幼儿园电气设计的思考

【摘要】结合杭州市某幼儿园工程实例，着眼幼儿园电气设计中的照明灯具选择、厨房电气设计、浪涌保护器选型、充电桩设计等几个问题，进行深入分析讨论并给出解决方案，可为同类工程电气设计提供借鉴。

【关键词】幼儿园照明；厨房可燃气体报警；SCB；充电桩设计

1引言

随着我国经济水平的提高和人们对教育重视程度的提高，学前教育的重要性越来越凸显。规划合理、设施完备的幼儿园无疑是小朋友接受学前教育的必要条件。论文结合具体工程实例，论述幼儿园电气设计中的几个要点和疑点问题，主要包括照明灯具选择、厨房电气设计、电涌保护器选型和停车位充电桩设计等。

2工程概况

本项目位于杭州市余杭区风景秀丽的径山镇，占地面积2191m2，建筑面积6335m2（其中地上6186m2，地下149m2），地上3层（局部2层），局部地下1层。主体建筑3层，教学区和办公区相对独立，每层设连廊连通，消防水泵房设置在地下1层，教学区1层设置厨房和餐饮区。门卫兼消防控制室设在园区出入口，门卫旁设专门的柴油发电机房作为园区二级负荷的备用电源。图1是幼儿园总体规划图。

3室内照明

目前市场上LED灯具种类繁多，被许多工程广泛采用。但GB50034—2013《建筑照明设计标准》中认为，“近年来半导体照明技术快速发展，然而产品尚未成熟，在诸如颜色一致性、色漂移以及光生物安全等诸多领域还存在争议”，而且，美国能源部在EmergySavingsPotentialofSolid-StateLightinginGeneralIlluminationApplications报告中预计，发光二极管需到2020年才能逐步成为室内照明应用中的主流照明产品之一[1]。所以，《建筑照明设计标准》并不将发光二极管灯（LED灯）作为办公室、教室等的推荐使用光源。虽然最新实施的JGJ39—2016《托儿所、幼儿园建筑设计规范》第6.3.1条条文说明中提出“LED等新型节能光源也可采用”，但正文中仍表述为：“活动室、寝室、图书室、美工室等幼儿用房宜采用细管径直管形三基色荧光灯，配用电子镇流器”[2]。而细管（直径≤26mm）的直管形三基色荧光灯光效高、寿命长，显色性好[3]，相对于粗管（直径>26mm）荧光灯也更加节能环保，适合灯具安装高度低于8m的房间，如办公室、教室、会议室等。根据以上分析，考虑幼儿的眼睛非常稚嫩，裸管荧光灯具炫光较严重，经与业主沟通协商，教学区和办公区的主要照明灯具选用T5，28W荧光灯并带透明灯罩。

4厨房电气设计

该幼儿园拥有自己的厨房和餐厅，为小朋友提供了良好的就餐条件。由于厨房需要进行二次装修，需要合理进行现有设计并对今后施工做出前瞻合理的考虑。根据建设单位提供的资料，本工程厨房外配备天然气罐来支持厨房的燃气设备。但随着经济的发展和人民生活水平的提高，我国居民的饮食结构已经逐渐发生了变化，西餐或中西结合的新式菜肴比例逐渐增大，而烤箱、电饼铛、吸油烟机、餐具清洗设备的用电量很大。故综合以上考虑，结合已有工程实例，厨房用电量按照350kW/m2预留。在厨房的消防设计中，根据GB50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》，“厨房、锅炉房、发电机房、烘干车间等场所”不宜安装感烟火灾探测器[4]，选用点型感温火灾探测器。由于厨房使用天然气，暖通和动力专业设置了事故风机与可燃气体快速切断阀，故设置可燃气体报警控制器作消防联动。市场上大部分可燃气体报警控制器均具有几组无源继电器输出触点，虽然单相小功率设备（≤3A/220V）可直接与输出端子相连接，但这样的做法不仅存在潜在风险，而且不利于后续维护及控制器性能的充分利用，所以，控制器通过1个中间继电器与快速切断阀连接，燃气快速切断阀常开，紧急时和可燃气体控制器联动关闭，并保持关闭状态。关闭后不受电源控制，若需再次开启，只能手动复位，且带反馈信号触点，将动作情况反馈到可燃气体控制器。可燃气体控制器自带声光报警器和蓄电池，通过CAN总线与消控室火灾自动报警控制器联网。对于事故通风，GB50019—2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》和GB50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（以下简称“民暖通规”）在各自的通风章节均有类似的规定。仅以《民暖通规》为例，第6.3.9条：可能突然放散大量有害气体或有爆炸危险气体的场所应设置事故通风；事故通风应根据放散物的种类，设置相应的检测报警及控制系统。事故通风的手动控制装置应在室内外便于操作的地点分别设置[5]。需要指出的是，事故通风不包括火灾通风，所以不像消防风机那样在火灾时直接参与消防工作[6]，但是参与消防灭火后的排烟或者灾后通风工作。事故通风是否需要双电源，目前仍然存在争议。上海地方标准DGJ08-74—2004《燃气直接型吸收式冷热水机组工程技术规程》中规定：“事故排风机应采用防爆型，并应由消防电源供电”；《全国民用建筑工程设计技术措施（2009年版）-暖通空调•动力》中针对直燃LiBr制冷机房、锅炉间等设备用房的通风技术措施中也提出“事故排风机应采用防爆型并应由消防电源供电”。本工程的最高负荷等级为二级（市电+柴油发电机），且事故风机用电量很小，仅约0.25kW。据此，笔者认为，为避免人身遭受伤害并尽量降低爆炸危险环境的形成条件，事故风机按消防负荷处理，双电源供电，末端切换。图2是可燃气体报警控制器输出控制模块与燃气快速切断阀的连接。

