靳春光

(大同市建筑設(shè)計研究院，山西 大同 037006)

1 項目概況

大同鐵一中新校區(qū)基地為東西向290 m，南北向340 m的長方形，基地占地面積約9.78 hm2，總建筑面積6.3萬m2。新建學校為完全中學，其中初中部為14軌42個教學班，高中部為12軌36個班。

校園功能布局綜合考慮教學活動、分期建設(shè)、改造擴建等方面因素，把校區(qū)分為校前綜合教學區(qū)、初中教學區(qū)、高中教學區(qū)、學生生活區(qū)、運動區(qū)等5個區(qū)。

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計

2.1 供電電源

本校由1座實驗綜合樓(6F)，3座高中教學樓(5F)，3座初中教學樓(5F)，1座食堂(3F)，2座宿舍樓(6F)，1座風雨操場(2F，預留)，1座運動場看臺(1F)，1座換熱站等組成，總建筑面積為6.3萬m2。按照體量最大的綜合實驗樓計算，體積為4.7萬m3，未超過5萬m3，因此室外消防用水量為25 L/s。根據(jù)GB 50016-2006建筑設(shè)計防火規(guī)范第11.1.1條，本建筑消防負荷供電等級為三級，其他負荷也均為三級，由單電源供電即能滿足消防規(guī)范要求。因此，從市政引來一路10 kV電源，采用YJV22-10 kV高壓電纜埋地敷設(shè)至校區(qū)內(nèi)10 kV高壓配電室，低壓電源電壓等級380 V/220 V。通信機房、網(wǎng)絡(luò)機房、有線電視機房、保安監(jiān)控機房等重要用電負荷的備用電源采用EPS應急電源供電，應急及疏散指示照明設(shè)備采用自帶蓄電池的燈具。

2.2 負荷計算

整個校區(qū)結(jié)合綠化、環(huán)境、景觀、安全等因素綜合考慮，在靠近負荷中心的位置設(shè)置2座1 000 kVA箱式變電站。1號箱變主要負責初中教學樓、實驗綜合樓、風雨操場等的用電及2號箱變消防負荷的備用電源，設(shè)備容量為1 233 kW;2號箱變主要負責高中教學樓、食堂、宿舍、換熱站等的用電及1號箱變消防負荷的備用電源，設(shè)備容量為1 238 kW。本工程總設(shè)備容量為2 471 kW，計算總?cè)萘繛? 611.5 kVA，變壓器總安裝容量為2 000 kVA，變壓器平均負載率為80.6%。

計算過程為:

箱變用電設(shè)備安裝容量Ps=2 471 kW。

需要系數(shù)為Kx=0.6。

計算有功負荷 Pj=Kx×Ps=2 471×0.6=1 482.6 kW。

計算無功負荷 Qj=Pj×tgθ=1 482.6 ×0.426=631.6 kvar。

為改善電源質(zhì)量提高功率因數(shù)，在各箱變低壓側(cè)設(shè)置無功功率自動補償裝置，根據(jù)負荷情況對無功功率動態(tài)進行補償，使功率因數(shù)保持在0.9以上，本設(shè)計按照補償后平均功率因數(shù)為cosθ=0.92。

2.3 供配電系統(tǒng)

低壓配電系統(tǒng)采用放射式與樹干式相結(jié)合的方式，對于單臺容量較大的負荷和消防負荷(如水泵房、食堂廚房動力、熱交換站、太陽能輔助電加熱設(shè)備等)采用放射式供電;對于一般負荷，采用樹干式與放射式相結(jié)合的供電方式，引至各建筑單體的首層電氣小間或電氣豎井內(nèi)總配電箱。盡管按照GB 50016-2006建筑設(shè)計防火規(guī)范第11.1.1條規(guī)定，本工程采用一路高壓供電，但是按照第11.1.5條“消防控制室、消防水泵房、防煙與排煙風機房的消防用電設(shè)備及消防電梯等的供電，應在其配電線路的最末一級配電箱處設(shè)置自動切換裝置”的規(guī)定，本設(shè)計消防設(shè)備采用雙回路供電，分別從1號，2號箱變引出單獨干線回路至各建筑單體總雙電源分線箱，再采用雙回路引至用電設(shè)備，并在末端自動切換。

