中国人民大学 柳熙宇

1 引言

现阶段学校教学楼的照明和插座设计，影响着老师和学生的日常工作与学习，学校开展各项活动更是需要优质的照明和插座系统。普通的照明功能已经无法满足现代高校的照明需求，目前我国不同地区存在教学仍然存在差异，这种差异不仅体现在教学资源这一方面，教学环境也是影响学校授课情况的重要因素之一,而影响教学环境最为关键的一环无疑是教学楼的照明情况[1]。

部分学校建筑因年代久远，故照明设计与插座的布局存在不合理之处。因此,合理的照明与插座设计方案，不仅可以提升师生的日常学习工作体验，而且能对学校的管理模式与水平产生积极影响。除照明外，插座的分布、数量是否合理也是衡量一栋教学楼使用体验的因素之一。插座的分布设计不合理，可能会导致资源的浪费，或者出现不能良好地分配电力资源的情况。本文将以多层教学楼照明与插座设计的解读入手，尝试提出更为合理的方案。本次设计的结果符合国家法律法规的要求和行业的相关标准规定，对于教学楼的防雷安全设计提出相应的方案，对于提高教学楼教学环境，提升师生舒适度，促进教学质量的发展，具有积极的意义[2]。

2 工程概述

本工程对象是一栋长为40m，宽为30m的中学教学楼，每层总面积为1200㎡，共有5层，高度为15m，是一般性民用建筑，因此教学楼根据《建筑供配电及要求》被列为国家三类建筑。此教学楼的1层和2层作为教师的办公室，3、4、5层作为计算机房。总体上呈现为U形框架构架结构。其中1层和2层的布局一致，共有教室办公室10间，U形连接处设有男女卫生间各2间，共4间，1间开水间，以及两处楼梯间；3、4、5层布局一致，其中每层共有教室10间，卫生间4间，开水间1间和两处楼梯间，每层各有电井两间[3]。

3 照明设计

3.1 照明设计需求

对于此栋教学楼的照明设计。考虑到此栋建筑以教学为使用目的，最终照明的效果区分于一般建筑。此栋教学楼为多用型，1层和2层与3、4、5层的用途有所差异，因此对于灯具的照明要求也需要做出改变。其中最为重要的是教学楼与办公室的照明，针对办公室照明设计，最基本的要求有以下几点[4]：

一是满足老师办公需求，保障各个角度的光照亮度的需求。

二是保护老师双眼，禁止出现眩光，反光，保证舒适度。

三是无论有无自然光的条件下，均能适应环境的变化。

针对教室照明，此栋教学楼每一间教室均配有投影仪以及大屏幕教学设备，老师经常使用此设备进行教学，既减轻了老师的负担，又能使课堂的进行更加生动、多样化、灵活化，促进学生的学习兴趣。因此，在照明的设计过程中，除去自然光外，要防止投影屏幕以及黑板的反光，影响部分学生的学习。教室间还存在一些黑板报和墙画区域，互动交流区。这些空间同样对照明提出很高的要求。因此，对于教室照明设计，最基本的要求是：

一是无自然光的参与下，均能满足学生对于照明的要求。

二是有自然光的参与下，使照明灯光与自然光相互融合。

三是防止照明情况下，因灯光导致投影屏幕反光。

四是防止出现眩光，保护学生双眼。

3.2 光源的选择

要想达到以上教学楼的照明要求，首先要选择合适的光源。由于此栋教学楼房间通透性极好，教室和办公室可以在白天利用自然光进行照明。所以本设计的光源应为自然光和人工光源。一方面太阳光是一种独特的光源，不同于任何人造光源，合理采用日光，可以营造好的氛围，节约巨大的能源，因此教室照明的首选应该是天然光。另一方面，是关于人工光源灯具的选择。无论是自然光还是灯具照明，都首先要优先考虑光源的光照照度，依据国际与国内标准《建筑照明设计标准》GB50034-2013，同时响应国家节约资源以及保护环境的号召，此次设计选用的灯具要符合以下要求：

