中小学建筑电气设计要点及实例分析_黄晓炜.pdf

江西建材规划设计与勘察1482023年1 月作者简介：黄晓炜（1985-），男，福建建瓯人，本科，工程师，主要研究方向为建筑电气设计。中小学建筑电气设计要点及实例分析黄晓炜江西省建筑设计研究总院集团有限公司厦门分公司，福建 厦门 361000摘 要：文中以中小学建筑物电气系统设计为研究对象，以优化设计中小学建筑物的电气系统为研究目的，提高电气系统运行的稳定性和安全性，充分满足中小学建筑物的使用需要。通过本次研究，能够进一步了解中小学建筑物电气系统的设计需要，形成清晰的电气系统设计思路和方法，进一步形成科学规范的中小学建筑物电气系统的设计模式。关键词：中小学建筑物；电气设计；实例分析中图分类号：TU22文献标志码：B文章编号：1006-2890（2023）01-0148-03Key Points and Case Analysis of Electrical Design for Primary and Secondary School BuildingsHuang XiaoweiXiamen Branch of Jiangxi General Architectural Design and Research Institute Group Co.Ltd.,Xiamen,Fujian 361000Abstract:This paper takes the electrical system design of primary and middle school buildings as the research object,and takes the optimization design of the electrical system of primary and middle school buildings as the research purpose,so as to improve the stability and safety of the electrical system operation and fully meet the use needs of primary and middle school buildings.Through this study,we can further understand the design needs of the electrical system of primary and secondary school buildings,form clear design ideas and methods of the electrical system,and further form a scientific and standardized design model of the electrical system of primary and secondary school buildings.Key words:Primary and secondary school buildings;Electrical design;Case analysis0 引言随着我国教育事业的快速发展，各地区中小学基础设施建设水平不断提升，各学校纷纷对校内建筑物进行改建和扩建，力求为中小学生营造良好的学习环境。相较于商住建筑物，中小学建筑物具有更加复杂的功能需求，不仅需要具备照明功能，更要满足室内教育教学活动的电气化教学、智能化教学需求，同时具备符合标准的安全性能1。常见的中小学建筑物电气设计主要包括：低压配电、照明系统、接地及安全防护与专业配合设计，而在实际工程中，设计人员需要考虑实际的建筑物情况与中小学的建筑物使用需求，在完成基本电气设计的同时优化电气系统结构与各项性能参数，从而提升电气设计整体水平。1 中小学建筑电气设计的规范中小学建筑电气设计适用规范包括：（1）GB 51348-2019民用建筑电气设计标准；（2）GB 50034-2013 建筑照明设计标准；（3）GB 50055-2011通用用电设备配电设计规范 与GB 50054-2011 低压配电设计规范；（4）GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范 与 GB 50116-2014建筑设计防火规范（2018 年版）；（5）JGJ/T 310-2013 教育建筑电气设计规范；（6）GB 50099-2011中小学校设计规范。