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论某农业大学综合实验楼的电气设计刘蓉

发表时间：2020/3/27 来源：《建筑模拟》2020年第1期作者：刘蓉

[导读] 大学综合实验楼根据学科方向的不同，实验室的用电设备及要求也具有多样性，电气设计需要在满足普通用电需求的情况下进行前期深入调研，对实验楼进行有针对性的设计，尽量满足各使用方的要求，让电气设计科学合理的同时考虑后期的发展及通用性。

        中信建筑设计研究总院有限公司
        摘要：大学综合实验楼根据学科方向的不同，实验室的用电设备及要求也具有多样性，电气设计需要在满足普通用电需求的情况下进行前期深入调研，对实验楼进行有针对性的设计，尽量满足各使用方的要求，让电气设计科学合理的同时考虑后期的发展及通用性。
        关键词：大学综合实验楼前期调研插座布置   配电系统需要系数变压器负载率

        笔者在对某农业大学综合实验楼的电气设计中，总结出了一些体会，希望能与同行们探讨，下文针对该项目电气设计中的一些关键点进行论述。
        一、项目概述
        本工程为某农业大学植物科学与技术学院综合实验楼，总面积约三万方，地上面积约2.5万方，共七层，分南区和北区，两区由中间部分的办公区域连接，建筑高度32米，属于二类高层建筑。地下共一层，面积约5000方，主要功能为地下车库（IV类车库）、设备用房（风机房、水泵房）及部分实验配套功能用房，如冷库、洗涤室、灭菌室、纯水室、光培室、组培室、超低温冰箱室（-80℃）、光照培养箱室等。
        空调采用中央空调系统。
        由于建设单位考虑极端暴雨天气地下室可能会积水的情况，最终确定将变配电房设置于地上一层。
        二、大学综合实验楼的特点分析
        本实验楼是专供该校植物科学与技术学院下属的各二级学科的研究团队使用，具体包括栽培生理、作物遗传育种、农业昆虫与害虫防治、昆虫、植物保护及农药学等学科，其中一至三层的部分实验室兼做教学实验中心，供本科生上实验课使用。
        该栋实验楼涉及到三十多个学科团队，目前分散在该校十几栋建筑物内，每个团队有不同的用电需求。经过大约一周的时间，笔者对这些学科团队目前现有实验室进行实地考察，统计各实验室用电设备的电压等级、额定功率、额定电流、供电方式、电源可靠性要求、电源质量要求等情况，总结出以下内容：
        （1）各科研团队实验室的实验设备除个别大功率烘箱（最大5800W）为380V微型断路器供电外，其余基本是220V插座或微型断路器（如箱式电阻炉）供电，插座供电居多，单台单相实验设备功率从100W到4KW不等。
        （2）各团队使用的用电设备情况如下表：

