博物館建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

摘要： 結(jié)合參與完成的各類型博物館項(xiàng)目，簡(jiǎn)要闡述了博物館類建筑的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，包括此類建筑用電負(fù)荷的分級(jí)、負(fù)荷計(jì)算的方法，供配電系統(tǒng)的合理選擇，季節(jié)性負(fù)荷專用變壓器的設(shè)置等。結(jié)果可為同類項(xiàng)目提供參考。關(guān)鍵詞： 博物館建筑; 負(fù)荷計(jì)算; 專用變壓器; 供配電

中圖分類號(hào)： TU855文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)： 1674-8417（2024）07-0024-05

DOI： 10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.07.005

0引言

博物館建筑是提供歷史文物、自然標(biāo)本和其他實(shí)物資料的收藏保管、陳列宣傳和科學(xué)研究的公共文化建筑，是為公眾提供知識(shí)、教育和欣賞的文化教育機(jī)構(gòu)。近年來(lái)，伴隨國(guó)家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，為滿足人民群眾日益增長(zhǎng)的物質(zhì)精神文化需求，作為人類物質(zhì)文明和精神文明的載體，博物館建筑近十年來(lái)在我國(guó)得到非常迅猛的發(fā)展。無(wú)論從人員的密集度，還是博物館藏品的重要性方面考慮，一套安全、可靠、先進(jìn)和合理的供配電系統(tǒng)，對(duì)博物館類建筑的正常運(yùn)作顯得尤為重要。本文就結(jié)合完成的博物館項(xiàng)目，介紹一下博物館建筑的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

1博物館項(xiàng)目分類及特點(diǎn)

1.1博物館項(xiàng)目分類

根據(jù)JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］，博物館建筑一般按兩類標(biāo)準(zhǔn)分類。

（1） 按博物館的藏品和基本陳列內(nèi)容分類。博物館可劃分為歷史類博物館、藝術(shù)類博物館、科學(xué)與技術(shù)類博物館、綜合類博物館。

（2） 按建筑規(guī)模劃分為特大型館、大型館、大中型館、中型館、小型館。博物館建筑規(guī)模分類如表1所示。

某遺址博物館項(xiàng)目，地上3層，地下1層?？偨ㄖ娣e約為3.3萬(wàn)m²，其中地上為2.6萬(wàn)m²，地下為0.7萬(wàn)m²，建筑基底面積為1.3萬(wàn)m²，定性為大型綜合類博物館建筑。

1.2博物館項(xiàng)目的特點(diǎn)

博物館建筑的特點(diǎn)如下：① 建筑占地面積大，并且單層建筑面積大。② 平面復(fù)雜，展廳多樣，高大空間多。

2供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1用電負(fù)荷分級(jí)

負(fù)荷分級(jí)的目的在于根據(jù)不同的負(fù)荷級(jí)別確定用電單位和用電設(shè)備的供電要求和供電措施。負(fù)荷等級(jí)的確定是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，而正確的負(fù)荷等級(jí)的劃分是供配電系統(tǒng)安全、可靠、先進(jìn)和合理的首要保障。

國(guó)際上一般是按應(yīng)急電源自動(dòng)切換的允許中斷供電時(shí)間將負(fù)荷劃分為0 s、小于0.15 s、0.5 s、15 s以及大于15 s共5個(gè)級(jí)別。我國(guó)是根據(jù)對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電在對(duì)人身安全、經(jīng)濟(jì)損失上所造成的影響程度分為一、二、三級(jí)。民用建筑的負(fù)荷分級(jí)一般需滿足GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［2］、GB 50052—2021《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，而對(duì)博物館類建筑，還需滿足JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》。

綜上所述，特大型、大型博物館及高層博物館建筑按一級(jí)負(fù)荷要求供電，其中重要設(shè)備及部位用電應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷要求供電。大中型、中型及小型博物館建筑的重要設(shè)備及部位用電負(fù)荷不低于二級(jí)負(fù)荷要求供電，也即博物館建筑供電負(fù)荷等級(jí)最低為二級(jí)。對(duì)地方小型博物館進(jìn)行配電設(shè)計(jì)需注意，不可按三級(jí)負(fù)荷要求供電。

