量電腦，這部分設備會產生大量3n次諧波，因此低壓配電房除設置電容補償柜外，還預留諧波處理柜位置，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，并設置電度計量裝置；照明、動力按樓棟設置總電度計量裝置；為方便學校管理，各單體會在每個樓層設置對應樓層配電箱，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短路保護及過負荷保護，進線開關均帶隔離功能；按JGJ310-2013《教育建筑電氣設計規(guī)范》5.3.2，教育建筑所有線路均采用低煙無鹵線纜。

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

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

對于實驗樓，按樓層分別設置照明樓層配電箱及空調樓層配電箱，如音樂室、美術室、教師辦公室等用電點較少的房間，每2～3個房間設置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、化學實驗室、生物實驗室，每實驗室設置單獨照明分配電箱，對對應實驗室及其配套準備室照明、實驗室設備、插座供電。物理實驗室、化學實驗室、生物實驗室講臺設置通用數控安全電源系統(tǒng)主機，每個學生座位設置普通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，另外電學物理實驗室講臺設置AC380V插座；化學、生物通風柜合用通風機采用變頻控制，并兩地控制，每臺排風機主回路設置隔離電器。[1]計算機室、綜合科技室每座位設置兩個電腦插座，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，再另外加大預留20%供遠期設備升級或增加設備使用，電腦插座回路設置A型剩余電流保護開關；樓層空調配電箱分別引出對應獨立分體空調供電回路至空調插座或電源接入點。

學生宿舍按樓層設置照明樓層配電箱及空調樓層配電箱；宿舍每戶設置戶配電箱，按使用方要求不對學生宿舍作用電計量，戶箱由于不需要考慮大功率用電設備，只考慮照明和插座基本負荷，因此每戶用電容量按1kW設計；戶內每個床位設置插座，陽臺設置洗衣機插座；樓層單獨設置樓層空調配電箱，宿舍每戶分體空調插座單獨回路接入樓層空調配電箱，以方便學校對空調使用時間進行管理；學校為防止學生使用大功率電吹風，因此在走廊統(tǒng)一設置公共電吹風電源，同時走廊設置電熱飲用水電源。學生宿舍設置太陽能熱水系統(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置樓層配電箱；宿舍每戶設置戶配電箱，樓層配電箱至戶配電箱出線設置電度表計量，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設計；戶內每個床位設置插座，戶內靠陽臺墻上設置空調插座，陽臺設置洗衣機插座及電磁爐插座，宿舍公共走廊設置電熱飲用水電源。教師宿舍設置太陽能熱水系統(tǒng)，電源由變配電房引出專用回路供電。

食堂、餐廳位置按樓層設置照明樓層配電箱及空調樓層配電箱，當層照明、插座、空調用電回路接入當層對應配電箱，按學校要求設置風扇插座及電視插座，出入口設置滅蠅燈插座，售餐間按打飯口數量設置對應數量的打卡機插座；廚房電源由變配電房引出專用回路供電，按廚房公司提資預留插座或設備開關箱，廚房出入口設置滅蠅燈插座及風幕機插座，廚房內所有供電回路均設置漏電保護；另外廚房內使用或產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；廚房事故風機應在室內外設置啟停按鈕，并可接收可燃氣體報警聯(lián)動信號啟動風機。

對于禮堂單體，負1層為室外游泳池設備機房，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，本單體設置分別設置照明配電總箱及動力配電總箱，每層設置照明樓層配電箱、禮堂設備配電箱、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置電度表分項計量，樓層照明分配電箱除禮堂設置在中央控制室外，其余均設置在樓層電井內；動力總配電箱分別出線至負1層游泳池設備配電箱，首層分體空調配電箱，2層中央制冷機房配電箱，動力總配電箱每出線回路設置電度表分項計量。游泳池更衣室設置壁扇插座，電吹風插座，淋浴區(qū)設置即熱式熱水器電源；排練室按使用方要求設置若干插座及壁扇插座；禮堂預留專用舞臺多媒體設備配電箱，配電箱至各設備由專業(yè)公司設計；禮堂空調采用中央空調，制冷機房動力配電箱分出線回路至冷凍水泵、制冷機組、禮堂用組合式空調機組，制冷機組、組合式空調機組內置控制箱，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機組內置控制箱需要預留觸點，接收禮堂CO2濃度探測器信號調節(jié)新風比例。

