淺談中小學校園建筑電氣設計

張蕾

江蘇省建筑設計研究院股份有限公司，江蘇南京，210019

0 引言

結合近幾年中小學校建筑電氣設計經驗，提出學校用電指標及變電所設置、低壓配電系統設置、教室和公共照明設計及控制以及學校電氣消防、智能化系統等電氣設計中的一些做法[1]。

1 工程概況

某新建中學校園，總建筑面積約97513m2，其中：地上建筑面積87162.64m2，地下建筑面積10351.10m2。學校辦學規模，16軌48班2400人。分為南北兩區，北區為教學區，總面積65292.88m2，其中1#行政信息樓，面積7153.50m2，2#教學樓，面積28892.63m2，3#圖書綜合樓，面積8137.57m2，4#體育館，面積4946.79m2，5#藝術樓，面積6362.73m2，11#門衛兼傳達室、12#消防監控室、13#門衛室、14#郵政服務室等配套用房合計約200m2；南區為生活區，總建筑面積31492.78，6#學生會堂，面積4970.60m2，7#食堂，面積5980.38m2，8#宿舍樓，面積4970.60m2，9#宿舍樓，面積7307.58m2，10#宿舍樓，面積7307.58m2，15#門衛室、16#架空連廊等約200m2。

2 供配電系統設計

2.1 變電所設置

根據JGJ310-2013《教育建筑電氣設計規范》，校園供配電系統總體設計應根據校園內的負荷性質及重要性、用電容量、使用功能、管理模式、當地電源條件及電網規劃，合理確定校園供配電系統的負荷等級、系統結構和配變電所的分布及規模。本項目為完全高中，以后可能作為高考考場，廚房采用全電廚房，綜合考慮采用兩路10kV電源進線，總容量為5700kVA，在北區地下一層設置10kV開關站和1#變電所，供北區教學區各單體用電，在南區會堂一層設置2#變電所，供生活區各單體用電。

本工程新建主配電室1座（北區用電），位于3#圖書綜合樓地下室負一層，安裝KYN28-12型中壓配電柜14臺，65AH直流屏1套，SCB11-1600kVA干式變壓器2臺，MNS型低壓配電柜14臺[2]。

本工程新建分配電室1座（南區用電），位于6#學生會堂一層，安裝KYN28-12型中壓配電柜2臺，SCB11-1250kVA干式變壓器2臺，MNS型低壓配電柜12臺。

本項目總裝機容量5700kVA，總建筑面積97513平方米，變壓器裝置指標58VA/m2。如果不考慮全電廚房容量增加了500kVA，變壓器裝置指標53VA/m2。近幾年其他學校總變壓器裝置指標一般都控制在50～55VA/m2。

2.2 低壓配電設計

校園建筑中教學樓一般按三排到四排設計，電氣一排教學樓中，照明插座一路進線，一層設置總箱，樓層設置分箱，空調一路進線，方便空調集中管理，寒暑假方便切斷電源。如果有實驗教室，實驗電源單獨進一路，也是方便使用管理。根據JGJ310-2013《教育建筑電氣設計規范》4.2.2條教學樓主要通道照明為二級負荷，采用雙回路供電。教學樓低壓配電干線系統如圖1所示。

圖1 配電干線系統圖

2.3 照明設計

校園建筑中最主要的照明是教室照明，教室照明分為學生區照明和教學區黑板照明，一般照明照度要求300LX，黑板照明要求垂直照度為500LX。一個優秀的照明設計可以有效緩解學生的視力疲勞，防止近視，GB/T36876《中小學校普通教室照明設計安裝衛生要求》以及江蘇省 蘇教體藝函（2021）8號文要求如表1和表2所示。

表1 教室照明產品技術指標

表2 教室照明質量技術指標

所有教室照明燈具均采用LED光源，小功率LED燈珠，光通維持率＞92%，顯色指數Ra＞90，特殊顯色指數R9＞50，防護等級IP42，防藍光RG0級、無閃爍燈具，普通教室照度達到300LX以上，黑板面垂直照度500LX以上，統一眩光值UGR＜19，滿足規范要求。為學生創造一個安全、舒適、環保的學習環境。黑板燈應采用具有非對稱光強分布特性的專用黑板燈具，燈具效率不低于75%，采用吊桿安裝，燈具平行于黑板，距離黑板上緣垂直距離0.1～0.2m，黑板照明安裝位置可按下述原則確定：當黑板照明燈具距地安裝高度為2.20～2.40m時，燈具距黑板的水平距離為0.70～0.90m。

