新舊《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》防雷類別劃分標準的區(qū)別

馬金福 魯山鷹 汝洪博

(1．湖州市氣象局，浙江 湖州313000;2．浙江省氣象局，浙江 杭州310002)

0 引言

為使建筑物因地制宜的采取恰當?shù)姆览状胧督ㄖ锓览自O(shè)計規(guī)范》規(guī)定：建筑物應根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為3類［1］。其中處于爆炸危險環(huán)境以及重要的建筑物主要是依據(jù)其使用性質(zhì)和重要性劃分，對于一些難以確定的建筑物則根據(jù)其預期風險進行劃分。《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB 50057-2010(以下簡稱新規(guī)范)在防雷分類方面做了較多修改，為使防雷技術(shù)人員更加全面的掌握這部分內(nèi)容，明確與《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB 50057-94(2000年版)(以下簡稱舊規(guī)范)的區(qū)別，本文就此作深入的分析。

1 關(guān)于“爆炸危險環(huán)境”的分類

1．1 “爆炸危險環(huán)境”的分區(qū)

爆炸危險環(huán)境分為爆炸性氣體環(huán)境、爆炸性粉塵環(huán)境［2］。新規(guī)范中關(guān)于爆炸性氣體混合物環(huán)境區(qū)域的劃分沿用舊規(guī)范所采用的《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》GB 50058-92的危險區(qū)域劃分方法;爆炸性粉塵環(huán)境區(qū)域的劃分和代號采用GB 24763-2007/IEC61241-10：2004《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備第3部分：存在或可能存在可燃性粉塵的場所分類》［3］。新舊規(guī)范所采用的危險環(huán)境的分區(qū)方法如表1所示。

從表1可以看出，新舊規(guī)范對于爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域的分區(qū)方法是相同的，仍分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū);對于爆炸性粉塵環(huán)境危險區(qū)域的劃分有變化，舊規(guī)范將其劃分為10區(qū)和11區(qū)，而新規(guī)范劃分為20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)，20區(qū)、21區(qū)分別與舊規(guī)范的10區(qū)、11區(qū)對應，并增加了22區(qū)。

1．2 “爆炸危險環(huán)境”的分類

新舊規(guī)范防雷分類涉及爆炸危險環(huán)境的規(guī)定，如表2所示。

綜合表1和表2的內(nèi)容可知，新舊規(guī)范對于爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域的防雷分類標準是相同的，新規(guī)范提高了可燃性粉塵環(huán)境的防雷要求。修訂后，爆炸性氣體環(huán)境與爆炸性粉塵環(huán)境的3個區(qū)域分別對應，且在防雷分類上的重要性是等同的。

表1 關(guān)于爆炸和火災危險環(huán)境表述對比［2-3］

表2 防雷分類涉及爆炸危險環(huán)境的條文對比

2 關(guān)于“火災危險場所”分類

舊規(guī)范單獨規(guī)定了火災危險環(huán)境的防雷分類，將“根據(jù)雷擊后對工業(yè)生產(chǎn)的影響及產(chǎn)生的后果，并結(jié)合當?shù)貧庀蟆⒌匦巍⒌刭|(zhì)及周圍環(huán)境等因素，確定需要防雷的21區(qū)、22區(qū)、23區(qū)火災危險環(huán)境”劃分為第三類防雷建筑物;而新規(guī)范中取消了火災危險環(huán)境的分區(qū)，火災危險場所不區(qū)分工業(yè)建筑和民用建筑，與部、省級辦公建筑物及其他重要的或人員密集的公共建筑物同列一款，根據(jù)其預計雷擊次數(shù)劃分為二類或三類，提高了火災危險場所的防雷要求。

3 關(guān)于“一般性工業(yè)建筑物”分類

舊規(guī)范中規(guī)定：預計雷擊次數(shù)大于或等于0．06次/a的一般性工業(yè)建筑物應劃為第三類防雷建筑物。也就是說，一般性工業(yè)建筑物不論預計雷擊次數(shù)多少，都屬于第三類防雷建筑物。

