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建筑设备（电）

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建筑学大三必修课

建筑学

工作总结

知识管理

作者其他创作

大纲/内容

《建筑电器技术基础（杨国庆）》，哈尔滨工程大学出版社

《工厂供电》，同济大学电气工程

《电气照明》，俞丽华

第三章供配电

3.1电力系统与电力网

3.1.1电力系统和电力网

电力系统是指完成电能生产、输送、分配和消费的统一整体。

组成：发电、输电、配电、用电

图1

发电厂

升压变压器

高压输电网

降压变压器

用户

电力网络电力系统

图2

电力网：输、配电线路和变电所

输电网：35kV及以上，以高压甚至超高压将发电厂、变电所连接起来的送电网络，完成电能的远距离传输功能， 220～750kV。（区域电力网，地方电力网）

配电网：10kV以下直接供电给用户，低压配电线路，高压配电线路

3.1.2 电力网的电压等级

按电压等级分类

低压网：电压等级在1kV以下（0.22kV、 0.38kV ）；

中压网：1～10kV（3kV、6kV、 10kV ）；

高压网：高于35kV，低于330kV；

超高压网：高于330kV，低于750kV（330kV，500kV）；

特高压网：1000kV。

按电压等级的高低、供电范围的大小的分类

地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径在20--50km以内。

区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV--220kV），供电半径超过50km，联系较多发电厂的网络

超高压远距离输电网：电压等级为330kV--500kV的网络，其主要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还联系若干区域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统。

电力变压器额定电压说明

图3

3.1.3用电负荷的分类

电力负荷：指电网上连接的一切用电设备所需要的功率。

正常用电负荷

动力负荷：各种机床、水泵、空调机、通风机、电梯

照明负荷：各种灯具、家用电器、弱电用电设备（电话、广播、有线电视的、楼宇自控、办公自动化等）

防灾用电负荷

防灾动力：消火栓泵、喷淋泵、排烟机、加压送风机、防火卷帘门、消防电梯和防盗门窗等

应急照明负荷：疏散指示照明、事故照明、警卫照明、障碍照明等

火灾和防盗报警负荷：火灾报警及联动器、消防通信、消防广播、防盗报警器、防盗监控器等

电力负荷的分级：

按其使用性质和重要程度分为三级，并以此采用相应的供电措施来满足对供电可靠性的要求。

图4

3.2变电所和配电所

3.2.1 变电所和配电所的区别

变电所是负责将高压电网的电变成低压电，然后传送出去，还兼有电网输入电压监视、调节、分配等功能。此外，变电所的容量相对较大。

配电所不一定变压或输入电压相对较低，主要侧重于对用户供电的分配、控制与保护。配电所的容量相对较小。

3.2.2 变电所和配电所的分类

3.2.2.1变、配电所的类型

变电所

户外变电所

附设变电所

独立变电所

变台

配电所

附设配电所

独立配电所

配变电所

3.2.2.22.变配电所的位置确定

（1）接近负荷中心，进出线方便；

（2）尽量避免设在多尘和有腐蚀气体的场所；

（3）避免设在有剧烈震动的场所和低洼积水地区；

（4）尽可能结合土建工程规划设计，以减少投资和电能损耗，节约有色金属的消耗等。

3.2.3变配电所的电气接线图

1.接线图的分类

主接线图（一次接线图）

表示电能传送和分配路线。

副接线图（二次接线图）

表示测量、控制、信号显示、保护和自动调节一次设备运行的电路。

一次电气设备

变压器、高压开关、高压熔断器、低压开关、互感器等

主要电力系统一次设备

（1）发电机F

（2）变压器 T

（3）电抗器 L

（4）电力电容器 C

(5)互感器及避雷器

电压互感器 电流互感器

互感器属一次设备

二次电气设备

测量仪表、保护继电器等

2.电气主接线图的设计原则

基本要求：

（1）可靠性

（2）灵活性

（3）安全性

（4）经济性

其他应注意的问题：

（1）备用电源

（2）电源进线方式

（3）功率因数补偿

（4）电能计量方式

3.变电所主接线举例

图5

高压双路电源，低压侧单母线分段结构

图6

4.配电所主接线举例

图7

3.2.4变电所和配电所的主要电气设备

概括

高压一次开关设备

高压熔断器

短路保护

高压熔断器

短路保护

高压隔离开关

隔断高压电源

高压负荷开关

通断负荷电流

高压断路器

接通和切断短路电流

低压一次开关设备

自动空气断路器

隔离开关

负荷开关

熔断器

低压一次开关设备

自动空气断路器

隔离开关

负荷开关

熔断器

1. 高压一次电气设备

(1) 高压熔断器（过载、短路保护）FU

6～1OKV 系统中，户内广泛采用RN1、RN2型高压管式熔断器；户外通常采用 RW4-10(G)型跌开式熔断器。

高压管式熔断器

图8

跌落式熔断器

图9

(2) 高压断路器（高压开关）QF

具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力，不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流。

作用：接通和切断高压负荷电流，并在严重过载和短路时自动跳闸，切断过载电流和短路电流。

常用的断路器：油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、真空断路器、压缩空气断路器等。

S N 10 ----- 10 / 100--- 500

真空断路器

图10

(3) 高压隔离开关QS

保证高压电器及装置在检修工作时的安全，用于隔断高压电源。高压隔离开关没有专门的灭弧装置，所以不允许带负荷断开和接入电路

隔离开关一般与断路器配合使用

操作原则是：断开电路时，先断断路器，后拉隔离开关；接通电路时，先合隔离开关，后合断路器。

按其安装位置分为两大类

户内式

户外式

按绝缘支柱数目分为三类

单柱式

双柱式

三柱式

高压隔离开关

图11

(4) 高压负荷开关 QL

高压负荷开关具有简单的灭弧装置，能通断一定的负荷电流和过负荷电流，不能断开短路电流。是一种功能介于高压断路器和高压隔离开关之间的电器。

注：它只能通断一定的负荷电流，断流能力不大，不能用来开断短路电流，必须和高压熔断器串联使用。

高压负荷开关分户内式和户外式两大类

F N 3 ----- 10 R T

图12

高压负荷开关

图13

(5) 高压开关柜

高压开关柜是一种柜式的成套配电设备。

按一定的接线方案将所需的一、二次设备（开关设备、监测仪表、保护电器及辅助设备）组装成一个总体，在变配电所中用于控制电力变压器和电力线路。

表1 主要一次电气设备图形符号

图14

2. 低压一次电气设备

低压刀开关、低压负荷开关、低压断路器和低压熔断器等，通常组成低压配电屏，用于变压器低压侧的配电系统，用于动力、照明配电。

配电屏主要是进行电力分配，：配电屏内有多个开关柜，每个开关柜控制相应的配电箱，电力通过配电屏输出到各个楼层的配电箱。再由各个配电箱分送到各个房间和具体的用户。所以电力是先经配电屏分配后，由配电屏内的开关送到各个配电箱。

