实验楼电气设计的特点研究

孙鹤

惠特环境科技有限公司 安徽 合肥 230000

引言

实验楼作为开展科学研究的主要场所，在科学技术的推广与科技创新中起着重要作用，大部分科技成果的形成都离不开实验楼，因此，如何更好地建设实验楼是一个值得思考的问题，有助于提高科技创新能力与核心竞争力。现如今，我国科学技术水平不断提高、科研事业不断发展、研究领域不断扩大，对于实验楼的建设要求也在不断提高。

1 概况

目前，我国针对实验楼建设的规范主要为科学实验建筑设计规范，该规范不包括一些实验楼，例如生物实验楼，或者一些特殊行业。针对这些实验楼，另外有更加系统完善、有针对性的国家标准指导其建设[1]。科学实验楼建筑设计规范明确了实验楼建设的标准与要求，并且提出了实验楼建筑的最低标准，但是在实际的实验楼建设过程中，相关设计人员不仅仅要根据规范进行实验楼设计，还要根据不同实验楼的功能性要求来进行实验楼设计。相关设计人员在进行实验楼设计前，要充分与实验楼使用人员进行沟通交流，在实验楼设计的过程中，要充分发挥出创新能力。在进行实验楼电气设计时，要保证其设计安全可靠，同时其设计不仅仅要满足当前的需求，还要为未来做充分的考虑，从而建设出具有专业性、高效性以及前瞻性的实验楼。

2 建设流程

目前，我国在进行实验楼建设的过程，一般会采用传统的建设流程，具体流程如[2]：第一步进行实验楼建筑设计；第二步进行实验楼建筑施工；第三步进行实验楼工艺设计；第四步进行实验楼工艺施工。但是在实际实验楼建设的过程中，经常会急于投入使用，不进行实验楼工艺的设计，或者是没有多余的东西进行工艺设计，这就会完成建成的实验楼的专业性降低。也有一部分的实验楼建设，由于缺乏准确的工艺参数和工艺依据，在施工完成后，各个专业的预留不满足要求，造成了大规模的改造，导致大量的资源被浪费。而在一些发达国家地区，在进行实验楼建设时采用的建设流程，具体是：第一步进行实验楼工艺设计；第二步进行实验楼建筑设计；第三步进行实验楼建筑施工；第四步进行实验楼工艺施工。因此，国内有些专业人员开始效仿国外的实验楼建设流程，先进行工艺设计，工艺设计由内到外，在进行建筑设计由外到内，但是按照我国目前实际情况来看，实行这种实验楼建设流程仍然存在一定的难度，需要一定的时间发展。

目前，我国的建筑院校很少设置了实验楼工艺设计相关专业，但是一些实验楼设计的公司在慢慢的摸索中。通过对一些采取这种建设流程进行实验楼建设项目的分析发现，该种流程取得了很好的效果，因此可以在国内进行推广，同时也发现前期工艺设计的重要性，可以减少返工现象的发生，节约成本与各种资源。

3 实验用电负荷特点

3.1 用电负荷的独特性

实验楼与其他公共建筑相比具有特殊性，每个学科的实验楼都有着自身的特点，不同类型的实验楼其特点也不尽相同[3]。

3.2 用电负荷的不确定性

由于科学研究对象不断在变化，同时科学技术也在不断发展，致使科学研究不断发生变化。在修改与完善试验方案时，不同时间与不同试验方案，导致所有的设备仪器也不固定，因而用电量也会随之发生变化，这就是有用电负荷的不确定性。

3.3 用电负荷的增长性

在实验楼刚投入使用阶段，实验的规模还不算大，实验楼中的设备仪器还不算多，但是随着时间的增长，为了跟上科学研究的发展脚步，因此会加大设备器材的投入，致使用电量会越来越多，这就是用电负荷的增长性。

3.4 用电负荷的复杂性

实验所有的设备仪器对电气专业的要求不仅高而较为复杂，不仅要考虑设备仪器的用电量，还要考虑其供电方式、弱电要求、电压等级、电能质量要求等。当然，不是每个实验楼的设备仪器都要准确地满足这些要求，由于实验项目与研究对象的不同，新建的实验楼与需要扩建的实验楼都会有各自的侧重点。

4 负荷等级分类与供电电源

一级负荷：消防用电设备，例如消防泵、消防控制室等，地下车库照明用电，消防应急照明，以及对于一些对供电连续性有一定要求的国家重点实验楼等；二级负荷：主要为楼梯用电与通道通电，一些对于供电连续性有一定要求的实验楼用电，以及二级生物安全实验楼用电；三级负荷：主要为电视，热水器等不重要电器设备用电[4]。

5 照明系统

在日常生活中，照明系统的电源一般采用220V，并且主要线路一般采用三相五线的供电方式，而枝干线路一般采用单相三线供电方式。而在照明灯具的选择方面，一般采用显色指数＞80的细管径的稀土三基色的荧光灯，其具有发光高效率性且不会眩目。在灯具的安装方面，在实验楼的灯具安装中要严格控制灯具到桌面的距离，一般要＞1.7m，且灯具安装要采用吊杆安装或者将灯具嵌入吊顶内安装。在走廊，楼梯间的灯具应该采用发光二极灯管。除此之外，要对实验室内灯光的不舒适眩光进行评价，并且眩光值≤19。

在每个实验室的出入口都要设置灯具控制开关，并且灯具要与外窗保持平行方向控制；公共场合的照明系统设计，要根据使用需求及现场实际的天然采光情况，采用分区或者分组的方式进行照明系统设计，同时采用智能控制器进行集中的控制。

