浅析中小型图书馆的电气设计

刘 霄(中国建筑标准设计研究院有限公司，北京 100048)

浅析中小型图书馆的电气设计

刘 霄
(中国建筑标准设计研究院有限公司，北京 100048)

结合工程实例，简要阐述了图书馆电气设计的基本思路、方法和遵循的原则等问题，并针对电力负荷等级划分、变压器选择、照明、消防、节能等要点进行分析，以供业内设计人员参考。

图书馆 电气设计 节能

0 引言

近年来，随着国民经济的不断发展，城市化进程加快，人民生活水平不断提高，我国文体类建筑也迎来了新的发展机遇。图书馆作为城市知识信息资源基础设施和城市文化的重要组成部分，目前已经从国家级、省市级延伸发展到了地市级。

由于图书馆的总体建设量相对较小，并具有开放性强、功能多样和为读者服务的属性，其电气设计有其特殊性。本文结合工程实践，简要对图书馆的电气设计思路、方法和要点进行阐述分析。

1 项目概况

本工程为地市级图书馆，建筑面积为 11 205m2，地上三层，耐火等级为二级。其中，图书馆首层为读者大厅、儿童阅览室、老年阅览区、电子阅览室、办公室、多功能厅及设备机房等，二层和三层主要为书库、读者阅览区、会议室、陈列室、工作间等。

2 电气设计分析

2.1负荷分级

本图书馆藏书量<10万册。根据JGJ 38-2015《图书馆建筑设计规范》及JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》的负荷等级划分，本工程属于二级负荷用户。

故本工程消防控制室、防排烟设施、火灾自动报警及联动控制装置、火灾应急照明及疏散指示标志系统、消防用电设备、弱电机房、走道照明、值班照明、警卫照明、安防系统电源、图书检索用计算机系统用电、客梯用电等为二级负荷；其他照明及电力负荷为三级负荷。

2.2容量计算

在方案设计阶段，由于建筑内部功能不确定，在进行负荷分级后，还需通过估算单位功率密度的方法初步估算设备安装容量，确定变压器的台数及容量，并以此为依据与建筑专业配合，确定变配电室的面积及平面布置等。

大型图书馆及高规格的中小型图书馆的负荷密度一般为80～100VA/m2。考虑到本项目的规模及定位，初步按90VA/m2进行估算，得出总容量为1 008kVA，故可选用2台500kVA的干式变压器。但在初步设计阶段，对空调、水泵、风机、电梯等设备来说，仍需按其确定的设备安装容量采用需要系数法进行计算；对照明等无确切设备安装容量的负荷来说，需按单位面积功率法进行估算，以验证所选用容量的准确性和合理性。

在施工图设计阶段，通过计算得出设备安装总功率为1 040kW(其中普通照明为264kW，应急照明为30kW，空调风机为655kW，电梯45kW，弱电机房等其他负荷为46kW，其中消防专用负荷110kW未计算在内)，验证了选用2台500kVA干式变压器的合理性。经计算，2台变压器的负载率均在80%左右。

2.3供配电系统

在方案设计阶段，根据项目的负荷分级及容量估算情况，对所在地的市政电源进行分析，以确定外电源方案。

经了解，该项目所在地电网情况良好，可提供双重10kV供电电源，两路电源同时工作，互为备用，每路均能承担全部二级负荷的供电要求，提高了二级负荷用户的用电可靠性。

配电系统设计采用单母线分段、中间设联络开关的方案，设计时应注意均衡2台变压器的负载率，而照明及大容量空调设备应根据其预计的实际使用运行情况，尽量均匀分布到2台变压器的低压母线上，合理分配三级负荷及二级负荷的主用和备用回路，以利于变压器的经济运行。

2.4照明设计

由于图书馆最重要的功能就是阅读和查找藏书等，这种精细的视觉作业对照明质量及舒适度的要求较高，设计时尤其要注意炫光和光幕反射对读者视觉的影响；同时，还要满足国家标准GB 50034-2013《建筑照明设计标准》及JGJ 38-2015《图书馆建筑设计规范》中有关限制性指标的规定(详见表1)，真正满足节能舒适的要求。

2.4.1 光源、灯具选择

由于图书馆对照明环境的要求较高，原则上应优先采用自然光，且应根据不同功能区的具体要求来合理选择光源，在清洁、明快的基础上，兼顾节能环保等要求。笔者认为，对图书馆类项目，应选用发光率高、显色性好、使用寿命长的光源。

表1 照度设计标准值

对于少年儿童阅览区，由于孩子的视力尚在发育，对光的敏感度较高，较长时间的阅读会对视力造成一定影响，因此，为保证阅读环境的照明舒适性，应优先选用无频闪、显色指数>80的稀土三基色荧光灯。此外，由于孩子好奇心强，喜欢直视明亮的事物，直接型灯具会对儿童视力造成不良影响，因此设计时宜选用带漫反射罩或漫射板等类型的灯具，提高儿童阅读的舒适度。

