博物館建筑供配電系統設計探討

摘要： 結合參與完成的各類型博物館項目，簡要闡述了博物館類建筑的供配電系統設計特點，包括此類建筑用電負荷的分級、負荷計算的方法，供配電系統的合理選擇，季節性負荷專用變壓器的設置等。結果可為同類項目提供參考。關鍵詞： 博物館建筑; 負荷計算; 專用變壓器; 供配電

中圖分類號： TU855文獻標志碼： A文章編號： 1674-8417（2024）07-0024-05

DOI： 10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.07.005

0引言

博物館建筑是提供歷史文物、自然標本和其他實物資料的收藏保管、陳列宣傳和科學研究的公共文化建筑，是為公眾提供知識、教育和欣賞的文化教育機構。近年來，伴隨國家經濟的高速發展，為滿足人民群眾日益增長的物質精神文化需求，作為人類物質文明和精神文明的載體，博物館建筑近十年來在我國得到非常迅猛的發展。無論從人員的密集度，還是博物館藏品的重要性方面考慮，一套安全、可靠、先進和合理的供配電系統，對博物館類建筑的正常運作顯得尤為重要。本文就結合完成的博物館項目，介紹一下博物館建筑的供配電系統設計注意事項。

1博物館項目分類及特點

1.1博物館項目分類

根據JGJ 66—2015《博物館建筑設計規范》［1］，博物館建筑一般按兩類標準分類。

（1） 按博物館的藏品和基本陳列內容分類。博物館可劃分為歷史類博物館、藝術類博物館、科學與技術類博物館、綜合類博物館。

（2） 按建筑規模劃分為特大型館、大型館、大中型館、中型館、小型館。博物館建筑規模分類如表1所示。

某遺址博物館項目，地上3層，地下1層。總建筑面積約為3.3萬m²，其中地上為2.6萬m²，地下為0.7萬m²，建筑基底面積為1.3萬m²，定性為大型綜合類博物館建筑。

1.2博物館項目的特點

博物館建筑的特點如下：① 建筑占地面積大，并且單層建筑面積大。② 平面復雜，展廳多樣，高大空間多。

2供配電系統設計

2.1用電負荷分級

負荷分級的目的在于根據不同的負荷級別確定用電單位和用電設備的供電要求和供電措施。負荷等級的確定是供配電系統設計的首要任務，而正確的負荷等級的劃分是供配電系統安全、可靠、先進和合理的首要保障。

國際上一般是按應急電源自動切換的允許中斷供電時間將負荷劃分為0 s、小于0.15 s、0.5 s、15 s以及大于15 s共5個級別。我國是根據對供電可靠性的要求及中斷供電在對人身安全、經濟損失上所造成的影響程度分為一、二、三級。民用建筑的負荷分級一般需滿足GB 51348—2019《民用建筑電氣設計標準》［2］、GB 50052—2021《供配電系統設計規范》、GB 50016—2014《建筑設計防火規范》等相關規范的規定，而對博物館類建筑，還需滿足JGJ 66—2015《博物館建筑設計規范》。

綜上所述，特大型、大型博物館及高層博物館建筑按一級負荷要求供電，其中重要設備及部位用電應按一級負荷中特別重要負荷要求供電。大中型、中型及小型博物館建筑的重要設備及部位用電負荷不低于二級負荷要求供電，也即博物館建筑供電負荷等級最低為二級。對地方小型博物館進行配電設計需注意，不可按三級負荷要求供電。

博物館的各級負荷一般如下［3］。

（1） 一級負荷：特大型博物館的客梯、排污泵、生活水泵用電;大型博物館的客梯用電;甲等、乙等展廳安全防范系統、備用照明用電。其中，特大型博物館的應急響應系統用電;珍貴展品展室照明及安全防范系統用電為一級負荷中特別重要的負荷。

（2） 二級負荷：特大型會展建筑的展廳照明.主要展覽、通風機、閘口機用電;大型及中型會展建筑的展廳照明，主要展覽、排污泵、生活水泵、通風機、閘口機用電;中型會展建筑的客梯用電;小型會展建筑的主要展覽、客梯、排污泵、生活水泵用電;丙等展廳備用照明及展覽用電。

另外，對于有恒溫恒濕要求的藏品庫房、陳列展覽區的空調用電負荷，其對供電可靠性要求較高，負荷等級也須按不低于二級考慮。這點對設置有較多的藏品庫房、陳列展覽區大型博物館變壓器容量選型會有較大影響。

本項目定性為大型博物館，按一級負荷要求供電。

一級負荷主要有：消防電力設備（包括防排煙風機、消防水泵、防火卷簾等），應急照明，走道照明，值班照明，警衛照明，安防系統用電，電子信息設備機房用電，客梯用電，排污泵，生活水泵用電等。其中，安防系統用電、珍貴展品展室照明用電等重要用電設備按一級負荷中特別重要負荷中設計。