3.2.5 变、配电所的布置、结构及对土建设计的要求

1.变、配电所的布置对土建的要求

（1）考虑运行安全，变压器室的大门不应朝向露天仓库和堆放杂物的地方；

（2）炎热地区，变压器室应避免西晒的阳光；

（3）变、配电所各室的大门都应朝外开，以便在紧急情况时人员的疏散；

（4）变、配电所的方位应便于室内进出线；

（5）当值班室与低压配电室合并时，低压配电屏的正面或侧面离墙的距离不得小于3米，当少量的高压开关柜与低压配电屏同室时，两者间的距离不得小于2米；

（6）变、配电所的总体布置方案应该因地制宜、合理设计。

3.3低压配电

3.3.1 低压配电方式

放射式

各负荷独立受电，一旦发生故障只限其本身，不影响其他回路，可靠性高。

由配电装置直接供给配电盘或负载。

优点：各个负荷独立受电，配电线路相互独立，可靠性高；

一条线路故障不影响其他回路；

电压波动对其他回路的影响也较小。

缺点：开关和线路较多，建设费用较高。

树干式

由总配电盘到分配电盘采用链式连接。优点是节约投资，施工方便；但是故障影响范围大。

由配电装置引出一条线路同时向若干用电设备配电。

优点：有色金属耗量少、造价低。

缺点：干线故障时影响范围大，可靠性较低

混合式

变电所配出的是放射式，分支是树干式。分配电箱中既有放射式，也有树干式。

兼顾放射式和树干式两种配电方式的特点，是将两者进行组合的配电方式。

如高层建筑中，当每层照明负荷都较小时，可以从低压配电盘放射式引出多条干线，将楼层照明配电箱分组接入干线，局部为树干式。

图15

3.3.2 用电负荷分组配电

住户配电箱典型接线

图16

用电负荷分组配电方案常见种类

（1）负荷不分组方案

（2）一级负荷单独分组方案

（3）负荷按三种不同类型分组方案

3.3.3 常用低压电器及其选择

3.3.3.1常用低压电器

1.刀开关

刀开关是一种简单的手动操作电器，用于非频繁接通和断开容量不大的低压供电线路，并兼作电源隔离开关。

胶盖闸刀开关

图17

特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。

用途：电源的引入开关；通断小电流电路；控制５kＷ以下电动机。

组合开关

铁壳开关

刀形转换开关

熔断式刀开关

2.组合开关

多层动触点和静触点组成。

图18

3.熔断器（FU）

线路在正常工作时，熔断器不应熔断；而当线路发生短路或严重过载时，熔断器应立即熔断。

作用：短路和严重过载保护

应用：串接于被保护电路的首端

优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻

分类：

图19

图20

瓷插式RC

螺旋式RL

有填料式RT

无填料密封式RM

快速熔断器RS

自恢复熔断器

4.断路器

断路器是一种自动切断电路故障的电器，主要用于保护低压电器设备，使它们免遭过电流、断路和欠压等不正常情况的危害。

功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失压时自动分断电路。

特点：操作安全，分断能力较高。

分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式）

结构：触点系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。

图21

图22

5.漏电保护开关

漏电保护开关又称触电保安器，也是一种自动电器，用于低压电力系统中。

按动作原理分

不具有区别触电和漏电的能力

电压型

电流型

具有区别触电和漏电的能力，可分别保护

脉冲型

按结构原理分

电磁式

电子式

低压电网分级保护 P98 图3-31

图23

3.3.3.2 用电设备及配电线路的保护

照明用电设备的保护

照明负荷由照明支路的保护装置保护

熔断器或自动保护开关

照明支路主要考虑对照明用电设备的短路保护

电力用电设备的保护

电力用电负荷，可利用自身保护装置或在分路供电线路上装设单独的保护装置

电热电器类负荷，一般只考虑短路保护。容量较大的可在单独分路装设熔断器或断路器作为短路保护

电动机类负荷，在需要单独分路装设保护装置时，应设短路保护和过载保护

低压配电线路的保护

（1）低压配电线路的短路保护

熔断器

熔体额定电流小于或等于电缆或穿管绝缘导线允许载流量的2.5倍

熔体额定电流小于或等于明敷导线允许载流量的1.5倍

断路器

断路器过电流脱扣器的整定电流一般应小于或等于绝缘导线或电缆的允许载流量的1.1倍

（2）低压配电线路的过负荷保护

熔断器熔体的额定电流或断路器过电流脱扣器的整定电流小于或等于导线允许载流量的0.8倍。

（3）低压配电线路的过电压保护

采用分级装设过电压保护的措施

（4）上下级保护电器之间的配合

3.3.3.3 常用低压电器的选择

1.低压刀开关的选择

主要根据负荷电流大小选择额定容量的范围。

2.熔断器的选择

（1）照明负荷、电热负荷

Inf≥Ic

熔体额定电流≥负载回路计算电流

（2）一台电动机

Inf≥Kfc*Ist

熔体选择计算系数≥电机启动电流

轻载i:0.25-0.45

重载:0.3-0.6

频繁起动，则

Inf≥Ist/（1.6~2）

（3）多台电动机

Inf=KfIstmax+Ic（n-1）

熔断器的规格 P112 表3-6

3.断路器的选择

熔断器选择原则

（1）根据线路要求和安装条件选择熔断器的型号,容量小的电路选择半封闭式或无填料封闭式；短路电流大的选择有填料封闭式；半导体元件保护选择快速熔断器。

（2）选择各级熔体需相互配合，后一级要比前一级小。

（3）根据负载特性选择熔断器的额定电流，根据线路电压选择熔断器的额定电压。

（4）熔断器要起到保护导线的作用。

图24

4.配电线路中断路器的选择

(1)长延时过电流脱扣器的动作电流的整定值

(2)短延时动作电流整定值

Kst-电动机的启动电流倍数

In(max)-最大一台电动机的额定电流

(3)短延时过电流脱扣器的动作时间分为0.1s、0.2s、0.4s和0.6s四种。