3 教室配電設(shè)計

教學用房的配電按照以下原則:教學用房和非教學用房的照明線路分設(shè)不同支路。門廳、走道、樓梯間、衛(wèi)生間(盥洗室)照明線路設(shè)單獨支路。教室、實驗室照明線路支路，控制范圍不宜過大，以一個教室為宜，最多不超過兩個。教室內(nèi)電源插座與照明用電分設(shè)不同支路。實驗室設(shè)置獨立配電箱。

3.1 教室照明設(shè)計

根據(jù)GB 50034-2004建筑照明設(shè)計標準的要求:學校一般教室、實驗室、語音教室、計算機教室等課桌面(0.75 m水平面)平均照度不低于300 lx，美術(shù)教室平均照度不低于500 lx，教室黑板面平均垂直照度不低于500 lx，顯示指數(shù)Ra不低于80，統(tǒng)一眩光值UGR不大于19，照度均勻度不低于0.7。照明功率密度值:普通教室、實驗室不大于11 W/m2，美術(shù)教室不大于18 W/m2。

3.1.1 普通教室一般照明

本工程普通教室軸線尺寸為9 m×8.1 m×3.6 m，樓板采用現(xiàn)澆空心管樓板，除框架梁外，沒有次梁，不會對燈具布置產(chǎn)生影響。燈具選用9只2×36 W細管徑直管蝙蝠翼配光型熒光燈，配電子鎮(zhèn)流器(消耗功率2 W)，其光通量為6 700 lm。為減少眩光區(qū)和光幕反射區(qū)，燈具縱向布置，燈具長軸平行于學生的主視線，并與黑板垂直。為保證照度均勻度，距高比(L/hr)不大于所選用燈具的最大允許距高比，燈具安裝高度距地2.8 m。平面布置見圖1。

照度計算采用利用系數(shù)法:

燈具安裝高度:2.8 m。

課桌面高度:0.75 m。室空間高:hr=2.8 －0.75=2.05 m。

圖1 隧道教室配電平面圖

房間尺寸:長l=9 m，寬b=8.1m。

室形指數(shù):RI=l×b/hr×(l+b)=(9×8.1)/2.05×(9+8.1)=2.08。

頂棚反射比ρc=70%，墻反射比ρw=50%，地面反射比ρf=10%。

查照明設(shè)計手冊，得利用系數(shù):U=0.62。燈具數(shù)量:N=9。

燈具光通量:Φ=6 700 lm。

工作面面積:A=l×b=9 ×8.1=72.9 m2。

燈具維護系數(shù):K=0.75。

課桌面平均照度:Eav=N×Φ×U×K/A=9×6 700×0.62×0.75/72.9=384 lx。

燈的距高比:A—A 方向:L/hr=2.75/2.05=1.34，小于該燈具最大允許值1.52;B—B 方向:L/hr=2.4/2.05=1.17，小于該燈具最大允許值1.25，照度均勻度不低于0.7，滿足要求。

照明功率密度 P=18 ×38/72.9=9.38 W/m2，小于11 W/m2，滿足要求。

教室燈具控制方式為:黑板燈單獨控制，教室橫向第一排燈具單獨控制，教室中后部的燈具分三路縱向單獨控制。這樣設(shè)計的目的一方面是考慮節(jié)能，另一方面是在看投影幕布時，可以關(guān)閉第一排的燈，以利于教室后邊的同學看清幕布內(nèi)容，而不影響正常的視覺要求。

3.1.2 實驗室、語音、計算機、多媒體教室一般照明

本工程實驗室、語音、計算機、多媒體教室的軸線尺寸均為12 m×8.1 m×3.6 m。燈具均選用12只2×36 W細管徑直管蝙蝠翼配光型熒光燈，配電子鎮(zhèn)流器，經(jīng)過驗算照度為397 lx?？刂品绞脚c普通教室相同。

