高校学生宿舍电气设计分析

2023-12-24王胜

现代建筑电气 2023年11期

关键词：居室配电箱宿舍

王胜

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092]

0 引言

学生宿舍建筑是高校建筑中不可或缺的一部分,随着社会的发展与进步,为满足新时代下学生住宿和生活学习的需要,系统地分析总结学生宿舍的电气设计,可为同类设计工作提供依据与参考。

1 宿舍用电负荷等级分析

根据JGJ 310—2013《教育建筑电气设计规范》[1]中第4.2.2条、GB 50016—2014(2018年版)《建筑设计防火规范》[2]中第10.1.1～10.1.2条、GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》[3]中附录A、GB 55025—2022《宿舍、旅馆建筑项目规范》[4]中第3.1.5条等规范条文。宿舍建筑用电负荷等级如表1所示。

表1 宿舍建筑用电负荷等级

2 供配电系统形式

经过多个高校项目实践,新建类高校建筑通常在宿舍建筑周边就近的用电负荷集中的食堂或体育馆等建筑中设置10 kV变电所,由设置在食堂、体育馆等建筑中的10 kV变电所引来多路0.4 kV低压电源接至宿舍建筑配电间用于宿舍用电负荷供电。该方案对于错峰用电特点明显的高校建筑具有节省初期投资、节能等优点。当周边建筑不具备合设变电所条件或者周边建筑设置变电所时供电半径超过250 m时,可以考虑在宿舍建筑内设置变电所或在室外设置独立配电房/室外箱变。当10 kV变电所设置在宿舍建筑内时,规范中明确附设在教育建筑内的变电所不应与宿舍相毗邻,此时需特别注意噪声、设备共振等对宿舍使用人员的影响。

在设计10 kV变电所出线时应合理分配变压器所带负荷,根据学校用电特点把用电时间相同的负荷平均分配到不同变压器,降低用电峰值。

宿舍内的一级负荷应由双重电源供电,二级负荷宜由双回路供电,设计中应满足一级、二级负荷供电要求,通常要求10 kV变电所由市政提供两路10 kV电源供电,当一电源发生故障时,另一电源不应同时受到损坏,并可承担全部一、二级重要负荷需求[5]。

一般负荷(如普通照明、空调、电力用电负荷等)通常采用树干式或放射式与树干式相结合的供电方式。弱电机房、消防负荷、水泵房等重要或大型设备通常采用放射式供电。客梯、生活水泵、排污水泵、公共照明等用电设备采用二路配电干线末端自动切换。排烟风机、正压风机、消防电梯、消防水泵、应急照明箱等消防设备,由配电室专用回路供电,二路电源在末端配电箱自动切换。典型高层宿舍用电竖向干线图如图1所示。典型多层宿舍用电竖向干线图如图2所示。

图2 典型多层宿舍用电竖向干线图

3 宿舍建筑的单位面积用电指标

JGJ 310—2013《教育建筑电气设计规范》中第4.4.1条提到不设空调的宿舍单位面积指标为每居室不小于1.5 kW,采用多联机或单机分体空调时单位面积空调用电指标为25～30 W/m2[1]。结合近年参与设计的部分新建高校宿舍项目,新建高校宿舍项目用电情况统计如表2所示。由表2可知,此部分新建高校宿舍建筑单位面积用电指标基本在60～85 W/m2,具体指标受建筑内水暖专业系统配置型式、单体所设置机电机房种类及数量、地下室面积大小等影响,比如给排水专业设置的热水系统采用燃气热水系统还是太阳能辅助电加热系统等,单体建筑用电需求上会有较大差异。在宿舍建筑设计过程中,需与其他专业密切沟通,了解各专业用电需求,做好用电预留。

表2 新建高校宿舍项目用电情况统计

4 宿舍居室配电

4.1 宿舍居室负荷

常见的宿舍居室类型有二人间、四人间、套间(多个单人间/双人间组合而成),其中二人间、四人间可再分为不含卫生间和含卫生间两种类别。根据类型的不同,宿舍居室用电需求有一定的差异。

传统宿舍居室用电负荷主要有照明、普通插座,而现阶段高校宿舍居室有着更多的用电需求,比如空调、饮水机、电热水器、洗衣机、电冰箱、弱电信息箱、电视机等。高校内一般分为本科生教育和研究生教育,宿舍居室用电负荷具体可结合实际使用人员情况进行确定。以上海某高校新建项目为例。四人间宿舍居室用电设备统计表如表3所示,套间宿舍居室用电设备统计表如表4所示。同时随着生活学习水平及管理要求的不断提升,宿舍居室内用电应考虑一定的预留以适应时代的发展。

表3 四人间宿舍居室用电设备统计表

表4 套间宿舍居室用电设备统计表

4.2 宿舍居室配电设计

针对宿舍建筑由许多相同的宿舍居室组成这一特点,电气设计可按照模块化思路进行考虑,提取项目中相同的单元进行详图设计。宿舍居室常见的配电设计方案可分为宿舍居室内设置配电箱和不设置配电箱两种。当宿舍居室内用电负荷较少时,如仅有1路照明、1路插座用电需求,可考虑直接由楼层配电箱放射供电;当宿舍居室内用电负荷较多时,则建议在房间内设置配电箱再分出照明、插座、空调、电热水器等用电回路。