(4) 瞬时过电流脱扣器的电流整定值

K1-启动电流冲击系数1.7~2

Knst-额定启动电流倍数

5.断路器选择的一般条件

断路器的额定电压应大于或等于线路的额定电压；

断路器的额定电流、脱扣器整定电流应大于或等于线路的计算负荷电流；

断路器的极限分断能力应大于或等于电路最大短路电流。

3.3.4 常用配电箱及其选择

户外

户内

明装

暗装

3.4三项负荷的计算

3.4.1负荷曲线和计算负荷

负荷曲线：表征用电负荷随时间变化的曲线。

计算负荷：按照发热条件选择供电系统中的电力变压器、开关设备及导线、电缆截面而需要计算的负荷功率或负荷电流。

3.4.2 负荷计算的需要系数法

需要系数法

两个问题

用电设备分组

用电设备分组：即将同一类型的用电设备归为一组。

电力负荷按工作制可分为三类：

长期连续工作制，可长期连续运行，负荷比较稳定，例如通风机、空气压缩机、电炉、照明灯等。

短时工作制，工作时间比较短，停歇时间相对较长，例如机床上的辅助电动机。（升降电动机）

断续周期工作制，周期性地工作，停歇，反复运行（电焊机、起重机械）。

设备容量计算

暂载率（负载持续率）：指设备能够满载工作时间的比率。

比如常见的电焊机标称容量10KVA，暂载率25%，说明此电焊机在10KVA负载下，只能在25%的时间内工作；也就是说，在100分钟内只能工作25分钟，否则就要过热烧毁；而工业用大型电焊机标称容量10KVA，暂载率100%，就说明此电焊机在10KVA负载下，能长时间连续工作。

还有一个说明：电焊机的负载是不固定的，焊接电流大负载就大，焊接电流小负载就小；再反过来说，如果小型电焊机在25%的负载下就可以连续工作。

额定容量：设备在额定状态下、在规定使用寿命内能连续输出或耗用的最大功率。

设备容量PX：同一工作制下的额定容量

设备容量计算方法：

（1）一般长期连续工作制和短时工作制的用电设备，设备容量就是铭牌容量；

（2）非连续工作制的用电设备，设备容量就是将设备在某一暂载率下的铭牌容量统一换算到某一标准暂载率的功率。

例如：电焊机要换算到 ε=100%，其设备容量为

需要系数Kx：是将所有影响负荷计算的因素综合成的一个小于1的系数。

需要系数法的计算公式：

案例

二项式法

利用系数法

3.4.3 尖峰电流的计算

定义：指持续1~2s的短时最大负荷电流。

计算目的：为了计算电压波动、选择熔断器和断路器、整定继电保护装置以及检验电动机自启动条件等。

1.单台用电设备（即为其启动电流）

Kq-启动电流系数

2.多台用电设备尖峰电流的计算

3.4.4 负荷分析计算法

例如：某照明系统有3条支路，主路中的负荷是：

合计18KW

（1）支路：灯具9KW          一般插座4KW          窗式空调器2x2.5kW

合计112.5KW

（2）支路：灯具37KW          一般插座38KW          窗式空调器15x2.5kW

合计87.5KW

（3）支路：灯具34KW          一般插座23.5KW          窗式空调器12x2.5kW

根据以上3条支路的负荷情况，干路的负荷容量为：

合计218KW

干路：灯具80KW （9+37+34=80）           一般插座65.5KW(4+38+23.5=65.5)           窗式空调器72.5KW（2x2.5+15x2.5+12x2.5）

对各支路进行负荷计算：

（1）支路1：确定各用电设备的需要系数，灯具取0.9；一般插座取0.6；窗式空调器取1。进行计算，结果为

（2）支路2：确定各用电设备的需要系数，灯具取0.8；一般插座取0.3；窗式空调器取0.8。进行计算，结果为

（3）支路3：确定各用电设备的需要系数，灯具取0.8；一般插座取0.4；窗式空调器取0.8。进行计算，结果为

对干路进行负荷计算：

确定各用电设备的需要系数，灯具取0.8；一般插座取0.3；窗式空调器取0.75。进行计算，结果为

3.4.5 变压器容量的选择

建筑物供电变压器的总装机容量

β-变压器的负荷率

3.5低压供配电线路导线的选择

3.5.1 导线选择的一般原则和要求

1.按使用环境及敷设方式选择

2.按发热条件选择

3.按电压损失选择

4.按机械强度选择

5.选择室内、外线路导线的基本原则

6.选用电缆线的原则

7.适当考虑发展需要

3.5.2 电线、电缆的型号和截面的选择

3.5.2.1 常用电线、电缆的型号规格与敷设方式的标准

室内：绝缘电线和绝缘电缆线；

室外：裸导线或绝缘电缆线

绝缘导线的分类

塑料绝缘

橡皮绝缘

铜芯

铝芯

单芯

多芯

机械强度、抗氧化、电阻率

牢固、散热、避免集肤效应

1.塑料绝缘电线

聚氯乙烯绝缘电线

铜芯电线（BV）

铝芯电线（BLV）

BLV-25

布线用的电线/铝芯导线（铜芯不用字母表示）/聚氯乙烯塑料绝缘（X为橡皮绝缘）-导线标称截面为25m㎡

2.橡皮绝缘电线

铜芯棉纱编织橡皮绝缘线（BX）

铝芯棉纱编织橡皮绝缘线（BLX）

铜芯玻璃丝编织橡皮绝缘线（BBX）

铝芯玻璃丝编织橡皮绝缘线（BBLX）

3. 电缆线

按用途分

电力电缆

控制电缆

按绝缘材料分

油浸纸绝缘电缆

橡皮绝缘电缆

塑料绝缘电缆

电缆组成

保护层

绝缘层

线芯

塑料绝缘电缆的主要型号

铝芯聚氯乙烯绝缘和聚氯乙烯外护套电力电缆（VLV）1-10kV 4mm

铜芯聚氯乙烯塑料绝缘电缆（VV）

橡皮绝缘电缆的主要型号

铝芯橡皮绝缘和聚氯乙烯外护套电力电缆（XLV） 0.5-6kV 4mm

铜芯橡皮绝缘电缆（XV）

导线的标注： a-b*c-d-e或a-b*c/d-e(导线型号-导线根数*导线截面-敷设方式及穿管管径-线路敷设部位

BV-4*2.5

BV-2*1.5-SC（焊接钢管）-WC（暗敷设在墙内）

3.5.2.2 常用电线和电缆型号的选择原则

(1)“以铝代铜”的方针

(2)尽量选用塑料绝缘

(3)电缆线在选择时也应考虑“以铝代铜”、“以铅包代铝包”、 “以合成材料代替橡胶”