3.1.3 美術(shù)教室照明

本工程美術(shù)教室軸線尺寸也是為12 m×8.1 m×3.6 m。一般照明燈具均選用16只2×36 W顯色性好的三基色熒光燈管，顯示指數(shù)Ra不低于90，配電子鎮(zhèn)流器，經(jīng)過驗算照度為513 lx。另外在教室天花板均勻預留4組插座，以備今后增加導軌射燈，在四周墻上增加了電源插座，作為局部照明和重點照明的預留。

3.1.4 教室(實驗室)黑板照明

黑板照明選用具有非對稱光強分布的專用黑板照明燈具。為了避免對學生產(chǎn)生反射眩光，對教師產(chǎn)生直接眩光，黑板燈具的位置布置《照明設(shè)計手冊》(第二版)有規(guī)定，但是該手冊第249頁圖7—4與第256頁表7—4有相互矛盾的地方，前后表述不一致。設(shè)計人經(jīng)過驗算，認為該手冊第249頁圖7—4對于減少眩光更有利，因此，本設(shè)計黑板燈距黑板水平距離0.85 m(考慮黑板的厚度，距安裝黑板的墻水平距離應為0.9 m～0.95 m)，距地2.8 m安裝。燈具選用3只T8，36 W細管徑直管非對稱光強分布熒光燈，配電子鎮(zhèn)流器(消耗功率2 W)，其光通量為3 350 lm。黑板照明燈具平面布置見圖1，剖面圖見圖2。

圖2 黑板照明剖面圖

3.1.5 走道、樓梯間照明及應急照明

教學用房為人員密集場所，學生同時下課，同時涌入走道和樓梯間。如果走道、樓梯間光線黯淡，不利于人員疏散，特別是發(fā)生意外事件時，容易造成混亂。因此按照GB 50099-2011中小學設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，走道、樓梯間的照度標準為不低于100 lx。

同時，教學用房的走道、樓梯間的應急照明標準值也應按照人員密集場所進行設(shè)計。關(guān)于應急照明的要求，在GB 50016-2006建筑設(shè)計防火規(guī)范、JGJ 16-2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范中均有規(guī)定。因此，綜合《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第11.1.3條、第11.3.1 條和《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》第13.8.6條，學校走道、樓梯間的應急照明照度值不低于5 lx，持續(xù)供電時間不低于30 min，并且按照要求在各主要出入口的門框上設(shè)安全出口標志燈及在走道上設(shè)置疏散指示燈。

3.2 教室插座及電氣設(shè)備

普通教室:在講臺和教室后墻距地0.5 m處各設(shè)一組單相五孔安全型插座，在教室前黑板左側(cè)距地2.8 m處設(shè)電視機電源插座1個，在教室前黑板左上方設(shè)投影機電動幕布插座1個，在教室天花板中軸線前部約1/3(距黑板水平距離約3 m)偏下處設(shè)投影機電源插座1個，在教室后黑板上方設(shè)攝像機電源插座1個。

實驗室:實驗室的插座除了按照普通教室所設(shè)置的電源插座外，根據(jù)各功能實驗室的不同，還應設(shè)置各種供實驗用的插座。所有實驗室都在講臺進門處設(shè)配電箱，總電源進線均設(shè)置短路保護、過載保護措施;插座回路都按課桌縱向排列分回路，并設(shè)置剩余電流動作的斷路器。

物理實驗室:講臺處教師實驗桌上設(shè)置380 V/16 A三相電源插座2個、220 V/16 A單相五孔安全型插座2個，24 V直流電源插座1個。在每個實驗桌上設(shè)置220 V單相五孔安全型插座1個，24 V直流電源插座1個(在講臺處設(shè)置交直流整流配電箱)。

