某醫(yī)療中心的建筑電氣系統(tǒng)設計分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u11661某醫(yī)療中心的建筑電氣系統(tǒng)設計分析案例 163411.110/0.4kv變配電系統(tǒng)設計 141701.1.1負荷等級 1105271.1.2變配電所電力系統(tǒng) 380941.2配電系統(tǒng)設計 5316401.2.1配電方式 5250781.2.2負荷計算 5219911.2.3容量計算 68081.3照明系統(tǒng)設計 796291.1.1照度要求 7121011.1.2燈具選擇 8123271.1.3照度計算 9166751.4防雷及接地系統(tǒng)設計 11193811.4.1防雷方式 11189731.4.2防雷系統(tǒng)設計 12124111.4.3接地分類 13258101.4.4接地系統(tǒng)設計 13114991.5本章小結 15本次主要是對該醫(yī)療應急救援中心的科研辦公樓、住院綜合樓、水泵房進行電氣系統(tǒng)設計。電氣設計由四個部分組成，分別是對變電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和防雷接地系統(tǒng)進行設計。1.110/0.4kv變配電系統(tǒng)設計1.1.1負荷等級一、負荷分級不同負荷按照斷電造成的影響程度將其等級分為三級，一級負荷最重要，二級次之，三級負荷為常見負荷。對待不同等級的負荷將采用不一樣的供電方式。1、一級負荷一級負荷突然斷電會造成人員生命安全或產生重大財產損失，對社會造成不良影響。故一級負荷必須保證供電安全，通常使用兩個獨立電源對其供電，獨立電源互不影響，且每一電源都可以單獨對負荷進行供電。2、二級負荷二級負荷突然斷電不會造成人員生命安全但會造成嚴重經濟損失，同時對社會生產造成一定影響。二級負荷通常由雙線路供電，線路之間相互獨立，每條線路都可單獨對負荷進行供電。3、三級負荷大部分常見負荷為三級負荷，三級負荷突然斷電只對其自身造成影響，故不需要特殊的供電方式。二、救援中心負荷救援中心為一類高層公共建筑，根據(jù)《民用建筑電氣設計規(guī)范JGJ-2008》和《醫(yī)療建筑電氣設計規(guī)范JGJ-2013》對其具體負荷進行如下等級劃分:一級特別重要負荷包括手術室、術前準備室、術后復蘇室、麻醉室、重癥監(jiān)護室、產房、早產兒室、燒傷病房室、急診搶救室、血液病房凈化室、血液透析室、心血管造影檢查室等場所中涉及生命安全的設備及照明;大型生化儀器、重癥呼吸感染區(qū)通風設備等。一級負荷包括急診搶救室、血液病房凈化室、產房、燒傷病房、重癥監(jiān)護室、早產兒室、血液透室、手術室、術前準備室、術后復蘇室、麻醉室、心血管造影檢查室等場所中除一級特別重要負荷的其他用電設備。二級負荷包括電子顯微鏡、影像科診斷用設備;肢體傷殘康復病房照明用電;中心(消毒)供應室、空氣凈化機組;貴重藥品冷庫、太平柜等。三級負荷為一二級以外的負荷。該醫(yī)療應急救援中心作為公共建筑，人流量大，責任重大，所以要保證好供電的穩(wěn)定性和連續(xù)性。其中科研辦公樓、住院綜合樓、水泵房包括的用電負荷主要為一級和三級負荷。1.1.2變配電所電力系統(tǒng)本設計要滿足科研辦公樓、住院綜合樓以及水泵房的供電，用電需求較大，故應該采用開閉式來為其進行供配電。且變電所應設立在科研辦公樓一樓，下圖為具體位置展示。圖3-1各建筑位置Fig.3-1Locationofeachbuilding圖3-2變電所位置Fig.3-2SubstationLocation如圖3-1所示，科研辦公樓、住院綜合樓以及水泵房的具體位置。因變電所設在科研辦公樓一樓，所以科研辦公樓的用電直接由變電所進行輸送，住院綜合樓以及水泵房的用電由變電所進行電力線路的傳輸進行使用。本次設計對這三個建筑進行的供配電方式為：為保證各個建筑用電的安全可靠，將在變電所接入上級的10kv電纜線路，經其降壓為400v的電源在分別輸送到三個建筑中。圖3-3電力線路傳輸Fig.3-3Powerlinetransmission如圖3-3所示，變電所采用雙回路供電，通過降壓裝置將上級線路的10kv電壓轉化為400v電壓，每路高壓電源都有獨立的降壓裝置與之對應，降壓后的電壓對線路上的負荷進行供電。