(4)选用新材料、新品种的电线和电缆，不选用淘汰产品

3.5.2.3 导线和电缆截面的选择

导线截面选择应满足的要求：

（1）有足够的机械强度，避免因刮风、结冰或施工等原因被拉断；

（2）长期过负荷电流不应该使导线过热，以避免损坏绝缘或造成短路、失火等事故；

（3）线路上的电压损失不能过大。电力线路的电压损失一般不能超过额定电压的10%，照明线路不能超过5%。

1.选择的方法

（1）对于距离L≤2的线路，一般先按发热条件的计算方法选择导线截面，然后用电压损失条件和机械强度条件进行校验；

（2）对于距离L≥2的线路，一般先按允许电压损失的计算方法选择导线截面，然后用发热条件和机械强度条件进行校验。

2.按发热条件选择导线截面

In据此查表获得导线面积

总计算电流

3.按允许电压损失选择导线截面

电压损失：线路的始端电压与终端电压有效值的代数差，

计算电压损失的公式

ΔU%=P（有功负荷）L（线路长度）%/C（计算常数）S

导线截面

感性负载线路，在进行计算时需要进行修正，B-校正系数

4.零线截面的选择方法

三相四线制供电线路中，零线截面可以根据流过的最大电流值按发热条件进行选择。一般根据经验可按不小于相线截面的1/2选择。

对于可能发生逐相切断电源的三相线路，零线截面应与相线截面相等。

单相线路的零线截面应与相线相同。两相带零线的线路可以近似认为流过零线的电流等于相线电流，因此零线截面也与相线相同。

案例

例3-4 有一条从变电所引出的长100m的干线，供电方式为树干式。干线上接有电压为380V三相异步电动机共22台，其中10KW 电机的20台，4.5KW的电机2台，敷设地点的环境温度为30℃。干线采用绝缘线明敷。设各台电机的需要系数KX=0.35，平均功率因数 cos Φ=0.7，试选择该干线的截面。

解题要点：属低压用电，负荷量较大，线路不长，所以先按发热条件来选择干线截面。

解

用电设备总容量

视在计算总负荷

总计算负荷电流

查附录2，选截面积为70mm2的铝芯塑料线，其允许载流量为192A＞159A，满足要求。

按电压损失校验：

有功计算负荷为

负荷距为

查表3-16、3-17，采用铝线时，C=46.3，B=1.74，故

第四章电气照明技术

4.1 照明技术的基本概念

4.1.1 光和光谱

与所有物质一样，光也是一种物质，是能量的一种存在形式，是能引起视觉的辐射能，它以电磁波的形式在空间传播。光的本质是一种电磁波(电磁辐射) 。

光源辐射的光往往由许多波长的单色光组成，把光线中不同单色光按波长长短依次排列，称为光源的光谱。

可见光在电磁波谱范围内仅占极小的比例，可见光的波长在380-780纳米(nm)范围。

4.1.2 光量

1.光通量：是指光源在单位时间内向空间发射出的能使人产生光感觉的能量(辐射能通量)。它是根据人眼对光的感觉来评价的，光通量的实质是表征光源辐射能量的能力。

说明

光源在单位时间内发射出的能量本是一个功率单位，功率的单位是W。但光通量的单位不用W，而是用流明(lm)表示，因为“光通量”不是能量的全部，而是”能使人产生光感的辐射能量。

由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。

40W白炽灯光通量为350lm，40W荧光灯光通量为2500lm

2. 发光强度（光强）

光源在某一个特定方向上的单位立体角内（单位球面度内）所发出的光通量，称为光源在该方向上的发光强度。

表征光源发光能力大小，反映发光强弱的一个物理量。是一定方向辐射的光通量的角密度。

立体角：将弧度表示平面角度大小的定义推广到三维空间中。

立体角是以圆锥体的顶点为心，半径为1的球面被锥面所截得的面积来度量。

平面上我们定义一段弧微分S与其矢量半径r的比值为其对应的圆心角记作dθ=ds/r；所以整个圆周对应的圆心角就是2π；

立体角为曲面上面积微元ds与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体角记作dΩ=ds/r^2；闭合球面的立体角都是4π。

