實驗樓電氣設計的特點研究

孫鶴

惠特環境科技有限公司 安徽 合肥 230000

引言

實驗樓作為開展科學研究的主要場所，在科學技術的推廣與科技創新中起著重要作用，大部分科技成果的形成都離不開實驗樓，因此，如何更好地建設實驗樓是一個值得思考的問題，有助于提高科技創新能力與核心競爭力。現如今，我國科學技術水平不斷提高、科研事業不斷發展、研究領域不斷擴大，對于實驗樓的建設要求也在不斷提高。

1 概況

目前，我國針對實驗樓建設的規范主要為科學實驗建筑設計規范，該規范不包括一些實驗樓，例如生物實驗樓，或者一些特殊行業。針對這些實驗樓，另外有更加系統完善、有針對性的國家標準指導其建設[1]。科學實驗樓建筑設計規范明確了實驗樓建設的標準與要求，并且提出了實驗樓建筑的最低標準，但是在實際的實驗樓建設過程中，相關設計人員不僅僅要根據規范進行實驗樓設計，還要根據不同實驗樓的功能性要求來進行實驗樓設計。相關設計人員在進行實驗樓設計前，要充分與實驗樓使用人員進行溝通交流，在實驗樓設計的過程中，要充分發揮出創新能力。在進行實驗樓電氣設計時，要保證其設計安全可靠，同時其設計不僅僅要滿足當前的需求，還要為未來做充分的考慮，從而建設出具有專業性、高效性以及前瞻性的實驗樓。

2 建設流程

目前，我國在進行實驗樓建設的過程，一般會采用傳統的建設流程，具體流程如[2]：第一步進行實驗樓建筑設計；第二步進行實驗樓建筑施工；第三步進行實驗樓工藝設計；第四步進行實驗樓工藝施工。但是在實際實驗樓建設的過程中，經常會急于投入使用，不進行實驗樓工藝的設計，或者是沒有多余的東西進行工藝設計，這就會完成建成的實驗樓的專業性降低。也有一部分的實驗樓建設，由于缺乏準確的工藝參數和工藝依據，在施工完成后，各個專業的預留不滿足要求，造成了大規模的改造，導致大量的資源被浪費。而在一些發達國家地區，在進行實驗樓建設時采用的建設流程，具體是：第一步進行實驗樓工藝設計；第二步進行實驗樓建筑設計；第三步進行實驗樓建筑施工；第四步進行實驗樓工藝施工。因此，國內有些專業人員開始效仿國外的實驗樓建設流程，先進行工藝設計，工藝設計由內到外，在進行建筑設計由外到內，但是按照我國目前實際情況來看，實行這種實驗樓建設流程仍然存在一定的難度，需要一定的時間發展。

目前，我國的建筑院校很少設置了實驗樓工藝設計相關專業，但是一些實驗樓設計的公司在慢慢的摸索中。通過對一些采取這種建設流程進行實驗樓建設項目的分析發現，該種流程取得了很好的效果，因此可以在國內進行推廣，同時也發現前期工藝設計的重要性，可以減少返工現象的發生，節約成本與各種資源。

3 實驗用電負荷特點

3.1 用電負荷的獨特性

實驗樓與其他公共建筑相比具有特殊性，每個學科的實驗樓都有著自身的特點，不同類型的實驗樓其特點也不盡相同[3]。

3.2 用電負荷的不確定性

由于科學研究對象不斷在變化，同時科學技術也在不斷發展，致使科學研究不斷發生變化。在修改與完善試驗方案時，不同時間與不同試驗方案，導致所有的設備儀器也不固定，因而用電量也會隨之發生變化，這就是有用電負荷的不確定性。

3.3 用電負荷的增長性

在實驗樓剛投入使用階段，實驗的規模還不算大，實驗樓中的設備儀器還不算多，但是隨著時間的增長，為了跟上科學研究的發展腳步，因此會加大設備器材的投入，致使用電量會越來越多，這就是用電負荷的增長性。

3.4 用電負荷的復雜性

實驗所有的設備儀器對電氣專業的要求不僅高而較為復雜，不僅要考慮設備儀器的用電量，還要考慮其供電方式、弱電要求、電壓等級、電能質量要求等。當然，不是每個實驗樓的設備儀器都要準確地滿足這些要求，由于實驗項目與研究對象的不同，新建的實驗樓與需要擴建的實驗樓都會有各自的側重點。

4 負荷等級分類與供電電源

一級負荷：消防用電設備，例如消防泵、消防控制室等，地下車庫照明用電，消防應急照明，以及對于一些對供電連續性有一定要求的國家重點實驗樓等；二級負荷：主要為樓梯用電與通道通電，一些對于供電連續性有一定要求的實驗樓用電，以及二級生物安全實驗樓用電；三級負荷：主要為電視，熱水器等不重要電器設備用電[4]。

5 照明系統

在日常生活中，照明系統的電源一般采用220V，并且主要線路一般采用三相五線的供電方式，而枝干線路一般采用單相三線供電方式。而在照明燈具的選擇方面，一般采用顯色指數＞80的細管徑的稀土三基色的熒光燈，其具有發光高效率性且不會眩目。在燈具的安裝方面，在實驗樓的燈具安裝中要嚴格控制燈具到桌面的距離，一般要＞1.7m，且燈具安裝要采用吊桿安裝或者將燈具嵌入吊頂內安裝。在走廊，樓梯間的燈具應該采用發光二極燈管。除此之外，要對實驗室內燈光的不舒適眩光進行評價，并且眩光值≤19。

在每個實驗室的出入口都要設置燈具控制開關，并且燈具要與外窗保持平行方向控制；公共場合的照明系統設計，要根據使用需求及現場實際的天然采光情況，采用分區或者分組的方式進行照明系統設計，同時采用智能控制器進行集中的控制。