二級負荷主要有：恒溫恒濕空調用電，展覽用電;

三級負荷主要有：除一、二級負荷以外的其他用電設備。

2.2博物館建筑用電負荷的特點

負荷計算是設計中合理選擇變壓器及電線電纜的重要依據。民用建筑通常采用單位指標法和需要系數法。為提供準確負荷計算，有必要對博物館分區域的用電負荷特點做充分了解。

綜合類博物館一般由公眾區域、業務區域和行政區域組成。公眾區域設置有陳列展覽區、教育區、服務設施;業務區域設置有藏品庫區、藏品保護技術區、業務與科研研究用房;行政區域設置行政管理區和附屬用房。下面就不同區域分析博物館類建筑的用電負荷特點。

（1） 公眾區域。

公眾區域的陳列展覽區一般需要專業布展進行二次深化，適合采用單位指標法進行負荷計算。但此區域為博物館的核心區域，也是用電最復雜區域，單位指標不能一概而論。不同展廳、不同的展品，其對照度以及色溫都有不同的要求，對應照明功率密度值也不一樣。展廳展品照度標準值如表2所示。鑒于此，電氣設計師在初期需要多與業主溝通，確定不同展廳性質，以便能更精準地估算出展覽區的用電負荷容量，避免電源容量不夠造成后期重新改造。例如有些展廳，承擔多種布展要求，用電容量需按布展要求用電最大的模式考慮預留;有些臨時展廳，現階段用電量不大，但后期會根據需求調整展覽的布置，這類展廳又需要在現有基礎上提高單位指標。

公眾區域的教育區主要涉及影視廳、報告廳、教室、活動室之類。影視廳和報告廳需要確認是否需要有大功率投影儀，顯示屏、音響甚至升降電動設備等工藝用電的大負荷用電需求。對于音視頻要求較高的，還須考慮單獨設置音視頻配電回路，考慮音視頻供電系統獨立接地的可能。在初步設計階段，投影儀按1.0 kW/臺，顯示屏按1.0 kW/m²預留電源;在施工圖階段，按照工藝設計單位用電提資復核預留電量。

公眾區域的服務設施區主要是售票、休息、貴賓室、廣播室等服務房間。需要重點對茶座、餐廳、商店等對外營業的服務區按使用要求，選取對應單位指標預留足夠電源，例如餐飲須按有無燃氣分別選不同指標計算用電負荷，在前期無提資的情況下，有燃氣按250 W/m²，無燃氣按5 000 W/m²預留電源（面積區域為廚房和餐廳總和）。

（2） 業務區域。

業務區域的藏品庫區主要為照明，按照庫房照度標準，單位指標法就能準確計算用電容量。

業務區域的藏品技術區一般為文物臨時庫房以及文物修復工作室。修復工作室除按普通辦公指標估算外，還需要考慮有熏蒸、烘干等要求的工藝用電設備。

業務區域的業務與研究用房一般為研究室、展列設計室、美工室，參考辦公室指標預留用電容量。信息中心由服務器機房、計算機房等組成，參考GB 50174—2008《電子信息系統機房設計規范》標準設置電源。

（3） 行政區域。

行政區域的管理區主要設置行政辦公室、會議室、物業管理用房，按辦公室指標預留用電容量。另外設置安保中心和消控中心，建筑設備監控室，參考GB 50174—2008《電子信息系統機房設計規范》標準設置電源。

行政區域的附屬用房主要為設備機房及車庫等。伴隨電動車的普及率越來越高，電氣設計須考慮車庫全部設置充電樁的可能，考慮設置對應配電土建房間的預留。

除了上述負荷外，空調、風機、水泵以及電梯等動力設備，這些由其他專業提資給電氣專業，采用需要系數法進行計算。

需要注意的是，除了室內用電負荷外，一般博物館類建筑為地方標志建筑，室外景觀照明和泛光照明都會高標準設置，設計階段需要預留足夠容量的室外景觀照明用電和室外動力設備用電。對于平時不用的消防設備，一般總容量小于非消防負荷總容量，不計入變壓器計算。季節性負荷應分別計算冬季采暖用電負荷和夏季制冷用電負荷，取其大者計入正常的設備容量。

2.3供配電系統

（1） 供電電壓及供電電源。

本項目通過上述負荷分類計算，負荷計算結果安裝容量為4 203 kW，其中冷凍機房區域用電設備安裝容量為860 kW，一級負荷中特別重要負荷安裝容量為90 kW。

按規范采用10 kV供電，由上一級電業開閉所引來雙重10 kV電源供電，雙重10 kV電源同時供電。

本項目一級負荷中特別重要負荷，按規范需設置第三電源。第三電源的方案一般有兩種：一種獨立設置柴油發電機組電源;一種應急供電保障措施可靠，可以預留柴油發電機供電接口。

