浅谈中学建筑电气设计

沈杰鸣

中国轻工业广州工程有限公司 广东 广州 511400

1 概述

本工程一期、二期校区建筑组成包括教学楼、实验楼、宿舍楼、食堂、礼堂、室外运动场、体育馆等，电气设计内容包括照明系统、电气消防系统、动力配电系统、防雷接地系统。本项目为原有一期扩建，设计单体包含食堂、宿舍、实验楼、部分教学楼改造、礼堂、地下及半地下车库，本文主要以教育建筑及附属建筑如食堂、宿舍、实验楼、教学楼、礼堂的照明系统、低压配电系统设计进行概述，供设计同行参考。

2 供配电设计

本项目校区由于兼做考场，按教育局要求，作为考场的用电负荷需要按最高负荷供电，因此一期电源已为两路10kV进线加柴油发电机作为应急电源，本次项目的扩建部分不涉及考场部分，因此利用原1期两路10kV电源作为本项目的主备电源，本次扩建变配电房设于半地下设备房，设置两台10/0.4kV变压器对本扩建项目用电负荷供电，变压器对应低压配电柜进线断路器、联络断路器之间设可靠电气及机械联锁；正常运行时，合上变压器进线断路器，当一台变压器发生故障或只运行一台变压器时，断开停用或故障变压器进线断路器后，方可合上联络开关，保证任何情况下均为三合二的逻辑关系，保证任何一台变压器停用后，余下变压器均可对本项目所有用电负荷持续供电；变配电房设置在负荷中心，且不得与教学建筑、宿舍以及潮湿场所相邻，由于变配电房设于半地下室，出于防水需要，变配电房地面抬高0.8m作为防水防洪措施。本项目所有消防负荷及车库用电、各弱电系统、厨房用电、生活供水系统、雨水回收系统、实验楼主要通道照明、教学楼主要通道照明、会堂照明及电响设备、宿舍主要通道照明用电为二级负荷，其余均为三级负荷。对于学校负荷计算，均按电气设计用电负荷乘以《教育建筑电气设计规范》JGJ310-2013 4.4.2条文解析对应需要系数，但由于本期学校负荷性质具有季节性、时效性，因此同时系数需综合考虑，如宿舍、教学楼、食堂之间不同时间的错峰用电，又如礼堂的偶发性使用（主要是开学典礼或者某些重要会议、庆典），又如空调的过渡季节的季节性负荷，又如寒暑假学校几乎只有很小的值班用电，同时系数可按规范JGJ310-2013《教育建筑电气设计规范》4.4.2条文解析0.8～1中取下限值0.8，空调使用时间段由于已避开寒暑假主要极端天气，因此空调负荷需要系数也可适当取下限值，同时变压器设置两台，便于学校在部分负荷时，只投入一台变压器供电，减少变压器自身用电损耗。由于学校主要用电负荷均为单相负荷，除了配电设计要做好负荷平衡，使负荷的不平衡率宜控制在±15%以下外，由于实验室大量交直流转换装置，计算机室有大量电脑，这部分设备会产生大量3n次谐波，因此低压配电房除设置电容补偿柜外，还预留谐波处理柜位置，并采取如下措施已抑制谐波对供配电系统影响：采用结线方式为D.yn11的变压器以及电容补偿柜中补偿电容串联14%电抗率的电抗器。

3 低压配电系统

本项目供电电压为220/380V，为便于校方计量及操作，同时也为了节能要求，各单体低压配电系统照明、动力、特殊用电负荷计量分开，并设置电度计量装置；照明、动力按楼栋设置总电度计量装置；为方便学校管理，各单体会在每个楼层设置对应楼层配电箱，方便寒暑假等较长非用电时间段拉闸停电。所有配电箱配电回路进出线均设短路保护及过负荷保护，进线开关均带隔离功能；按JGJ310-2013《教育建筑电气设计规范》5.3.2，教育建筑所有线路均采用低烟无卤线缆。

教学用房和非教学用房的照明及电源插座线路分设不同回路，所有插座均采用安全型插座，教育建筑所有插座回路均设剩余电流动作保护器。

教学楼为原有改造，教室接原有配电系统，原有系统按楼层分别设置照明楼层配电箱及空调楼层配电箱，最多每2个教室设置照明分配电箱，分别对1～2个教室照明、插座供电，楼层空调配电箱直接对楼层每教室空调插座供电；讲台位置设置电源插座，黑板位置设置一体机插座，教室顶部WIFI插座及校园广播音箱插座，教室入口位置设置门禁系统插座；教室顶部及讲台顶部设置摇头扇电源。