本項目充分利用天然光，在南區7#食堂餐廳設計了光誘導系統，導光管采光系統直接采集室外的自然光，全光譜、無頻閃、無眩光、無輻射、高顯色性，避免了電力照明產生的頻閃及色差給人們帶來視力傷害和視覺疲勞；添加抗UV成分的采光罩，在充分采集太陽光的同時有效過濾99.9%紫外線入侵，經漫射器柔和散射至室內，優化室內用餐環境，節約電能[3]。

2.4 照明控制

校園建筑中教學樓照明控制主要是走廊及樓梯間照明控制，由于走廊很長，我們一般在走廊兩端樓梯間附近設置雙控開關，中間設置中途開關，這樣不管從哪個樓梯上下都能方便開關，中間設置中途開關，晚間只有部分教室或辦公室使用時，可以只開一半走廊燈，節約電能。根據GB50189-2015《公共建筑節能設計標準》6.3.8.4條走廊、樓梯間、門廳、電梯廳等公共場所的照明，宜采用集中開關控制或就地感應控制，條文說明又解釋：醫院的病房大樓、中小學校及其學生宿舍、幼兒園（未成年使用場所）、老年公寓、酒店等場所，因病人、小孩、老年人等不具備完全行為能力，在燈光明暗轉換期間極易發生踏空等安全事故；酒店走道照明出于安全監控考慮需保證一定的照度，因此上述場所不宜采用就地感應控制。所以在本項目中，樓梯間采用單控開關控制正層照明燈具，采用雙控開關控制休息平臺照明燈具，保證樓梯間照明在正常使用期間常亮，確保學生集中上下樓梯間安全，在教學樓公共通道配電箱內設置智能照明模塊，控制面板設置在門衛，集中控制（切斷）所有走廊及樓梯間照明回路，方便放學時物業一鍵切斷公共走道照明，起到節約電能的目的，這樣學校的公共照明既能根據現場需要就地控制，也能在門衛集中控制[4]。

3 電氣消防設計

校園電氣設計中，消防也是不可或缺的內容，包括火災自動報警系統、消防應急照明和疏散指示系統、電氣火災監控系統、消防電源監控系統、防火門監控系統。

3.1 消防應急照明和疏散指示系統

根據《教育建筑電氣設計規范》8.6.2.4條，中小學和幼兒園的疏散場所地面的照度不應低于5LX，應采用蓄電池作疏散照明自備電源，且連續供電時間不應小于30min。根據《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》3.1.2.1條，設置消防控制室的場所應選擇集中控制型系統，本項目采用集中電源集中控制型系統。教學樓、宿舍樓、辦公樓在每單元一層配電間設置集中電源，其余單體每層配電間設置集中電源。

3.2 火災自動報警系統

根據《建筑設計防火規范》8.4.1.13條，設置機械排煙、防煙系統等需與火災自動報警系統聯鎖動作的場所或部位，需設置火災自動報警系統，本項目3#圖書綜合樓、4#體育館、5#藝術樓、6#學生會堂、7#食堂均設置火災自動報警系統。圖書館的書庫、辦公室、走廊、樓梯間設置點型感煙探測器，廚房設置感溫探測器以及可燃氣體探測系統聯動燃氣閥關斷。根據《火災自動報警系統設計規范》第12.4.1條，高度大于12米的空間場所宜同時選擇兩種及以上火災參數的火災探測器，4#體育館二層籃球場層高15米，在頂部及6.5米處設置兩層線型光束感煙探測器，6#學生會堂舞臺區層高16米，在頂部及7米處設置兩層線型光束感煙探測器，保證籃球場及會堂的消防安全。

3.3 電氣火災監控系統和消防電源監控系統

根據《建筑設計防火規范》10.2.7.3條，室外消防用水量大于25L/s的其他公共建筑宜設電氣火災監控系統。本項目室外消防用水量為30～40L/s，所有單體的照明、動力、空調總箱進線開關處均設置剩余電流式電氣火災監控探測器，探測器報警值為500mA。

電氣火災監控系統主機應設置在消防控制室內。體育館及學生會堂高大空間的電氣線路應設置電氣火災監控探測器，照明線路上應設置具有探測故障電弧功能的電氣火災監控探測器。本工程設置消防設備電源監控系統，主機自帶UPS電源，設于一層12#消防控制室。系統在火災自動報警系統雙電源切換箱、應急照明消防電源箱、排煙風機雙電源切換箱、消防電梯雙電源切換箱等處設置消防設備電源監控傳感器。

