劉 霄(中國建筑標準設計研究院有限公司，北京 100048)

淺析中小型圖書館的電氣設計

劉 霄
(中國建筑標準設計研究院有限公司，北京 100048)

結合工程實例，簡要闡述了圖書館電氣設計的基本思路、方法和遵循的原則等問題，并針對電力負荷等級劃分、變壓器選擇、照明、消防、節(jié)能等要點進行分析，以供業(yè)內(nèi)設計人員參考。

圖書館 電氣設計 節(jié)能

0 引言

近年來，隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化進程加快，人民生活水平不斷提高，我國文體類建筑也迎來了新的發(fā)展機遇。圖書館作為城市知識信息資源基礎設施和城市文化的重要組成部分，目前已經(jīng)從國家級、省市級延伸發(fā)展到了地市級。

由于圖書館的總體建設量相對較小，并具有開放性強、功能多樣和為讀者服務的屬性，其電氣設計有其特殊性。本文結合工程實踐，簡要對圖書館的電氣設計思路、方法和要點進行闡述分析。

1 項目概況

本工程為地市級圖書館，建筑面積為 11 205m2，地上三層，耐火等級為二級。其中，圖書館首層為讀者大廳、兒童閱覽室、老年閱覽區(qū)、電子閱覽室、辦公室、多功能廳及設備機房等，二層和三層主要為書庫、讀者閱覽區(qū)、會議室、陳列室、工作間等。

2 電氣設計分析

2.1負荷分級

本圖書館藏書量<10萬冊。根據(jù)JGJ 38-2015《圖書館建筑設計規(guī)范》及JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》的負荷等級劃分，本工程屬于二級負荷用戶。

故本工程消防控制室、防排煙設施、火災自動報警及聯(lián)動控制裝置、火災應急照明及疏散指示標志系統(tǒng)、消防用電設備、弱電機房、走道照明、值班照明、警衛(wèi)照明、安防系統(tǒng)電源、圖書檢索用計算機系統(tǒng)用電、客梯用電等為二級負荷；其他照明及電力負荷為三級負荷。

2.2容量計算

在方案設計階段，由于建筑內(nèi)部功能不確定，在進行負荷分級后，還需通過估算單位功率密度的方法初步估算設備安裝容量，確定變壓器的臺數(shù)及容量，并以此為依據(jù)與建筑專業(yè)配合，確定變配電室的面積及平面布置等。

大型圖書館及高規(guī)格的中小型圖書館的負荷密度一般為80～100VA/m2?？紤]到本項目的規(guī)模及定位，初步按90VA/m2進行估算，得出總?cè)萘繛? 008kVA，故可選用2臺500kVA的干式變壓器。但在初步設計階段，對空調(diào)、水泵、風機、電梯等設備來說，仍需按其確定的設備安裝容量采用需要系數(shù)法進行計算；對照明等無確切設備安裝容量的負荷來說，需按單位面積功率法進行估算，以驗證所選用容量的準確性和合理性。

在施工圖設計階段，通過計算得出設備安裝總功率為1 040kW(其中普通照明為264kW，應急照明為30kW，空調(diào)風機為655kW，電梯45kW，弱電機房等其他負荷為46kW，其中消防專用負荷110kW未計算在內(nèi))，驗證了選用2臺500kVA干式變壓器的合理性。經(jīng)計算，2臺變壓器的負載率均在80%左右。

2.3供配電系統(tǒng)

在方案設計階段，根據(jù)項目的負荷分級及容量估算情況，對所在地的市政電源進行分析，以確定外電源方案。

經(jīng)了解，該項目所在地電網(wǎng)情況良好，可提供雙重10kV供電電源，兩路電源同時工作，互為備用，每路均能承擔全部二級負荷的供電要求，提高了二級負荷用戶的用電可靠性。

