淺談上海地區(qū)中小學(xué)電氣設(shè)計(jì)

夏 婷 婷

(上海浦東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 上海 200125)

0 引 言

隨著國(guó)家以及民眾對(duì)于教育事業(yè)的重視,愈來(lái)愈多的教育建筑設(shè)計(jì)任務(wù)接踵而來(lái)。中小學(xué)建筑作為基礎(chǔ)教育的主戰(zhàn)場(chǎng),雖規(guī)模不大,建筑形態(tài)不復(fù)雜,但卻存在著特殊性?，F(xiàn)從供電形式、室外管線敷設(shè)方式和路徑、學(xué)校照明配電設(shè)計(jì)等方面來(lái)闡述中小學(xué)校對(duì)于電氣設(shè)計(jì)的要求。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于臨港重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū),由一所45班制的小學(xué)及36班制的初中組成,總占地面積67 861.9 m2,總建筑面積76 197.5 m2,由教學(xué)樓、宿舍樓、圖書(shū)館、風(fēng)雨操場(chǎng)等單體建筑組成。

2 供電形式

本項(xiàng)目消防控制室、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制裝置、火災(zāi)應(yīng)急照明及疏散標(biāo)志、防煙及排煙設(shè)施、消防水泵、電動(dòng)的防火卷簾、剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),排污泵、生活水泵、自用變電所、水泵房、消防用房等用電負(fù)荷為二級(jí),教學(xué)樓通道照明、食堂設(shè)備、冷庫(kù)、主要操作間備餐間照明、弱電系統(tǒng)、電梯、車(chē)庫(kù)照明等用電按二級(jí)負(fù)荷供電;其他一般照明、空調(diào)、動(dòng)力按三級(jí)負(fù)荷供電。本項(xiàng)目采用10 kV高壓供電,在一層設(shè)置1座10 kV變電所,自電業(yè)站申請(qǐng)兩路10 kV市政電源進(jìn)線,埋地敷設(shè)至10 kV變電所,變電所內(nèi)配置變壓器2×1 600 kVA,合計(jì)變壓器總配置容量3 200 kVA(兩地塊分別設(shè)置)。

在以往設(shè)計(jì)中,較多在變電所低壓出線側(cè)即將配送至單體建筑的消防及非消防負(fù)荷分開(kāi)供電,該供電方式清晰明確,各線路相對(duì)獨(dú)立,可靠性較高,但中小學(xué)地塊內(nèi)單體較多且較為分散,此方式存在管線敷設(shè)施工及成本壓力大,低壓柜出線多,出線柜數(shù)量增加等問(wèn)題,故在此次設(shè)計(jì)中采取消防與非消防設(shè)備合并采用總箱供電及獨(dú)立供電的綜合形式。

以初中2#樓風(fēng)雨操場(chǎng)、3#宿舍樓及地下車(chē)庫(kù)為例,優(yōu)化后變電所低壓側(cè)減少7個(gè)出線回路,低壓柜也相應(yīng)減少兩臺(tái),管線敷設(shè)壓力及用戶(hù)變電所面積使用緊張程度均有較大改善。初中各單體配電干線圖如圖1所示。為了避免消防與非消防設(shè)備合并供電影響消防設(shè)備的可靠性,采取以下相應(yīng)措施:

(1) 所有單體建筑合用總箱供電電纜(除埋地外)均采用礦物絕緣電纜(其耐火溫度及持續(xù)供電時(shí)間不應(yīng)低于950 ℃及180 min。),以避免發(fā)生火災(zāi)時(shí)因電纜燒毀損壞造成消防設(shè)備失電。

(2) 由于2#樓、3#樓消防設(shè)備僅為應(yīng)急照明及個(gè)別小風(fēng)機(jī),消防用電占總箱總?cè)萘康谋壤邢蕖?#樓消防設(shè)備用電量為6 kW,總用電量為247 kW(常用電源)/74 kW(備用電源);3#樓消防設(shè)備用電量為23 kW,總用電量為108 kW(常備一致)?？倲嗦菲髡娏鳛橄涝O(shè)備額定電流的數(shù)倍。兩棟單體均設(shè)置了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),火災(zāi)時(shí)能可靠確保非消防設(shè)備電源切斷,在此前提下即使消防設(shè)備過(guò)載,其過(guò)載電流值也遠(yuǎn)小于總斷路器的動(dòng)作值,故總箱斷路器采用熱磁式,消防設(shè)備供電回路斷路器采用單磁式,確保了發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防設(shè)備的可靠性及日常用電安全。