一是为了防止眩光，需对眩光进行控制，所以在优先选择平面灯具。

二是办公室与教室都不适合使用高亮的灯具，否则不利于保护老师与学生的双眼。

三是灯具的选择是最好有灯罩，不宜选择直接照射灯具。且选择能耗低的灯具。

综合考虑以上要求，此次设计选用的灯具的是双条V5双管荧光灯，其光照高在满足照明需求的同时又具有节能，使用时长久的特点，在后期维修和电能消耗方面的花费低。照明时，满足特殊显色指数，色容差在5SDCM以内，色品坐标偏差值符合相应规定。

3.3 照明质量

灯具确定之后，照明的质量便取决于灯具的数量，摆放的位置等。在日常照明中，光源的照度水平、亮度分布、显色性、有无眩光干扰以及投光的立体感好坏直接影响师生的体验。当师生处于办公室或者教室这个环境中时，眼睛的焦点在不停地移动，并且重新适应新环境，当移动的空间内的光线亮度，或者光线颜色的差异较大时，可能会引发人的视觉疲劳。为防止此种情况的出现，教室的照明亮度应该均衡，减少因视觉的巨大差异而引起的疲劳。同时，也不能使亮度过于均衡，否则会是环境呆板，降低师生的精神状态。因此，在对房间的照明设计时，出于对照度均匀度的考虑，灯具的安装位置和数量应该满足以下要求[5]：

一是教室走廊内和办公室区域的照明照度，不能低于教室内部和其他工作区的照明照度的三分之一。

二是教室和办公室的照明照度的均匀程度要符合《建筑照明设计标准》中的规定。综合考虑以上因素，最终对于此教学楼灯具的数量以及位置设计方案如图1所示。

图1 楼层照明示意图

3.4 眩光控制

在教室具体灯具位置和数量固定后，处于教室的墙面的具体材质，墙面光滑度或者墙体的位置等因素，会导致建筑内光源亮度分布不均匀，或者亮度变化幅度过大，会引起人的不适，这种现象被称之为眩光，此现象直接影响教学楼最终的照明质量和师生的使用体验。眩光可能会引发学生或者老师的视力问题，影响学习与工作，长期处于眩光环境下，甚至会影响人的情绪，或者引发心理问题等。

由于眩光的产生大多来自于灯光的变化，控制眩光问题，本次设计主要考虑在安装时通过控制安装的位置和方式来减少眩光的出现，具体做法和注意事项如下：

一是控制灯光反射的背景，限制灯具的亮度等。

二是此栋教学楼所有教室屋顶均无障碍，因此无需考虑把灯具嵌入墙体或者黏附在墙面

三是如果灯具的位置已经固定无法改变，那么可以通过改变光线反射背景面位置，使得灯光的反射角偏离室内人的视线。

四是此栋教学楼的层高为3m，屋顶反射比很高，不考虑灯具紧贴屋顶，最好是将其悬挂在半空中，光线经过屋顶的反射，二次照射到下面，间接提高了照明亮度，减少眩光。使学生在更为舒适的条件下学习。

五是办公室与教室都不适合使用高亮的的灯具，否则不利于保护老师与学生的双眼。

3.5 导线选择

考虑用电设备的实用性及经济性的同时，也满足了照度要求，之后也要对电能损耗这一角度加以考虑。电荷负荷可以分为一级、二级和三级，不同的用电设备对应不同的电荷符合等级。本次设计对于照明线路电线和电缆材质要区分开，由于不同的建筑其敷设方式也要有所差异，具体如何选择则应根据以教室的布局情况，照明和其他用电设备的布局情况为主的多个因素确定，如外界作用力、建筑的伸缩、外部环境的热源、腐蚀性或者污染性物质等，都会对线路的敷设带来影响。线路的敷设时应尤为注意以上因素，防止带来不必要的损失。

本工程为0.38kV配电，常用电力电缆100%持续允许载流量。相线截面确定由计算电流确定，设计需满足现行有关电力电缆与低压配电的国家标准规定。本设计选取的导线材质为：VLV、VV聚氯乙烯绝缘，聚氯乙烯护套铝芯，全塑电缆，截面积为35mm2。

4 插座的布局与设计

此栋教学楼供电电源电压为0.38kV，引自校区内公用变配电室。大部分负荷等级均为三级。在建筑物配电总箱内装设总电能表。由于本单体距公用变配电室较近，故仅要求在变配电室的电压低压侧集中设置无功功率自动补偿装置，且电容器组选用投切方式为自动循环，补偿后的功率因数不小于0.92。低压配电系统选用电缆放射式的方式，单台容量较大或重要负荷选用放射式供电，照明、插座均由不同的支路供电。