新規(guī)范中，一般性工業(yè)建筑物與住宅、辦公樓等一般性民用建筑物一樣，按預計雷擊次數(shù)的多少劃分為二類或三類。

4 關(guān)于“預計雷擊次數(shù)”的變化

這是新規(guī)范關(guān)于防雷分類這部分中變化最大的。一是劃分防雷類別的閾值變化了，二是預計雷擊次數(shù)計算式中各參數(shù)的取值與計算方法有所調(diào)整。

4．1 閾值的變化

如表3所示(略去相關(guān)條款的文字描述)。從閾值來看，防雷類別的劃分比舊規(guī)范的要求高了，也體現(xiàn)了對建筑物防雷安全更加重視。

表3 預計雷擊次數(shù)閾值的對比

4．2 預計雷擊次數(shù)的計算公式中參數(shù)的變化

建筑物年預計雷擊次數(shù)的計算公式為：

式中：N—建筑物年預計雷擊次數(shù)(次/a);

k—校正系數(shù);

Ng—建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年

平均密度［次/(km2·a)］;

Ae—與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的

等效面積(km2)。

新規(guī)范中，k取值的表述及Ng，Ae的計算方法均有改動，下面進行逐一說明。

4．2．1 校正系數(shù)k的變化

舊規(guī)范中關(guān)于k的取值規(guī)定：“金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1．7”，“位于曠野孤立的建筑物取2”;新規(guī)范將其分別修改為“金屬屋面沒有接地的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1．7”，“位于山頂上或曠野的孤立建筑物取2”，表述更加嚴謹，也更具有操作性。

4．2．2 計算雷擊大地年平均密度的變化

新規(guī)范規(guī)定“雷擊大地的年平均密度，首先應按當?shù)貧庀笈_、站資料確定”。舊規(guī)范沒有此類說明，主要原因在于當時的氣象臺站沒有這些資料，只有雷暴日資料是比較完整的，故雷擊密度只能用雷暴日資料計算而得。事實上各個地方每個雷暴日平均閃電次數(shù)是各不相同的，這方面已有很多研究［4-8］。隨著閃電定位系統(tǒng)在各地的應用，各地閃電資料正在逐步積累，在有些地方積累時間已比較長了，故在新版本中有此規(guī)定。當然全國各地情況各異，如果沒有閃電資料，仍用公式計算，但新規(guī)范對此公式做了修改，具體如下：

舊規(guī)范：Ng=0．024 ×T1．3d［次/km2·a)］

新規(guī)范：Ng=0．1 ×Td［次/km2·a)］

新舊規(guī)范關(guān)于雷擊大地年平均密度公式的計算結(jié)果對比如圖1所示。

圖1 新舊規(guī)范雷擊密度公式的幾何圖形

圖1中A、B曲線分別對應新、舊規(guī)范計算式的幾何圖形。兩公式的交點在Td=116時，即雷暴日為116 d的地區(qū)，由兩公式計算的雷擊大地年平均密度是相等的，而我國除少數(shù)強雷區(qū)外，其余大部分地區(qū)的年雷暴日都在116 d以下，因此，根據(jù)新規(guī)范計算出的雷擊大地年平均密度一般比舊規(guī)范的要大。當Td=48時，即年雷暴日為48 d的地區(qū)，兩公式的計算結(jié)果差距最大，為1．12 次/a。

以某地區(qū)長60 m、寬13 m、高20 m(4個單元6層住宅)的一般建筑物為例，不考慮建筑物周邊物體的影響，k值取1，其等效截收面積為0．0208 km2，根據(jù)舊規(guī)范計算得其年預計雷擊次數(shù)為N舊=0．05次/a，新規(guī)范的計算結(jié)果為N新=0．07次/a。根據(jù)舊規(guī)范，該建筑物年預計雷擊次數(shù)不足0．06次/a，達不到第三類防雷建筑物的標準;但根據(jù)新規(guī)范，年預計雷擊次數(shù)大于0．05次/a，應該按三類設(shè)防。因此，對于閾值和計算公式的變化，部分根據(jù)預計風險分類的建筑物的防雷類別需要重新確定。

仍以上面的條件(但建筑物高度不確定)進行驗算，從另一方面對比新舊規(guī)范閾值和雷擊大地年平均密度公式的變動對于防雷類別劃分的影響，計算結(jié)果列于表4。

