高校學(xué)生宿舍電氣設(shè)計(jì)分析

王 勝

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

0 引 言

學(xué)生宿舍建筑是高校建筑中不可或缺的一部分,隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步,為滿足新時(shí)代下學(xué)生住宿和生活學(xué)習(xí)的需要,系統(tǒng)地分析總結(jié)學(xué)生宿舍的電氣設(shè)計(jì),可為同類設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)與參考。

1 宿舍用電負(fù)荷等級(jí)分析

根據(jù)JGJ 310—2013《教育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中第4.2.2條、GB 50016—2014(2018年版)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[2]中第10.1.1～10.1.2條、GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[3]中附錄A、GB 55025—2022《宿舍、旅館建筑項(xiàng)目規(guī)范》[4]中第3.1.5條等規(guī)范條文。宿舍建筑用電負(fù)荷等級(jí)如表1所示。

表1 宿舍建筑用電負(fù)荷等級(jí)

2 供配電系統(tǒng)形式

經(jīng)過多個(gè)高校項(xiàng)目實(shí)踐,新建類高校建筑通常在宿舍建筑周邊就近的用電負(fù)荷集中的食堂或體育館等建筑中設(shè)置10 kV變電所,由設(shè)置在食堂、體育館等建筑中的10 kV變電所引來多路0.4 kV低壓電源接至宿舍建筑配電間用于宿舍用電負(fù)荷供電。該方案對于錯(cuò)峰用電特點(diǎn)明顯的高校建筑具有節(jié)省初期投資、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)周邊建筑不具備合設(shè)變電所條件或者周邊建筑設(shè)置變電所時(shí)供電半徑超過250 m時(shí),可以考慮在宿舍建筑內(nèi)設(shè)置變電所或在室外設(shè)置獨(dú)立配電房/室外箱變。當(dāng)10 kV變電所設(shè)置在宿舍建筑內(nèi)時(shí),規(guī)范中明確附設(shè)在教育建筑內(nèi)的變電所不應(yīng)與宿舍相毗鄰,此時(shí)需特別注意噪聲、設(shè)備共振等對宿舍使用人員的影響。

在設(shè)計(jì)10 kV變電所出線時(shí)應(yīng)合理分配變壓器所帶負(fù)荷,根據(jù)學(xué)校用電特點(diǎn)把用電時(shí)間相同的負(fù)荷平均分配到不同變壓器,降低用電峰值。

宿舍內(nèi)的一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電,二級(jí)負(fù)荷宜由雙回路供電,設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷供電要求,通常要求10 kV變電所由市政提供兩路10 kV電源供電,當(dāng)一電源發(fā)生故障時(shí),另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞,并可承擔(dān)全部一、二級(jí)重要負(fù)荷需求[5]。

一般負(fù)荷(如普通照明、空調(diào)、電力用電負(fù)荷等)通常采用樹干式或放射式與樹干式相結(jié)合的供電方式。弱電機(jī)房、消防負(fù)荷、水泵房等重要或大型設(shè)備通常采用放射式供電?？吞?、生活水泵、排污水泵、公共照明等用電設(shè)備采用二路配電干線末端自動(dòng)切換。排煙風(fēng)機(jī)、正壓風(fēng)機(jī)、消防電梯、消防水泵、應(yīng)急照明箱等消防設(shè)備,由配電室專用回路供電,二路電源在末端配電箱自動(dòng)切換。典型高層宿舍用電豎向干線圖如圖1所示。典型多層宿舍用電豎向干線圖如圖2所示。

圖2 典型多層宿舍用電豎向干線圖

3 宿舍建筑的單位面積用電指標(biāo)

JGJ 310—2013《教育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中第4.4.1條提到不設(shè)空調(diào)的宿舍單位面積指標(biāo)為每居室不小于1.5 kW,采用多聯(lián)機(jī)或單機(jī)分體空調(diào)時(shí)單位面積空調(diào)用電指標(biāo)為25～30 W/m2[1]。結(jié)合近年參與設(shè)計(jì)的部分新建高校宿舍項(xiàng)目,新建高校宿舍項(xiàng)目用電情況統(tǒng)計(jì)如表2所示。由表2可知,此部分新建高校宿舍建筑單位面積用電指標(biāo)基本在60～85 W/m2,具體指標(biāo)受建筑內(nèi)水暖專業(yè)系統(tǒng)配置型式、單體所設(shè)置機(jī)電機(jī)房種類及數(shù)量、地下室面積大小等影響,比如給排水專業(yè)設(shè)置的熱水系統(tǒng)采用燃?xì)鉄崴到y(tǒng)還是太陽能輔助電加熱系統(tǒng)等,單體建筑用電需求上會(huì)有較大差異。在宿舍建筑設(shè)計(jì)過程中,需與其他專業(yè)密切溝通,了解各專業(yè)用電需求,做好用電預(yù)留。

表2 新建高校宿舍項(xiàng)目用電情況統(tǒng)計(jì)