(3) 對(duì)于消防設(shè)備集中,總電量較大的地下車(chē)庫(kù),仍采用消防與非消防設(shè)備分別供電的形式。

3 室外管線敷設(shè)路徑

中小學(xué)建筑項(xiàng)目一般由幾個(gè)分散的單體組成,地下車(chē)庫(kù)范圍無(wú)法覆蓋所有子項(xiàng),各系統(tǒng)管線無(wú)法在地下室內(nèi)經(jīng)由橋架敷設(shè)至各單體,均采用室外電纜埋地敷設(shè)。隨著國(guó)家“雙減”政策的推行,學(xué)校對(duì)于室外活動(dòng)場(chǎng)所的需求越來(lái)越高,留給室外管線敷設(shè)的空間也越來(lái)越有限。

以本項(xiàng)目小學(xué)部分為例,學(xué)校變電所設(shè)于4#樓圖書(shū)館內(nèi),至1#樓、2#教學(xué)樓、3#報(bào)告廳、5#風(fēng)雨操場(chǎng)、6#門(mén)衛(wèi)、7#垃圾房的配電電纜共計(jì)22根,而項(xiàng)目局部室外跑道與建筑之間的距離不足1.7 m,此區(qū)域內(nèi)需敷設(shè)雨污水管及強(qiáng)弱電管線,僅雨污水管所占水平空間便達(dá)到1.5 m,電氣管線已無(wú)敷設(shè)條件,故必須采用其他措施以滿(mǎn)足室外綜合管線敷設(shè)要求,本項(xiàng)目除門(mén)衛(wèi)及垃圾房外各單體之間均有風(fēng)雨連廊連通,連廊最小寬度約為2.5 m,故經(jīng)與相關(guān)專(zhuān)業(yè)協(xié)商后,強(qiáng)電室外管線敷設(shè)路徑改為由變電所經(jīng)橋架沿風(fēng)雨連廊敷設(shè)至各單體配電間,各系統(tǒng)橋架平鋪敷設(shè),橋架均采用室外防腐型,經(jīng)過(guò)優(yōu)化后,經(jīng)室外埋地敷設(shè)的配電電纜由22根減少為3根(僅門(mén)衛(wèi)、垃圾房及室外雨水設(shè)備供電),供電距離分別由95,79,92,208 m調(diào)整為98,61,87,114 m(變電所至1#樓、2#樓、3#樓、5#樓),僅電纜材料成本就節(jié)省造價(jià)的約14%,大大降低了室外管線的敷設(shè)工作量及難度,也為日后學(xué)校體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所的擴(kuò)展提供了有利的條件。本地塊共有3處弱電機(jī)房:(1) 安防兼消防控制室:集中管理本地塊的安保、消防報(bào)警、廣播、BA等弱電系統(tǒng),位于5#風(fēng)雨操場(chǎng)。(2) 弱電機(jī)房:綜合布線、電視電信的線纜進(jìn)線匯聚中心,位于2#教學(xué)樓。(3) 網(wǎng)絡(luò)控制室:作為綜合布線、電視電信的管理服務(wù)器存放區(qū),位于1#教學(xué)樓。

由于弱電智能化系統(tǒng)存在較多室外設(shè)備點(diǎn)位(視頻監(jiān)控、室外廣播、電子圍墻等),須確保室外路由貫通,且弱電線纜可采用共管敷設(shè)方式,故弱電外線仍采用室外埋地敷設(shè)方式。

4 教室電氣設(shè)計(jì)