配電所有三種主接線形式，分別是單母線、雙母線、無母線。因為本次是對醫(yī)療應急救援中心建筑進行設計，為防止其出現(xiàn)斷電的可能，故采用雙母線供電。雙母線的工作形式為兩組母線相互獨立，互不干擾，工作時只有一條母線對負荷進行供電，另一條母線為備用母線。若工作母線為上母線時，則上母線對應的斷路器將全部閉合，連接在下母線的斷路器全部斷開。當上母線工作時發(fā)生故障時，將進行倒閘操作，將負荷連接到下母線進行工作，從而保證設備不斷電或者斷電時間極短?？蒲修k公樓中的柴油發(fā)電機房作為整個建筑的應急電源。若遇到電力系統(tǒng)停電或者兩臺變壓器都出現(xiàn)故障時，為滿足建筑的供電要求，將采用柴油發(fā)電機進行供電。較UPS電池而言，柴油發(fā)電機具有容量大的優(yōu)點，在15秒內便可以讓一級重要負荷恢復供電，滿足國家標準要求。1.2配電系統(tǒng)設計1.2.1配電方式電力系統(tǒng)配電方式有三種分別是：樹干式配電、鏈式配電、放射式配電。當采用樹干式配電時，線路出現(xiàn)問題或者需要進行檢修時，需整體停電。不同的設備按照其重要程度確定其供電方式，放射式配電方式因其可以更好的保證負荷用電安全主要應用于比較重要的負荷，鏈式配電方式通常應用在不重要的負荷設備上。對于本次設計，為保證醫(yī)療應急救援中心的用電設備持續(xù)用電，將采用樹干式與放射式結合的方式對其進行配電。圖3-4樹干式配電Fig.3-4Trunktypedistribution圖3-5放射式配電Fig.3-5Radialdistribution圖3-6混合式配電Fig.3-6Hybriddistribution1.2.2負荷計算1、負荷計算的目的通過負荷計算的結果，可以選擇配電線路所需的電纜、導體和具體的用電設備。負荷計算也可直觀的顯示出線路的電壓和能量損耗。2、負荷計算的方法負荷計算的常見方法有三種，分別是需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、單位面積功率法。三種方法各有優(yōu)勢，適用的情況不同。需要系數(shù)法適用于設備數(shù)量多，容量差別不大的工程計算，其優(yōu)點在于計算時簡單方便，運用時受限制較小；利用系數(shù)法使用概率和數(shù)理統(tǒng)計的方法，計算負荷用所知平均負荷求得，整體計算復雜，結果準確；單位面積功率法適用于用電設備和所需臺數(shù)不確定的情況，計算過程簡單，結果偏差較大。結合本工程而言，因科研辦公樓和住院綜合樓每層的大致布局基本相同，故本次設計我們選擇單位面積功率法來進行計算各建筑負荷。1.2.3容量計算有功功率，單位kw：Pjs無功功率，單位kvar：Qjs視在功率，單位KVA：Sjs計算電流，單位A：Ijs式中：PKx——需要系數(shù)；cos?——平均功率因數(shù)；UN——設備組額定電壓，KV；本工程采用面積估算法計算總容量，計算公式為總負荷=面積×單位面積容量。以水泵房為例進行容量計算，水泵房只有一層建筑，結構簡單，將采用面積估算法計算其具體容量。水泵房：Pe=295×PSQ因科研辦公室和住院綜合樓為多層建筑且每層使用設備較多，故需要對每層設備容量進行單獨計算，在這里就不一一計算了。經計算得出，科研辦公室設備安裝容量為308.64KW，有功功率為247.12KW，視在功率為396.59KVA；住院綜合樓安裝設備容量為181.71KW，有功功率為325.24KW，視在功率為516.87KVA。根據(jù)計算得出本工程電氣設備總安裝容量為525.2KW，總有功功率為600.24KW，補償后的視在功率為946.26KVA。本次設計需采用提升功率因數(shù)的方法來進行無功功率補償，從而降低電壓損失并提高發(fā)電機工作效率。提高功率因數(shù)的常見方法有兩種，一個是在線路上并聯(lián)電容器，另一個是選用合理的電氣設備從而提升其自身功率因數(shù)。本次設計功率因數(shù)需提升到0.9以上，為滿足此需求，首先將投入方式改為自投，其次將設置電容柜在低壓配電室，從而達到要求，符合國家建筑標準。