化學實驗室:講臺處教師實驗桌上設(shè)置220 V單相五孔安全型插座2個，24 V直流電源插座1個。在每個實驗桌上設(shè)置220 V單相五孔安全型插座1個，24 V直流電源插座1個(在講臺處設(shè)置交直流整流配電箱)。由于化學實驗室的實驗桌上設(shè)置排風設(shè)施，所以化學實驗室設(shè)專用排風道引至屋頂，在屋頂設(shè)置離心排風機，排風機控制在講臺教師實驗桌上。

生物實驗室:講臺處教師實驗桌上設(shè)置220 V單相五孔安全型插座2個。在每個實驗桌上設(shè)置220 V單相五孔安全型插座2個，其中1個供局部照明用。

實驗準備室:除周圍墻上距地0.5 m設(shè)置220 V單相五孔安全型插座外，根據(jù)需要預留電冰箱、恒溫箱等用電插座。

語音、計算機、多媒體教室:講臺處教師操作臺下地面設(shè)置220 V單相三孔安全型地插座2個。在每個學生工位的地面設(shè)置220 V單相三孔安全型地插座1個。這些功能教室還預留設(shè)置空調(diào)電源插座。

4 弱電系統(tǒng)

本工程弱電系統(tǒng)包括:校園廣播系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、教學監(jiān)控及教學觀摩系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、校園一卡通等系統(tǒng)。

4.1 廣播系統(tǒng)

在學校綜合實驗樓設(shè)廣播室。教學區(qū)，生活區(qū)，運動區(qū)等場所設(shè)有分區(qū)廣播揚聲器，并劃分為不同支路系統(tǒng)，上下課電鈴聲由廣播揚聲器播放。廣播系統(tǒng)采用智能擴音管理系統(tǒng)，同時在緊急狀態(tài)下能夠自動切換為特殊狀態(tài)，如:消防狀態(tài)等。

4.2 綜合布線系統(tǒng)

在學校綜合實驗樓設(shè)中心機房，內(nèi)設(shè)語音、數(shù)據(jù)(內(nèi)、外網(wǎng))主配線架等。

數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng):數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)分別設(shè)內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)。內(nèi)網(wǎng)為學校的專用局域網(wǎng)，且不與學校外部聯(lián)通，該網(wǎng)的建設(shè)目標是建成一個以學校的教學、科研為中心，覆蓋全校辦公系統(tǒng)、行政管理系統(tǒng)、教學系統(tǒng)、后勤管理等功能的計算機網(wǎng)絡(luò)。外網(wǎng)指學校對外的數(shù)據(jù)接口，這里是指Internet網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)采用物理隔離的方式，但要保障內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)之間在必要的情況下，能夠互換互用互通。

語音通訊系統(tǒng):本工程采用虛擬網(wǎng)電話系統(tǒng)，從市政引通訊電纜至中心機房。除走廊、大廳采用201電話外，其余均采用虛擬網(wǎng)電話系統(tǒng)，語音通信容量為100門。

在教室、實驗室、辦公室、宿舍等部門設(shè)置工作區(qū)，每個工作區(qū)按需要設(shè)置2個～4個內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)數(shù)據(jù)點，1個～2個語音點。

4.3 有線電視系統(tǒng)

在學校綜合實驗樓設(shè)電視機房。有線電視系統(tǒng)節(jié)目源采用光纜由市政引入，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后分配至各層有線電視出線口。電視節(jié)目包括城市有線電視信號、自辦電視節(jié)目等。在教室、實驗室、辦公室、會議室、餐廳、值班室等處設(shè)有線電視出線口。

4.4 教學監(jiān)控及教學觀摩系統(tǒng)

這一系統(tǒng)主要是實現(xiàn)教學現(xiàn)場直播，示范課程教學，教學評估及多媒體教學。系統(tǒng)由以下幾個部分組成:前端信號采集部分、中間傳輸部分、中心信號處理、存儲、控制部分。具體做法是在教室后墻黑板正上方設(shè)置攝像機，用以考試、自習、公開課等輔助(監(jiān)控)管理;教室天花板中軸線前部約1/3處設(shè)置投影儀，用以多媒體教學，設(shè)計中要預留投影儀到講臺的管線。教學監(jiān)控及教學觀摩系統(tǒng)的控制機房設(shè)置在綜合實驗樓內(nèi)，面積為97.2 m2(占一個實驗教室房間)，內(nèi)設(shè)彩色監(jiān)視器、錄像機、控制鍵盤。觀摩的人員在控制機房內(nèi)可清晰地觀看各個教室的教學過程。

