浅谈中小学校园建筑电气设计

张蕾

江苏省建筑设计研究院股份有限公司，江苏南京，210019

0 引言

结合近几年中小学校建筑电气设计经验，提出学校用电指标及变电所设置、低压配电系统设置、教室和公共照明设计及控制以及学校电气消防、智能化系统等电气设计中的一些做法[1]。

1 工程概况

某新建中学校园，总建筑面积约97513m²，其中：地上建筑面积87162.64m²，地下建筑面积10351.10m²。学校办学规模，16轨48班2400人。分为南北两区，北区为教学区，总面积65292.88m²，其中1#行政信息楼，面积7153.50m²，2#教学楼，面积28892.63m²，3#图书综合楼，面积8137.57m²，4#体育馆，面积4946.79m²，5#艺术楼，面积6362.73m²，11#门卫兼传达室、12#消防监控室、13#门卫室、14#邮政服务室等配套用房合计约200m²；南区为生活区，总建筑面积31492.78，6#学生会堂，面积4970.60m²，7#食堂，面积5980.38m²，8#宿舍楼，面积4970.60m²，9#宿舍楼，面积7307.58m²，10#宿舍楼，面积7307.58m²，15#门卫室、16#架空连廊等约200m²。

2 供配电系统设计

2.1 变电所设置

根据JGJ310-2013《教育建筑电气设计规范》，校园供配电系统总体设计应根据校园内的负荷性质及重要性、用电容量、使用功能、管理模式、当地电源条件及电网规划，合理确定校园供配电系统的负荷等级、系统结构和配变电所的分布及规模。本项目为完全高中，以后可能作为高考考场，厨房采用全电厨房，综合考虑采用两路10kV电源进线，总容量为5700kVA，在北区地下一层设置10kV开关站和1#变电所，供北区教学区各单体用电，在南区会堂一层设置2#变电所，供生活区各单体用电。

本工程新建主配电室1座（北区用电），位于3#图书综合楼地下室负一层，安装KYN28-12型中压配电柜14台，65AH直流屏1套，SCB11-1600kVA干式变压器2台，MNS型低压配电柜14台[2]。

本工程新建分配电室1座（南区用电），位于6#学生会堂一层，安装KYN28-12型中压配电柜2台，SCB11-1250kVA干式变压器2台，MNS型低压配电柜12台。

本项目总装机容量5700kVA，总建筑面积97513平方米，变压器装置指标58VA/m²。如果不考虑全电厨房容量增加了500kVA，变压器装置指标53VA/m²。近几年其他学校总变压器装置指标一般都控制在50～55VA/m²。

2.2 低压配电设计

校园建筑中教学楼一般按三排到四排设计，电气一排教学楼中，照明插座一路进线，一层设置总箱，楼层设置分箱，空调一路进线，方便空调集中管理，寒暑假方便切断电源。如果有实验教室，实验电源单独进一路，也是方便使用管理。根据JGJ310-2013《教育建筑电气设计规范》4.2.2条教学楼主要通道照明为二级负荷，采用双回路供电。教学楼低压配电干线系统如图1所示。

图1 配电干线系统图

2.3 照明设计

校园建筑中最主要的照明是教室照明，教室照明分为学生区照明和教学区黑板照明，一般照明照度要求300LX，黑板照明要求垂直照度为500LX。一个优秀的照明设计可以有效缓解学生的视力疲劳，防止近视，GB/T36876《中小学校普通教室照明设计安装卫生要求》以及江苏省 苏教体艺函（2021）8号文要求如表1和表2所示。

表1 教室照明产品技术指标

表2 教室照明质量技术指标

所有教室照明灯具均采用LED光源，小功率LED灯珠，光通维持率＞92%，显色指数Ra＞90，特殊显色指数R9＞50，防护等级IP42，防蓝光RG0级、无闪烁灯具，普通教室照度达到300LX以上，黑板面垂直照度500LX以上，统一眩光值UGR＜19，满足规范要求。为学生创造一个安全、舒适、环保的学习环境。黑板灯应采用具有非对称光强分布特性的专用黑板灯具，灯具效率不低于75%，采用吊杆安装，灯具平行于黑板，距离黑板上缘垂直距离0.1～0.2m，黑板照明安装位置可按下述原则确定：当黑板照明灯具距地安装高度为2.20～2.40m时，灯具距黑板的水平距离为0.70～0.90m。

本项目充分利用天然光，在南区7#食堂餐厅设计了光诱导系统，导光管采光系统直接采集室外的自然光，全光谱、无频闪、无眩光、无辐射、高显色性，避免了电力照明产生的频闪及色差给人们带来视力伤害和视觉疲劳；添加抗UV成分的采光罩，在充分采集太阳光的同时有效过滤99.9%紫外线入侵，经漫射器柔和散射至室内，优化室内用餐环境，节约电能[3]。

