王 勝

[同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

學(xué)生宿舍建筑是高校建筑中不可或缺的一部分,隨著社會的發(fā)展與進步,為滿足新時代下學(xué)生住宿和生活學(xué)習(xí)的需要,系統(tǒng)地分析總結(jié)學(xué)生宿舍的電氣設(shè)計,可為同類設(shè)計工作提供依據(jù)與參考。

1 宿舍用電負荷等級分析

根據(jù)JGJ 310—2013《教育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》[1]中第4.2.2條、GB 50016—2014(2018年版)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》[2]中第10.1.1～10.1.2條、GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[3]中附錄A、GB 55025—2022《宿舍、旅館建筑項目規(guī)范》[4]中第3.1.5條等規(guī)范條文。宿舍建筑用電負荷等級如表1所示。

表1 宿舍建筑用電負荷等級

2 供配電系統(tǒng)形式

經(jīng)過多個高校項目實踐,新建類高校建筑通常在宿舍建筑周邊就近的用電負荷集中的食堂或體育館等建筑中設(shè)置10 kV變電所,由設(shè)置在食堂、體育館等建筑中的10 kV變電所引來多路0.4 kV低壓電源接至宿舍建筑配電間用于宿舍用電負荷供電。該方案對于錯峰用電特點明顯的高校建筑具有節(jié)省初期投資、節(jié)能等優(yōu)點。當(dāng)周邊建筑不具備合設(shè)變電所條件或者周邊建筑設(shè)置變電所時供電半徑超過250 m時,可以考慮在宿舍建筑內(nèi)設(shè)置變電所或在室外設(shè)置獨立配電房/室外箱變。當(dāng)10 kV變電所設(shè)置在宿舍建筑內(nèi)時,規(guī)范中明確附設(shè)在教育建筑內(nèi)的變電所不應(yīng)與宿舍相毗鄰,此時需特別注意噪聲、設(shè)備共振等對宿舍使用人員的影響。

在設(shè)計10 kV變電所出線時應(yīng)合理分配變壓器所帶負荷,根據(jù)學(xué)校用電特點把用電時間相同的負荷平均分配到不同變壓器,降低用電峰值。

宿舍內(nèi)的一級負荷應(yīng)由雙重電源供電,二級負荷宜由雙回路供電,設(shè)計中應(yīng)滿足一級、二級負荷供電要求,通常要求10 kV變電所由市政提供兩路10 kV電源供電,當(dāng)一電源發(fā)生故障時,另一電源不應(yīng)同時受到損壞,并可承擔(dān)全部一、二級重要負荷需求[5]。

一般負荷(如普通照明、空調(diào)、電力用電負荷等)通常采用樹干式或放射式與樹干式相結(jié)合的供電方式。弱電機房、消防負荷、水泵房等重要或大型設(shè)備通常采用放射式供電。客梯、生活水泵、排污水泵、公共照明等用電設(shè)備采用二路配電干線末端自動切換。排煙風(fēng)機、正壓風(fēng)機、消防電梯、消防水泵、應(yīng)急照明箱等消防設(shè)備,由配電室專用回路供電,二路電源在末端配電箱自動切換。典型高層宿舍用電豎向干線圖如圖1所示。典型多層宿舍用電豎向干線圖如圖2所示。

圖2 典型多層宿舍用電豎向干線圖

3 宿舍建筑的單位面積用電指標(biāo)

JGJ 310—2013《教育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中第4.4.1條提到不設(shè)空調(diào)的宿舍單位面積指標(biāo)為每居室不小于1.5 kW,采用多聯(lián)機或單機分體空調(diào)時單位面積空調(diào)用電指標(biāo)為25～30 W/m2[1]。結(jié)合近年參與設(shè)計的部分新建高校宿舍項目,新建高校宿舍項目用電情況統(tǒng)計如表2所示。由表2可知,此部分新建高校宿舍建筑單位面積用電指標(biāo)基本在60～85 W/m2,具體指標(biāo)受建筑內(nèi)水暖專業(yè)系統(tǒng)配置型式、單體所設(shè)置機電機房種類及數(shù)量、地下室面積大小等影響,比如給排水專業(yè)設(shè)置的熱水系統(tǒng)采用燃氣熱水系統(tǒng)還是太陽能輔助電加熱系統(tǒng)等,單體建筑用電需求上會有較大差異。在宿舍建筑設(shè)計過程中,需與其他專業(yè)密切溝通,了解各專業(yè)用電需求,做好用電預(yù)留。

表2 新建高校宿舍項目用電情況統(tǒng)計

4 宿舍居室配電

4.1 宿舍居室負荷

常見的宿舍居室類型有二人間、四人間、套間(多個單人間/雙人間組合而成),其中二人間、四人間可再分為不含衛(wèi)生間和含衛(wèi)生間兩種類別。根據(jù)類型的不同,宿舍居室用電需求有一定的差異。