2 中小学建筑电气设计要点分析2.1 低压配电分析 低压配电系统是中小学建筑电气系统内的主要构成部分，也是中小学建筑物内各项电力设施运行的基本载体。在中小学建筑电气系统的低压配电设计环节，设计人员应当考虑建筑物内的基本电力、照明、空调暖通设备、消防、食堂厨房设施的配电需求，按其功能与使用性质以及其负荷等级合理区分。同时，还需要注意以下事项：（1）根据建筑物结构，尽可能采用放射式线路、树干式线路结构，或者采用这两种形式相结合的方法，形成配电系统。这样做能够针对大容量供电设备、机房设备、消防设施进行相对独立配电，并且将其与楼层的普通用电设施进行集中配电2。（2）建筑物内的电源进线箱应设置具有带隔离和保护功能的电器，以确保接地装置可靠性，同时分别在每个楼层之内设置配电箱，方便电源的切除。（3）对于教学楼内设的非教学用房，其配电支路需要与教学用房分开，方便对教学用电的集中控制。（4）针对建筑物内的插座，应采用安全型插座。计算机教室内用于计算机电源插座的采用 A型剩余电流保护器。2.2 照明设计分析设计人员应根据中小学建筑物的实际情况，灵活开展照明系统的电气设计，针对建筑物内不同类型照明系统开展不同的设计3。（1）教室内照明应当根据教室的实际情况设计灯具的高度，JGJ/T 310-2013教育建筑电气设计规范 中要求灯具与桌面的垂直距离1.7m，一般取灯具距地面的安装高度江西建材规划设计与勘察1492023年1 月2.52.9m，距课桌面1.72.1m。灯具长轴与黑板垂直，灯具采用分组控制，所控制灯具分组与采光窗平行，在不影响教室正常使用的同时充分利用自然光；对于教室内的黑板灯，可以选择黑板专用灯具，采用吊装或采用支架壁挂安装，灯具与黑板之间的水平距离一般取0.71m。黑板灯控制开关安装在黑板旁，采用一灯一开关的控制方式；（2）公共走廊及公共活动场所等区域照明可分为两个或多个回路进行配电。其控制方式除采用就地分组控制的方式外，还通过在公共照明配电箱处设置时间控制器或采用智能照明控制系统，再根据实际使用及自然采光情况下打开或关闭相应的照明回路。2.3 接地及安全防护分析学校的教学楼、图书馆、食堂和集体宿舍均为人员密集场所，接地对电力系统和设备安全运行，对人员的人身安全，都起着很大的作用。中小学教育建筑的接地系统包括以下几个部分：保护接地、防雷接地和功能接地。教育建筑宜采用共用接地装置；根据项目的规模、重要性及工程所在地的年平均雷暴日数等，确定防雷分类及雷电防护等级；建筑主体屋面架设接闪器以防直击雷，保证屋面电气设备及用可导电管道连接至建筑内的其他屋面固定装置均处在接闪器保护范围之内，并按照相关标准要求设置防雷电波侵入设备。如工程所在地处于沿海地区，屋面明敷的接闪器还需通过加大其截面积或采用其他防腐措施。建筑物内栏杆、金属门窗、金属管道等不带电的金属构件进行总等电位联结，卫生间、淋浴间等场所进行局部等电位联结，学校的计算机教室及其工作室需考虑设置防静电措施4。2.4 专业配合分析 教室是中小学建筑物的主要区域，也是电气设计时需要重点考虑的区域。在中小学建筑电气设计时，设计人员可在每间教室内单独设置配电箱，并采用不同回路，分别设计电源内的插座、照明用电线路；可预留多媒体装置的插座与电源线，预留室内风扇的电源线5。现代学校食堂厨房大都采用电气化厨具，其用电设备种类多且容量较大，为避免出现预留负荷不足的情况，电源进线需考虑一定的余量；厨房专间内需设置紫外线消毒灯，紫外线消毒灯的开关应设置在厨房专间外，为了便于识别和操作，采用底边距地1.8m的安装方式并与其它照明开关面板有明显区分标志，以免误开启6。厨房专间内配备紫外辐射照度计；厨房内在使用或产生水或水蒸气的粗/细加工间、烹饪间、洗消间等场所，其中用电设备使用环境温度高、潮湿，需关注电气设备的防护措施。为了保证用电安全，安装的电气设备外壳、插座、灯具等的防护等级应不低于 IP54，操作按钮的防护等级应不低于 IP55；该区域以及厨房的配电回路包括各种厨房用电设备、照明设备以及插座均采用带剩余电流保护的断路器；为保障线路安全，电气线路配管采用厚壁镀锌钢导管其壁厚度不小于2.0mm；厨房内配电桥架一般敷设在吊顶内，但也要避免敷设在蒸锅及灶具等会产生大量水蒸气及大量热的设备上方，按GB 51348-2019 民用建筑电气设计标准 的要求：厨房内电缆槽盒、设备电源管线，应避开明火2.0m以外敷设；电缆槽、盒应避开产生蒸汽等热气流2.0m以外敷设。