大同鐵一中電氣設計

靳春光

(大同市建筑設計研究院，山西 大同 037006)

1 項目概況

大同鐵一中新校區基地為東西向290 m，南北向340 m的長方形，基地占地面積約9.78 hm2，總建筑面積6.3萬m2。新建學校為完全中學，其中初中部為14軌42個教學班，高中部為12軌36個班。

校園功能布局綜合考慮教學活動、分期建設、改造擴建等方面因素，把校區分為校前綜合教學區、初中教學區、高中教學區、學生生活區、運動區等5個區。

2 供配電系統設計

2.1 供電電源

本校由1座實驗綜合樓(6F)，3座高中教學樓(5F)，3座初中教學樓(5F)，1座食堂(3F)，2座宿舍樓(6F)，1座風雨操場(2F，預留)，1座運動場看臺(1F)，1座換熱站等組成，總建筑面積為6.3萬m2。按照體量最大的綜合實驗樓計算，體積為4.7萬m3，未超過5萬m3，因此室外消防用水量為25 L/s。根據GB 50016-2006建筑設計防火規范第11.1.1條，本建筑消防負荷供電等級為三級，其他負荷也均為三級，由單電源供電即能滿足消防規范要求。因此，從市政引來一路10 kV電源，采用YJV22-10 kV高壓電纜埋地敷設至校區內10 kV高壓配電室，低壓電源電壓等級380 V/220 V。通信機房、網絡機房、有線電視機房、保安監控機房等重要用電負荷的備用電源采用EPS應急電源供電，應急及疏散指示照明設備采用自帶蓄電池的燈具。

2.2 負荷計算

整個校區結合綠化、環境、景觀、安全等因素綜合考慮，在靠近負荷中心的位置設置2座1 000 kVA箱式變電站。1號箱變主要負責初中教學樓、實驗綜合樓、風雨操場等的用電及2號箱變消防負荷的備用電源，設備容量為1 233 kW;2號箱變主要負責高中教學樓、食堂、宿舍、換熱站等的用電及1號箱變消防負荷的備用電源，設備容量為1 238 kW。本工程總設備容量為2 471 kW，計算總容量為1 611.5 kVA，變壓器總安裝容量為2 000 kVA，變壓器平均負載率為80.6%。

計算過程為:

箱變用電設備安裝容量Ps=2 471 kW。

需要系數為Kx=0.6。

計算有功負荷 Pj=Kx×Ps=2 471×0.6=1 482.6 kW。

計算無功負荷 Qj=Pj×tgθ=1 482.6 ×0.426=631.6 kvar。

為改善電源質量提高功率因數，在各箱變低壓側設置無功功率自動補償裝置，根據負荷情況對無功功率動態進行補償，使功率因數保持在0.9以上，本設計按照補償后平均功率因數為cosθ=0.92。

2.3 供配電系統

低壓配電系統采用放射式與樹干式相結合的方式，對于單臺容量較大的負荷和消防負荷(如水泵房、食堂廚房動力、熱交換站、太陽能輔助電加熱設備等)采用放射式供電;對于一般負荷，采用樹干式與放射式相結合的供電方式，引至各建筑單體的首層電氣小間或電氣豎井內總配電箱。盡管按照GB 50016-2006建筑設計防火規范第11.1.1條規定，本工程采用一路高壓供電，但是按照第11.1.5條“消防控制室、消防水泵房、防煙與排煙風機房的消防用電設備及消防電梯等的供電，應在其配電線路的最末一級配電箱處設置自動切換裝置”的規定，本設計消防設備采用雙回路供電，分別從1號，2號箱變引出單獨干線回路至各建筑單體總雙電源分線箱，再采用雙回路引至用電設備，并在末端自動切換。

3 教室配電設計

教學用房的配電按照以下原則:教學用房和非教學用房的照明線路分設不同支路。門廳、走道、樓梯間、衛生間(盥洗室)照明線路設單獨支路。教室、實驗室照明線路支路，控制范圍不宜過大，以一個教室為宜，最多不超過兩個。教室內電源插座與照明用電分設不同支路。實驗室設置獨立配電箱。