博物館的各級(jí)負(fù)荷一般如下［3］。

（1） 一級(jí)負(fù)荷：特大型博物館的客梯、排污泵、生活水泵用電;大型博物館的客梯用電;甲等、乙等展廳安全防范系統(tǒng)、備用照明用電。其中，特大型博物館的應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)用電;珍貴展品展室照明及安全防范系統(tǒng)用電為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。

（2） 二級(jí)負(fù)荷：特大型會(huì)展建筑的展廳照明.主要展覽、通風(fēng)機(jī)、閘口機(jī)用電;大型及中型會(huì)展建筑的展廳照明，主要展覽、排污泵、生活水泵、通風(fēng)機(jī)、閘口機(jī)用電;中型會(huì)展建筑的客梯用電;小型會(huì)展建筑的主要展覽、客梯、排污泵、生活水泵用電;丙等展廳備用照明及展覽用電。

另外，對(duì)于有恒溫恒濕要求的藏品庫(kù)房、陳列展覽區(qū)的空調(diào)用電負(fù)荷，其對(duì)供電可靠性要求較高，負(fù)荷等級(jí)也須按不低于二級(jí)考慮。這點(diǎn)對(duì)設(shè)置有較多的藏品庫(kù)房、陳列展覽區(qū)大型博物館變壓器容量選型會(huì)有較大影響。

本項(xiàng)目定性為大型博物館，按一級(jí)負(fù)荷要求供電。

一級(jí)負(fù)荷主要有：消防電力設(shè)備（包括防排煙風(fēng)機(jī)、消防水泵、防火卷簾等），應(yīng)急照明，走道照明，值班照明，警衛(wèi)照明，安防系統(tǒng)用電，電子信息設(shè)備機(jī)房用電，客梯用電，排污泵，生活水泵用電等。其中，安防系統(tǒng)用電、珍貴展品展室照明用電等重要用電設(shè)備按一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷中設(shè)計(jì)。

二級(jí)負(fù)荷主要有：恒溫恒濕空調(diào)用電，展覽用電;

三級(jí)負(fù)荷主要有：除一、二級(jí)負(fù)荷以外的其他用電設(shè)備。

2.2博物館建筑用電負(fù)荷的特點(diǎn)

負(fù)荷計(jì)算是設(shè)計(jì)中合理選擇變壓器及電線電纜的重要依據(jù)。民用建筑通常采用單位指標(biāo)法和需要系數(shù)法。為提供準(zhǔn)確負(fù)荷計(jì)算，有必要對(duì)博物館分區(qū)域的用電負(fù)荷特點(diǎn)做充分了解。

綜合類博物館一般由公眾區(qū)域、業(yè)務(wù)區(qū)域和行政區(qū)域組成。公眾區(qū)域設(shè)置有陳列展覽區(qū)、教育區(qū)、服務(wù)設(shè)施;業(yè)務(wù)區(qū)域設(shè)置有藏品庫(kù)區(qū)、藏品保護(hù)技術(shù)區(qū)、業(yè)務(wù)與科研研究用房;行政區(qū)域設(shè)置行政管理區(qū)和附屬用房。下面就不同區(qū)域分析博物館類建筑的用電負(fù)荷特點(diǎn)。

