化工类科研建筑电气设计分析，很详细！

　　科研建筑功能分区

　　科研建筑根据科研活动的性质，通常分为科研通用实验区、科研专用实验区、科研办公区、科研展示区、科研教学实验区、科研试验区级野外科学观测研究站等。其中科研通用实验区是以实验台为主开展科研活动的实验区，常见的实验室设备包括通风柜、离心机、加热板等，科研通用实验区内按实验需要也可能设有马弗炉等大型设备；科研专用实验区有特定的环境要求，通常设有电子显微镜、高精度天平、谱仪等大型、特殊、精密的实验装置；科研试验区是工业产品在研制、生产、维修过程中性能测试的场所，建筑空间高大，大型用电设备较多。其中大型专用科研实验区，普遍具有研究方向多变，用电负荷大，水、电、气、风，各种管线、管道种类、数量多的特点。

　　供配电系统

　　电源

　　首先应根据项目具体特点，对城市电网的电能质量提出要求。当不能满足时，应根据具体条件采取相应的电源改善措施。对于不常使用的大型设备、非线性负荷、大单相负荷，如有条件，宜设置专用变压器供电，常规实验室负荷可与其它负荷共用变压器。

　　由于实验设备品类繁多、要求各异，变压器或备用电源进行负荷计算时，应详细了解实验工艺流程，实验设备最大的同时使用率。对于中断供电会引起人员危险或重大经济损失的实验项目、设备，应采取必要的电源保障措施，重点项目应组织专题研究、论证，确保电源满足项目需求。

　　特殊设备的配电要求

　　科研建筑内部有各种类型的实验室及仪器设备，供电系统除了维持实验室特定的环境用电外，还要满足现有及未来增加的各种仪器的特殊用电要求。化工实验室常见的仪器中，马弗炉、干燥箱、电热板、电热蒸馏水器及原子吸收仪的石墨炉、等离子发射光谱设备容量较大，应尽量采用专线供电。

　　对于离心机、层析冷柜、低温冰箱等带压缩机的仪器设备，启动电流往往是工作电流的数倍，在启动的瞬间会带来该线路的电压波动；而微电子仪器，如微生物电测试仪、分光光度计等设备对电能质量要求较高，电压的波动会引起读数波动、数据丢失甚至损坏元件。设计时需将实验设备分类，微电子仪器与大功率用电设备分设供电回路。对于需要不间断供电的精密仪器，应配置UPS电源。

　　当特别要求供电电压稳定时，需装置稳压器。当一般稳压稳频设备仍满足不了设备要求时，应配置交流不间断电源系统供电。小容量的直流电源可由蓄电池组、整流器等设备供电。直流用电量大时，要设置直流发电机组或大容量可控硅整流器等设备供电。

　　电气设备的选择

　　科研通用实验区、科研专用试验区，特别是石油、化工类，根据实验项目需要，会在建筑内使用或临时贮存易燃易爆气体。根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间，存在爆炸可能性的爆炸性气体环境划分为0区、1区及2区；爆炸性粉尘环境分为20区、21区及22区，并对不同分区中设置的电气设备保护级别（EPL）作出了规定（如表1所示）。

　　灯具的选择

　　a．潮湿、有腐蚀性气体和蒸汽、火灾危险和爆炸危险等场所，应选用具有相应防护性能的灯具。

　　b．由于普通灯具存在产生危险温度、电弧和火花的环节，故设置于爆炸性危险的场所，应按照GB 3836.1-2010《爆炸性环境第1部分：设备通用要求》、GB 3836.3-2010《爆炸性环境第3部分：由增安型e保护的设备》相关要求选择灯具。

　　c．磁干扰要求严格的实验室，不应采用气体放电灯。

　　旋转电机的选择

　　与对灯具及光源要求类似，对于安装于爆炸或危险环境中的各种电动机的要求从本质上来看，也是重点关注消除或控制设备线路产生火花、电弧或温升的措施。以鼠笼电动机为例，除对电动机产品本身的要求（包括外壳防护等级、间隙和材料方面的要求、导条和端环是否压铸为一体等），还应注意选择适当的热过载保护装置，防止电动机产生不允许的温度。如选择鼠笼转子电机时应注意以下事项：