3.1 教室照明設計

根據GB 50034-2004建筑照明設計標準的要求:學校一般教室、實驗室、語音教室、計算機教室等課桌面(0.75 m水平面)平均照度不低于300 lx，美術教室平均照度不低于500 lx，教室黑板面平均垂直照度不低于500 lx，顯示指數Ra不低于80，統一眩光值UGR不大于19，照度均勻度不低于0.7。照明功率密度值:普通教室、實驗室不大于11 W/m2，美術教室不大于18 W/m2。

3.1.1 普通教室一般照明

本工程普通教室軸線尺寸為9 m×8.1 m×3.6 m，樓板采用現澆空心管樓板，除框架梁外，沒有次梁，不會對燈具布置產生影響。燈具選用9只2×36 W細管徑直管蝙蝠翼配光型熒光燈，配電子鎮流器(消耗功率2 W)，其光通量為6 700 lm。為減少眩光區和光幕反射區，燈具縱向布置，燈具長軸平行于學生的主視線，并與黑板垂直。為保證照度均勻度，距高比(L/hr)不大于所選用燈具的最大允許距高比，燈具安裝高度距地2.8 m。平面布置見圖1。

照度計算采用利用系數法:

燈具安裝高度:2.8 m。

課桌面高度:0.75 m。室空間高:hr=2.8 －0.75=2.05 m。

圖1 隧道教室配電平面圖

房間尺寸:長l=9 m，寬b=8.1m。

室形指數:RI=l×b/hr×(l+b)=(9×8.1)/2.05×(9+8.1)=2.08。

頂棚反射比ρc=70%，墻反射比ρw=50%，地面反射比ρf=10%。

查照明設計手冊，得利用系數:U=0.62。燈具數量:N=9。

燈具光通量:Φ=6 700 lm。

工作面面積:A=l×b=9 ×8.1=72.9 m2。

燈具維護系數:K=0.75。

課桌面平均照度:Eav=N×Φ×U×K/A=9×6 700×0.62×0.75/72.9=384 lx。

燈的距高比:A—A 方向:L/hr=2.75/2.05=1.34，小于該燈具最大允許值1.52;B—B 方向:L/hr=2.4/2.05=1.17，小于該燈具最大允許值1.25，照度均勻度不低于0.7，滿足要求。

照明功率密度 P=18 ×38/72.9=9.38 W/m2，小于11 W/m2，滿足要求。

教室燈具控制方式為:黑板燈單獨控制，教室橫向第一排燈具單獨控制，教室中后部的燈具分三路縱向單獨控制。這樣設計的目的一方面是考慮節能，另一方面是在看投影幕布時，可以關閉第一排的燈，以利于教室后邊的同學看清幕布內容，而不影響正常的視覺要求。

3.1.2 實驗室、語音、計算機、多媒體教室一般照明

本工程實驗室、語音、計算機、多媒體教室的軸線尺寸均為12 m×8.1 m×3.6 m。燈具均選用12只2×36 W細管徑直管蝙蝠翼配光型熒光燈，配電子鎮流器，經過驗算照度為397 lx。控制方式與普通教室相同。

3.1.3 美術教室照明

本工程美術教室軸線尺寸也是為12 m×8.1 m×3.6 m。一般照明燈具均選用16只2×36 W顯色性好的三基色熒光燈管，顯示指數Ra不低于90，配電子鎮流器，經過驗算照度為513 lx。另外在教室天花板均勻預留4組插座，以備今后增加導軌射燈，在四周墻上增加了電源插座，作為局部照明和重點照明的預留。

3.1.4 教室(實驗室)黑板照明

黑板照明選用具有非對稱光強分布的專用黑板照明燈具。為了避免對學生產生反射眩光，對教師產生直接眩光，黑板燈具的位置布置《照明設計手冊》(第二版)有規定，但是該手冊第249頁圖7—4與第256頁表7—4有相互矛盾的地方，前后表述不一致。設計人經過驗算，認為該手冊第249頁圖7—4對于減少眩光更有利，因此，本設計黑板燈距黑板水平距離0.85 m(考慮黑板的厚度，距安裝黑板的墻水平距離應為0.9 m～0.95 m)，距地2.8 m安裝。燈具選用3只T8，36 W細管徑直管非對稱光強分布熒光燈，配電子鎮流器(消耗功率2 W)，其光通量為3 350 lm。黑板照明燈具平面布置見圖1，剖面圖見圖2。