2.4 照明控制

校园建筑中教学楼照明控制主要是走廊及楼梯间照明控制，由于走廊很长，我们一般在走廊两端楼梯间附近设置双控开关，中间设置中途开关，这样不管从哪个楼梯上下都能方便开关，中间设置中途开关，晚间只有部分教室或办公室使用时，可以只开一半走廊灯，节约电能。根据GB50189-2015《公共建筑节能设计标准》6.3.8.4条走廊、楼梯间、门厅、电梯厅等公共场所的照明，宜采用集中开关控制或就地感应控制，条文说明又解释：医院的病房大楼、中小学校及其学生宿舍、幼儿园（未成年使用场所）、老年公寓、酒店等场所，因病人、小孩、老年人等不具备完全行为能力，在灯光明暗转换期间极易发生踏空等安全事故；酒店走道照明出于安全监控考虑需保证一定的照度，因此上述场所不宜采用就地感应控制。所以在本项目中，楼梯间采用单控开关控制正层照明灯具，采用双控开关控制休息平台照明灯具，保证楼梯间照明在正常使用期间常亮，确保学生集中上下楼梯间安全，在教学楼公共通道配电箱内设置智能照明模块，控制面板设置在门卫，集中控制（切断）所有走廊及楼梯间照明回路，方便放学时物业一键切断公共走道照明，起到节约电能的目的，这样学校的公共照明既能根据现场需要就地控制，也能在门卫集中控制[4]。

3 电气消防设计

校园电气设计中，消防也是不可或缺的内容，包括火灾自动报警系统、消防应急照明和疏散指示系统、电气火灾监控系统、消防电源监控系统、防火门监控系统。

3.1 消防应急照明和疏散指示系统

根据《教育建筑电气设计规范》8.6.2.4条，中小学和幼儿园的疏散场所地面的照度不应低于5LX，应采用蓄电池作疏散照明自备电源，且连续供电时间不应小于30min。根据《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》3.1.2.1条，设置消防控制室的场所应选择集中控制型系统，本项目采用集中电源集中控制型系统。教学楼、宿舍楼、办公楼在每单元一层配电间设置集中电源，其余单体每层配电间设置集中电源。

3.2 火灾自动报警系统

根据《建筑设计防火规范》8.4.1.13条，设置机械排烟、防烟系统等需与火灾自动报警系统联锁动作的场所或部位，需设置火灾自动报警系统，本项目3#图书综合楼、4#体育馆、5#艺术楼、6#学生会堂、7#食堂均设置火灾自动报警系统。图书馆的书库、办公室、走廊、楼梯间设置点型感烟探测器，厨房设置感温探测器以及可燃气体探测系统联动燃气阀关断。根据《火灾自动报警系统设计规范》第12.4.1条，高度大于12米的空间场所宜同时选择两种及以上火灾参数的火灾探测器，4#体育馆二层篮球场层高15米，在顶部及6.5米处设置两层线型光束感烟探测器，6#学生会堂舞台区层高16米，在顶部及7米处设置两层线型光束感烟探测器，保证篮球场及会堂的消防安全。

3.3 电气火灾监控系统和消防电源监控系统

根据《建筑设计防火规范》10.2.7.3条，室外消防用水量大于25L/s的其他公共建筑宜设电气火灾监控系统。本项目室外消防用水量为30～40L/s，所有单体的照明、动力、空调总箱进线开关处均设置剩余电流式电气火灾监控探测器，探测器报警值为500mA。

电气火灾监控系统主机应设置在消防控制室内。体育馆及学生会堂高大空间的电气线路应设置电气火灾监控探测器，照明线路上应设置具有探测故障电弧功能的电气火灾监控探测器。本工程设置消防设备电源监控系统，主机自带UPS电源，设于一层12#消防控制室。系统在火灾自动报警系统双电源切换箱、应急照明消防电源箱、排烟风机双电源切换箱、消防电梯双电源切换箱等处设置消防设备电源监控传感器。