　　a．应确定tE时间和启动电流比IA / IN，并在电动机铭牌上标明，以便选择适当的热过载保护装置，防止电动机产生不允许的温度。

　　tE —— 交流绕组在最高环境温度下达到额定运行稳定温度后，从开始通过最初启动电流IA时计起直至上升到极限温度所需的时间。

　　IA —— 交流电动机在静止状态或交流电磁铁衔铁处于最大空气间隙位置状态，从供电线路输入额定电压和额定频率时的最大电流有效值。

　　IN —— 额定电流。

　　b．tE时间应不小于当转子堵转时热过载保护装置能够切断电动机电源所需的时间。

　　c．tE时间不允许小于5 s，启动电流比IA / IN不允许大于10。

　　d．为确保绕组不超过极限温度，须加装反时限延时过载保护装置（例如，带有热过载继电器的电动机开关），此装置不仅能够监视电动机电流，而且能当电动机堵转时在tE时间内断开电动机的电源。保护装置应给出表示继电器过载延时与启动电流关系的电流 — 时间特性曲线。特性曲线应表示出从环境温度为20 ℃ 时的冷态开始测量的和启动电流比至少为3 ~ 8范围内的延时时间。保护装置的脱扣时间误差范围应不大于±20 %。

　　e．一般情况下，连续运行工作状态的电动机，包括容易启动和不频繁启动不会出现明显的附加温升，允许采用反时限延时过载保护装置。对于启动困难或启动频繁的电动机，则必须采用合适的保护装置，以保证不超过允许的最高温度。

　　实验室的设备布置与管线敷设

　　a．由于各种管线管路繁多，设计时需与其他专业做好协调工作，最好于设计前期制定敷设原则，尽量避免管线交叉。由于实验方向的多变，电气干线桥架路由中如设置吊顶，建议选用方便拆卸的吊顶形式，尽量慎用石膏板，减少大范围拆改。

　　某工程实验室综合管线排布如图1所示。

　　b．在同一实验室内设有两种及以上不同电压或频率的电源供电时，宜分别设置配电保护装置并有明显区分或标识。当同一配电保护装置供电时，应有良好的隔离措施。不同电压或频率的线路应分别单独敷设。同一设备或实验流水线设备的电力线路和无干扰要求的控制回路允许同管敷设。

　　c．化学试验室因有腐蚀性气体，由于铜的耐腐蚀性高于铝，配电导体宜采用铜芯。

　　d．科研通用实（试）验区内的净高要求如表2所示。

　　e．根据使用方提供的具体用电需求，自配电箱引出管线至末端用电设备，或根据需要，在实验台上预留配电箱，配电箱至末端面板段管线结合实验台敷设。科研通用实验区不宜设吊顶。自配电箱引出的管线，无论是直接引至末端设备，还是引至配电箱，包括弱电管线，均自天花或顶板沿功能柱（湿柱）引下，如图2所示。

　　f．实验台及湿柱上常见的供电插座面板包括：10 A / 250 V、16 A / 250 V、32 A / 250 V、16 A / 380 V插座。除此之外根据实验室具体需求，配置数据插座及工艺气体等面板，面板可分别设置，也可采用成品集成面板（如图3所示）。

　　g．如实验室内设有大型落地设备，则可采取吊顶式功能柱的形式配电，配电箱固定于吊顶式功能柱上（如图4所示）。

　　防雷与接地

　　防雷

　　排放爆炸危险气体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等的管口外的下列空间应处于接闪器的保护范围内：

　　a．当有管帽时应按表3的规定确定。

　　b．当无管帽时，应为管口上方半径5 m的半球体。

　　c．接闪器与雷闪的接触点应设在本款第1项或第2项所规定的空间之外。

　　d．排放爆炸危险气体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等，当其排放物达不到爆炸浓度、长期点火燃烧、一排放就点火燃烧，以及发生事故时排放物才达到爆炸浓度的通风管、安全阀，接闪器的保护范围应保护到管帽，无管帽时应保护到管口。