1.3照明系統(tǒng)設計作為醫(yī)療應急救援中心，它的的照明系統(tǒng)也要與時俱進，智能化照明才能滿足更多的醫(yī)療功能。本次設計的醫(yī)療建筑多樣復雜，不同的房間對其照明的要求也不相同。例如科研辦公樓的研究室要保證燈光亮度且柔和，電力充足不可以突然斷電；住院樓的病房燈光不需要太亮，合適的燈光才可以給病人創(chuàng)造舒適的休息空間等等。要根據(jù)不同區(qū)域的功能具體設計所適合的燈光，智能化的照明設計才可以滿足救援中心的照明要求。1.1.1照度要求根據(jù)不同區(qū)域功能的不同對照明有著不同的需求，依據(jù)標準《建筑照明設計》GB50034-2013，對醫(yī)療建筑不同區(qū)域的照明標準做了如下規(guī)定：

表3-1照度標準Tab.3-1illuminancestandard房間類型照度標準值（lx）柴油發(fā)電機房500變電所200開關站200值班室100庫房200科研辦公室500電梯廳100衛(wèi)生間100藥房500消防中心500護士站300病房100機房500更衣室100水泵房1001.1.2燈具選擇在本次設計中除了基本的照明燈具還要包括病房內的夜光燈以及應急狀態(tài)下的應急照明。為了滿足不同區(qū)域的不同功能，對燈具進行如下選擇：（1）在無特殊要求的大部份場所，本次設計將采用雙管熒光燈進行照明。（2）病房還需設置腳燈，方便病人夜間活動。（3）同時將在需要殺菌的場所設置紫外線殺菌燈，例如藥房藥庫等。1.1.3照度計算1、照度計算方法（1）利用系數(shù)法：該方法比較精確，適用在房間結構簡單且計算量較小時使用。該方法計算時需要已知房間照度值，通過房間的結構、門窗面積、燈具數(shù)量和工作面積最終求得照度。（2）單位容量法：比較常用的照度計算方法，對于一些無特殊要求的照明場所比較適用。（3）逐點式計算法：適用于進行指定區(qū)域或地點的照度計算，計算過程簡單、方便。以上三種方法計算結果都不是特別精準，故本次設計時的照度計算結果允許有10%的偏差。從本次工程設計實際考慮，將采用利用系數(shù)法和單位容量法進行照度計算。2、利用系數(shù)法利用系數(shù)法是計算房間燈具個數(shù)及驗證是否滿足照度要求的最常用的方法，其具體步驟如下：平均照度公式：Eav式中Eav為平均照度值，N為燈具數(shù)量，?室空間比：RCR=5室形指數(shù)：RI=l+w頂棚空間比：CCR=5地板空間比：FCR=5式中w為房間寬度值，l為房間長度值，hc為頂棚空間高度值，hr為房間空間高度值，有效空間比：ρef式中Aε、A平均反射比：ρ=ρ式中ρi為編號為i的物體的實際表面反射比，A利用系數(shù)法計算過程，根據(jù)房間內表面受照面積求出室空間比、頂棚空間比和地板空間比三個值，然后根據(jù)房間各表面的不同反射比求得頂棚空間的有效反射比，之后計算出墻體平均反射比；地面空間反射比的計算方法與頂棚空間反射比的計算方法相同，最后根據(jù)地面空間反射比和所選用燈具的維護系數(shù)求得利用系數(shù)。3、典型房間照度計算因本次設計房間類型較多，不一一進行計算，此處列舉了一數(shù)量較多且房型比較典型的進行計算演示。以科研辦公室的一個辦公室為例，該辦公室要求照度為500lx，已知條件為辦公室室內長寬高分別為8米、7.8米和1.9米；頂棚反射比、墻面反射比和地面反射比分別為0.8、0.5和0.3，辦公室照明設備選用光源容量為40w、光通量?為6100LM的T8雙管節(jié)能熒光燈，設置在房間高度1.5米處，且維護系數(shù)和利用系數(shù)分別為0.8和0.76。由公式3-5得出N=8.4套，故該房間采用燈具9套，行數(shù)為3，列數(shù)為3進行排列。將N=9帶入公式3-5，得出照度A=534lx，經檢驗在10%偏差以內，符合要求。