对于老年阅览区，由于老年人的视觉能力偏弱，对光线的敏感度较低，因此可适当提高该阅览区的照度，应优先选用显色性好的光源，限制眩光性能好的开启式以及带格栅或漫反射罩等的灯具(如采用格栅灯具)，并且以半镜面、低亮度的材料代替全镜面、高亮度的材料，避免引起光亮书页或光亮字迹的反射，干扰视觉。另外，此类灯具的选择也适用于普通开敞阅览室。

一般来说，对于书库、书架，人的视线主要落在书架的垂直面上，适宜选用具有多水平射光的灯具，光源的发热量要尽量低；而对于珍贵书籍，为避免紫外和红外辐射对书籍的损坏，应选用可过滤紫外线的灯具或无紫外线光源。另外，通常书库灯具的安装高度较低，宜选用防眩光、窄配光的灯具，其与图书等易燃物品的距离应≥0.5m。如有照明灯具及线路沿金属书架敷设，当绝缘损坏漏电时，金属书架有可能带电，会危及人身安全，故此回路应设置剩余电流动作保护措施，金属书架应做等电位联结并可靠接地。

2.4.2 照明控制

图书馆的照明控制应做到使用方便、分区合理、经济节能等要求。该项目采用的是目前较普遍的智能照明控制系统。

公共区采用集中、分区或分组的照明控制方式，阅览区采用分区控制方式，两者均可根据不同使用要求采取自动控制的节能措施(当读者较少时，关闭无人区域的照明；读者区如照度不够，可用局部照明作为补充)；书库的照明采用分区、分架的控制方式。电源配电箱及总开关设在书库外。

2.5电气消防

图书馆属于人员密集场所，其书库内书籍较多且都易燃，为消防部门的重点防范单位，因此图书馆的消防工作是重中之重，火灾自动报警及消防联动控制系统的重要性不言而喻。

本工程图书馆采用集中报警系统，首层靠外墙设有消防控制室，室外正对消防环路，对外有独立出口，一旦发生火灾，消防车可就近停靠在消防控制室门口，方便消防人员第一时间进入消防控制室。而且，为确保消防安全，除在公共区域、阅览室、办公室等处设置了点型感烟探测器外，还在门厅等高大空间设置了线型红外光束火灾探测器及火焰探测器，在变配电室、弱电信息机房、书库设置了感烟、感温探测器。

考虑到书库的特殊性，书籍的燃烧多以阴燃为主，无明火，需及早探测发现，待有大量烟雾或明火产生时，火势已难以控制，后果不堪设想。为此，除在书库设计常规的消防报警系统和气体灭火系统外，还设置了一套空气采样早期烟雾探测系统，这套系统是一种基于光学空气监控技术和微处理器控制技术的烟雾探测装置，运用先进的数字微处理技术可实现火灾初期(过热、阴燃或低热辐射)的探测和报警，有利于提高书库的消防安全。

除了被动的探测方式外，主动的防火设计也是必不可少的。按规范要求，配电系统均应设置电气火灾监控系统，报警阈值为300mA；宜采用低烟无卤阻燃型电线电缆；在有电缆桥架穿过的重点区域，电缆桥架内宜设置缆式线型感温火灾探测器，以实时探测、监视电缆的温升，预防电气火灾的发生。

2.6电气节能

由于图书馆的公共开敞空间较多，通风空调的用电量较大(约占总负荷的60%)，所以设置一套智能监控系统尤为重要。对此，本工程设计了一套建筑设备监控系统和一套建筑能耗监测系统，集中监控管理图书馆内的空调、给排水、电梯等系统，对图书馆内的照明、插座、空调及特殊用电、耗水量等能耗数据进行分项计量、统计分析，以达到节能、管理便捷、低碳环保等目的。

除设置了一套智能监控系统外，还采用了其他一些节能措施，如对机电设备(如部分风机、水泵等)设置了变频装置；对功率因数较低的末端用电设备采用就地补偿；选用耗能低的技术和设备，提高电能利用效率；通过负荷计算，合理选择变压器的容量，变压器选用高效低耗型，并设于近负荷中心，减少低压侧供电线路的长度，降低线路损耗。

此外，基于图书馆图书检索及多媒体阅览等功能，计算机负荷较大，产生的谐波电流也较为严重，因此本工程就地设置了有源滤波装置抑制谐波，以提高电能质量，减少谐波对供电系统的污染。

3 结束语

在图书馆类项目的电气设计中，供电系统设计在确定负荷分级的条件下，要做好设备容量计算，尤其要重视电气消防细节设计；而照明系统要根据图书馆不同功能区的要求进行精细化设计。电气设计要坚持节能环保、以人为本的设计理念，处处为方便读者(用户)着想，使图书馆的各项功能都能得到充分发挥。

[1] JGJ 38-2015图书馆建筑设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2015.

[2] GB 50034-2013建筑照明设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

[3] JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2008.

[4] 孙成群. 建筑工程设计编制深度实例范本-建筑电气(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,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