　　接地

　　接地分为保护性接地与功能性接地。保护性接地包括防电击接地、防雷接地、防静电接地、防电蚀接地。功能性接地包括工作接地、逻辑接地、屏蔽接地、信号接地，其中逻辑接地与信号接地是为了电子设备提供参考电位、保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地。实验设备对工作接地无特殊工艺要求，各种接地宜共用一组接地装置，即利用建筑物基础底板钢筋作为接地体，综合接地电阻需满足实验室接地电阻的阻值要求。接地干线应在爆炸危险区域不同方向不少于两处与接地体连接。当实验室工艺要求需要设置独立接地装置时，除接地电阻满足使用所要求的阻值要求外，还需注意以下一些问题：

　　a．室外单独接地体的选址应结合场地条件，综合考虑场地内小市政管线排布、建筑与用地红线间的间距、功能性接地系统的接地体与防雷接地系统接地体间的间距等多方因素。

　　b．建设场址所在区域的土壤条件，当土壤电阻率高时，可采取局部换土措施；当建设场地处于腐蚀、盐雾环境时，在选择接地导体的材料与规格时应考虑环境的影响。

　　c．工艺要求单独接地的设备组数多、阻值要求低，且上述场地条件不利时，应与建设方及时沟通应对措施，并在投资中予以重视。

　　等电位联结

　　a．实验室保护接地应采用等电位联结措施，并应根据需要采用防静电措施。

　　b．实验室内工作接地与接地装置，当实验设备频率为30 kHz以下模拟线路时，宜采用单点式（S形）接地连接；当实验设备频率为MHz级数字线路时，宜采用多点式（M形）接地。

　　c．有防静电要求的管道，法兰连接处采用导体跨接，其跨接电阻不大于0.03 Ω。

　　通风空调控制系统

　　由于实验室在科研建筑中的占比大，对管理操作人员的素质要求更专业，实验室通风空调系统通常结合实验室可燃气体及惰性气体侦测报警系统、实验室环境系统监测系统设置单独的控制管理系统，并具备接入建筑物建筑设备管理系统的接口。实验室通风控制系统分为定风量系统（CAV）与变风量系统（VAV）。其中实验室变风量系统从系统构成、控制原理、控制模式均有别于常规民用建筑。

　　实验室变风量控制系统的组成

　　实验室变风量系统由末端变风量阀执行器、门高传感器、通风柜操作面板、传输线路、集成器、网关、管理主机组成。监控的主要内容包括监测通过变风量阀的风量、通风柜柜门的高度、通风柜的面风速等，控制实验室的送排风量。

　　实验室变风量系统的控制

　　a．控制原理：每个变风量阀自带控制器，送风阀上的控制器实时计算房间内所有变风量排风柜及排气罩等变排风设施的排风量总和，调节房间补入新风量，使排风量与补入新风量的差值恒定，各阀门的参数通过路由器接至上位机。当通风柜柜门位置发生改变时，与通风柜配套的排风阀会同时动作调节通风柜排风量以保证通风柜面风速恒定。实验室内的送风阀与排风阀按余风量控制模式同步动作，始终保持实验室呈稳定的正 / 负压状态。

　　b．紧急变风量控制模式：当按下实验室内的紧急排风按钮，或有气体侦测系统发出事故报警时，管理站可以远程将变风量阀置于最大排风量状态，并打开室内的事故排风阀以满足事故排风要求。

　　c．变风量控制系统要求支持BACnet / IP通信协议，通过网关将数据上传至管理站进行统一检测管理；每个变风量阀的自带控制器均具备检测风量功能。

　　变风量系统控制原理如图5所示。

　　火灾自动报警系统

　　在化工类科研建筑中，根据实验需要会使用、贮存易燃易爆气体（氢气、乙炔），助燃气体（氧气）。为了杜绝火灾隐患，选择火灾报警探测器时应注意与所进行的实验、试验环境相适应（如表4所示）。实验过程中产生的粉尘、水雾、有机物质都可能成为探测的干扰项，如单一型火灾探测器不能有效探测火灾，可采用多种火灾探测器进行复合探测。使用产生易燃易爆物质的房间，应根据可燃气体的类型，设置相应的可燃气体探测器。

　　由于化工类科研建筑的特殊性，其电气设计，无论从电源保障、设备选择、线缆敷设、防雷接地、控制系统等均有别于常规民用建筑。设计过程需要与使用方紧密配合，了解实验需求及流程，科学合理地开展工作。实验室的实验方向往往是多变不定的，供配电系统应预留适当的备用容量与扩展条件，通用实验区的实验室尽量做到模块化，以适应不同实验发展方向的可能。