傳統(tǒng)宿舍居室用電負荷主要有照明、普通插座,而現(xiàn)階段高校宿舍居室有著更多的用電需求,比如空調(diào)、飲水機、電熱水器、洗衣機、電冰箱、弱電信息箱、電視機等。高校內(nèi)一般分為本科生教育和研究生教育,宿舍居室用電負荷具體可結(jié)合實際使用人員情況進行確定。以上海某高校新建項目為例。四人間宿舍居室用電設(shè)備統(tǒng)計表如表3所示,套間宿舍居室用電設(shè)備統(tǒng)計表如表4所示。同時隨著生活學(xué)習(xí)水平及管理要求的不斷提升,宿舍居室內(nèi)用電應(yīng)考慮一定的預(yù)留以適應(yīng)時代的發(fā)展。

表3 四人間宿舍居室用電設(shè)備統(tǒng)計表

表4 套間宿舍居室用電設(shè)備統(tǒng)計表

4.2 宿舍居室配電設(shè)計

針對宿舍建筑由許多相同的宿舍居室組成這一特點,電氣設(shè)計可按照模塊化思路進行考慮,提取項目中相同的單元進行詳圖設(shè)計。宿舍居室常見的配電設(shè)計方案可分為宿舍居室內(nèi)設(shè)置配電箱和不設(shè)置配電箱兩種。當(dāng)宿舍居室內(nèi)用電負荷較少時,如僅有1路照明、1路插座用電需求,可考慮直接由樓層配電箱放射供電;當(dāng)宿舍居室內(nèi)用電負荷較多時,則建議在房間內(nèi)設(shè)置配電箱再分出照明、插座、空調(diào)、電熱水器等用電回路。

考慮各類型宿舍不同的管理、計量需要,如本科生宿舍通常會實行夜間斷電管理,宿舍居室照明回路、空調(diào)回路等不同回路各學(xué)校計費需求會有所差異,宿舍居室的配電設(shè)計需結(jié)合具體需求進行設(shè)計。兩人間宿舍配電平面圖如圖3所示。四人間宿舍配電平面圖如圖4所示。套間宿舍配電平面圖如圖5所示。宿舍居室配電設(shè)計需要特別注意宿舍內(nèi)配電箱安裝位置及高度、普通插座安裝高度等細節(jié)問題,配電箱安裝需要避開宿舍內(nèi)有水區(qū)域,同時考慮用電安全,杜絕觸電、引發(fā)火災(zāi)等隱患,當(dāng)相鄰宿舍居室配電箱背靠背安裝時需注意錯位,安裝在衣柜后時需協(xié)調(diào)家具開孔;宿舍居室內(nèi)書桌插座通常要求安裝在桌面以上高度(如距地900 mm);當(dāng)配電箱、開關(guān)、插座和照明燈具靠近可燃物時,應(yīng)采取隔熱、散熱等防火措施。

圖3 兩人間宿舍配電平面圖

圖4 四人間宿舍配電平面圖

圖5 套間宿舍配電平面圖

現(xiàn)階段新建學(xué)校宿舍居室都有計量需求,根據(jù)計量表計安裝位置的不同,宿舍單元配電可分為宿舍居室內(nèi)配電箱計量和樓層配電柜計量兩種方案。采用宿舍居室內(nèi)配電箱計量方案時,可在宿舍居室配電箱內(nèi)設(shè)置多功能預(yù)付費表計,由多功能預(yù)付費表計引出照明、插座、空調(diào)、熱水器等配電回路,實現(xiàn)不同配電回路的計量、管理等。宿舍內(nèi)計量模式四人間配電箱系統(tǒng)圖如圖6所示。采用樓層配電箱計量方案時,在樓層配電柜內(nèi)設(shè)置多功能預(yù)付費表計,引出配電回路1(宿舍單元內(nèi)分配為照明、插座等夜間斷電控制回路)、配電回路2(宿舍單元內(nèi)分配為空調(diào)、電熱水器等非夜間斷電控制回路)至宿舍配電箱。樓層計量模式四人間配電箱系統(tǒng)圖如圖7所示。樓層計量模式下樓層配電柜系統(tǒng)圖如圖8所示。

圖6 宿舍內(nèi)計量模式四人間配電箱系統(tǒng)圖

圖7 樓層計量模式四人間配電箱系統(tǒng)圖

圖8 樓層計量模式下樓層配電柜系統(tǒng)圖

當(dāng)考慮成本問題采用普通表計或未安裝表計時,可在宿舍居室配電回路加裝接觸器,將控制線路接至宿舍值班室按鈕控制箱,實現(xiàn)宿舍管理人員統(tǒng)一管理和操作。