4.1 教室配電

結(jié)合GB 50099—2011《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]及JGJ 310—2013《教育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[2],進(jìn)行如下設(shè)計(jì):(1) 在每個(gè)普通教室及專(zhuān)業(yè)教室設(shè)置教室配電箱,為教室內(nèi)的照明及插座回路供電。本項(xiàng)目中的空調(diào)采用集中空調(diào)形式,為滿(mǎn)足分項(xiàng)計(jì)量要求,空調(diào)內(nèi)外機(jī)電源均引自樓層空調(diào)配電箱,不與教室照明箱混用。(2) 在各教室的前后墻上設(shè)置1組220 V二、三孔組合電源插座,并在教室頂棚處預(yù)留投影儀電源。(3) 除上述要求外,化學(xué)、物理實(shí)驗(yàn)室內(nèi)需預(yù)留直流電源,物理實(shí)驗(yàn)室教學(xué)演示桌處設(shè)置380 V電源插座;在生物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室側(cè)墻處設(shè)置排風(fēng)扇,在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室配電箱內(nèi)預(yù)留實(shí)驗(yàn)桌排風(fēng)設(shè)施,該設(shè)施可結(jié)合后續(xù)教室另行安裝,需要注意的是,其控制開(kāi)關(guān)應(yīng)設(shè)于教室實(shí)驗(yàn)桌內(nèi)。計(jì)算機(jī)教室根據(jù)課桌排布在每個(gè)座位旁設(shè)置計(jì)算機(jī)電源插座,每個(gè)插座回路數(shù)量不超過(guò)5個(gè),計(jì)算機(jī)插座回路采用電磁式漏電保護(hù)斷路器。(4) 依照上海市《防靜電技術(shù)規(guī)則》,計(jì)算機(jī)教室按照防靜電工程標(biāo)準(zhǔn)中的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),須確保教室內(nèi)靜電電位絕對(duì)值不大于1 000 V,當(dāng)不滿(mǎn)足要求時(shí),可采用鋪設(shè)防靜電地板、地板樹(shù)脂涂料地面等措施;多媒體教室的配電盡量保證三相平衡,在設(shè)備選擇時(shí)應(yīng)采用高功率因數(shù)的產(chǎn)品,進(jìn)而保證電源電壓的電壓偏差不超過(guò)額定電壓的±5%,必要時(shí)增配穩(wěn)壓電源。

4.2 教室照明

隨著電子產(chǎn)品的廣泛使用,學(xué)生近視、弱視、屈光不正等視力問(wèn)題朝著低齡化、普遍化發(fā)展,改善教室的照明質(zhì)量是教室電氣設(shè)計(jì)的重中之重。綜合上海市DB31/T 539—2020《中小學(xué)校及幼兒園教室照明設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]、GB/T 36876—2018《中小學(xué)校普通教室照明設(shè)計(jì)安裝衛(wèi)生要求要求》[4]、T/JYBZ 005—2022《中小學(xué)教室照明技術(shù)規(guī)范》[5]以及浦東新區(qū)教委等相關(guān)國(guó)家、地方標(biāo)準(zhǔn),教室燈具的色溫范圍為3 300～5 300 K,普通教室照度為300 lx,美術(shù)教室及實(shí)驗(yàn)室照度為500 lx,功率因素不低于0.95,顯色指數(shù)不低于80(美術(shù)教室為90),統(tǒng)一眩光值不超過(guò)16,使用LED燈具(浦東新區(qū)教育局統(tǒng)一要求采用LED燈具)時(shí),功率密度指標(biāo)不應(yīng)高于1.8 W·m-2。

普通教室照明設(shè)計(jì)平面圖如圖2所示。

圖2 普通教室照明設(shè)計(jì)平面圖

(1) 教室燈具:采用40 W護(hù)眼LED燈盤(pán),光通量為3 600 lm,采用SMG光源,無(wú)頻閃,無(wú)藍(lán)光危害,標(biāo)準(zhǔn)教室布置3行3列共9盞教室燈具,燈具長(zhǎng)軸垂直于黑板,以沿側(cè)窗平行的控制原則用1組三聯(lián)開(kāi)關(guān)對(duì)3列燈具進(jìn)行控制,燈具采用吊桿安裝,距地面2.8 m,距課桌約2.1 m。教室內(nèi)設(shè)置6臺(tái)風(fēng)扇。為避免燈具出光面高于風(fēng)扇,風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)遮擋燈具對(duì)座位的照明,設(shè)計(jì)采用0.6 m帶防護(hù)網(wǎng)罩的吸頂扇貼吊頂安裝。