圖2 黑板照明剖面圖

3.1.5 走道、樓梯間照明及應急照明

教學用房為人員密集場所，學生同時下課，同時涌入走道和樓梯間。如果走道、樓梯間光線黯淡，不利于人員疏散，特別是發生意外事件時，容易造成混亂。因此按照GB 50099-2011中小學設計規范的規定，走道、樓梯間的照度標準為不低于100 lx。

同時，教學用房的走道、樓梯間的應急照明標準值也應按照人員密集場所進行設計。關于應急照明的要求，在GB 50016-2006建筑設計防火規范、JGJ 16-2008民用建筑電氣設計規范中均有規定。因此，綜合《建筑設計防火規范》第11.1.3條、第11.3.1 條和《民用建筑電氣設計規范》第13.8.6條，學校走道、樓梯間的應急照明照度值不低于5 lx，持續供電時間不低于30 min，并且按照要求在各主要出入口的門框上設安全出口標志燈及在走道上設置疏散指示燈。

3.2 教室插座及電氣設備

普通教室:在講臺和教室后墻距地0.5 m處各設一組單相五孔安全型插座，在教室前黑板左側距地2.8 m處設電視機電源插座1個，在教室前黑板左上方設投影機電動幕布插座1個，在教室天花板中軸線前部約1/3(距黑板水平距離約3 m)偏下處設投影機電源插座1個，在教室后黑板上方設攝像機電源插座1個。

實驗室:實驗室的插座除了按照普通教室所設置的電源插座外，根據各功能實驗室的不同，還應設置各種供實驗用的插座。所有實驗室都在講臺進門處設配電箱，總電源進線均設置短路保護、過載保護措施;插座回路都按課桌縱向排列分回路，并設置剩余電流動作的斷路器。

物理實驗室:講臺處教師實驗桌上設置380 V/16 A三相電源插座2個、220 V/16 A單相五孔安全型插座2個，24 V直流電源插座1個。在每個實驗桌上設置220 V單相五孔安全型插座1個，24 V直流電源插座1個(在講臺處設置交直流整流配電箱)。

化學實驗室:講臺處教師實驗桌上設置220 V單相五孔安全型插座2個，24 V直流電源插座1個。在每個實驗桌上設置220 V單相五孔安全型插座1個，24 V直流電源插座1個(在講臺處設置交直流整流配電箱)。由于化學實驗室的實驗桌上設置排風設施，所以化學實驗室設專用排風道引至屋頂，在屋頂設置離心排風機，排風機控制在講臺教師實驗桌上。

生物實驗室:講臺處教師實驗桌上設置220 V單相五孔安全型插座2個。在每個實驗桌上設置220 V單相五孔安全型插座2個，其中1個供局部照明用。

實驗準備室:除周圍墻上距地0.5 m設置220 V單相五孔安全型插座外，根據需要預留電冰箱、恒溫箱等用電插座。

語音、計算機、多媒體教室:講臺處教師操作臺下地面設置220 V單相三孔安全型地插座2個。在每個學生工位的地面設置220 V單相三孔安全型地插座1個。這些功能教室還預留設置空調電源插座。

4 弱電系統

本工程弱電系統包括:校園廣播系統、綜合布線系統、有線電視系統、教學監控及教學觀摩系統、安全監控系統、校園一卡通等系統。

4.1 廣播系統

在學校綜合實驗樓設廣播室。教學區，生活區，運動區等場所設有分區廣播揚聲器，并劃分為不同支路系統，上下課電鈴聲由廣播揚聲器播放。廣播系統采用智能擴音管理系統，同時在緊急狀態下能夠自動切換為特殊狀態，如:消防狀態等。

4.2 綜合布線系統

在學校綜合實驗樓設中心機房，內設語音、數據(內、外網)主配線架等。

數據通訊系統:數據通訊系統分別設內網和外網。內網為學校的專用局域網，且不與學校外部聯通，該網的建設目標是建成一個以學校的教學、科研為中心，覆蓋全校辦公系統、行政管理系統、教學系統、后勤管理等功能的計算機網絡。外網指學校對外的數據接口，這里是指Internet網絡。內網和外網采用物理隔離的方式，但要保障內網和外網之間在必要的情況下，能夠互換互用互通。