         三、实验室内部插座布置及线路敷设
        通过调研，实验室各用电设备均可采用单相插座供电，个别有大功率三相设备或单相设备的团队需要另行设置断路器箱供电。
        考虑单相实验设备有10A和16A插座的供电需求，若均设置三孔插座，科研团队不好区分，也无法满足特殊的两孔插座设备使用，故本项目10A插座采用两孔加三孔组合插座，16A插座采用三孔插座，另因有些设备经常使用，且实验设备位置相对固定，科研人员不经常插拔插座，但长期插在插座上会有安全隐患，故建议有条件的情况下，对于频繁使用的实验设备用插座采用带开关插座。
        目前绝大多数团队无三相实验设备，但考虑后期科学研究的发展，国家及科研院校对实验设备的投入会不断增加，故本次设计在满足现有设备供电需求的条件下，为每个大型实验室（面积为90～110平）另配置了两个三相32A断路器箱及一个单相32A的预留回路，中型实验室（面积为60～70平）另配置了一个三相32A断路器箱及一个单相32A的预留回路。
        插座的布置需要结合实验工艺厂家提供的实验室家具布置图进行设置，中央操作台自带插座，靠墙的实验边台可根据使用单位的要求自带插座或者沿墙布置插座。
        为了后期维护方便，使用单位要求实验室内的电气管线尽量不走地坪，中央试验台采用自带吊杆式，电源线路穿金属管由各实验室内的专用配电箱引出，沿墙体暗敷及吊顶内明敷至中央操作台的自带吊架，最后沿吊架明敷至操作台的插座回路。同理，自带插座的边台的电源经由墙体及吊顶，最终至边台侧墙体，在边台侧距地0.3米的墙体处设置接线盒，线路引至此接线盒并预留至少1.5米的电线供后期接边台的插座回路用。不带插座的边台则沿墙体底边距地1.1米（操作台0.8米高）均匀布置插座，根据实验设备的多少设计插座个数，一般每0.8～1米设置一个插座，每面墙体至少设置一个16A三孔插座以供单相大功率设备使用。无边台的墙体一般供落地设备使用，如冰箱、保存箱、大型振荡器、大型离心机、烘箱等，每面墙体至少设置两个16A三孔插座，每0.8米设置一个插座，同时适当布置32A三相或单相断路器箱，插座及断路器箱底边距地0.3米，嵌墙安装。
        四、实验楼配电系统
        该实验楼为二类高层建筑，最高负荷等级为二级，通过使用方的反馈，实验用电均为三级负荷。作为主供的一路10kV电源从校内开闭所引入，另从距离此项目约150米的已建的柴油发电机房（内设置一台900kW的柴油发电机组）引入低压电源作为二级负荷的备供电源。
        配电房设置于该建筑物北区一层，为避免电磁辐射对实验室精密仪器的干扰，特将配电房设置于建筑物端头，上部和相邻房间均为标本室或植物培养室。
        低压配电系统采用树干式及放射式相结合的供电方式。从配电房低压柜至各楼层强电间的配电箱采用树干式配电，每层强电间分别设置楼层普通照明、空调、实验总配电箱及公共走道、应急照明双电源切换箱。楼层实验总配电箱至该楼层各实验室内专用实验配电分箱采用放射式供电。
        通过前期对各科研团队的用电需求进行沟通调研，大部分科研团队各实验室的仪器用电量在20kW左右，考虑后期的发展，同时结合团队分配的房间面积，估算出各实验室内用电指标约在300W/m2。另由于特殊原因，部分实验室由两个或三个科研团队共用，但实验设备自采自用，故对这种实验室应加大用电量，满足该实验室内各团队的用电需求总和，做到既让实验室具有通用性，即使后期更换科研团队也能满足用电需求，也考虑现有状况的特殊性，对部分实验室进行扩容。
        确定各实验室用电量之后，对各实验室配电分箱分回路时需要考虑除满足平面布置的供电需求外，应在此配电箱内预留足够的备用回路供后期发展使用，一般数量控制在30%～40%，在计算该分配电箱的计算电流时，需要系数适当放高，可取0.8以上。因每层有十几个实验室，结合各实验室在同一高峰时间段的用电情况，楼层总实验配电箱需要系数可取0.5～0.6，总配电干线需要系数取0.4。
        因实验用电容量大，南区、北区每层的实验用电分别在200kW以上，有的楼层甚至达到300Kw，若干线采用电缆供电的方式，只能最多两层一个回路，干线的需要系数无法取较小数值，导致干线电缆数量及截面均比较大，配电灵活性较差。故实验用电干线采用密集铜母线的供电方式性价比更高，后期扩展更灵活。
        在选择变压器容量时，需要考虑整个建筑的用电情况，根据估算，空调负荷约占总用电负荷的20%，实验负荷约占整个用电负荷的60%，常规实验楼用电高峰一般在七八月份。而大学此时间段正好为暑假，大部分科研团队处于休假期间，整个大楼空调及实验设备使用率大大降低，故此大学的综合实验楼变压器高负荷运行的周期很短，在估算变压器容量时可区别于常规实验楼，适当降低实验用电的需要系数，取0.3，使变压器负载率控制在75%左右为宜。
        五、总结及体会
        以上只是针对实验楼电气设计中的几个关键点进行分析，照明、防雷接地等按常规实验楼进行设计，在此就不再赘述。
        笔者认为在实验楼的电气设计上，前期考察调研相当关键，只有充分掌握了科研团队的用电需求和设备的使用频率，才能明确实验室分配电箱、楼层总配电箱及干线的需要系数，最终确定整个建筑的配电方式、电缆母线的选择、变压器容量的选择。由于水平有限，文中若有不妥之处请同行们批评指正。
        参考文献：
        《建筑电气常用数据》04DX101-1