初步評審階段，當地供電部門確認當地應急供電保障措施可靠，能在0.5 h內為本項目提供移動電源。設計結合項目特別重要負荷供電容量及當地應急供電保障措施，第三電源除采用蓄電池供電，蓄電池供電時間不小于0.5 h。同時在建筑外墻預留移動柴油發電機供電接口，滿足一級負荷中特別重要負荷供電要求。

（2） 變電所及變壓器的選取。

綜合考慮建筑的功能要求以及負荷分布的情況，盡量使得變電所靠近負荷中心。對占地面積大的博物館而言，考慮分區域設置多處變電所。

確定變壓器的容量和數量時須從經濟運行的角度出發考慮季節性負荷，同時須考慮當地供電公司對變壓器容量要求。

本項目根據負荷計算，空調制冷設備等季節性負荷用電容量占總用電量超過20%，而這些負荷在過渡季節處于停機狀態，設置專用變壓器可以避免變壓器過渡季節負載率偏低的情況，降低變壓器損耗，達到節能目的。

為此，本項目共設置了2處變電所：1#變電所（兼高壓配電室）設置了2臺1 250 kVA動照變壓器，位置靠近建筑負荷中心;2#變電所靠近冷凍機房，設置了1臺1 000 kVA季節性負荷的專用變壓器，過渡季節切除專用變壓器。

（3） 變配電系統主接線。

本項目高壓配電系統采用單母線分段接線方式，同時設置高壓聯絡，當其中一路電源發生故障時，另一路電源能負擔本項目全部一、二級負荷的需求。

變壓器低壓側采用單母線分段運行，其中2臺動照變壓器低壓側設置聯絡開關。各變壓器均同時工作;相互聯絡的2臺變壓器，其中2臺進線及聯絡斷路器設置電氣及機械聯鎖，以確保3臺斷路器同時最多只能合上2臺，當其中一臺變壓器退出運行時，另一臺可滿足該系統內全部一、二級負荷的供電要求。

項目供電接線示意圖如圖1所示。

（4） 高低壓配電線路的設計。

本項目所有的電線電纜燃燒性能應選用燃燒性能A1級、產煙毒性為t1級、燃燒滴落物/微粒等級為d1級。其中，地下室長期有人滯留的場所（如消控室、電力值班室等）所選用的電線電纜應滿足煙氣毒性為t0級、燃燒滴落物/微粒等級為d0級。

對于高壓配電線路而言，1#變電所兼高壓配電室引至1#變電所的高壓電纜采用阻燃型10 kV電纜沿電纜溝敷設。高壓配電室引至2#變電所的高壓線路須經過公共區域，采用阻燃耐火型號電纜沿防火10 kV電纜橋架單獨敷設。

對于低壓配電線路而言，理想狀態是各層核心筒能設置上下對齊的強電小間。如前所述，博物館類建筑單層面積大，同時樓層空間也非常復雜，空間高差大。同一樓層，有兩層挑空房間，也有三層挑空房間。本項目一層面積就達1.5萬m2，公共走道區域也出現挑空區域。如按常規建筑，要求強電小間垂直對齊，就出現同一位置的強電小間，在一層低壓出線能走通，到另外一層出線完全無法走通的情況。此情況下，設計師須結合建筑防火分區、建筑空間布局、用電負荷的容量分布以及供電半徑，每層設置多處強電小間。

本項目1層設置6處強電小間，2層設置5處強電小間，其中3處強電小間能做到垂直對齊。變電所引出的低壓電纜、分消防和非消防采用不同線路敷設，至1層2層對齊的強電小間區域用電負荷，采用放射與樹干混合配電方式;重要設備的用電負荷，以及垂直無法對齊的強電小間區域用電負荷，采用放射式配電方式。

3結語

本文結合某大型博物館項目，闡述了博物館類建筑的供配電系統設計與其他公共建筑的供配電系統設計的異同。通過本文的介紹，能為設計此類建筑的電氣同行提供一些參考。

［1］中華人民共和國住房和城鄉建設部.博物館建筑設計規范：JGJ 66—2015［S］.北京：中國建筑工業出版社，2015.

［2］中華人民共和國住房和城鄉建設部.民用建筑電氣設計標準：GB 51348—2019.北京：中國建筑工業出版社，2019.

［3］中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.建筑照明設計標準：GB 50034—2013［S］.北京：中國建筑工業出版社，2013.

收稿日期： 20240611

On Electrical Distribution About Museum

CHENG Guihua

［Tongji Architectural Design （Group） Co.， Ltd.， Shanghai 200092， China］

Abstract： The author participated in some Museum projects.This paper brief descript the museum building’s electrical distribution system features，including the classification of such buildings electricity load，load calculation method，reasonable choice of supply and distribution system，transformer setting according the season load.The results can provide reference for similar project.

Key words： museum building; load calculation; dedicated transformer; power supply and distribution