百年住宅的建筑电气设计

韩 志 峰

(河北建筑设计研究院有限责任公司, 河北 石家庄 050011)

0 引 言

随着我国大力推动住宅产业转型升级,全面提高住宅建设综合价值,2018年中国工程建设协会推出第一个针对百年住宅设计与评价的标准T/CECS-CREA 513—2018《百年住宅建筑设计与评价标准》,该标准面向全国设计领域,从百年住宅设计的框架、技术和评价体系等方面作了规定。2021年3月河北省建设地方标准DB13(J)/T 8383—2020《百年住宅设计标准》发布实施,2022年6月1日山东省工程建设标准DB37/T 5213—2022《百年住宅建筑设计规程》开始施行,百年住宅的建设已渐渐走到我们的面前。

百年住宅建筑体系是建筑支撑体S(Skeleton)和建筑填充体I(Infill)相互分离的建筑理论、集成方法和设计建造体系,它具有高耐久性的建筑支撑体、长期适应性的建筑填充体以及维护更新便利等特点。百年住宅应基于SI百年住宅建筑体系采用系统协同的方法进行集成化设计,既要符合建筑、结构、装修、设备及其管线一体化设计的要求,也要应满足建筑支撑体耐久性和建筑填充体适应性的建筑长寿性能要求。作为协同集成化设计的一部分,百年住宅建筑电气设计需要我们着重考虑如下问题。

1 配电系统设计及用电负荷的确定

百年住宅建筑的配电系统设计应满足国家和行业现行标准的有关规定,并结合整体厨房、整体卫浴等标准化、模块化部品的采用和工艺要求对传统住宅建筑配电系统进行模块化、标准化的设计和改进,比如:按整体厨房、整体卫浴等模块化部品对电源容量的需求各自设置相应的单独配电回路。

百年住宅作为居住长久品质的建筑,每套住宅的用电负荷的取值应充分考虑建筑电气应用的远期发展,满足住宅日益增长的用电需求,这里建议暂时执行国家推荐性标准GB/T 36040—2018《居民住宅小区电力配置规范》中相关规定:住宅套型建筑面积S≤60 m2时,电负荷计算功率不宜低于6 kW;60 m2140 m2时,超出的建筑面积可按30 W/m2～40 W/m2计算用电负荷。当地方标准高于以上指标宜优先采用地方标准,例如DGJ 08-20—2019《上海市住宅设计标准》规定:120 m2<建筑面积S≤150 m2时,用电负荷计算功率不应小于12 kW,S>150 m2时,按80 W/m2计算用电负荷。

2 电气设备管线的安装敷设

百年住宅的电气设备及管线应进行一体化集成设计,选择集成化、模块化产品,同时要满足日常检修更换的要求。公共管道集中设置在公共空间内,考虑到建筑支撑体的耐久性,百年住宅的住户家居配电箱、智能化系统家居配线箱宜设置在套内走廊、门厅、起居室等便于维护的填充墙体上。电气管线的敷设要与结构支撑体分离,便于日后的更换、改动与检修,当穿越结构支撑体(墙、梁)时应预留管线套管,并且尽量贴紧顶板,这样在日后更换管线时不会破坏主体结构。设计阶段应根据建筑结构形式、内隔墙材料、吊顶与地板的铺装方式确定住宅内部各类电气管线的敷设方式,宜敷设在轻质隔墙空腔、架空层或吊顶空间内,对内部管线精细化、综合设计尽量做到合理布线,减少管线交叉,从而最大限度地节省室内空间,管线敷设的防火保护措施则应符合现行国家标准GB 50016—2014《建筑设计防火规范》相关要求。对于整体厨房、整体卫浴等模块化部品应按照其接入点位置的要求设置相应管线的接口,为了减少人身在潮湿场所电击危险,整体卫浴需要采取主要安全防护措施:设置辅助等电位联接线,与整体卫浴无关的电气管线不得进入和穿过整体卫浴,整体卫浴内的电气管线不应敷设在0、1区内,并不宜敷设在2区内。

3 建筑长寿性能设计

前面提到的标准中要求百年住宅的设备及管线耐久年限不低于20年,共用管线的耐久年限则宜更长以减少百年住宅全寿命期内更换次数。目前JG/T 442—2014《额定电压0.6/1 kV双层共挤绝缘辐照交联无卤低烟阻燃电力电缆》和JG/T 441—2014《额定电压450/750 V及以下双层共挤绝缘辐照交联无卤低烟阻燃电线》两项标准已经颁布实施,要求导体平均工作温度70 ℃下电线电缆使用寿命不应小于70年,设计中可优先选用此类长寿命周期的电线、电缆产品。电气管材应采用钢管或阻燃硬质聚氯乙烯管(硬质 PVC管),当采用钢管时,其耐腐蚀性能分类应能够达到 3级以上,依据GB/T 20041.1—2015《电缆管理用导管系统》第1部分:通用要求14.2.1表10耐腐蚀性能分类,作为百年住宅建筑设计,电气管材采用金属导管时,应具有中高复合保护、内外均高的防护能力;电气设备选型应充分考虑可靠性及安全性,选用节能环保、性能先进、质量好、寿命长、市场信誉度高的品牌产品。