4 智能化系統設計

4.1 校園智能化系統規劃

根據GB 50314-2015《智能建筑設計標準》12.1.1條要求，教育建筑智能化系統應符合教學業務的需求、教學和科研的信息化發展、校園物業規范化運營管理的需求。本項目為高級中學，智能化系統配置：①信息化應用系統，包含校園智能卡應用、校園物業管理及信息安全管理系統；②信息設施系統，包含信息接入系統、綜合布線系統、無線信號覆蓋系統、信息網絡系統、有線電視系統、公共廣播系統、會議系統、以及信息發布及引導系統；③建筑設備管理系統，包含建筑設備監控系統、建筑能耗監測系統；④公共安全系統，包含火災自動報警系統、安全技術防范系統、安防綜合管理（平臺）系統；⑤機房工程系統，包含網絡機房、消控室、安防監控室、智能化弱電間。信息接入系統將校園外部的公共信息網和教育信息專網引入校園內，信息網絡系統能滿足數字化多媒體教學、學校辦公和管理的需求，公共廣播系統應滿足學校單體建筑室內和室外不同播音內容的需求，且公共廣播系統在室外公用操場播音時，具有遠距離控制播放進程的功能，餐廳、體育館配置獨立的音響擴音系統，并與樓內的火災自動報警系統關聯，教室內配置教室教學擴聲系統，會議室、報告廳等場所應配置會議系統，信息導引及發布系統與學校信息發布網絡管理和學校有線電視系統互聯[5]。

4.2 智能化各子系統設計

（1）校園信息化應用系統（出入口控制系統、IC卡消費系統、水控系統、多媒體教學、圖書館借閱）。本工程設置IC卡校園智能卡應用系統，采用非接觸式IC卡。在校園共享中心及行政辦公樓計算機網絡中心機房、消控監控機房、體育館廣播機房、食堂廚房各個出入口及教師公寓、學生宿舍一層各對外出入口設置出入口控制系統，對進出人員進行分類管理。校園智能卡應用系統采用二級網絡結構：一級網絡為以太網，由一卡通管理工作站通過校園計算機網絡與各個子系統工作站連接；二級網絡為各個子系統工作站與其系統內的控制設備之間采用RS-485總線方式連接。

（2）校園信息設施系統。本工程計算機網絡、電話通信均考慮三家運營商進線，即由中國電信、中國移動、中國聯通分別采用1根48芯室外單模光纜引入本工程實驗藝術樓五層校計算機網絡及通信機房三家運營商進線機柜內。本工程計算機網絡、電話通信暫考慮由中國電信進線機柜處引線，其中計算機網絡進線采用1根24芯室內單模光纜，電話進線采用1根12芯室內單模光纜。本工程有線電話通信系統采用綜合布線。有線電話通信系統全部采用市內直線電話的通信方式，在行政辦公樓一層設有校計算機網絡及通信機房，內設置語音交換設備、電話配線架等，作為全校電話通信總機房[6]。

（3）校園安全防范系統（視頻安防監控系統、入侵報警系統、出入口控制系統、周界防護報警系統、電子巡查系統、安全管理系統）。本工程安全防范系統設置獨立的安防專網，安防專網采用二級星型結構。在校園行政辦公樓一層設置校消控監控機房，作為全校監控中心，內設置安防專網核心層1000M主干交換機，在各單體弱電機房（或弱電間）內設置10M/100M安防專網接入層網絡交換機。安防專網主干采用千兆多模光纜，核心層交換機與各接入層交換機之間采用直連形式連接。

（4）機房工程。校消控監控機房設置于行政辦公樓一層，作為學校監控中心，面積約100m2。

校計算機網絡及通信機房：設置于行政辦公樓一層，作為全校計算機網絡中心和通信中心，面積約90m2（此機房等級為C級）。校廣播機房：設置體育館一層，面積約42m2。各單體分別設置弱電機房。各機房內均設置h=0.25m的全鋼防靜電地板、獨立的空調系統、獨立配電箱及UPS電源（廣播機房除外）。

UPS電源系統：①在校消控監控機房設置1臺20kVA、380V的UPS，電池后備時間4小時，為本機房內的安防設備及行政辦公樓與圖書館的安防系統及網絡系統供電。校消控監控機房UPS采用雙回路供電，末端配電箱自動切換。②在校計算機網絡及通信機房設置1臺30kVA、380V的UPS，電池后備時間4小時，為本機房內的計算機網絡系統及通信系統供電。③各單體弱電機房內分別設置UPS，電池后備時間4h，對本單體弱電設備供電。④對各單體的UPS設備進行遠程監視，利用UPS設備的TCP/IP接口，通過安防專網與校監控中心機房安防工作站相連，可遠程通過網絡監視各UPS設備。

5 結語

隨著學校的辦學規模越來越大，學校建筑電氣設計內容越來越多，學校聯系千萬家庭，教育主管部門、建設單位以及學校管理對學校設計要求越來越高，作為教育建筑電氣設計者來說，既要遵循國家及建設部的規范標準，也要考慮實際使用及管理需求，對校園及各建筑單體電氣設計精益求精，優化變電所容量，合理設計低壓配電干線，精心選擇照明燈具，把握好學校電氣消防設計，為下一代創造優良的教育環境。