表4 計算結(jié)果比較表

由表4內(nèi)容可知，對于某地區(qū)長60 m，寬13 m的一般性民用建筑物，若采用舊規(guī)范，則當建筑物高度大于27．4 m且小于176．4 m時，應將其劃為第三類防雷建筑物;而按照新規(guī)范的標準，大于11．5 m且小于129．2 m就應劃為第三類防雷建筑物。同樣地，原來高于176．4 m才被劃為第二類防雷建筑物，現(xiàn)在降為129．2 m。由此可見，閾值和計算公式的變化對防雷分類的影響比較大。

4．2．3 等效面積Ae計算方法的變化

舊規(guī)范是按照孤立建筑物的情況計算其等效截收面積，而新規(guī)范考慮了建筑物周邊物體對該建筑物等效面積Ae的影響，增加了當建筑物周邊2D范圍內(nèi)有“等高或比它低”和“比它高”的其他建筑物時，相應等效面積計算的條款，比舊規(guī)范的條款更符合實際情況。

表5列出新規(guī)范關(guān)于與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積的計算式，表格中L，W，H分別為建筑物的長、寬、高，D為每邊的擴大寬度。

表5 等效面積計算公式

如表5所示，新規(guī)范在基本公式的基礎(chǔ)上，增加了建筑物周邊2D范圍內(nèi)有其他建筑物時的影響，相比于舊規(guī)范，其等效面積減小了。

5 結(jié)語

綜合分析新舊規(guī)范關(guān)于防雷分類的規(guī)定，其主要變化如下：

(1)爆炸性粉塵環(huán)境由2個分區(qū)增加到3個;取消了火災危險環(huán)境的分區(qū);

(2)提高了對爆炸性粉塵環(huán)境、火災危險環(huán)境及一般性工業(yè)建筑的防雷安全要求;

(3)對于按預計雷擊次數(shù)劃分防雷類別的建筑物，提高了其分類的閾值，但由于年預計雷擊次數(shù)受Ng和Ae影響，按照新規(guī)范計算方法，我國大部分地區(qū)計算得到的Ng比舊規(guī)范的大，而由于考慮了周邊建筑物的影響，Ae一般比舊規(guī)范的要小，因此，此類建筑物的防雷要求的提高與否并不能一概而論，需要根據(jù)新規(guī)范的要求計算其年預計雷擊次數(shù)，進而判定其防雷類別。

建筑物防雷類別的判定直接關(guān)系到其防雷措施的有效性，新規(guī)范對于防雷分類方面做了諸多修改，使規(guī)范的表述更加嚴謹，更符合于實際情況，同時體現(xiàn)了更加重視防雷安全的理念。修改后部分建筑物的防雷類別會與舊規(guī)范的劃分結(jié)果不同，本文所分析的新舊規(guī)范關(guān)于防雷分類方面的區(qū)別可供防雷技術(shù)工作人員參考，全面掌握新規(guī)范的劃分標準，正確劃分防雷類別，使建筑物采取的防雷措施更加符合防雷安全的要求，有利于進一步做好防雷減災工作。

［1］ 機械工業(yè)部．建筑物防雷設(shè)計規(guī)范GB 50057-94(2000年版)［S］．北京：中國計劃出版社，2000．

［2］ 化工部．爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范GB 50058-92［S］．北京：中國計劃出版社，1992．

［3］ 中國機械工業(yè)聯(lián)合會．建筑物防雷設(shè)計規(guī)范GB 50057-2010［S］．北京：中國計劃出版社，2011．

［4］ 馬金福，馮志偉．雷擊地閃密度與雷暴日數(shù)的關(guān)系分析［J］．氣象科學，2009，29(5)：674-678．

［5］ 馬 明，呂偉濤，張義軍，等．中國雷電活動特征分析［J］．氣象科技，2007，35(增刊)：1-7．

［6］ 吳志偉，王鎮(zhèn)江，朱筱英，等．鎮(zhèn)江地區(qū)雷暴日的時空分布及雷暴日異常多年的特征分析［J］．氣象科學，2003，23(2)：245-252．

［7］ 張義軍，葛正謨，陳成品，等．青藏高原東部地區(qū)的大氣電特征［J］．高原氣象，1998，17(2)：135-140．

［8］ 葉篤正，高由禧．青藏高原氣象學［M］．北京：科學出版社，1979：82．