配電系統(tǒng)設計采用單母線分段、中間設聯(lián)絡開關的方案，設計時應注意均衡2臺變壓器的負載率，而照明及大容量空調(diào)設備應根據(jù)其預計的實際使用運行情況，盡量均勻分布到2臺變壓器的低壓母線上，合理分配三級負荷及二級負荷的主用和備用回路，以利于變壓器的經(jīng)濟運行。

2.4照明設計

由于圖書館最重要的功能就是閱讀和查找藏書等，這種精細的視覺作業(yè)對照明質(zhì)量及舒適度的要求較高，設計時尤其要注意炫光和光幕反射對讀者視覺的影響；同時，還要滿足國家標準GB 50034-2013《建筑照明設計標準》及JGJ 38-2015《圖書館建筑設計規(guī)范》中有關限制性指標的規(guī)定(詳見表1)，真正滿足節(jié)能舒適的要求。

2.4.1 光源、燈具選擇

由于圖書館對照明環(huán)境的要求較高，原則上應優(yōu)先采用自然光，且應根據(jù)不同功能區(qū)的具體要求來合理選擇光源，在清潔、明快的基礎上，兼顧節(jié)能環(huán)保等要求。筆者認為，對圖書館類項目，應選用發(fā)光率高、顯色性好、使用壽命長的光源。

表1 照度設計標準值

對于少年兒童閱覽區(qū)，由于孩子的視力尚在發(fā)育，對光的敏感度較高，較長時間的閱讀會對視力造成一定影響，因此，為保證閱讀環(huán)境的照明舒適性，應優(yōu)先選用無頻閃、顯色指數(shù)>80的稀土三基色熒光燈。此外，由于孩子好奇心強，喜歡直視明亮的事物，直接型燈具會對兒童視力造成不良影響，因此設計時宜選用帶漫反射罩或漫射板等類型的燈具，提高兒童閱讀的舒適度。

對于老年閱覽區(qū)，由于老年人的視覺能力偏弱，對光線的敏感度較低，因此可適當提高該閱覽區(qū)的照度，應優(yōu)先選用顯色性好的光源，限制眩光性能好的開啟式以及帶格柵或漫反射罩等的燈具(如采用格柵燈具)，并且以半鏡面、低亮度的材料代替全鏡面、高亮度的材料，避免引起光亮書頁或光亮字跡的反射，干擾視覺。另外，此類燈具的選擇也適用于普通開敞閱覽室。

一般來說，對于書庫、書架，人的視線主要落在書架的垂直面上，適宜選用具有多水平射光的燈具，光源的發(fā)熱量要盡量低；而對于珍貴書籍，為避免紫外和紅外輻射對書籍的損壞，應選用可過濾紫外線的燈具或無紫外線光源。另外，通常書庫燈具的安裝高度較低，宜選用防眩光、窄配光的燈具，其與圖書等易燃物品的距離應≥0.5m。如有照明燈具及線路沿金屬書架敷設，當絕緣損壞漏電時，金屬書架有可能帶電，會危及人身安全，故此回路應設置剩余電流動作保護措施，金屬書架應做等電位聯(lián)結并可靠接地。

2.4.2 照明控制

圖書館的照明控制應做到使用方便、分區(qū)合理、經(jīng)濟節(jié)能等要求。該項目采用的是目前較普遍的智能照明控制系統(tǒng)。

公共區(qū)采用集中、分區(qū)或分組的照明控制方式，閱覽區(qū)采用分區(qū)控制方式，兩者均可根據(jù)不同使用要求采取自動控制的節(jié)能措施(當讀者較少時，關閉無人區(qū)域的照明；讀者區(qū)如照度不夠，可用局部照明作為補充)；書庫的照明采用分區(qū)、分架的控制方式。電源配電箱及總開關設在書庫外。

2.5電氣消防

圖書館屬于人員密集場所，其書庫內(nèi)書籍較多且都易燃，為消防部門的重點防范單位，因此圖書館的消防工作是重中之重，火災自動報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)的重要性不言而喻。