光通与光强的关系：在光通量不变的情况下，随着配置灯具的不同，发光强度可以发生变化；光通在空间的分布越集中，密度越大大，相应的光越强！

3. 照度

物体表面所得到的光通量与这个物体表面积的比值。它用被照场所光通量的面积密度来表示。

被照面单位面积上接受的光通量称为照度；1lx表示在1m2面积上均匀分布1lm光通量的照度值。

20 lx是刚能识别人脸，作为交通区域内的最低照度。

100 lx 是交通区能接受的照度水平，效果最好。

200 lx是所有工作室以及人需要在其中停留较长时间的最低照度。

4. 亮度

通常把被视物表面在某一视线方向或给定的单位投影面上所发出或反射的发光强度，称为该物体表面在该方向的亮度。亮度表示光源单位面积上的发光强度。

光源的明亮程度与发光体表面积有关系，同样的光强的情况下，发光面积大，则暗，反之则亮。亮度与发光面的方向也有关系，同一发光面在不同的方向上其亮度值也是不同的。

通常40W 荧光灯的表面亮度约为7000cd/m2; 无云的晴空约为5000cd/m2。亮度超过16000cd/m2时，人眼就感到难以忍受了。

光量的比较

（1）光通量、光强和亮度反映光源特性的基本量，说明的是光源的发光情况；

（2）照度是表征被照物接受光通强弱的物理量，有着本质的区别；

（3）光通量是光源发出的总的光的数量，发光强度是在单位立体角内的光通量，两者类似于质量和密度的关系；

（4）照度就是光通量与被照射面积之间的比例系数；

（5）亮度就是眼睛从某一方向所看到的物体反射光的强度。

4.1.3 光源的色温及显色性

1.色温

不同的温度条件下，光源发出的光的颜色不同。因此光源的光色可以用色温来描述。

色温不同，给人的冷暖感觉不一样，通常把室内照明光源分为：暖色、中间色和冷色。

2. 显色性

不同光谱的光源分别照射在同一颜色的物体上时，所呈现出的不同颜色的特性。

是光源一个重要的性能指标。通常情况下光源用一般显色指数Ra来衡量其显色性，对某些颜色有特殊要求时应采用特殊显色指数Ri。

各种光源的显色指数

4.1.4 光源的色调

定义：视觉颜色特性

分类

暖色与冷色

红色、橙色、黄色--为暖色，象征着：太阳、火焰。 绿色、蓝色、黑色--为冷色，象征着：森林、大海、蓝天。 灰色、紫色、白色--为中间色；

冷色调的亮度越高--越偏暖，暖色调的亮度越高--越偏冷

4.1.5 眩（炫）光

定义：在视野范围内有亮度极高的物体，或亮度对比过大，或空间和时间上存在极端的对比，就可引起不舒适的视觉，眩光是影响照明质量的最重要的因素。

分类

（1）按其效应又可分为：失能眩光和不舒适眩光。

（2）从眩光的作用来看可分为：直接眩光和反射眩光。

4.1.6 照明的稳定性

引起照明不稳定的三个因素

（1）电源波动与供电质量有关，电压波动值不超过±5%。

（2）光源摆动会引起照度变化，造成工作面亮度的变化、产生影子运动、影响视觉。

（3）气体放电光源的闪烁，在电光源中，通常存在着光通量随交流电源变化的闪烁，即所谓的频闪效应。

4.1.7 照度定律

照度第一定律：照度与光强成正比，与距离平方成反比（照度平方反比律）。

光源越强，被照面显得越亮，即被照表面的照度越大。

对同一光源，被照表面距离光源越近，被照表面照度越大。

照度第二定律：照度与被照表面的倾斜角的余弦成正比（照度余弦定律）。

4.2 电气照明种类和照度标准

4.2.1 照明的种类

正常照明

一般照明——学校、办公室、商场、车站

分区一般照明——工作区与通道

子主题

局部照明——宾馆卧室，书房

混合照明——作业面密度不大的场合

事故照明

备用照明

安全照明

疏散照明

警卫值班照明

障碍照明

彩灯和装饰照明

4.2.2 照度标准

照明数量和质量的规定，最主要最基本的是照明的数量，即工作面上的照度。

规定照度标准的方法

主观法：主观判断选择

间接法：视觉功能变化

直接法：生产率、成本

照度分级：0.5,1,3, 5, 10,15，20, 30, 50,75, 100,150,200,300,500, 750, 1000, 1500, 2000， 3000，5000lx

居住建筑照明标准值

办公建筑照明标准值

4.2.3 设计照度标准应注意的问题

1、符合一定条件时，作业面或参考平面的照度可按照度标准值分级提高一级；

2、符合一定条件时，作业面或参考平面的照度可按照度标准值分级降低一级；

3、作业面临近周围的照度可低于作业面照度，但不低于规定值。

4、设计照度值与照度标准值可有10%的偏差。

5、应急照明的照度标准值宜符合有关规定。

照明设计质量要求

适当的照度水平

舒适的亮度分布

宜人的光色和良好的显色性

举例

补充——常用照明电光源

照明电光源就是将电能转换成光学辐射能的器件。

电光源

热辐射发光光源

白炽灯

真空灯

充气灯

卤钨灯

气体放电光源

弧光放电灯

低气压灯

荧光灯

低压钠灯

高气压灯

高压汞灯

高压钠灯

高压氙灯

金属卤化物灯

辉光放电灯

霓虹灯

氛灯

其他发光光源：LED发光二极管

1．热辐射光源

利用物体加热时辐射发光的原理所制成的光源称为热辐射光源。目前常用的热辐射光有

（1）白炽灯

结构如图，其发光原理为灯丝通过电流加热到白炽状态从而引起热辐射发光。

●优点：结构简单、价格低廉、使用方便、显色性好，应用广泛。

●缺点：发光效率低、使用寿命短、耐震性较差。

●用途：广泛适用于居室、客厅、餐厅、商店、会议室、走廊、庭院等各类场所的照明。

（2）卤钨灯

卤钨灯是在灯泡填充气体中含有微量的卤族元素或卤化物，利用卤钨循环的作用，使灯丝蒸发的一部分钨重新附着在灯丝上，以达到既提高光效又延长寿命的目的。

卤钨灯的管壁温度要比普通白炽灯高，泡壳尺寸小，使用耐高温的石英玻璃或硬玻璃。灯内的工作气压要比普通充气灯泡高得多。既然在卤钨灯中钨的蒸发受到更有力的抑制，同时卤钨循环消除了泡壳的发黑，灯丝工作温度和光效就可大为提高，而灯的寿命也得到相应延长。

2．气体放电光源

利用气体放电时发光的原理所做成的光源称为气体放电光源，目前常用的气体放电光源有以下几种。

（1）荧光灯

荧光灯是利用汞蒸气在外加电压作用下产生电弧放电，发出少许可见光和大量紫外线，紫外线又激励管内壁涂覆的荧光粉，使之再发出大量的可见光。二者混合光色接近白色。

优点：发光效率高、寿命长、应用广泛。

缺点：功率因数低，有频闪。需要附件较多、不宜频繁启动。

用途：建筑物的室内照明、精细工作、照度高和长时间进行紧张视力工作的场所的照明。

（2）高压汞灯

高压汞灯是低压荧光灯的改进产品，属于高气压的汞蒸汽放电光源。

高压汞灯的外玻壳内壁涂有荧光粉，它能将汞蒸汽放电时辐射的紫外线转变为可见光。

● 优点：发光效率高、寿命长、耐震动、应用广。

● 缺点：启动时间较长、显色性差。

● 用途：适用于道路、桥梁、车站、广场、等大面积照明。

（3）高压钠灯

高压钠灯使用时发出金白色光，具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。

高压钠灯

3. LED（发光二极管）光源

●发光原理

发光二极管是一种半导体固体发光器件，它利用固体半导体作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量，以光的形式向外辐射。