考虑各类型宿舍不同的管理、计量需要,如本科生宿舍通常会实行夜间断电管理,宿舍居室照明回路、空调回路等不同回路各学校计费需求会有所差异,宿舍居室的配电设计需结合具体需求进行设计。两人间宿舍配电平面图如图3所示。四人间宿舍配电平面图如图4所示。套间宿舍配电平面图如图5所示。宿舍居室配电设计需要特别注意宿舍内配电箱安装位置及高度、普通插座安装高度等细节问题,配电箱安装需要避开宿舍内有水区域,同时考虑用电安全,杜绝触电、引发火灾等隐患,当相邻宿舍居室配电箱背靠背安装时需注意错位,安装在衣柜后时需协调家具开孔;宿舍居室内书桌插座通常要求安装在桌面以上高度(如距地900 mm);当配电箱、开关、插座和照明灯具靠近可燃物时,应采取隔热、散热等防火措施。

图3 两人间宿舍配电平面图

图4 四人间宿舍配电平面图

图5 套间宿舍配电平面图

现阶段新建学校宿舍居室都有计量需求,根据计量表计安装位置的不同,宿舍单元配电可分为宿舍居室内配电箱计量和楼层配电柜计量两种方案。采用宿舍居室内配电箱计量方案时,可在宿舍居室配电箱内设置多功能预付费表计,由多功能预付费表计引出照明、插座、空调、热水器等配电回路,实现不同配电回路的计量、管理等。宿舍内计量模式四人间配电箱系统图如图6所示。采用楼层配电箱计量方案时,在楼层配电柜内设置多功能预付费表计,引出配电回路1(宿舍单元内分配为照明、插座等夜间断电控制回路)、配电回路2(宿舍单元内分配为空调、电热水器等非夜间断电控制回路)至宿舍配电箱。楼层计量模式四人间配电箱系统图如图7所示。楼层计量模式下楼层配电柜系统图如图8所示。

图6 宿舍内计量模式四人间配电箱系统图

图7 楼层计量模式四人间配电箱系统图

图8 楼层计量模式下楼层配电柜系统图

当考虑成本问题采用普通表计或未安装表计时,可在宿舍居室配电回路加装接触器,将控制线路接至宿舍值班室按钮控制箱,实现宿舍管理人员统一管理和操作。

结合近年来参与的宿舍建筑设计项目,为满足学校对宿舍居室的管理、计量需要,通常会配置一套宿舍用电节能管理系统进行收费、控制、限时供电等控制管理。宿舍用电节能管理系统可分为主控层、通信层、设备层,配置监控主机、数据融合终端等。宿舍用电节能管理系统如图9所示。监控主机可设置在宿舍一层管理员办公室内,用于监控每套宿舍的用电情况,并与学校消防安保控制室联网,实现在线控制每个房间或整栋建筑的通电断电、限制每个用户使用的最大负荷、进行恶性负载识别等功能。

5 公共区域配电

宿舍建筑公共区域的配电按表1中所列负荷等级结合相关规范要求进行设计即可,需要特别注意床位数量大于500张的特大型宿舍项目的客梯、生活给水泵、排水泵应按不低于—级负荷供电,一般多层宿舍也能达到特大型宿舍标准。为便于宿舍管理需要,宿舍公共区域照明通常采用智能照明系统进行控制,也可采用照明配电回路加装接触器方案实现统一管理。

6 智能化系统设计

为适应使用及管理需求,高校宿舍通常设置通信网络系统、综合布线系统、综合安全防范系统、公共广播及消防应急广播系统、能耗监测系统、火灾自动报警及联动控制系统、防火门监控系统、一卡通应用系统、信息发布系统等智能化系统[6],另可结合管理需要设置宿舍管理系统、攀爬警戒系统、高空抛物监控系统等系统。宿舍建筑可根据校园整体规划设置消控安保机房、电信间等智能化机房。

7 专业配合及其他注意事项

7.1 与建筑、室内专业配合

需要提前与建筑、室内专业协调宿舍居室配电箱安装位置,复核装饰专业布置照明灯具照度及LPD是否满足规范及使用要求,复核装饰专业布置插座高度位置是否满足安全性、便捷性要求。另外,部分宿舍建筑由于建筑造型原因顶层房间层高会比标准层高2～3 m或出现坡顶情况,此时需要特别注意宿舍内灯具安装高度问题。

7.2 与水暖专业配合

电气专业与装饰专业配合时需要重点关注暖气片与插座等电气设备安装位置,避免冲突;另外南北分体空调类型不同,单冷空调、电辅热空调等用电功率上会有差异,注意宿舍居室内空调电源的提供。当设置吊扇时,需要注意吊扇与灯具的安装位置关系。宿舍建筑公共走道采用裸顶方案时,需要注意走道灯具与桥架、水管、风管的安装位置关系,避免灯具被遮挡影响照明效果。

7.3 其他注意事项

低压进线的宿舍电气系统接地方式通常采用TN-C-S或TN-S系统,在单体建筑内设置总等电位连接,在有淋浴的卫生间等场所设置局部等电位连接;宿舍居室内插座配电回路设置剩余电流保护装置,宿舍的电源插座均采用安全型电源插座;当正常照明灯具安装高度在2.5 m及以下,且灯具采用交流低压供电时,应设置剩余电流动作保护电器作为附加防护,这类安全问题在设计过程中不容疏忽。