（1） 公眾區(qū)域。

公眾區(qū)域的陳列展覽區(qū)一般需要專業(yè)布展進(jìn)行二次深化，適合采用單位指標(biāo)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。但此區(qū)域?yàn)椴┪镳^的核心區(qū)域，也是用電最復(fù)雜區(qū)域，單位指標(biāo)不能一概而論。不同展廳、不同的展品，其對(duì)照度以及色溫都有不同的要求，對(duì)應(yīng)照明功率密度值也不一樣。展廳展品照度標(biāo)準(zhǔn)值如表2所示。鑒于此，電氣設(shè)計(jì)師在初期需要多與業(yè)主溝通，確定不同展廳性質(zhì)，以便能更精準(zhǔn)地估算出展覽區(qū)的用電負(fù)荷容量，避免電源容量不夠造成后期重新改造。例如有些展廳，承擔(dān)多種布展要求，用電容量需按布展要求用電最大的模式考慮預(yù)留;有些臨時(shí)展廳，現(xiàn)階段用電量不大，但后期會(huì)根據(jù)需求調(diào)整展覽的布置，這類展廳又需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高單位指標(biāo)。

公眾區(qū)域的教育區(qū)主要涉及影視廳、報(bào)告廳、教室、活動(dòng)室之類。影視廳和報(bào)告廳需要確認(rèn)是否需要有大功率投影儀，顯示屏、音響甚至升降電動(dòng)設(shè)備等工藝用電的大負(fù)荷用電需求。對(duì)于音視頻要求較高的，還須考慮單獨(dú)設(shè)置音視頻配電回路，考慮音視頻供電系統(tǒng)獨(dú)立接地的可能。在初步設(shè)計(jì)階段，投影儀按1.0 kW/臺(tái)，顯示屏按1.0 kW/m²預(yù)留電源;在施工圖階段，按照工藝設(shè)計(jì)單位用電提資復(fù)核預(yù)留電量。

公眾區(qū)域的服務(wù)設(shè)施區(qū)主要是售票、休息、貴賓室、廣播室等服務(wù)房間。需要重點(diǎn)對(duì)茶座、餐廳、商店等對(duì)外營(yíng)業(yè)的服務(wù)區(qū)按使用要求，選取對(duì)應(yīng)單位指標(biāo)預(yù)留足夠電源，例如餐飲須按有無(wú)燃?xì)夥謩e選不同指標(biāo)計(jì)算用電負(fù)荷，在前期無(wú)提資的情況下，有燃?xì)獍?50 W/m²，無(wú)燃?xì)獍? 000 W/m²預(yù)留電源（面積區(qū)域?yàn)閺N房和餐廳總和）。

（2） 業(yè)務(wù)區(qū)域。

業(yè)務(wù)區(qū)域的藏品庫(kù)區(qū)主要為照明，按照庫(kù)房照度標(biāo)準(zhǔn)，單位指標(biāo)法就能準(zhǔn)確計(jì)算用電容量。

業(yè)務(wù)區(qū)域的藏品技術(shù)區(qū)一般為文物臨時(shí)庫(kù)房以及文物修復(fù)工作室。修復(fù)工作室除按普通辦公指標(biāo)估算外，還需要考慮有熏蒸、烘干等要求的工藝用電設(shè)備。

業(yè)務(wù)區(qū)域的業(yè)務(wù)與研究用房一般為研究室、展列設(shè)計(jì)室、美工室，參考辦公室指標(biāo)預(yù)留用電容量。信息中心由服務(wù)器機(jī)房、計(jì)算機(jī)房等組成，參考GB 50174—2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置電源。

（3） 行政區(qū)域。

行政區(qū)域的管理區(qū)主要設(shè)置行政辦公室、會(huì)議室、物業(yè)管理用房，按辦公室指標(biāo)預(yù)留用電容量。另外設(shè)置安保中心和消控中心，建筑設(shè)備監(jiān)控室，參考GB 50174—2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置電源。

行政區(qū)域的附屬用房主要為設(shè)備機(jī)房及車庫(kù)等。伴隨電動(dòng)車的普及率越來(lái)越高，電氣設(shè)計(jì)須考慮車庫(kù)全部設(shè)置充電樁的可能，考慮設(shè)置對(duì)應(yīng)配電土建房間的預(yù)留。

除了上述負(fù)荷外，空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵以及電梯等動(dòng)力設(shè)備，這些由其他專業(yè)提資給電氣專業(yè)，采用需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。