耗电量低：一千小时仅耗几度电（普通60W白炽灯十七小时耗1度电，普通10W节能灯一百小时耗1度电)；

寿命长：无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万小时（普通白炽灯一千小时，普通节能灯八千小时）；

外形尺寸灵活：可实现与建筑的有机融合，达到只见光不见灯的效果;

环保：无有害金属汞，无红外和紫外线辐射;

保护视力，直流驱动，无频闪

安全系数高，所需电压、电流较小，发热较小，光效率高，发热小，90%的电能转化为可见光

4. 3 电光源和灯具的选择、布置、安装及照明节能

4.3.1 电光源的选择

1.使用场所和环境的要求

室内照明一般采用白炽灯、荧光灯及其他气体放电光源; 频繁开关的场所不宜采用荧光灯，而宜选用白炽灯;需调光的场所宜选用白炽灯和卤钨灯。

2.光源的显色性要求

美术馆、商店、印刷车间等光源的显色指数不能低于90。

3. 光源的色调要求

暖色光的距离感近，使物体看起来大、坚固；冷色光的距离感远，使物体看起来轻。

4. 基本原则

① 满足照明场所的使用条件，如：照度、显色性、色温、启动和再启动时间等；

② 优先选新型、节能型；

③ 环境条件符合要求，如：安装位置、艺术效果；

④ 降低投资与运行费用。

光效：高压钠灯、LED灯、荧光灯（稀土三基色荧光灯）、金属卤化物灯、高压汞灯、卤钨灯、白炽灯。

寿命：LED灯、高压钠灯、三基色荧光灯、金属卤化物灯、高压汞灯、卤钨灯、白炽灯

显色性：白炽灯、卤钨灯、三基色荧光灯、金属卤化物、LED、高压钠灯、高压汞灯

细管荧光灯取代粗管荧光灯

高压钠灯、金属卤化物灯取代高压汞灯

可采用白炽灯场合：瞬时启动连续调光、防止电磁干扰、开关频繁、照度不高持续时间短、特殊装饰

4.3.2 灯具的选择

1. 灯具的作用的分类

灯具组成：光源及其照明附件

灯具作用

（1）分配光通量和限制眩光；

（2）固定光源和保护光源；

（3）装饰和美化环境。

灯具分类

（1）直射型灯具；

（2）半直射型灯具；

（3）漫射型；

（4）半反射型灯具；

（5）反射型灯具。

按照配光特性分类

2. 灯具的选择

是哦那个环境、房间用途、光强分布、限制眩光等要求。还应选择效率高、维护检修方便的灯具。

（1）按使用环境选择灯具

① 在正常环境中，宜选用开启型灯具；

② 在潮湿、多灰尘的场所，可根据保护等级选用密闭型或防水防尘型；

③ 在有爆炸危险的场所，可根据级别或组别选用相应的防爆灯具；

④ 在有化学腐蚀的场所，可选用耐腐蚀性灯具。

（2）按光强分布特性选择灯具

4.3.3 灯具的布置和安装

布置要求：保证最低的照度及均匀性；亮度合理分布，无眩光；安装维护方便；布置整齐美观与建筑空间协调；安全、经济。

1. 灯具的布置

均匀布置：正方形、矩形、菱形

距高比：灯具间距离与灯具在工作面上的悬挂高度（计算高度）之比。

选择布置：满足局部要求

案例

题

有一绘图室的面积为9.6×7.4m2，室内高度为3.5m，试选择照明灯具并布置。

解

绘图室需要有较高的照度要求，可选用YG2-2型荧光灯；根据灯具最低悬挂高度要求，选悬挂高度为3m，工作面参考高度取0.75m。

计算高度 h=3.0-0.75=2.25m

查YG2-2型灯具的最大允许距高比S/ h值：A-A向为1.33；B- B向为1.28

则

SA=（S/ h）A-A×h=1.33×2.25=2.99m

SB=（S/ h）B-B×h=1.28×2.25=2.88m

s1=（1/3）SA=（1/3）×2.99=1 m

s2=（1/3）SB=（1/3）×2.88=0.96 m

取

SA=2.9m SB=2.7m s1=0.8m s2=0.75m

2. 灯具与建筑艺术的配合

（1）天棚装饰布灯法

梅花型布灯

渐开型布灯

线状光源横向布灯

4.3.4 照明节能

1. 采用高效光源

2. 采用高效灯具

3. 选用合理的照度方案

4. 采用合理的建筑艺术照明设计

5. 装设必要的节能装置

6. 照明功率密度值（LPD）计算

4.4 照度计算

照度计算的任务：根据需要的照度值及其他已知条件确定光源的容量或数量；或是在照明装置的类型、布置及光源的容量都已确定的情况下计算某点的照度值。

照度计算的方法：逐点照度计算法和平均照度计算法

逐点照度计算法：根据每个点光源向被照点发射光通量的直射分量来计算被照点照度的计算方法（照度第一定律）；

特点：逐点照度计算法可以用来计算任何指定点上的照度。这种计算方法适用于局部照明、特殊倾斜面上的照明和其他需要准确计算照度的场合，一般在设计中用得比较少。

平均照度计算法：按房间被照面所得到的光通量除以被照面积而得出平均照度的计算方法，也称（光通量法）。

（光通）利用系数法

单位容量法

4.4.1 逐点照度计算法

1.计算步骤

（1）分别计算各灯具对计算点产生的照度直射分量；

（2）求出计算点的照度总和，再乘以照度补偿系数；

（3）求出计算点的实际照度，一般不必准确计算出计算点的反射量。

2.计算公式

光源实际光通量在计算点产生的照度（k-照度维护系数）

照度维护系数（照度补偿系数）

照明装置在使用一定周期后，在规定表面上的平均照度或平均亮度与该装置在相同条件下新装时在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。