4 照明系統(tǒng)

實驗樓、教學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光通維持率應不低于90%，70%額定壽命時的光通維持率應不低于85%，燈的額定壽命應不低于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，燈具保護角應大于20°，UGR不大于16，燈具效率不低于70%，在滿足教室照明質量指標和照明節(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平面的光學結構應是對稱的，C90-270平面的光學結構應是非對稱的， C90-270平面的光束角宜在40°～60°范圍內，燈具的投射角及高度宜可調節(jié)；非鋁型材燈具殼體材料應采用冷軋鋼板，厚度不小于0.4mm，格柵和反射器應采用啞光表面處理[2]。教室、實驗室照度嚴格按照現行國家標準《建筑照明設計標準》GB50034-2013、《教育建筑電氣設計規(guī)范》JGJ310-2013、《中小學校設計規(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、美術室、書法室設計照度按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，控制開關集中在黑板方位教室入口位置集中設置；合唱室燈具長軸應平行于合唱階梯站臺布置及控制，控制開關設置在靠近電梯方位的入口位置；燈具與教室風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)范要求設計，控制方式采用人體感應控制或集中分區(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，學生宿舍設計照度150lx，教師宿舍設計照度100lx，燈具吸頂安裝，同時設置搖頭扇，燈具及搖頭扇控制開關設置房間入口旁，戶內照明電源均引自戶配電箱。學生宿舍、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)范要求設計，控制方式采用人體感應控制與集中分區(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，設計照度200lx，燈具沿窗平行控制，開關集中設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；餐廳并設置紫外線燈，按防疫要求桿吊2m安裝，按學校要求，紫外線燈專用開關集中放置，為防止學生誤操作，安裝高度安裝在1.8m，并裝上鎖箱，做好標記。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)、洗消間設計照度200lx，細加工區(qū)、熟食加工區(qū)設計照度300lx，燈具按操作流線方向控制，控制開關設置對應區(qū)域入口處，廚房照明接入廚房設備配電箱，每照明出線回路均設置30mA漏電保護裝置；廚房設置紫外線燈，按防疫要求桿吊2m安裝，控制開關與餐廳紫外線燈開關一并集中放置，放置要求同餐廳紫外線燈控制開關。

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)域內吊頂與座位之間高度可維持在一定范圍內，照明光源主要用采用LED筒燈，設計照度需要滿足開會時書寫要求，設計照度按200lx設計，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)照明設計，照度可參照JGJ57-2016《劇場建筑設計規(guī)范》表10.3.8照度要求設計，光源統(tǒng)一采用T8熒光燈盤；觀眾席階梯通道設置地腳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置漏電保護；舞臺照明由專業(yè)公司另外設計；常規(guī)照明控制均在中央控制室通過配電箱斷路器控制，配電箱應留有每照明控制回路后期裝設智能控制模塊空間，舞臺照明由中央控制室燈光控制臺集中控制，并可預留遠期實現禮堂照明能漸亮漸暗平滑調節(jié)條件；中央控制室、排練室、化妝室等輔助房間控制開關在房間入口位置控制。

室外游泳池照明采用LED泛光燈設于禮堂外墻上，設計照度為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置泛光燈控制開關，泛光燈配電回路設置30mA漏電開關。

5 總結

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計的大致電氣設計內容，學校的電氣設計中，除了綜合較多的設計規(guī)范外，還需要與校方運營經驗結合綜合考慮。上述是本人中學電氣設計中的一些心得體會，不足之處，敬請同行批評指正。