本工程圖書館采用集中報警系統(tǒng)，首層靠外墻設有消防控制室，室外正對消防環(huán)路，對外有獨立出口，一旦發(fā)生火災，消防車可就近?？吭谙揽刂剖议T口，方便消防人員第一時間進入消防控制室。而且，為確保消防安全，除在公共區(qū)域、閱覽室、辦公室等處設置了點型感煙探測器外，還在門廳等高大空間設置了線型紅外光束火災探測器及火焰探測器，在變配電室、弱電信息機房、書庫設置了感煙、感溫探測器。

考慮到書庫的特殊性，書籍的燃燒多以陰燃為主，無明火，需及早探測發(fā)現(xiàn)，待有大量煙霧或明火產(chǎn)生時，火勢已難以控制，后果不堪設想。為此，除在書庫設計常規(guī)的消防報警系統(tǒng)和氣體滅火系統(tǒng)外，還設置了一套空氣采樣早期煙霧探測系統(tǒng)，這套系統(tǒng)是一種基于光學空氣監(jiān)控技術和微處理器控制技術的煙霧探測裝置，運用先進的數(shù)字微處理技術可實現(xiàn)火災初期(過熱、陰燃或低熱輻射)的探測和報警，有利于提高書庫的消防安全。

除了被動的探測方式外，主動的防火設計也是必不可少的。按規(guī)范要求，配電系統(tǒng)均應設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，報警閾值為300mA；宜采用低煙無鹵阻燃型電線電纜；在有電纜橋架穿過的重點區(qū)域，電纜橋架內(nèi)宜設置纜式線型感溫火災探測器，以實時探測、監(jiān)視電纜的溫升，預防電氣火災的發(fā)生。

2.6電氣節(jié)能

由于圖書館的公共開敞空間較多，通風空調(diào)的用電量較大(約占總負荷的60%)，所以設置一套智能監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要。對此，本工程設計了一套建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)和一套建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)，集中監(jiān)控管理圖書館內(nèi)的空調(diào)、給排水、電梯等系統(tǒng)，對圖書館內(nèi)的照明、插座、空調(diào)及特殊用電、耗水量等能耗數(shù)據(jù)進行分項計量、統(tǒng)計分析，以達到節(jié)能、管理便捷、低碳環(huán)保等目的。

除設置了一套智能監(jiān)控系統(tǒng)外，還采用了其他一些節(jié)能措施，如對機電設備(如部分風機、水泵等)設置了變頻裝置；對功率因數(shù)較低的末端用電設備采用就地補償；選用耗能低的技術和設備，提高電能利用效率；通過負荷計算，合理選擇變壓器的容量，變壓器選用高效低耗型，并設于近負荷中心，減少低壓側(cè)供電線路的長度，降低線路損耗。

此外，基于圖書館圖書檢索及多媒體閱覽等功能，計算機負荷較大，產(chǎn)生的諧波電流也較為嚴重，因此本工程就地設置了有源濾波裝置抑制諧波，以提高電能質(zhì)量，減少諧波對供電系統(tǒng)的污染。

3 結束語

在圖書館類項目的電氣設計中，供電系統(tǒng)設計在確定負荷分級的條件下，要做好設備容量計算，尤其要重視電氣消防細節(jié)設計；而照明系統(tǒng)要根據(jù)圖書館不同功能區(qū)的要求進行精細化設計。電氣設計要堅持節(jié)能環(huán)保、以人為本的設計理念，處處為方便讀者(用戶)著想，使圖書館的各項功能都能得到充分發(fā)揮。

[1] JGJ 38-2015圖書館建筑設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2015.

[2] GB 50034-2013建筑照明設計標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[3] JGJ 16-2008民用建筑電氣設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[4] 孫成群. 建筑工程設計編制深度實例范本-建筑電氣(第三版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2017.

AnalysisonElectricalDesignofSmallandMediumSizedLibraries

Liu Xiao

Combined with one engineering example, the basic methods and principles of library electrical design are briefly introduced, and electrical load grade classification, transformer selection, lighting, fire protection and energy saving are analyzed, for reference the design staff.

library, electrical design, energy saving