在照明设计时，应根据光源的光通衰减、灯具积尘和房间表面污染引起照度值降低的程度，乘以下表中的维护系数。

照度维护系数表

照度维护系数表 

4.4.2 光通利用系数法

适用于均匀布置灯具的一般照明。可进行平均照度的计算和确定照明灯具的数量等。

1.计算步骤

（1）按照所布置的灯具计算房间的室空间系数KRC；

（2）确定光通利用系数Ku；

（3）确定最小照度系数Z和照度维护系数k；

（4）按规定的最小照度计算每盏灯具或光源应具有的光通量或由布灯方案确定，并求出房间内光源的总光通量；

（5）由和确定房间内的灯具数N，或由布灯方案确定N，由确定每盏灯具的光源功率。

2.计算方法

（1）确定室空间系数 KRC

a-房间的长度；b-房间的宽度

（2）确定光通利用系数 Ku

光通利用系数：表示照明光源的光通利用程度的参数，用经过灯具照射和墙、顶棚等反射到计算工作面的总光通量与房间内所有光源发出的总光通之比。（照明光源投射到工作面上的光通量与全部光源发出的光通量之比）。

Φj-投射到工作面的总光通量；Φ-每个灯具的总光通量

利用系数值的大小与灯具的悬挂高度、光效；房间的面积、形状、墙壁颜色等有关。

一般根据灯具类型用插值法查取利用系数。

（3）平均照度计算

当已知房间面积或被照工作面的面积、计算高度、灯具类型及光源的光通量时，室内地面或工作面的平均照度为：

k-照度维护系数

（4）最小照度的计算

Z-最小照度系数

（5）计算每只灯具内光源的总光通量 Φ 和房间内光源的总光通量 ΣΦ

案例

例：某饭店的厨房长为24m，宽为14m,采用2×40W荧光灯，其光通量为4400 lm，取厨房维护系数为0.65，利用系数为0.64，若使厨房的平均照度为200 lx，最少要安装多少盏灯具？