4.1 布局要求

根据《建筑供配电与照明》，三类建筑的插座数量和接入应该满足以下要求：

一是同一间教室的插座必须由同一个回路进行配电。

二是插座不可以安装在用于疏散照明的回路中，疏散照明回路为单独回路。

三是对于一些特殊房间，若其未设有安全隔离变压器的插座，则不对此房间设计插座。

四是单独回路可以设有插座，但数量应该小于5个。

4.2 插座的选择

根据《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93，应该根据具体环境和使用条件来确定插座的型式和安装位置。其要求为：

一是需要连接地线的用电设备插座，必须有接地孔。

二是插头与插座的电压登记必须相互对应，不可跨等级混用。

三是若建筑所处的环境恶劣、环境湿度大等，所选用的插座必须是保护式或者密封式。并且安装的高度必须大于1.8m。

四是安装普通插座，高度保持在1.8m及其以上，安全性插座通常安装于1.5m以下。

4.3 教室的插座设计

灯具布置完成后，此栋教学楼教室顶棚都设有吊顶式投影仪，投影仪不与其他建筑共用一个供电路线，而是设置一个独立的回路供电，从而减少日常维护控制等工作量。教室前段，选择在黑板下面置两个插座，高度为距离地面0.75m，用于教师课件的演示和日常工作用途。同时，出于实用性和美观的考虑，在讲台内部安装设备供电插座。总体上每间教室只设置1个回路配电，每个回路设置的插座不超过6个即可。

4.4 办公室的插座设计

办公室的插座数量与分布原则不同于教室，办公室是教师处理工作的地方，每间办公室的教师人数有8人，因此办公室对于供电需求应超过教室。要求每一个办公桌上设置单独的单相二三孔插座，共设置10个插座，一般每5个插座为一个回路来进行供配电。本设计中插座采用2.5mm2穿PC管敷设，支路设有剩余电流保护器。具体安装数量如表1所示。

表1 插座示意表格

最终楼层的插座分布情况如图2所示。

图2 楼层插座布局示意图

5 教学楼的雷击防护

大气层中存在着放电现象。当教学楼建筑高度足够高时，这种放电现象就会对教学楼产生安全隐患，因此随着社会的发展，建筑的高度也越来越高，关于建筑是否需要安装防雷装置，本次设计将从雷击的分类及原因等方面入手，并结合此栋建筑提出具体的建议和设计方案。

针对于不同雷击的特点，目前防护效果最好的预防措施有以下几种：

一是直击雷是最常见的雷击现象，对于直击雷，通常采用的方法是用避雷针或者金属作为接闪器，接受直击雷电并且通过引下线将雷电引导至大地。

二是因为感应雷的破坏方式主要针对于金属设备和金属导线，因此通常在高压端两侧各安装防雷装置，在低压侧安装阀门式防雷装置，在楼层配电箱安装电源避雷箱。

三是目前主流的防雷设备主要有接闪杆、接闪线、接闪带、接闪网、以及防雷针等。考虑此栋教学楼的实际情况，此次设计只讨论直击雷的预防。具体措施如下：

（1）在楼顶安装闪接器来防直击雷带来的危害，考虑到教学楼的高度，使用的闪接器由闪接杆或闪结网混合组成，且闪结网的网格尺寸不宜超过20m×20m。

（2）此栋教学楼为U字形结构，考虑在教学楼的每个拐角和中间部分都设置一个引下线，间距在25m以内，共9根。

（3）由于此栋教学楼为三类建筑，因此选取引下线时电阻应不超过30Ω，而且在地下埋金属管与引下线相接。若无金属管相接，则两引下线间距应不少于2m。

6 结论

本文以多层教学楼照明与插座设计的解读入手，尝试提出更为合理的方案。本次设计的结果符合国家法律法规的要求和行业的相关标准规定，对于教学楼的防雷安全设计提出相应的方案，本文主要从多层教学楼的照明系统和插座设计两个方面来进行探讨。在论述照明系统时又对于灯具的选择、光源的分析、线路的敷设以及眩光控制等进行了分析。插座设计主要包括插座的要求、插座的选择进行设计，同时对于选择导线进行了具体分析，希望可以起到一定的借鉴作用。