結(jié)合近年來參與的宿舍建筑設(shè)計項目,為滿足學(xué)校對宿舍居室的管理、計量需要,通常會配置一套宿舍用電節(jié)能管理系統(tǒng)進行收費、控制、限時供電等控制管理。宿舍用電節(jié)能管理系統(tǒng)可分為主控層、通信層、設(shè)備層,配置監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)融合終端等。宿舍用電節(jié)能管理系統(tǒng)如圖9所示。監(jiān)控主機可設(shè)置在宿舍一層管理員辦公室內(nèi),用于監(jiān)控每套宿舍的用電情況,并與學(xué)校消防安?？刂剖衣?lián)網(wǎng),實現(xiàn)在線控制每個房間或整棟建筑的通電斷電、限制每個用戶使用的最大負荷、進行惡性負載識別等功能。

5 公共區(qū)域配電

宿舍建筑公共區(qū)域的配電按表1中所列負荷等級結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求進行設(shè)計即可,需要特別注意床位數(shù)量大于500張的特大型宿舍項目的客梯、生活給水泵、排水泵應(yīng)按不低于—級負荷供電,一般多層宿舍也能達到特大型宿舍標(biāo)準(zhǔn)。為便于宿舍管理需要,宿舍公共區(qū)域照明通常采用智能照明系統(tǒng)進行控制,也可采用照明配電回路加裝接觸器方案實現(xiàn)統(tǒng)一管理。

6 智能化系統(tǒng)設(shè)計

為適應(yīng)使用及管理需求,高校宿舍通常設(shè)置通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、綜合安全防范系統(tǒng)、公共廣播及消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)、能耗監(jiān)測系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、一卡通應(yīng)用系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)等智能化系統(tǒng)[6],另可結(jié)合管理需要設(shè)置宿舍管理系統(tǒng)、攀爬警戒系統(tǒng)、高空拋物監(jiān)控系統(tǒng)等系統(tǒng)。宿舍建筑可根據(jù)校園整體規(guī)劃設(shè)置消控安保機房、電信間等智能化機房。

7 專業(yè)配合及其他注意事項

7.1 與建筑、室內(nèi)專業(yè)配合

需要提前與建筑、室內(nèi)專業(yè)協(xié)調(diào)宿舍居室配電箱安裝位置,復(fù)核裝飾專業(yè)布置照明燈具照度 及LPD是否滿足規(guī)范及使用要求,復(fù)核裝飾專業(yè)布置插座高度位置是否滿足安全性、便捷性要求。另外,部分宿舍建筑由于建筑造型原因頂層房間層高會比標(biāo)準(zhǔn)層高2～3 m或出現(xiàn)坡頂情況,此時需要特別注意宿舍內(nèi)燈具安裝高度問題。

7.2 與水暖專業(yè)配合

電氣專業(yè)與裝飾專業(yè)配合時需要重點關(guān)注暖氣片與插座等電氣設(shè)備安裝位置,避免沖突;另外南北分體空調(diào)類型不同,單冷空調(diào)、電輔熱空調(diào)等用電功率上會有差異,注意宿舍居室內(nèi)空調(diào)電源的提供。當(dāng)設(shè)置吊扇時,需要注意吊扇與燈具的安裝位置關(guān)系。宿舍建筑公共走道采用裸頂方案時,需要注意走道燈具與橋架、水管、風(fēng)管的安裝位置關(guān)系,避免燈具被遮擋影響照明效果。

7.3 其他注意事項

低壓進線的宿舍電氣系統(tǒng)接地方式通常采用TN-C-S或TN-S系統(tǒng),在單體建筑內(nèi)設(shè)置總等電位連接,在有淋浴的衛(wèi)生間等場所設(shè)置局部等電位連接;宿舍居室內(nèi)插座配電回路設(shè)置剩余電流保護裝置,宿舍的電源插座均采用安全型電源插座;當(dāng)正常照明燈具安裝高度在2.5 m及以下,且燈具采用交流低壓供電時,應(yīng)設(shè)置剩余電流動作保護電器作為附加防護,這類安全問題在設(shè)計過程中不容疏忽。

8 結(jié) 語

高校學(xué)生宿舍電氣設(shè)計應(yīng)嚴格執(zhí)行國家、地方政府相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求,了解學(xué)校使用方的實際需求,結(jié)合宿舍建筑自身特點合理設(shè)計配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)等,并關(guān)注電氣的安全與節(jié)能問題。高校宿舍建筑電氣設(shè)計總體來說并不復(fù)雜,但在設(shè)計過程中,需要精心考慮,確保宿舍建筑電氣設(shè)計質(zhì)量。