4 智能化系统设计

4.1 校园智能化系统规划

根据GB 50314-2015《智能建筑设计标准》12.1.1条要求，教育建筑智能化系统应符合教学业务的需求、教学和科研的信息化发展、校园物业规范化运营管理的需求。本项目为高级中学，智能化系统配置：①信息化应用系统，包含校园智能卡应用、校园物业管理及信息安全管理系统；②信息设施系统，包含信息接入系统、综合布线系统、无线信号覆盖系统、信息网络系统、有线电视系统、公共广播系统、会议系统、以及信息发布及引导系统；③建筑设备管理系统，包含建筑设备监控系统、建筑能耗监测系统；④公共安全系统，包含火灾自动报警系统、安全技术防范系统、安防综合管理（平台）系统；⑤机房工程系统，包含网络机房、消控室、安防监控室、智能化弱电间。信息接入系统将校园外部的公共信息网和教育信息专网引入校园内，信息网络系统能满足数字化多媒体教学、学校办公和管理的需求，公共广播系统应满足学校单体建筑室内和室外不同播音内容的需求，且公共广播系统在室外公用操场播音时，具有远距离控制播放进程的功能，餐厅、体育馆配置独立的音响扩音系统，并与楼内的火灾自动报警系统关联，教室内配置教室教学扩声系统，会议室、报告厅等场所应配置会议系统，信息导引及发布系统与学校信息发布网络管理和学校有线电视系统互联[5]。

4.2 智能化各子系统设计

（1）校园信息化应用系统（出入口控制系统、IC卡消费系统、水控系统、多媒体教学、图书馆借阅）。本工程设置IC卡校园智能卡应用系统，采用非接触式IC卡。在校园共享中心及行政办公楼计算机网络中心机房、消控监控机房、体育馆广播机房、食堂厨房各个出入口及教师公寓、学生宿舍一层各对外出入口设置出入口控制系统，对进出人员进行分类管理。校园智能卡应用系统采用二级网络结构：一级网络为以太网，由一卡通管理工作站通过校园计算机网络与各个子系统工作站连接；二级网络为各个子系统工作站与其系统内的控制设备之间采用RS-485总线方式连接。

（2）校园信息设施系统。本工程计算机网络、电话通信均考虑三家运营商进线，即由中国电信、中国移动、中国联通分别采用1根48芯室外单模光缆引入本工程实验艺术楼五层校计算机网络及通信机房三家运营商进线机柜内。本工程计算机网络、电话通信暂考虑由中国电信进线机柜处引线，其中计算机网络进线采用1根24芯室内单模光缆，电话进线采用1根12芯室内单模光缆。本工程有线电话通信系统采用综合布线。有线电话通信系统全部采用市内直线电话的通信方式，在行政办公楼一层设有校计算机网络及通信机房，内设置语音交换设备、电话配线架等，作为全校电话通信总机房[6]。

（3）校园安全防范系统（视频安防监控系统、入侵报警系统、出入口控制系统、周界防护报警系统、电子巡查系统、安全管理系统）。本工程安全防范系统设置独立的安防专网，安防专网采用二级星型结构。在校园行政办公楼一层设置校消控监控机房，作为全校监控中心，内设置安防专网核心层1000M主干交换机，在各单体弱电机房（或弱电间）内设置10M/100M安防专网接入层网络交换机。安防专网主干采用千兆多模光缆，核心层交换机与各接入层交换机之间采用直连形式连接。

（4）机房工程。校消控监控机房设置于行政办公楼一层，作为学校监控中心，面积约100m2。

校计算机网络及通信机房：设置于行政办公楼一层，作为全校计算机网络中心和通信中心，面积约90m2（此机房等级为C级）。校广播机房：设置体育馆一层，面积约42m2。各单体分别设置弱电机房。各机房内均设置h=0.25m的全钢防静电地板、独立的空调系统、独立配电箱及UPS电源（广播机房除外）。

UPS电源系统：①在校消控监控机房设置1台20kVA、380V的UPS，电池后备时间4小时，为本机房内的安防设备及行政办公楼与图书馆的安防系统及网络系统供电。校消控监控机房UPS采用双回路供电，末端配电箱自动切换。②在校计算机网络及通信机房设置1台30kVA、380V的UPS，电池后备时间4小时，为本机房内的计算机网络系统及通信系统供电。③各单体弱电机房内分别设置UPS，电池后备时间4h，对本单体弱电设备供电。④对各单体的UPS设备进行远程监视，利用UPS设备的TCP/IP接口，通过安防专网与校监控中心机房安防工作站相连，可远程通过网络监视各UPS设备。

5 结语

随着学校的办学规模越来越大，学校建筑电气设计内容越来越多，学校联系千万家庭，教育主管部门、建设单位以及学校管理对学校设计要求越来越高，作为教育建筑电气设计者来说，既要遵循国家及建设部的规范标准，也要考虑实际使用及管理需求，对校园及各建筑单体电气设计精益求精，优化变电所容量，合理设计低压配电干线，精心选择照明灯具，把握好学校电气消防设计，为下一代创造优良的教育环境。