3 相关实例3.1 工程概况某学校建设工程总建筑面积为47188.53m2，包括地上27381.53m2、地下19807m2，其中，教学楼与教学综合楼，地上六层，建筑面积约为20958.66m2，建筑高度约为23.95m，属于为多层公共建筑，设计耐火等级为二级。食堂与教师宿舍，地上五层，建筑面积为3260.68m2，建筑高度为22.05m，属于多层公共建筑，设计耐火等级二级，地下设计为类地下汽车库，耐火等级二级。本工程建筑物分别为：教学楼、教学综合楼、食堂、教师宿舍，均为多层公共建筑物。室外消防用水量为40L/s；地下室为类地下汽车库；消防用电负荷为一级负荷。教学楼及教学综合楼内的走廊与过道的照明系统、食堂内厨房的设备用电、冷库与操作间及备餐间的照明用电均为二级负荷，其余为三级负荷。3.2 工程电气设计为了更好地实现上述四点基础电气设计工作，分别采取如下措施，以确保四点基础电气设计工作的有序落实，同时兼顾本工程建筑物内的教育教学、安全实施与电气设施使用需求，以提升建筑物的电气功能性与安全性水平。3.2.1 供配电系统设计本工程设置一个变配电室，受条件限制，变配电室设在教学楼综合楼裙房的一层与主楼通过连廊连接。变配电室上、下及四周均不与宿舍、教室等教育性质的房间相贴邻，变配电室的门直接开向室外，通向主楼的走道不设置门。为保证供电可靠性，引来两路10kV高压市政进线，高压电缆穿管埋地引至一层的变配电室，之后引入高压进线柜。高压系统采用单母线分段的方式，两路电源同时运行，互为备用。当一路电源故障时，另一路电源通过联络开关投入运行；低压部分采用单母线分段的方式，变压器为分列运行，中间设置联络开关。为提高消防负荷及其他重要负荷供电的可靠性，设应急母线段；设置一台柴油发电机，柴油发电机组其相序应与市电相序一致，在市电停电后30s内自动投入供电。市政电源与柴油发电机之间设机械、电气联锁。本工程中的消防电气设备、应急照明、报警系统等一级负荷由普通母线段和应急母线段两个低压回路在末端配电箱处切换供电。3.2.2 电气设计根据本工程的平面图纸，详细了解每栋建筑物、每层楼层的电气设备位置与参数，包括电气设备的安装位置、电气装置的安装高度与角度、电气线路的布线与走向等。本项目中教学楼各教室内均安装有分体式空调，其配电自成系统设置专用回路，同一层内的分体空调电源均引自设置在本层配电间内的空调配电箱，便于学校对空调使用进行管控；根据建筑照明设计规范标准要求，开展相应照明工程设计，落实各栋建筑物、建筑物内各教室与办公室的照明设计标准，具体要求如表1 所示。表1 各建筑物内照明灯具照度与标准序号场所照明功率密度/（W/m2）平均照度/（1x）参考平面1走廊2.050地面2教室8.0300课桌面3计算机教室13.55000.75m水平面4美术教室13.5500桌面5多媒体教室8.03000.75m水平面6消防控制室8.03000.75m水平面7水泵房、风机房3.5100地面8办公室8.03000.75m水平面9会议室8.03000.75m水平面10卫生间3.075地面（下转第152 页）江西建材规划设计与勘察1522023年1 月单一墙的槽段防水处理难度较大，整体性较差，一般不采用。地连墙宜与主体结构一起受力，并作为主体结构的一部分。墙体结合方式可选用复合式或叠合式，根据防水及受力等要求选用。叠合墙相较于复合墙，通过凿毛墙体表面、预留锚固钢筋或者设置剪力槽使地连墙和内衬墙合二为一，充分发挥支护结构的作用。但是，由于地连墙先于侧墙施工且变形基本完成，刚度也远大于侧墙，其对侧墙的收缩变形有很强的约束作用，使侧墙受拉而开裂渗水。本工程为泵站，对防水的要求较高，综合考虑宜采用复合式构造，在地连墙和侧墙之间设置柔性防水层，使侧墙单独受力，施工难度较小，防水体系也更加有保障。管理用房平面尺寸为25.0m10.8m。考虑到地勘揭示有溶洞，因此采用筏板基础以降低基底压力，减少对溶洞的影响。地基处理时，先用双液注浆封堵周边溶洞，中间的溶洞再采用单液注浆，要求地基承载力不小于120kPa。筏板厚度为500mm，从柱边向外挑出600mm，持力层为粗砾砂和粉质黏土层。上部为两层框架结构，一层高4.8m、二层高4.0m。柱截面尺寸为500mm500mm，横向柱距为5.0m，纵向柱距为4.3m和6.5m。首层及屋面板板厚取120mm，其他楼层板取100mm。4.3 周边建筑物的保护根据武广雅瑶站点的相关图纸，通信杆及机房均采用灌注桩基础，其中通信杆以微风化灰岩为持力层，桩长10.5m、桩径2m。