(2) 黑板燈:采用40 W護(hù)眼LED黑板燈,光通量為3 500 lm,采用SMG光源,無(wú)頻閃,無(wú)藍(lán)光危害,標(biāo)準(zhǔn)普通教室長(zhǎng)約4 m,一般采用3盞黑板燈,采用非對(duì)稱(chēng)光強(qiáng)分布特性的專(zhuān)用燈具。黑板燈配光曲線圖如圖3所示。

圖3 黑板燈配光曲線圖

燈具安裝位置應(yīng)不在教師站姿眼位處,避免產(chǎn)生眩光影響,燈具長(zhǎng)軸與黑板平行,常規(guī)采用吊桿安裝,與黑板面平面間距宜為0.7～0.8 m,距黑板上緣垂直距離0.2 m。需要注意的是,黑板燈應(yīng)分多個(gè)回路控制,每個(gè)燈具應(yīng)由單獨(dú)回路開(kāi)關(guān)控制,以便根據(jù)實(shí)際光照情況進(jìn)行調(diào)節(jié),在實(shí)際設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)整組黑板燈由1個(gè)開(kāi)關(guān)統(tǒng)一控制的問(wèn)題。

(3) 大部分的規(guī)范僅對(duì)測(cè)量公式及限值做要求,而未對(duì)測(cè)量對(duì)象做細(xì)化說(shuō)明,不少設(shè)計(jì)人員都存在疑惑。GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[6]規(guī)定“教育建筑中照明功率密度限制的考核不包括專(zhuān)門(mén)為黑板提供照明的專(zhuān)用黑板燈的負(fù)荷”。T/JYBZ 005—2022《中小學(xué)教室照明技術(shù)規(guī)范》[5]對(duì)于功率密度測(cè)量計(jì)算指出,“進(jìn)入教室現(xiàn)場(chǎng)使用電能質(zhì)量分析儀分別對(duì)教室內(nèi)所有教室燈具(書(shū)寫(xiě)板燈除外)的實(shí)際功耗進(jìn)行測(cè)量”。由此可知,在計(jì)算教室平均功率密度時(shí)不應(yīng)計(jì)入黑板燈具。由于黑板燈的服務(wù)對(duì)象僅僅是黑板,在進(jìn)行照度計(jì)算時(shí)不應(yīng)考慮黑板燈對(duì)講臺(tái)及教室其他區(qū)域的照明加成效果,故在計(jì)算教室面積時(shí)也不應(yīng)扣除講臺(tái)區(qū)域的面積。T/JYBZ 005—2022《中小學(xué)教室照明技術(shù)規(guī)范》[5]將計(jì)算教室功率密度時(shí)所采用的面積“S”的定義為“根據(jù)業(yè)主方提供的平面圖紙或現(xiàn)場(chǎng)丈量計(jì)算出教室實(shí)際面積”,這也驗(yàn)證了該看法。經(jīng)過(guò)照度及功率密度計(jì)算可得,此次設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)型普通教室課桌面平均照度為312 lx,功率密度值為5.1 W·m-2,均能滿(mǎn)足要求。同時(shí),教室及黑板照度均可采用dialux照明設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行模擬計(jì)算,經(jīng)驗(yàn)證,照度滿(mǎn)足要求。教室照度分布示意圖一如圖4所示。教室照度分布示意圖二如圖5所示。

圖4 教室照度分布示意圖一

圖5 教室照度分布示意圖二

5 與其他專(zhuān)業(yè)之間的配合與協(xié)調(diào)

本項(xiàng)目為裝配整體式框架結(jié)構(gòu),并要求在一次設(shè)計(jì)階段即配合各精裝點(diǎn)位落實(shí)到位。為減少施工工程中因各專(zhuān)業(yè)點(diǎn)位碰撞、管線沖突等原因造成的施工誤差及返工問(wèn)題,此次設(shè)計(jì)將點(diǎn)位及管線設(shè)計(jì)的“拍圖”階段前置,即在設(shè)計(jì)啟動(dòng)階段先確定好點(diǎn)位布置、避讓原則,以最大程度地避免返工及設(shè)計(jì)變更,為建設(shè)方減少成本及施工周期。

主要單體的預(yù)制混凝土構(gòu)件概況如下:二層至平屋面層采用疊合板及疊合梁構(gòu)件;二層至四層采用預(yù)制柱構(gòu)件。結(jié)合實(shí)際情況本次設(shè)備點(diǎn)位設(shè)計(jì)做了如下考慮:

(1) 在確定水平點(diǎn)位時(shí),需考慮燈具點(diǎn)位的美觀協(xié)調(diào),并滿(mǎn)足照度及功率密度要求,以達(dá)到節(jié)能及實(shí)際使用需求;結(jié)合燈具位置,綜合考慮吊頂天花視覺(jué)及使用效果設(shè)置空調(diào)室內(nèi)機(jī)和電風(fēng)扇點(diǎn)位;最后進(jìn)行火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警探測(cè)器的點(diǎn)位設(shè)計(jì),確保探測(cè)器滿(mǎn)足至墻壁、梁邊的水平距離不小于0.5 m,至燈具等其他遮擋物的水平距離不小于0.5 m,且在滿(mǎn)足保護(hù)半徑的前提下,盡量保證點(diǎn)位布置的經(jīng)濟(jì)性、合理性,其余廣播、視頻監(jiān)控、無(wú)線AP等點(diǎn)位按需布置,避開(kāi)已有點(diǎn)位即可。

(2) 此次豎向裝配式預(yù)制構(gòu)件僅為預(yù)制柱,故在豎向點(diǎn)位設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免將設(shè)備點(diǎn)位布置于柱面,對(duì)于無(wú)法規(guī)避的情況,應(yīng)事先確保各豎向安裝高度不存在沖突。實(shí)際制圖時(shí),發(fā)現(xiàn)多處應(yīng)急照明疏散指示、壁裝式應(yīng)急照明燈、火災(zāi)聲光報(bào)警器、手動(dòng)報(bào)警按鈕設(shè)于同一柱面且為滿(mǎn)足安裝距離要求無(wú)法水平移至就近非預(yù)制墻面上,故將以上設(shè)備的安裝高度分別定為底邊離地0.5,2.5,2.4,1.5 m,且設(shè)備安裝中心位置位于同一豎向中心線上。

(3) 本項(xiàng)目教室、實(shí)驗(yàn)室、辦公室等區(qū)域采用礦棉板/石膏板吊頂形式,走道等公共區(qū)域采用裸頂形式。對(duì)于非吊頂區(qū)域的頂面點(diǎn)位需按一對(duì)一設(shè)置原則逐個(gè)預(yù)埋接線盒。吊頂區(qū)域內(nèi)的頂面點(diǎn)位可采用多個(gè)點(diǎn)位預(yù)留一個(gè)預(yù)埋接線盒,其余點(diǎn)位采用金屬管直接在吊頂內(nèi)明敷到位的做法。

本次設(shè)計(jì)強(qiáng)電主干線及教學(xué)樓內(nèi)的強(qiáng)弱電線纜主要采用電纜橋架/線槽沿風(fēng)雨連廊/開(kāi)敞走廊集中敷設(shè)至各單體配電間及各教室、辦公室內(nèi)的末端點(diǎn)位。以上建筑區(qū)域均采用裸頂設(shè)計(jì),經(jīng)與建筑結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)商討后,將連廊中的部分主梁上翻,兩側(cè)封邊梁底標(biāo)高定為結(jié)構(gòu)梁下30 cm,此段高差作為橋架及線槽的安裝預(yù)留高度空間,這樣既對(duì)外管線有一定的保護(hù)效果,又避免了因?yàn)楣芫€裸露問(wèn)題影響整體建筑美觀度。

6 結(jié) 語(yǔ)

中小學(xué)教育建筑并非行業(yè)傳統(tǒng)觀念中的難點(diǎn)項(xiàng)目,然而社會(huì)各界對(duì)該類(lèi)項(xiàng)目功能及使用效果要求正在逐步提升,設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)工作中仍有不少需重點(diǎn)關(guān)注及解決的問(wèn)題。本文結(jié)合了國(guó)家、行業(yè)規(guī)范,當(dāng)?shù)馗饕蠹绊?xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行了總結(jié)及思考,從供配電形式、室外管線敷設(shè)方式和路徑、學(xué)校照明配電設(shè)計(jì)及與其他專(zhuān)業(yè)之間的配合與協(xié)調(diào)等幾個(gè)方面進(jìn)行探討,對(duì)類(lèi)似項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)、實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工提供一定的參考。