对于实验楼，按楼层分别设置照明楼层配电箱及空调楼层配电箱，如音乐室、美术室、教师办公室等用电点较少的房间，每2～3个房间设置1个照明分配电箱，供房间照明、插座供电；如电教室、计算机教室等用电点较多的，每1个教室单独设置照明分配电箱，对教室照明、插座供电使用；对于物理实验室、化学实验室、生物实验室，每实验室设置单独照明分配电箱，对对应实验室及其配套准备室照明、实验室设备、插座供电。物理实验室、化学实验室、生物实验室讲台设置通用数控安全电源系统主机，每个学生座位设置普通AC220V插座及DC接口，均引自讲台电源管理系统主机，每纵向座位插座及DC接头各一个回路，220V交流电源回路具备漏电保护及过载保护功能；教师讲台位置设置AC220V插座及DC接口，电源管理系统带紧急切断电源的按钮，另外电学物理实验室讲台设置AC380V插座；化学、生物通风柜合用通风机采用变频控制，并两地控制，每台排风机主回路设置隔离电器。[1]计算机室、综合科技室每座位设置两个电脑插座，电源引自教室照明配电箱，教室配电箱容量除满足本期需求外，再另外加大预留20%供远期设备升级或增加设备使用，电脑插座回路设置A型剩余电流保护开关；楼层空调配电箱分别引出对应独立分体空调供电回路至空调插座或电源接入点。

学生宿舍按楼层设置照明楼层配电箱及空调楼层配电箱；宿舍每户设置户配电箱，按使用方要求不对学生宿舍作用电计量，户箱由于不需要考虑大功率用电设备，只考虑照明和插座基本负荷，因此每户用电容量按1kW设计；户内每个床位设置插座，阳台设置洗衣机插座；楼层单独设置楼层空调配电箱，宿舍每户分体空调插座单独回路接入楼层空调配电箱，以方便学校对空调使用时间进行管理；学校为防止学生使用大功率电吹风，因此在走廊统一设置公共电吹风电源，同时走廊设置电热饮用水电源。学生宿舍设置太阳能热水系统，电源由变配电房引出专用回路供电。

对于教师宿舍按楼层设置楼层配电箱；宿舍每户设置户配电箱，楼层配电箱至户配电箱出线设置电度表计量，按使用方要求，教师宿舍用电除计算照明和普通插座、洗衣机用电、空调用电外，还需要考虑同时两只电磁炉使用考虑，因此每户用电容量按7kW设计；户内每个床位设置插座，户内靠阳台墙上设置空调插座，阳台设置洗衣机插座及电磁炉插座，宿舍公共走廊设置电热饮用水电源。教师宿舍设置太阳能热水系统，电源由变配电房引出专用回路供电。

食堂、餐厅位置按楼层设置照明楼层配电箱及空调楼层配电箱，当层照明、插座、空调用电回路接入当层对应配电箱，按学校要求设置风扇插座及电视插座，出入口设置灭蝇灯插座，售餐间按打饭口数量设置对应数量的打卡机插座；厨房电源由变配电房引出专用回路供电，按厨房公司提资预留插座或设备开关箱，厨房出入口设置灭蝇灯插座及风幕机插座，厨房内所有供电回路均设置漏电保护；另外厨房内使用或产生水或水蒸气的粗加工区(间)、细加工区(间)、热加工区(间)、洗消间等场所安装的电气设备外壳、灯具、插座等的防护等级不低于IP54，操作按钮的防护等级不低于IP55；厨房事故风机应在室内外设置启停按钮，并可接收可燃气体报警联动信号启动风机。

对于礼堂单体，负1层为室外游泳池设备机房，首层为室外游泳池更衣室，2层为礼堂配套排练室，顶层为礼堂，本单体设置分别设置照明配电总箱及动力配电总箱，每层设置照明楼层配电箱、礼堂设备配电箱、电梯配电箱引自照明配电总箱，照明总配电箱每出线回路设置电度表分项计量，楼层照明分配电箱除礼堂设置在中央控制室外，其余均设置在楼层电井内；动力总配电箱分别出线至负1层游泳池设备配电箱，首层分体空调配电箱，2层中央制冷机房配电箱，动力总配电箱每出线回路设置电度表分项计量。游泳池更衣室设置壁扇插座，电吹风插座，淋浴区设置即热式热水器电源；排练室按使用方要求设置若干插座及壁扇插座；礼堂预留专用舞台多媒体设备配电箱，配电箱至各设备由专业公司设计；礼堂空调采用中央空调，制冷机房动力配电箱分出线回路至冷冻水泵、制冷机组、礼堂用组合式空调机组，制冷机组、组合式空调机组内置控制箱，因此只需提供电源至控制箱接入点即可，冷水泵设置变频器作为启动、控制及电机保护装置；由于绿建要求组合式空调机组内置控制箱需要预留触点，接收礼堂CO2浓度探测器信号调节新风比例。