4 品质优良性能设计

4.1 适老通用性能

百年住宅作为人们一生都可以居住生活的全寿命周期住宅,其电气设计应考虑我们每个人都会变老的居住需求,为老年人提供良好的使用功能和条件。住宅套内照明、电器的开关和调控面板在设备选型时应易于识别,安装的位置和高度要考虑便于乘坐轮椅靠近和使用;居室的顶灯、长过道照明宜采用双控开关两地控制,同时在居室至卫生间的走道墙面上设置嵌装地脚夜灯,来减少老年人夜间在黑暗中行走的跌倒危险。

4.2 长期维护性能

百年住宅的电气设备及管线宜选用装配化集成产品,其接口应标准化,满足通用性和互换性的要求,各类不同管道的外壁应标识不同的颜色,依据《CSI住宅建设技术导则(试行)》强电管线套管颜色标识为白色、弱电管线套管颜色标识为橙色,管线集中处设置检修口以便于维护管理、检修更新。根据产品与构件的使用耐久年限制定检查、维修和更换的计划并加以实施进行维护管理。

百年住宅的配电应从传统模式向智慧运维转变,比如采用数字化智能配电技术,通过安全、智慧互联的中低压一体化、强弱电一体化等综合监控的解决方案,实现闭环管理、快速排障、绝缘检测和预测仿真,全面保障配电系统安全、可靠、稳定;通过设计-部署-运行-维护-优化改造的全生命周期数字化资产管理,从端到端的保证配电系统安全健康,实现配电设备管理的智能化、专业化和精细化。

4.3 智能化设置性能

百年住宅的设计应长久保持住宅的正常使用功能。其智能化系统的设置需要兼顾功能实用性、技术先进性、设备标准化、网络开放性、系统可靠性及可扩展性,宜适度超前,并应满足智能家居的应用需求,让人们切实享受到现代化建筑新技术便民特性的同时提高住宅的安全性、实用性和物业管理水平。百年住宅智能化系统的设置应满足现行国家和地方智能建筑设计标准、规范的最低规定,并要符合公安部门公共安全技术防范管理的要求,一般包含信息化应用系统(包含物业管理系统和家居管理系统)、智能化应用系统(包含信息设施系统、有线电视系统、访客对讲系统、信息引导发布系统、公共广播系统)、建筑设备管理系统(包含建筑设备监控系统和能耗计量系统)、公共安全系统(包含火灾自动报警系统、视频监控系统、电子巡更系统、停车库管理系统、紧急求助报警系统、电子周界防护系统)等,百年住宅智能化系统需要按高层、多层或别墅等不同类别住宅对智能化的需求进行选配,可由以上系统的部分或全部组成。

为了提高适用宜居性能,百年住宅宜设置智能家居系统,智能家居系统通过其核心设备家庭智能终端来实现系统信息的采集、信息输送、信息输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能。家庭智能终端是一个多功能的技术系统,包括可视对讲、家庭内部的安全防范、家居综合布线系统、照明控制、家电控制、室内环境状况监测和设备控制、远程的视频控制、声音监听,还包括各类感应器、嵌入式识别芯片、家庭智能控制终端。住宅工业体系革命性地将传统意义上的住宅拆分为六大工业体系,其中整体厨房、整体卫生间、内隔墙和架空地板等部品均可以采用家用电器的模式加以生产。而各类住宅工业部品和家用电器中嵌入内置射频识别芯片,通过家庭智能终端与有线(如KNX/C-BUS总线)或无线(如WIFI/蓝牙、5G)网络连接,住户可以采用各种不同的交互模式对它们进行单点控制、定时控制、远程控制和不同场景的控制。

5 绿色持续性能设计

百年住宅的电气设备应采用安全节能的产品,电力变压器、电动机、交流接触器和照明等产品的能效水平应高于能效限值,优先选用损耗最低能效等级的产品;百年住宅宜设置建筑设备管理系统(包括建筑设备监控系统和能耗计量系统)对其进行实时状况的监控及管理;百年住宅公共区域的照明应设置声光控、雷达感应等延时自熄节能自控装置;GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》2022年4月1日起实施,对可再生能源的利用做出了具体要求:新建建筑应安装太阳能系统。百年住宅则宜利用太阳能光伏发电系统来解决公共区域的照明,因住宅建筑可综合利用太阳能的面积相对较小,系统装机容量一般都不大,从绿色环保角度出发,为了减少蓄电池生产和使用中的产生环境污染,建议不再进行储能、直接采用低压并网、自发自用模式的分布式光伏发电系统。

6 建筑信息模型的应用

近年来BIM(Building Information Modeling)技术高速发展并倍受业界关注和认可。为了有效提高工作效率、降低成本、节省资源以实现可持续发展,百年住宅应进行建筑信息模型设计,利用BIM技术把从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结的各种信息集成在三维模型信息数据库中,建立数字化管理平台,设计、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于建筑信息模型协同工作,实现项目全寿命期的信息化管理。

7 结 语

百年住宅在我国大约从2010年开始发展,经过10多年的建设取得不少成果,但对于SI建筑体系的百年住宅来说我国现有的标准规范还相对滞后;住宅产业化的发展还处于初始阶段,各地区、各企业都是自主开发、体系各异、构件模具各异、生产工艺也不尽相同,未形成规模效应;设备、管线等部品模数协调刚开始运用,缺乏系列化、标准化,难以支撑百年住宅部品的生产、更换与再利用;部品与部品之间的接口连接是粗放式的,技术含量较低;这些问题严重阻碍着我国百年住宅的发展,如何突破我国长期以来建筑业传统设计、生产及建造模式,还需要我们学习和借鉴国外的先进经验、不断的去研究和探索,并结合实际国情研发具有中国特色的百年住宅建筑体系。