每个实验室都应设置专门的配电箱，每个实验室的前后墙都应设置电源插座，对于电源插座，应该采用220V电压的两孔、三孔安全型电源插座。同时每个实验室都应设置三相电源插座，在插座中要设置漏电保护装置。在无障碍卫生间内，在距离地面0.5m的位置设置求助装置，同时在门外距离地面2.5m的位置设置声光报警器。

在消防控制室、电梯机房等要设置专门的配电箱，在进行地面施工时，要采用防静电材质的地板，同时在进行线路铺设时，应将线路铺设在防静电地板下方。

6 电气消防系统

实验楼的消防负荷为一级负荷，在对其进行供电设计时，应采用双电源供电方式，并且要保证末端互投。火灾报警是一种具有集中性的报警系统，消防控制室由烟雾报警器，火灾报警器，能够手动报警的装置，能够通过感应声光的报警器，能够感应温度的报警器，消防报警电话，消防广播，以及其他可以联动控制的设备等设备共同组成的。

消防控制室内应要配置一台电气火灾监控设备，配电间内应要配置防火剩余电流动作报警系统，并且应该采用总线式报警方式。消防控制室内的消防电源监控设备，能够显示消防用电设备供电电源以及备用电源的工作状态，同时在发生故障时，能够准确地确定故障位置，并能迅速报警，各个电源设备的状态信息能够传输到消防控制室内的图像显示设备。除此之外，在消防控制室内，还应配置一台防火门监控设备，能够有效地监控防火门开启与关闭的动态信息，同时如果防火门发生故障，能够及时地报警，保证在发生火灾时，防火门能够及时有效地自动关闭。

7 备用电源

在进行一些重要的科学研究工作时，如果发生突然的断电，不仅仅完成经济上的重大损失，更重要的是造成实验结果的缺失，严重影响科学研究的正常进行，因此，可以将这种实验设备仪器的负荷等级提高。在进行设计时，设计人员可以根据其用电情况，电源要求等科学合理选择备用电源。在实验楼中，通常情况下，会采用UPS不间断电源设备，作为实验楼的备用电源。

8 配电系统优化

8.1 配电级数

在进行配电系统设计时，应该尽可能简单可靠，尽可能地减少配电级数。进行低压设计时，一级与二级用电负荷的配电级数尽量不大于三级，而对于三级用电负荷的配电级数尽量不大于四级。通常情况下，配电系统由变电所、楼层的配电间以及终端配电组成，但是在实验楼的配电系统中，在每个实验楼中，都应该配置独立的配电箱，从而增加一级的配电级数。而对于大型的实验设备仪器，供电电源还应该设置能够切断电源的分路开关。如果本楼内没有设置变电所，这样会导致楼座配电室的增加，进而致使配电级数的增加，配电系统的安全可靠性会大大地降低，各级配电系统保护电器设施很难配合，实验楼用电安全得不到保证[5]。

8.2 备用多留

实验的内容、研究对象、所用的实验方法在不断变化，并且其变化的时间越来越快，增强配电系统的应变能力则是前瞻性的体现，在实际实验楼建设过程中，为了提高应变能力，一般会采用增加备用电源，虽然这种方式会增加投入资金，但是能很好地与科学研究的发展与变化相适应。在对配电室的设计过程中，要合理地预留低压柜的位置，在同样的配电柜数量的情况下，多设置一些备用回路，用以应对后期实验设备仪器增加的情况出现。同时，每个实验楼内都要单独设置配电箱，并且对于一些大型的设计仪器或者重要的设备仪器应采用单独的配电回路。除此之外，实验楼内还应设置数量足够多的插座，插座数量的要求为在满足实验楼工艺要求的前提下，还要多出20%～40%的插座数量。对于插座，应采用多种电源，例如：单向稳压、直流稳压以及三相稳压等不同电压的电源，对于不同的电压，要做好标记区别工作，防止在实际使用过程发生不当的操作。进行实验楼配电箱设计时，应要预留出一定数目的备用回路，并且要把埋管放在吊顶内，方便后期实验楼进行改造或者增容。

8.3 平衡负荷

通常情况下，从楼层配电间对各个实验楼的供电方式，采用放射式供电方式。当实验楼设备仪器多并且实验楼的数量多的时候，为了保证每个实验楼的用电量，需要将很多的电缆线路铺设在实验楼吊顶内，这无疑增加了实验楼的施工难度，同时也增加了施工成本。为了科学合理的解决这一问题，对实验楼用电情况进行分析，发现实验楼中的每个实验楼都达到满负荷运行的情况很少出现，电气设计人员可以根据这种特点，在楼层配电设计中，采用在走廊内插接式母排的方式，每个实验楼提前预留好插接口，这样既可以满足用电需求，又可以很好地适应设备仪器的扩展。在实际过程中，每个楼层适合哪种供电方式，需要根据实际情况、技术水平、成本等方面进行综合性考虑，从而确定选择哪种供电方式。

9 结束语

实验楼比一般公共建筑具有更高的科学性，不同的实验室的功能要求也不一样，进而实验室内的设备仪器也不一样，每个设备仪器的用电需求也不一样。因此，通过分析实验楼的电气设计特点，在满足实验楼功能要求的前提下，对实验楼的电气设计进行优化与改善，提供一个安全，可靠，高效，节能的实验楼供电环境，为国家科研事业提供保障。