机房以粉质粘土为持力层，桩长7m、桩径0.8m。机房采用框架结构，整体性较好，并且通信杆及机房外采用两排松木桩进行保护。雅瑶站点采用框架结构+桩基础，不容易沉降及倾斜，在一般外力作用下，不会产生倒塌与倾覆现象，整体的安全性有保障。除臭基础及管理用房基础埋深为1m，距离较远，对武广雅瑶基站没有影响。泵站基坑深度为13.6m，武广通信杆及机房离泵站净距为11.5m，位于泵站的南侧，在1倍基坑深度范围以内。泵房基坑采用地连墙+内支撑支护，可做到周边地表沉降小，水土不流失。靠近通信杆及机房一侧，采用单排D500高压旋喷桩保护，搭接150mm，桩长约10m，平面长度为10m，可以隔离扰动并防止水土流失。5 结语综上所述，岩溶地区的泵站宜采用地连墙+混凝土内支撑的支护方式。针对岩溶地区地下水丰富的情况，采用双液注浆封堵+单液注浆填充的方式进行处理。采用复合墙的方法可使地连墙和衬墙共同受力，以提高防水能力。结果表明，该方法对于岩溶地区的泵站设计有着良好的效果。参考文献 1 刘锐.岩溶地层地下连续墙槽壁附近溶洞封闭的施工技术J.建筑机械化，2016（3）：53-55.2 徐情根，邓锦波，徐醒华，等.岩溶地区大型复杂的超深基坑支护结构选型J.建筑技术开发，2012（4）：22-25.3 陈保国，闫腾飞，王程鹏，等.地铁车站复合墙结构体系受力特性J.哈尔滨工业大学学报，2020（9）：66-73.4 谢申举，王栋旭，郑立志，等.地铁车站叠合墙裂缝生成机理与控制要点J.建筑技术，2018（11）：1174-1176.5 李国胜.岩溶地区地基处理及基础设计方法探讨J.建筑结构，2020（2）：119-128.6 吕仁国，赵敏.西岗子泵站设计J.水利科技与经济，2013，19（5）：40-41.7 沈福云，沈葵花，沈国锋，等.南边排灌结合泵站设计综述J.黑龙江水利科技，2022，50（2）：114-116，147.3.2.3 电气节能设计 节能设计的主要目的是在满足建筑功能需求的前提下减少能源消耗及提高能源利用效率。工程中与建筑专业沟通综合考虑变配电室设置的位置，在符合规范要求及不影响建筑使用功能的前提下，尽量使变配电室靠近负荷中心，缩短供电半径从而减少线路上的损耗；对于变配电室内的变压器，应当选择空载损耗及负载损耗低，能效等级符合规范要求的节能产品。合理选择变压器容量，使变压器运行在更为经济的参数范围内，以减少不必要的损耗；照明系统中除充分利用自然光及根据应用的场所合理选择灯具照明控制方式外，还需选用高效的光源，在满足照度均匀度的情况下选用单灯功率大的光源。灯具效率需要满足规范要求；对于教学楼各层设置电开水器，为了确保开水器在夜间及周末等无人使用时段停机，可以在电开水器配电回路上设置时间控制器。设置能耗计量系统，该系统以各种计量表计为基础，通过对照明插座用电、空调用电、动力用电（电梯、水泵等）、特殊用电（厨房、餐厅、计算机机房等）等分项进行电能监测与计量，获得供能效分析与节能诊断所需要的数据。监测关键设备运行状况，实时掌握能耗情况，对整个项目的用电进行综合管理。提高能源利用率，减少浪费。4 结语根据建筑物建设及电气工程有关规范标准提出本工程的总体电气设计方向，之后从供配电系统、电气子系统、电气节能三个角度入手，逐一呈现电气设计方法，得到以下结果。（1）中小学建筑物的电气系统安全性要求更高，要满足安全性需求就应当落实学校建筑物电气系统建设的有关规范和技术标准。（2）电气线路、供配电和节能装置共同构成了学校建筑物电气系统，设计人员应当保证这三个部分电气与总体电气系统设计的理念相同、互相协调。在今后的学校建筑物电气设计中，应严格遵循规范标准和技术要求，以安全运行、稳定运行作为设计导向，最终得到科学合理的电气系统设计方案。参考文献 1 张蕾.浅谈中小学校园建筑电气设计J.新型工业化，2022，12（9）：152-156.2 潘晔.学校礼堂建筑电气设计简析J.中国建筑金属结构，2022（8）：166-168.3 钱冰.探析建筑电气设计存在的问题及对策J.绿色环保建材，2021（12）：71-72.4 梁志超.建筑电气设计中相关问题分析J.建筑电气，2021，40（11）：13-15.5 花新齐.学生宿舍建筑电气设计分析J.现代建筑电气，2021，12（9）：46-50.6 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