每個實驗室都應設置專門的配電箱，每個實驗室的前后墻都應設置電源插座，對于電源插座，應該采用220V電壓的兩孔、三孔安全型電源插座。同時每個實驗室都應設置三相電源插座，在插座中要設置漏電保護裝置。在無障礙衛生間內，在距離地面0.5m的位置設置求助裝置，同時在門外距離地面2.5m的位置設置聲光報警器。

在消防控制室、電梯機房等要設置專門的配電箱，在進行地面施工時，要采用防靜電材質的地板，同時在進行線路鋪設時，應將線路鋪設在防靜電地板下方。

6 電氣消防系統

實驗樓的消防負荷為一級負荷，在對其進行供電設計時，應采用雙電源供電方式，并且要保證末端互投。火災報警是一種具有集中性的報警系統，消防控制室由煙霧報警器，火災報警器，能夠手動報警的裝置，能夠通過感應聲光的報警器，能夠感應溫度的報警器，消防報警電話，消防廣播，以及其他可以聯動控制的設備等設備共同組成的。

消防控制室內應要配置一臺電氣火災監控設備，配電間內應要配置防火剩余電流動作報警系統，并且應該采用總線式報警方式。消防控制室內的消防電源監控設備，能夠顯示消防用電設備供電電源以及備用電源的工作狀態，同時在發生故障時，能夠準確地確定故障位置，并能迅速報警，各個電源設備的狀態信息能夠傳輸到消防控制室內的圖像顯示設備。除此之外，在消防控制室內，還應配置一臺防火門監控設備，能夠有效地監控防火門開啟與關閉的動態信息，同時如果防火門發生故障，能夠及時地報警，保證在發生火災時，防火門能夠及時有效地自動關閉。

7 備用電源

在進行一些重要的科學研究工作時，如果發生突然的斷電，不僅僅完成經濟上的重大損失，更重要的是造成實驗結果的缺失，嚴重影響科學研究的正常進行，因此，可以將這種實驗設備儀器的負荷等級提高。在進行設計時，設計人員可以根據其用電情況，電源要求等科學合理選擇備用電源。在實驗樓中，通常情況下，會采用UPS不間斷電源設備，作為實驗樓的備用電源。

8 配電系統優化

8.1 配電級數

在進行配電系統設計時，應該盡可能簡單可靠，盡可能地減少配電級數。進行低壓設計時，一級與二級用電負荷的配電級數盡量不大于三級，而對于三級用電負荷的配電級數盡量不大于四級。通常情況下，配電系統由變電所、樓層的配電間以及終端配電組成，但是在實驗樓的配電系統中，在每個實驗樓中，都應該配置獨立的配電箱，從而增加一級的配電級數。而對于大型的實驗設備儀器，供電電源還應該設置能夠切斷電源的分路開關。如果本樓內沒有設置變電所，這樣會導致樓座配電室的增加，進而致使配電級數的增加，配電系統的安全可靠性會大大地降低，各級配電系統保護電器設施很難配合，實驗樓用電安全得不到保證[5]。

8.2 備用多留

實驗的內容、研究對象、所用的實驗方法在不斷變化，并且其變化的時間越來越快，增強配電系統的應變能力則是前瞻性的體現，在實際實驗樓建設過程中，為了提高應變能力，一般會采用增加備用電源，雖然這種方式會增加投入資金，但是能很好地與科學研究的發展與變化相適應。在對配電室的設計過程中，要合理地預留低壓柜的位置，在同樣的配電柜數量的情況下，多設置一些備用回路，用以應對后期實驗設備儀器增加的情況出現。同時，每個實驗樓內都要單獨設置配電箱，并且對于一些大型的設計儀器或者重要的設備儀器應采用單獨的配電回路。除此之外，實驗樓內還應設置數量足夠多的插座，插座數量的要求為在滿足實驗樓工藝要求的前提下，還要多出20%～40%的插座數量。對于插座，應采用多種電源，例如：單向穩壓、直流穩壓以及三相穩壓等不同電壓的電源，對于不同的電壓，要做好標記區別工作，防止在實際使用過程發生不當的操作。進行實驗樓配電箱設計時，應要預留出一定數目的備用回路，并且要把埋管放在吊頂內，方便后期實驗樓進行改造或者增容。

8.3 平衡負荷

通常情況下，從樓層配電間對各個實驗樓的供電方式，采用放射式供電方式。當實驗樓設備儀器多并且實驗樓的數量多的時候，為了保證每個實驗樓的用電量，需要將很多的電纜線路鋪設在實驗樓吊頂內，這無疑增加了實驗樓的施工難度，同時也增加了施工成本。為了科學合理的解決這一問題，對實驗樓用電情況進行分析，發現實驗樓中的每個實驗樓都達到滿負荷運行的情況很少出現，電氣設計人員可以根據這種特點，在樓層配電設計中，采用在走廊內插接式母排的方式，每個實驗樓提前預留好插接口，這樣既可以滿足用電需求，又可以很好地適應設備儀器的擴展。在實際過程中，每個樓層適合哪種供電方式，需要根據實際情況、技術水平、成本等方面進行綜合性考慮，從而確定選擇哪種供電方式。

9 結束語

實驗樓比一般公共建筑具有更高的科學性，不同的實驗室的功能要求也不一樣，進而實驗室內的設備儀器也不一樣，每個設備儀器的用電需求也不一樣。因此，通過分析實驗樓的電氣設計特點，在滿足實驗樓功能要求的前提下，對實驗樓的電氣設計進行優化與改善，提供一個安全，可靠，高效，節能的實驗樓供電環境，為國家科研事業提供保障。