5防雷设计及SPD选型

通过防雷计算，幼儿园主楼的预计雷击次数为0.115次/a，小于0.25次/a，但考虑幼儿园的使用属性及人员密集等特点，符合GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》3.0.2-9“预计雷击次数大于0.05次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所”的规定[7]，则按照第二类防雷建筑物进行设计。图3是SPD作用示意图。在进行防雷设计时，要达到良好的防雷效果，需要综合采取多种措施。不仅要考虑防直接雷击，还要考虑防雷电电磁脉冲和地电位反击等，所以，必须进行综合保护才能收到预期的防雷效果。本文仅阐述电涌保护器和后备保护器的相关问题。电涌保护器SPD(SurgeProtectiveDevice)有两方面的作用：泄放雷电流和限制瞬态过电压TOV（TransientOvervoltage）。它的内部元件主要包括气体放电管、压敏电阻等。重要的选型参数包括：标称放电电流In（SPD通过15次8/20μs波形而不损坏时对应的电流峰值）；最大放电电流Imax（SPD至少可以通过的1次8/20μs波形的电流而不损坏时对应的电流峰值）；最大持续工作电压Uc（可持续施加在SPD保护模式上的最大交流电压有效值）和电压保护水平Up（表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，该值应大于限制电压的最高值）。由于我国电网特别是农村电网的不稳定性，工频过电压时有发生，所以选择Uc不小于320V。电压保护水平Up要小于设备绝缘耐冲击电压Uw，才能使设备得到保护。但是电涌保护器SPD的单独使用也存在明显的问题：当高能量电涌冲击或线路发生短路/瞬态过电压时，可能造成SPD短路，进而因过热而导致火灾甚至爆炸，所以，需要在SPD回路前端串联过电流保护电器。以往通行的做法是串联断路器或熔断器，但它们不能与SPD协调配合。SCB(SurgeprotecterdeviceCircuitBreaker)后备保护器是专门配套SPD使用的保护装置，大雷击电流冲击下不分断，SPD发生故障后小工频电流流过迅速分断，从而有效地消除相关隐患。传统后备保护装置和SCB的比较如表1所示。6充电桩的设计和预留目前新能源汽车特别是混合动力汽车和纯电动汽车发展势头良好，杭州市内随处可见的高颜值“西湖新能源•纯电动巴士”即是很好的证明，但充电桩的设计尚无统一的国家标准。为此，在停车位的充电桩设计时，根据《杭州市城市建筑工程机动车停车位配建标准实施细则》（2015年6月修订）和浙江省工程建设标准DB33/1121—2016《民用建筑电动汽车充电设施配置与设计规范》表4.2.4.5“学校建筑电动汽车充电停车位配建指标”，按照10%的比例配备充电停车位。目前，充电桩产品亦尚无统一标准，但大体上可分为2类：直流充电桩和交流充电桩。直流充电桩一般采用三相四线或三相五线制(也有单相三线制)供电，输出直流，可提供足够的功率，输出的电压和电流调整范围大，可实现快充的要求，所以通常称为快充桩；交流充电桩一般采用单相三线制（也有三相五线制）供电，输出交流，其主要是为车载充电器提供交流电源，所以，受限车载充电器的能力，一般功率不是很大，不能很好地实现快速充电，通常称为慢充桩。直流充电桩和交流充电桩的基本特点及比较见表2。结合本工程实际（共有36个停车位，整个园区配1台630kV•A变压器）及地方标准DB33/1121—2016参编单位浙江万马新能源公司的工程实例，为园区预留7kW交流充电桩4个，60kW直流充电桩1个。交流充电桩可供教师及来访家长客人使用，直流充电桩满足后续可能购置电动大巴的需求，供电按照三级负荷考虑，配电箱就近设置在门卫内。图4是直流充电桩和交流充电桩的基本结构形式图4直流充电桩和交流充电桩的基本结构形式虽然幼儿园的建筑面积不大、建筑高度不高，但是在其电气设计方面还是有许多需要注意、值得思考之处[8]。特别是随着科学技术的发展，有很多新设施、新技术的应用更值得每位电气设计师去思考，钻研。相信通过广大设计师的共同努力，一定可以为幼儿教育提供更加舒适便捷的学习环境。

作者：刘悦 张超 林佐伟 单位：中国联合工程公司