4 宿舍居室配電

4.1 宿舍居室負(fù)荷

常見的宿舍居室類型有二人間、四人間、套間(多個(gè)單人間/雙人間組合而成),其中二人間、四人間可再分為不含衛(wèi)生間和含衛(wèi)生間兩種類別。根據(jù)類型的不同,宿舍居室用電需求有一定的差異。

傳統(tǒng)宿舍居室用電負(fù)荷主要有照明、普通插座,而現(xiàn)階段高校宿舍居室有著更多的用電需求,比如空調(diào)、飲水機(jī)、電熱水器、洗衣機(jī)、電冰箱、弱電信息箱、電視機(jī)等。高校內(nèi)一般分為本科生教育和研究生教育,宿舍居室用電負(fù)荷具體可結(jié)合實(shí)際使用人員情況進(jìn)行確定。以上海某高校新建項(xiàng)目為例。四人間宿舍居室用電設(shè)備統(tǒng)計(jì)表如表3所示,套間宿舍居室用電設(shè)備統(tǒng)計(jì)表如表4所示。同時(shí)隨著生活學(xué)習(xí)水平及管理要求的不斷提升,宿舍居室內(nèi)用電應(yīng)考慮一定的預(yù)留以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。

表3 四人間宿舍居室用電設(shè)備統(tǒng)計(jì)表

表4 套間宿舍居室用電設(shè)備統(tǒng)計(jì)表

4.2 宿舍居室配電設(shè)計(jì)

針對宿舍建筑由許多相同的宿舍居室組成這一特點(diǎn),電氣設(shè)計(jì)可按照模塊化思路進(jìn)行考慮,提取項(xiàng)目中相同的單元進(jìn)行詳圖設(shè)計(jì)。宿舍居室常見的配電設(shè)計(jì)方案可分為宿舍居室內(nèi)設(shè)置配電箱和不設(shè)置配電箱兩種。當(dāng)宿舍居室內(nèi)用電負(fù)荷較少時(shí),如僅有1路照明、1路插座用電需求,可考慮直接由樓層配電箱放射供電;當(dāng)宿舍居室內(nèi)用電負(fù)荷較多時(shí),則建議在房間內(nèi)設(shè)置配電箱再分出照明、插座、空調(diào)、電熱水器等用電回路。

考慮各類型宿舍不同的管理、計(jì)量需要,如本科生宿舍通常會(huì)實(shí)行夜間斷電管理,宿舍居室照明回路、空調(diào)回路等不同回路各學(xué)校計(jì)費(fèi)需求會(huì)有所差異,宿舍居室的配電設(shè)計(jì)需結(jié)合具體需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。兩人間宿舍配電平面圖如圖3所示。四人間宿舍配電平面圖如圖4所示。套間宿舍配電平面圖如圖5所示。宿舍居室配電設(shè)計(jì)需要特別注意宿舍內(nèi)配電箱安裝位置及高度、普通插座安裝高度等細(xì)節(jié)問題,配電箱安裝需要避開宿舍內(nèi)有水區(qū)域,同時(shí)考慮用電安全,杜絕觸電、引發(fā)火災(zāi)等隱患,當(dāng)相鄰宿舍居室配電箱背靠背安裝時(shí)需注意錯(cuò)位,安裝在衣柜后時(shí)需協(xié)調(diào)家具開孔;宿舍居室內(nèi)書桌插座通常要求安裝在桌面以上高度(如距地900 mm);當(dāng)配電箱、開關(guān)、插座和照明燈具靠近可燃物時(shí),應(yīng)采取隔熱、散熱等防火措施。

圖3 兩人間宿舍配電平面圖

圖4 四人間宿舍配電平面圖

圖5 套間宿舍配電平面圖

現(xiàn)階段新建學(xué)校宿舍居室都有計(jì)量需求,根據(jù)計(jì)量表計(jì)安裝位置的不同,宿舍單元配電可分為宿舍居室內(nèi)配電箱計(jì)量和樓層配電柜計(jì)量兩種方案。采用宿舍居室內(nèi)配電箱計(jì)量方案時(shí),可在宿舍居室配電箱內(nèi)設(shè)置多功能預(yù)付費(fèi)表計(jì),由多功能預(yù)付費(fèi)表計(jì)引出照明、插座、空調(diào)、熱水器等配電回路,實(shí)現(xiàn)不同配電回路的計(jì)量、管理等。宿舍內(nèi)計(jì)量模式四人間配電箱系統(tǒng)圖如圖6所示。采用樓層配電箱計(jì)量方案時(shí),在樓層配電柜內(nèi)設(shè)置多功能預(yù)付費(fèi)表計(jì),引出配電回路1(宿舍單元內(nèi)分配為照明、插座等夜間斷電控制回路)、配電回路2(宿舍單元內(nèi)分配為空調(diào)、電熱水器等非夜間斷電控制回路)至宿舍配電箱。樓層計(jì)量模式四人間配電箱系統(tǒng)圖如圖7所示。樓層計(jì)量模式下樓層配電柜系統(tǒng)圖如圖8所示。