需要注意的是，除了室內(nèi)用電負(fù)荷外，一般博物館類建筑為地方標(biāo)志建筑，室外景觀照明和泛光照明都會(huì)高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，設(shè)計(jì)階段需要預(yù)留足夠容量的室外景觀照明用電和室外動(dòng)力設(shè)備用電。對(duì)于平時(shí)不用的消防設(shè)備，一般總?cè)萘啃∮诜窍镭?fù)荷總?cè)萘浚挥?jì)入變壓器計(jì)算。季節(jié)性負(fù)荷應(yīng)分別計(jì)算冬季采暖用電負(fù)荷和夏季制冷用電負(fù)荷，取其大者計(jì)入正常的設(shè)備容量。

2.3供配電系統(tǒng)

（1） 供電電壓及供電電源。

本項(xiàng)目通過(guò)上述負(fù)荷分類計(jì)算，負(fù)荷計(jì)算結(jié)果安裝容量為4 203 kW，其中冷凍機(jī)房區(qū)域用電設(shè)備安裝容量為860 kW，一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷安裝容量為90 kW。

按規(guī)范采用10 kV供電，由上一級(jí)電業(yè)開閉所引來(lái)雙重10 kV電源供電，雙重10 kV電源同時(shí)供電。

本項(xiàng)目一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，按規(guī)范需設(shè)置第三電源。第三電源的方案一般有兩種：一種獨(dú)立設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組電源;一種應(yīng)急供電保障措施可靠，可以預(yù)留柴油發(fā)電機(jī)供電接口。

初步評(píng)審階段，當(dāng)?shù)毓╇姴块T確認(rèn)當(dāng)?shù)貞?yīng)急供電保障措施可靠，能在0.5 h內(nèi)為本項(xiàng)目提供移動(dòng)電源。設(shè)計(jì)結(jié)合項(xiàng)目特別重要負(fù)荷供電容量及當(dāng)?shù)貞?yīng)急供電保障措施，第三電源除采用蓄電池供電，蓄電池供電時(shí)間不小于0.5 h。同時(shí)在建筑外墻預(yù)留移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)供電接口，滿足一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷供電要求。

（2） 變電所及變壓器的選取。

綜合考慮建筑的功能要求以及負(fù)荷分布的情況，盡量使得變電所靠近負(fù)荷中心。對(duì)占地面積大的博物館而言，考慮分區(qū)域設(shè)置多處變電所。

確定變壓器的容量和數(shù)量時(shí)須從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度出發(fā)考慮季節(jié)性負(fù)荷，同時(shí)須考慮當(dāng)?shù)毓╇姽緦?duì)變壓器容量要求。

本項(xiàng)目根據(jù)負(fù)荷計(jì)算，空調(diào)制冷設(shè)備等季節(jié)性負(fù)荷用電容量占總用電量超過(guò)20%，而這些負(fù)荷在過(guò)渡季節(jié)處于停機(jī)狀態(tài)，設(shè)置專用變壓器可以避免變壓器過(guò)渡季節(jié)負(fù)載率偏低的情況，降低變壓器損耗，達(dá)到節(jié)能目的。

為此，本項(xiàng)目共設(shè)置了2處變電所：1#變電所（兼高壓配電室）設(shè)置了2臺(tái)1 250 kVA動(dòng)照變壓器，位置靠近建筑負(fù)荷中心;2#變電所靠近冷凍機(jī)房，設(shè)置了1臺(tái)1 000 kVA季節(jié)性負(fù)荷的專用變壓器，過(guò)渡季節(jié)切除專用變壓器。

（3） 變配電系統(tǒng)主接線。

本項(xiàng)目高壓配電系統(tǒng)采用單母線分段接線方式，同時(shí)設(shè)置高壓聯(lián)絡(luò)，當(dāng)其中一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路電源能負(fù)擔(dān)本項(xiàng)目全部一、二級(jí)負(fù)荷的需求。