4.5 安全監(jiān)控系統(tǒng)

本設(shè)計是在各樓主要出入口、通道、大廳、樓梯口、檔案室、財務(wù)室和校園內(nèi)部公共活動區(qū)域、周界等場所設(shè)置保安監(jiān)控攝像機，將監(jiān)測區(qū)的情況實時傳送到監(jiān)控管理中心，值班人員通過監(jiān)視器可以隨時了解這些重要場所的情況。安全監(jiān)控系統(tǒng)中心控制室與教學監(jiān)控及教學觀摩系統(tǒng)的機房合用。

4.6 校園一卡通

校園一卡通是以IC卡為信息載體的適用于校園消費和管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。一卡通取代了學校管理和校園生活中所使用的各種個人證件和現(xiàn)金支付手段，使用IC卡實現(xiàn)圖書館借書、教師考勤、學籍管理、食堂就餐、上機收費、超市購物等多種功能。與銀行聯(lián)網(wǎng)的校園卡可以實現(xiàn)銀行轉(zhuǎn)賬、銀行代繳費用，把銀行卡上的錢自動劃撥到IC卡上，真正做到一卡通用。校園卡的使用將極大方便學生、教工的生活，減輕他們攜帶各種證件的煩惱。

5 防雷與接地設(shè)計

經(jīng)過計算本工程各建筑單體建筑年預計雷擊次數(shù)為0.07次/年 ～0.1次/年，防雷按二類設(shè)防，采取以下防雷保護措施:沿女兒墻采用Ф10鍍鋅圓鋼作為避雷帶，用25 mm×4 mm鍍鋅扁鋼在屋面組成不大于10 m×10 m的避雷帶網(wǎng)格。利用框架柱子內(nèi)對角兩根Ф16(或4根Ф10)以上主筋通長焊接作為引下線，引下線間距不大于18 m，引下線上端與避雷帶焊接，下端與基礎(chǔ)接地網(wǎng)焊接。接地網(wǎng)由基礎(chǔ)內(nèi)兩根主筋沿建筑物外緣焊接成環(huán)形構(gòu)成。凡凸出屋面的金屬通風管等所有金屬構(gòu)件均應與避雷帶可靠焊接，不同標高處的避雷帶應與防雷引下線可靠焊接連成電氣通路，所用金屬件均鍍鋅。

低壓配電系統(tǒng)的接地形式采用TN-C-S系統(tǒng)，防雷接地、電源進線重復接地、弱電設(shè)備接地均共用建筑物基礎(chǔ)作為接地極，接地電阻不大于1 Ω，經(jīng)實測自然接地體接地電阻值不滿足要求時，須另加打人工接地極。在建筑物外墻四角埋深1 m處由接地網(wǎng)鋼筋焊出40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼，伸出散水外不小于1 m，以備加打人工接地極用。

為用電安全，作總等電位聯(lián)結(jié)，在各建筑物一層總配電箱附近設(shè)一總等電位端子箱。凡正常不帶電，而當絕緣破壞有可能呈現(xiàn)電壓的一切電氣設(shè)備金屬外殼應可靠接地。所有燈具均增加一根PE線。

[1] JGJ 16-2008，民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50016-2006，建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].

[3] GB 50034-2004，建筑照明設(shè)計標準[S].

[4] GB 50099-2011，中小學校設(shè)計規(guī)范[S].

[5] 北京照明學會照明設(shè)計專業(yè)委員會.照明設(shè)計手冊[M].第2版.北京:中國電力出版社，2006.

[6] 宋大潞.新建中學數(shù)字化弱電設(shè)計的體會[J].山西建筑，2009，37(36):188-189.