4 照明系统

实验楼、教学楼照明光源主要选择如下：教室、实验室采用RA大于80的细管径稀土三基色荧光灯，美术室采用RA大于90的细管径稀土三基色荧光灯，光效不小于85lm/W，照明光源的色温4000～5500K，光源2000h光通维持率应不低于90%，70%额定寿命时的光通维持率应不低于85%，灯的额定寿命应不低于13000h；所有教室、实验室灯具带防眩光反射罩，采用蝙蝠翼对称配光灯具，灯具保护角应大于20°，UGR不大于16，灯具效率不低于70%，在满足教室照明质量指标和照明节能要求的前提下，宜采用向上半球发射光通量占总光通量30%～50%的灯具；黑板照明采用黑板专用灯具，灯具C0-180平面的光学结构应是对称的，C90-270平面的光学结构应是非对称的， C90-270平面的光束角宜在40°～60°范围内，灯具的投射角及高度宜可调节；非铝型材灯具壳体材料应采用冷轧钢板，厚度不小于0.4mm，格栅和反射器应采用哑光表面处理[2]。教室、实验室照度严格按照现行国家标准《建筑照明设计标准》GB50034-2013、《教育建筑电气设计规范》JGJ310-2013、《中小学校设计规范》GB50099-2011以及穗教发[2018]54号文执行，除计算机室、语音教室、美术室、书法室设计照度按500lx外，其余按300lx，黑板面局部照度不低于500lx；教室照度均匀度不低于0.7，灯具布置应分别布置在讲台和座位上，灯具距课桌面的最低悬挂高度不低于1.7m，除合唱室外的教室、实验室灯具灯管应采用长轴垂直于黑板的方向布置，灯具按窗平行方位控制，黑板灯单独控制，控制开关集中在黑板方位教室入口位置集中设置；合唱室灯具长轴应平行于合唱阶梯站台布置及控制，控制开关设置在靠近电梯方位的入口位置；灯具与教室风扇共同接入教室照明配电箱。实验楼走廊、楼梯等公共区域采用吸顶灯，照明照度按规范要求设计，控制方式采用人体感应控制或集中分区分组控制等节能控制方式，电源接入公共照明配电箱。

学生宿舍、教师宿舍照明采用RA大于80的细管径稀土三基色荧光灯，照明光源的色温不大于3300K，学生宿舍设计照度150lx，教师宿舍设计照度100lx，灯具吸顶安装，同时设置摇头扇，灯具及摇头扇控制开关设置房间入口旁，户内照明电源均引自户配电箱。学生宿舍、教师宿舍走廊、楼梯等公共区域采用吸顶灯，照明照度按规范要求设计，控制方式采用人体感应控制与集中分区分组混合控制方式，电源接入公共照明配电箱。

餐厅照明光源采用RA大于80的细管径稀土三基色荧光灯，灯具采用格栅灯盘，照明光源的色温大于3300K，设计照度200lx，灯具沿窗平行控制，开关集中设在离电梯最近的楼梯出入口附近，电源接入楼层照明配电箱；餐厅并设置紫外线灯，按防疫要求杆吊2m安装，按学校要求，紫外线灯专用开关集中放置，为防止学生误操作，安装高度安装在1.8m，并装上锁箱，做好标记。厨房灯具采用三防灯具，炉前采用防爆灯具，光源采用RA大于80的细管径稀土三基色荧光灯，照明光源的色温选用4000k，粗加工区、洗消间设计照度200lx，细加工区、熟食加工区设计照度300lx，灯具按操作流线方向控制，控制开关设置对应区域入口处，厨房照明接入厨房设备配电箱，每照明出线回路均设置30mA漏电保护装置；厨房设置紫外线灯，按防疫要求杆吊2m安装，控制开关与餐厅紫外线灯开关一并集中放置，放置要求同餐厅紫外线灯控制开关。

礼堂照明主要分为舞台照明及观众席照明，观众席为局部两层，属阶梯级座位，天花也为跌级吊顶，因此一定区域内吊顶与座位之间高度可维持在一定范围内，照明光源主要用采用LED筒灯，设计照度需要满足开会时书写要求，设计照度按200lx设计，灯具选型上分别计算吊顶与座位距离不同高度的大致区域照度，确保每个区域照度满足要求，灯具控制与观众席座位横向一致，声桥位于吊顶上，仅检修时使用，因此可按一般通道照度50lx设计，灯具采用T8支架灯；其余房间，如中央控制室、排练室、化妆室等辅助房间按常规照明设计，照度可参照JGJ57-2016《剧场建筑设计规范》表10.3.8照度要求设计，光源统一采用T8荧光灯盘；观众席阶梯通道设置地脚LED灯带，由于地脚灯带位置为容易接触高度，因此灯带配电回路设置漏电保护；舞台照明由专业公司另外设计；常规照明控制均在中央控制室通过配电箱断路器控制，配电箱应留有每照明控制回路后期装设智能控制模块空间，舞台照明由中央控制室灯光控制台集中控制，并可预留远期实现礼堂照明能渐亮渐暗平滑调节条件；中央控制室、排练室、化妆室等辅助房间控制开关在房间入口位置控制。

室外游泳池照明采用LED泛光灯设于礼堂外墙上，设计照度为200lx，以满足夜间游泳照明需要，游泳池更衣室出口旁观众席附近设置泛光灯控制开关，泛光灯配电回路设置30mA漏电开关。

5 总结

本文从实际项目出发，大致阐述了教育建筑的私立初中电气设计的大致电气设计内容，学校的电气设计中，除了综合较多的设计规范外，还需要与校方运营经验结合综合考虑。上述是本人中学电气设计中的一些心得体会，不足之处，敬请同行批评指正。