圖6 宿舍內(nèi)計(jì)量模式四人間配電箱系統(tǒng)圖

圖7 樓層計(jì)量模式四人間配電箱系統(tǒng)圖

圖8 樓層計(jì)量模式下樓層配電柜系統(tǒng)圖

當(dāng)考慮成本問題采用普通表計(jì)或未安裝表計(jì)時(shí),可在宿舍居室配電回路加裝接觸器,將控制線路接至宿舍值班室按鈕控制箱,實(shí)現(xiàn)宿舍管理人員統(tǒng)一管理和操作。

結(jié)合近年來參與的宿舍建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目,為滿足學(xué)校對宿舍居室的管理、計(jì)量需要,通常會(huì)配置一套宿舍用電節(jié)能管理系統(tǒng)進(jìn)行收費(fèi)、控制、限時(shí)供電等控制管理。宿舍用電節(jié)能管理系統(tǒng)可分為主控層、通信層、設(shè)備層,配置監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)融合終端等。宿舍用電節(jié)能管理系統(tǒng)如圖9所示。監(jiān)控主機(jī)可設(shè)置在宿舍一層管理員辦公室內(nèi),用于監(jiān)控每套宿舍的用電情況,并與學(xué)校消防安?？刂剖衣?lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)在線控制每個(gè)房間或整棟建筑的通電斷電、限制每個(gè)用戶使用的最大負(fù)荷、進(jìn)行惡性負(fù)載識(shí)別等功能。

5 公共區(qū)域配電

宿舍建筑公共區(qū)域的配電按表1中所列負(fù)荷等級(jí)結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)即可,需要特別注意床位數(shù)量大于500張的特大型宿舍項(xiàng)目的客梯、生活給水泵、排水泵應(yīng)按不低于—級(jí)負(fù)荷供電,一般多層宿舍也能達(dá)到特大型宿舍標(biāo)準(zhǔn)。為便于宿舍管理需要,宿舍公共區(qū)域照明通常采用智能照明系統(tǒng)進(jìn)行控制,也可采用照明配電回路加裝接觸器方案實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。

6 智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為適應(yīng)使用及管理需求,高校宿舍通常設(shè)置通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、綜合安全防范系統(tǒng)、公共廣播及消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)、能耗監(jiān)測系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、一卡通應(yīng)用系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)等智能化系統(tǒng)[6],另可結(jié)合管理需要設(shè)置宿舍管理系統(tǒng)、攀爬警戒系統(tǒng)、高空拋物監(jiān)控系統(tǒng)等系統(tǒng)。宿舍建筑可根據(jù)校園整體規(guī)劃設(shè)置消控安保機(jī)房、電信間等智能化機(jī)房。

7 專業(yè)配合及其他注意事項(xiàng)

7.1 與建筑、室內(nèi)專業(yè)配合

需要提前與建筑、室內(nèi)專業(yè)協(xié)調(diào)宿舍居室配電箱安裝位置,復(fù)核裝飾專業(yè)布置照明燈具照度 及LPD是否滿足規(guī)范及使用要求,復(fù)核裝飾專業(yè)布置插座高度位置是否滿足安全性、便捷性要求。另外,部分宿舍建筑由于建筑造型原因頂層房間層高會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)層高2～3 m或出現(xiàn)坡頂情況,此時(shí)需要特別注意宿舍內(nèi)燈具安裝高度問題。

7.2 與水暖專業(yè)配合

電氣專業(yè)與裝飾專業(yè)配合時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注暖氣片與插座等電氣設(shè)備安裝位置,避免沖突;另外南北分體空調(diào)類型不同,單冷空調(diào)、電輔熱空調(diào)等用電功率上會(huì)有差異,注意宿舍居室內(nèi)空調(diào)電源的提供。當(dāng)設(shè)置吊扇時(shí),需要注意吊扇與燈具的安裝位置關(guān)系。宿舍建筑公共走道采用裸頂方案時(shí),需要注意走道燈具與橋架、水管、風(fēng)管的安裝位置關(guān)系,避免燈具被遮擋影響照明效果。

7.3 其他注意事項(xiàng)

低壓進(jìn)線的宿舍電氣系統(tǒng)接地方式通常采用TN-C-S或TN-S系統(tǒng),在單體建筑內(nèi)設(shè)置總等電位連接,在有淋浴的衛(wèi)生間等場所設(shè)置局部等電位連接;宿舍居室內(nèi)插座配電回路設(shè)置剩余電流保護(hù)裝置,宿舍的電源插座均采用安全型電源插座;當(dāng)正常照明燈具安裝高度在2.5 m及以下,且燈具采用交流低壓供電時(shí),應(yīng)設(shè)置剩余電流動(dòng)作保護(hù)電器作為附加防護(hù),這類安全問題在設(shè)計(jì)過程中不容疏忽。

8 結(jié) 語

高校學(xué)生宿舍電氣設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國家、地方政府相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求,了解學(xué)校使用方的實(shí)際需求,結(jié)合宿舍建筑自身特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)等,并關(guān)注電氣的安全與節(jié)能問題。高校宿舍建筑電氣設(shè)計(jì)總體來說并不復(fù)雜,但在設(shè)計(jì)過程中,需要精心考慮,確保宿舍建筑電氣設(shè)計(jì)質(zhì)量。