變壓器低壓側(cè)采用單母線分段運(yùn)行，其中2臺(tái)動(dòng)照變壓器低壓側(cè)設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)。各變壓器均同時(shí)工作;相互聯(lián)絡(luò)的2臺(tái)變壓器，其中2臺(tái)進(jìn)線及聯(lián)絡(luò)斷路器設(shè)置電氣及機(jī)械聯(lián)鎖，以確保3臺(tái)斷路器同時(shí)最多只能合上2臺(tái)，當(dāng)其中一臺(tái)變壓器退出運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)可滿足該系統(tǒng)內(nèi)全部一、二級(jí)負(fù)荷的供電要求。

項(xiàng)目供電接線示意圖如圖1所示。

（4） 高低壓配電線路的設(shè)計(jì)。

本項(xiàng)目所有的電線電纜燃燒性能應(yīng)選用燃燒性能A1級(jí)、產(chǎn)煙毒性為t1級(jí)、燃燒滴落物/微粒等級(jí)為d1級(jí)。其中，地下室長(zhǎng)期有人滯留的場(chǎng)所（如消控室、電力值班室等）所選用的電線電纜應(yīng)滿足煙氣毒性為t0級(jí)、燃燒滴落物/微粒等級(jí)為d0級(jí)。

對(duì)于高壓配電線路而言，1#變電所兼高壓配電室引至1#變電所的高壓電纜采用阻燃型10 kV電纜沿電纜溝敷設(shè)。高壓配電室引至2#變電所的高壓線路須經(jīng)過(guò)公共區(qū)域，采用阻燃耐火型號(hào)電纜沿防火10 kV電纜橋架單獨(dú)敷設(shè)。

對(duì)于低壓配電線路而言，理想狀態(tài)是各層核心筒能設(shè)置上下對(duì)齊的強(qiáng)電小間。如前所述，博物館類建筑單層面積大，同時(shí)樓層空間也非常復(fù)雜，空間高差大。同一樓層，有兩層挑空房間，也有三層挑空房間。本項(xiàng)目一層面積就達(dá)1.5萬(wàn)m2，公共走道區(qū)域也出現(xiàn)挑空區(qū)域。如按常規(guī)建筑，要求強(qiáng)電小間垂直對(duì)齊，就出現(xiàn)同一位置的強(qiáng)電小間，在一層低壓出線能走通，到另外一層出線完全無(wú)法走通的情況。此情況下，設(shè)計(jì)師須結(jié)合建筑防火分區(qū)、建筑空間布局、用電負(fù)荷的容量分布以及供電半徑，每層設(shè)置多處強(qiáng)電小間。

本項(xiàng)目1層設(shè)置6處強(qiáng)電小間，2層設(shè)置5處強(qiáng)電小間，其中3處強(qiáng)電小間能做到垂直對(duì)齊。變電所引出的低壓電纜、分消防和非消防采用不同線路敷設(shè)，至1層2層對(duì)齊的強(qiáng)電小間區(qū)域用電負(fù)荷，采用放射與樹干混合配電方式;重要設(shè)備的用電負(fù)荷，以及垂直無(wú)法對(duì)齊的強(qiáng)電小間區(qū)域用電負(fù)荷，采用放射式配電方式。

3結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某大型博物館項(xiàng)目，闡述了博物館類建筑的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與其他公共建筑的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的異同。通過(guò)本文的介紹，能為設(shè)計(jì)此類建筑的電氣同行提供一些參考。

［1］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.博物館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范：JGJ 66—2015［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

［2］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 51348—2019.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2019.

［3］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50034—2013［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

收稿日期： 20240611

On Electrical Distribution About Museum

CHENG Guihua

［Tongji Architectural Design （Group） Co.， Ltd.， Shanghai 200092， China］

Abstract： The author participated in some Museum projects.This paper brief descript the museum building’s electrical distribution system features，including the classification of such buildings electricity load，load calculation method，reasonable choice of supply and distribution system，transformer setting according the season load.The results can provide reference for similar project.

Key words： museum building; load calculation; dedicated transformer; power supply and distribution