圖3-7科研辦公室照明設計Fig.3-7Lightingdesignforscientificresearchoffice4、應急照明設計本次設計的應急照明將采用柴油發(fā)電機對其進行柴油發(fā)電機對其單獨供電。應急照明裝置的場所必須保證道路通暢，并且不得遮擋應急照明裝置。且安裝位置應設立疏散指示標牌，且標牌安裝高度不小1米，標牌間隔應小于20米。當發(fā)生緊急情況時，應急照明裝置應及時亮起。1.4防雷及接地系統(tǒng)設計防雷及接地包括建筑防直擊雷和建筑內設備防感應雷，有效的防雷接地保護可以保護建筑免遭雷電攻擊從而保護人員安全和財產安全。醫(yī)療應急救援中心作為新式智能化建筑，將引進許多先進設備，為防止雷擊過電壓對新型設備造成破壞，導致設備、系統(tǒng)癱瘓，所以防雷及接地系統(tǒng)是本次設計必須考慮的問題，作為一項不可忽略的安全保護措施。防止雷電可能造成的各種危害，全面的保護人員和設備安全。1.4.1防雷方式常見防雷方式有三種，分別是避雷針、避雷線、避雷網和避雷帶。1.避雷針也稱防雷針，主要作用為保護建筑免受直擊雷攻擊。由接閃器、導線和泄流地網組成，接閃器安裝在建筑物頂端，起到引雷的作用，雷電流通過導線傳輸?shù)叫沽鞯鼐W中，傳輸?shù)酱蟮?，保護了建筑安全。2.避雷線也稱防雷線，避雷線通常安裝在架空線路上端。避雷線與避雷針相連接，有效的將雷電流導入大地，起到保護建筑和線路的作用。1.避雷網和避雷帶避雷網和避雷帶通常安裝在建筑屋頂，由建筑屋頂?shù)慕饘傥镞B接構成，有明暗兩種布置方式。保護面積較避雷針而言更大更有效。1.4.2防雷系統(tǒng)設計1、防雷等級劃分建筑的防雷等級是根據(jù)建筑本身的重要程度，以及該地區(qū)的降雷密度和建筑被雷擊中產生的后果來綜合考慮的。根據(jù)《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057—2010，將建筑防雷等級分為三類。表3-2建筑防雷等級Tab.3-2Buildinglightningprotectionrating防雷等級防雷建筑一級與危險品有關的建筑物，遭受破壞對社會造成嚴重后果的建筑二級國家重點文物保護的建筑物；大型城市中特別重要的建筑物；與危險品相關的建筑物，但破壞不易造成人員傷亡和重大經濟損失三級省級重點文物保護的建筑物；人員流動性較大的公共建筑物；年預計雷擊次數(shù)在0.05至0.25之間的辦公或民用建筑2、防雷設計（1）根據(jù)已知條件計算得知，本次建筑防雷設計等級為三級。在設計過程中要防止直擊雷，側擊雷以及感應雷。（2）接閃器：在建筑物頂端使用鍍鋅鋼管用作接閃帶，需要設計的避雷網格為10×10平方米，且避雷網應與建筑物外突出的金屬部分連接。（3）引下線：接閃器與接地裝置相連的中間金屬導體稱為引下線。引下線通常采取最短路徑布置，避免彎曲，布置位置一般在墻壁外端。對靠近地面的引下線為防止其遭受破壞，一般加裝保護層。（4）均壓環(huán)：每層的均壓環(huán)應與對應層的主梁鋼筋進行焊接，同時應該連接建筑外部的金屬構造。（5）接地極：利用建筑物地基中的主筋進行焊接形成基礎防雷接地網。（6）對于室外的接地裝置，為防止其受天氣原因影響，需要采用一定措施加以保護，可以在其表面涂防腐層。1.4.3接地分類接地方式可分為工作接地和保護接地。1、工作接地為了保護人員和設備安全，保證電氣設備的正常工作，將電氣設備通過導電體與大地相連。2、保護接地保護接地是指電氣設備在正常工作時不帶電，當設備工作情況出現(xiàn)問題，設備絕緣保護遭受破壞，為防止其金屬部分導電造成人員傷亡和財產損失，將金屬部分與接地體通過導線連接起來。保護接地可以進一步保證電氣設備的安全，保證了電氣設備漏電時對地電壓在安全范圍。1.4.4接地系統(tǒng)設計1、接地系統(tǒng)分類根據(jù)《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJ16—2008，將建筑低壓配電系統(tǒng)分為TT系統(tǒng)，IT系統(tǒng)與TN系統(tǒng)，其中TN系統(tǒng)又分為TN—C、TN—S、TN—C—S系統(tǒng)。（1）TT系統(tǒng)：電源中性點和設備金屬外殼之間相互獨立直接接地，它可以抑制高低壓繞組間的絕緣擊穿和過電壓。（2）IT系統(tǒng)：電氣設備的金屬外殼直接接地，電源中性點不接地，IT系統(tǒng)在設備發(fā)生故障時不會立即切斷電源。并且不會在設備檢修時對工作人員造成傷害。（3）TN系統(tǒng)：設備外殼和電源的中性點直接連接并直接接地，TN系統(tǒng)根據(jù)接地零線和保護零線是否分開可分為TN—C、TN—S、TN—