語音通訊系統:本工程采用虛擬網電話系統，從市政引通訊電纜至中心機房。除走廊、大廳采用201電話外，其余均采用虛擬網電話系統，語音通信容量為100門。

在教室、實驗室、辦公室、宿舍等部門設置工作區，每個工作區按需要設置2個～4個內網、外網數據點，1個～2個語音點。

4.3 有線電視系統

在學校綜合實驗樓設電視機房。有線電視系統節目源采用光纜由市政引入，經光電轉換后分配至各層有線電視出線口。電視節目包括城市有線電視信號、自辦電視節目等。在教室、實驗室、辦公室、會議室、餐廳、值班室等處設有線電視出線口。

4.4 教學監控及教學觀摩系統

這一系統主要是實現教學現場直播，示范課程教學，教學評估及多媒體教學。系統由以下幾個部分組成:前端信號采集部分、中間傳輸部分、中心信號處理、存儲、控制部分。具體做法是在教室后墻黑板正上方設置攝像機，用以考試、自習、公開課等輔助(監控)管理;教室天花板中軸線前部約1/3處設置投影儀，用以多媒體教學，設計中要預留投影儀到講臺的管線。教學監控及教學觀摩系統的控制機房設置在綜合實驗樓內，面積為97.2 m2(占一個實驗教室房間)，內設彩色監視器、錄像機、控制鍵盤。觀摩的人員在控制機房內可清晰地觀看各個教室的教學過程。

4.5 安全監控系統

本設計是在各樓主要出入口、通道、大廳、樓梯口、檔案室、財務室和校園內部公共活動區域、周界等場所設置保安監控攝像機，將監測區的情況實時傳送到監控管理中心，值班人員通過監視器可以隨時了解這些重要場所的情況。安全監控系統中心控制室與教學監控及教學觀摩系統的機房合用。

4.6 校園一卡通

校園一卡通是以IC卡為信息載體的適用于校園消費和管理的網絡系統。一卡通取代了學校管理和校園生活中所使用的各種個人證件和現金支付手段，使用IC卡實現圖書館借書、教師考勤、學籍管理、食堂就餐、上機收費、超市購物等多種功能。與銀行聯網的校園卡可以實現銀行轉賬、銀行代繳費用，把銀行卡上的錢自動劃撥到IC卡上，真正做到一卡通用。校園卡的使用將極大方便學生、教工的生活，減輕他們攜帶各種證件的煩惱。

5 防雷與接地設計

經過計算本工程各建筑單體建筑年預計雷擊次數為0.07次/年 ～0.1次/年，防雷按二類設防，采取以下防雷保護措施:沿女兒墻采用Ф10鍍鋅圓鋼作為避雷帶，用25 mm×4 mm鍍鋅扁鋼在屋面組成不大于10 m×10 m的避雷帶網格。利用框架柱子內對角兩根Ф16(或4根Ф10)以上主筋通長焊接作為引下線，引下線間距不大于18 m，引下線上端與避雷帶焊接，下端與基礎接地網焊接。接地網由基礎內兩根主筋沿建筑物外緣焊接成環形構成。凡凸出屋面的金屬通風管等所有金屬構件均應與避雷帶可靠焊接，不同標高處的避雷帶應與防雷引下線可靠焊接連成電氣通路，所用金屬件均鍍鋅。

低壓配電系統的接地形式采用TN-C-S系統，防雷接地、電源進線重復接地、弱電設備接地均共用建筑物基礎作為接地極，接地電阻不大于1 Ω，經實測自然接地體接地電阻值不滿足要求時，須另加打人工接地極。在建筑物外墻四角埋深1 m處由接地網鋼筋焊出40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼，伸出散水外不小于1 m，以備加打人工接地極用。

為用電安全，作總等電位聯結，在各建筑物一層總配電箱附近設一總等電位端子箱。凡正常不帶電，而當絕緣破壞有可能呈現電壓的一切電氣設備金屬外殼應可靠接地。所有燈具均增加一根PE線。

[1] JGJ 16-2008，民用建筑電氣設計規范[S].

[2] GB 50016-2006，建筑設計防火規范[S].

[3] GB 50034-2004，建筑照明設計標準[S].

[4] GB 50099-2011，中小學校設計規范[S].

[5] 北京照明學會照明設計專業委員會.照明設計手冊[M].第2版.北京:中國電力出版社，2006.

[6] 宋大潞.新建中學數字化弱電設計的體會[J].山西建筑，2009，37(36):188-189.