解

所以最少选37盏灯具。

4.4.3 单位容量法

从利用系数法演化而来，是各种光通利用系数和光的损失等因素相对固定的条件下，得出的平均照度的简化计算方法。

1、计算步骤

（1）根据民用建筑不同房间和场所对照明设计的要求，首先选择光源和灯具；

（2）根据所达到的照明要求，查相应灯具的单位面积安装容量表；

（3）将查到的值按公式计算灯具数量，据此布置一般照明灯具，确定布灯方案。

2、计算公式

如果照度标准为推荐的最低照度值时

S-房间面积；ω-最低照度值下单位面积安装容量

如果照度标准为推荐的平均照度值时

4. 5 民用建筑照明供电与照明设计

4.5.1 照明供电和设计的一般要求

1.电压要求

照明灯具端电压的允许偏移不得高于额定电压的5% ，亦不宜低于额定电压的下列数值：

① 对视觉要求较高的室内照明为2.5%；

② 一般工作场所的室内照明、室外照明为5% ，但极少数远离变电所的场所，允许降低到10%；

③ 事故照明、道路照明、警卫照明及电压12～36Ｖ的照明，允许降为10％。

2.其他要求

① 正常照明一般可与其他电力负荷共用变压器供电，但不宜与较大冲击性电力负荷共用变压器；

② 当电压偏移或波动不能保证照明质量或光源寿命时，在技术经济合理的条件下，应采用有载自动调压电力变压器、调压器或照明专用变压器供电；

③ 在无具体设备连接的情况下，民用建筑中的每个插座可按100W 计算；

④ 照明系统中的每一单相负荷回路的电流不宜超过16A ，灯具为单独回路时数量不宜超过25 个，但花灯、彩灯、大面积照明等回路除外；

⑤ 民用建筑与工业建筑一样应尽量采用制造厂的定型配电箱和其他配电设备；

⑥ 在办公楼等类似的建筑物内，不论线路为明敷或暗敷，均宜采用嵌人式配电箱，配电箱及电度表箱宜用铁制品或非燃性的塑料等制品，箱内应备有保护接零（地）端子；

⑦ 对于气体放电灯宜采用分相接入法，以降低频闪效应的影响；

⑧ 照明用电按一幢建筑物或一个建筑单元设电度表计量，一般将表装在配电箱内；

⑨ 凡与电度表直接连接的线路，宜采用铜芯绝缘线；

⑩ 住宅的用户电度表箱，应分层集中设置在楼梯间内。

插座不宜和照明接在同一分支回路。

4.5.2照明的供配电及控制方式

（1）照明电源一般由动力变压器提供

照明线路的供电一般采用单相交流220V二线制。当负荷电流超过30A时，宜采用三相四线制供电，并应注意三相负荷平衡。

照明的控制方式及开关的安装位置主要是在安全的前提下根据便于使用、管理和维修的原则确定。照明配电装置应靠近供电的负荷中心，略偏向电源侧。一般宜用二级控制方式。

室外照明，由于用途和使用时间不同，应采用就地单独控制的供电方式。除了每个回路应有保护设施外，每个照明装置还应设单独的熔断器保护。

（2）照明配电系统

照明供电网络的组成形式

住宅的照明配电系统

高层建筑的照明配电系统

4.5.3照明负荷计算

1 ．支线和干线负荷的计算

照明分支线路的计算负荷为

照明主干线的计算负荷为

照明负荷分布不均匀时的计算负荷为

照明变压器低压侧的计算负荷为

2 ．住宅照明负荷的计算

例4-3

解

荧光灯损耗系数0.2，白炽灯0，住宅楼照明设备需要系数0.6，托儿所照明设备需要系数0.6。

每栋住宅楼照明计算负荷

托儿所照明计算负荷

变压器低压侧计算负荷：查表取同时系数0.7，功率因数为1

4 . 5 . 4 电气照明设计的一般过程

1 ．电气照明设计的主要内容

① 确定合理的照明种类和照明方式；

② 选择照明光源及灯具，确定灯具布置方案；

③ 进行必要的照度计算和供电系统的负荷计算，照明电气设备与线路的选择计算；

④ 绘制出照明系统布置图及相应的供电系统图等。

2 ．电气照明设计应满足的要求

① 工作面的照度应符合规定值；

② 保证一定的照明质量要求，如限制炫光、光源的显色性和色调要求，合理的亮度分布等；

③ 供电的安全可靠；

④ 维护、检修安全方便；

⑤ 照明装置与建筑物及其周围环境的协调统一；

⑥ 根据国情积极慎重地采用先进技术；

⑦ 注意结合国家在电力、设备和材料方面的实际可能提出合理的设计方案；

⑧ 主动采取必要的照明节能措施，尽可能经济合理地使用资金和节约能源。

3 ．照明设计程序

收集照明设计的初始资料

确定照明设计方案

进行具体的照明计算和设计（又称深度设计）

绘制照明设计的正式施工图等。

4 ．照明设计的施工图主要包括如下图纸

（１）电气照明线路平面布置图

（２）照明配电系统图

第五章弱电技术

5.1 概述

所谓弱电，是针对建筑物的动力、照明用电而言的。一般把像动力、照明这样输送能量的电力称为强电；而把传播信号、进行信息交换的电能称为弱电。

强电系统可以把电能引入建筑物，经过用电设备转换为机械能、热能和光能等；而弱电系统则完成建筑物内部和内部及内部和外部间的信息传递与交换。

弱电技术的意义

建筑弱电工程是建筑电气工程的重要组成部分。

由于弱电系统的引入，使建筑物的服务功能大大的扩展，增加了建筑物与外界信息的交换能力。

随着电子学、计算机、激光、光纤通信和各种遥感技术的发展，建筑弱电技术发展迅速，其范围不断扩展。

智能建筑工程，可以说就是弱电工程的延伸和发展。

智能建筑是由多个智能化子系统组成的复杂系统工程，建筑弱电是多种技术的集成，是多门学科的综合。

主要包括

建筑的通信系统

共用天线电视和卫星电视接收系统

建筑的广播音响系统

火灾报警与消防联动控制系统

建筑的保安管理系统

建筑设备管理自动化系统

5.2 电话通信

按传输媒介分为两类

有线传输

建筑内电话系统主要是有线传输方式。

有线传输按传输信息工作方式又可分为两类

模拟传输

数字传输

SPC（Stored Program Control），程控电话是指接入程控电话交换机的电话，程控电话交换机是利用电子计算机来控制的交换机，它以预先编好的程序来控制交换机的接续动作。程控电话具有接续速度快、业务功能多、效率高、声音清晰、质量可靠等优点。

传输线路所用线缆主要有

电话电缆

双绞线缆

双绞线在传输距离，信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。

光缆

无线传输

5.2.1 有线电话系统的基本组成和分类

有线电话系统

市话发送系统

送话器

语音——电信号

发送电路

用户线

连接电话机与交换机之间的二线线路

馈电桥

由直流电源、馈电线圈、隔直流电容器组成，将用户线中电信号不失真地输入中继电路。

中继电路

市话发送系统和市话接收系统之间的语音信号通路

市话接收系统

受话器

电信号——语音

接收电路

用户线

馈电桥

电话通信系统有三个组成

电话机

磁石电话机

共电式电话机

拨号盘电话机

按键式电话机

扬声电话机

免提电话机

无绳电话机

录音电话机

可视电话机

投币电话机

磁卡电话机

用户线

交换机

根据用户通话要求，交换通断相应电话机通路的设备。

内部电话可由交换机直接接通

内部话机与外部通话

交换机-中继电路-电信局-中继电路-交换机-电话机

5.2.2 电话交换站

布置安装电话交换机及其附属、配套设备的房间。

5.2.3 用户线

作用：电话机和交换机之间传输电话信号

1. 直接配线

系统简单、投资少、施工方便、容易维护、可靠性差

2. 交接箱配线

系统复杂，可靠性高

3. 电话线路的敷设

明敷设

暗敷设

5.3 有线电视

早期被称为共用天线电视系统，其英文缩写为 CATV。顾名思义，共用天线电视系统就是允许多台用户电视机共用一组室外天线来接收电视台发射的电视信号，经过信号处理后通过电缆将信号分配给各个用户系统。

现在的CATV系统已经发展到双向传输，在系统中增加了回传带宽，以满足上网、点播等需要。

除了传统的CATV以外，今年来IPTV也逐渐推广。 IPTV即交互式网络电视，是一种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。用户可以有两种方式享受IPTV服务：(1)计算机，(2)网络机顶盒+普通电视机。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用网络资源。

系统的组成

任何一个电缆电视系统无论多么复杂，均可认为是由前端系统、干线分配传输系统、用户分配网络三个部分组成。如图所示，分别简述如下。

电缆电视系统组成框图

电缆电视系统图

前端系统

干线传输系统

分配系统

（1）前端设备

前端是由天线、天线放大器、混合器和宽带放大器组成。

它的功用是把收到的各种电视信号（天线接收信号、摄录设备输出信号等）调制为高频电视信号，并通过混合设备同时将多路信号合并为一路电视信号，输送到干线传输系统。

(2) 干线传输部分

组成该部分的主要器件包括：干线放大器、电缆或光缆、斜率均衡器、电源供给器、电源插入器等。

干线传输部分的任务是把前端输出的高质量信号尽可能保质保量地传送给用户分配系统，若是双向传输系统，还需把上行信号反馈至前端部分。

(3) 用户分配系统

主要的部件有：线路延长放大器、分配放大器、分支器、分配器、用户终端、机上变换器等，对于双向系统还有调制器、解调器、数据终端等设备。

该部分是把干线传输来的信号进行放大和分配，使各用户终端得到规定的电平，然后将信号均匀地分配给各用户终端，确保各用户相互隔离互不干扰。

对于双向传输还需把上行信号传输给干线传输部分。（交互式电视系统）

电缆电视系统的基本组成如图所示。

5.4 消防报警系统

火灾自动报警控制系统在智能建筑中通常被作为智能建筑三大体系中的BAS（建筑设备管理系统）的一个非常重要的独立子系统。

整个系统的运作，既能通过建筑物智能系统的综合网络结构来实现，又可以在完全摆脱其他系统或网络的情况下独立工作。

一、火灾自动报警系统的组成

图控制中心报警系统

该系统由四部分组成

末端信号采集设备

火灾探测器

手动报警按钮

末端信号采集设备

火灾报警控制器

声光报警器

应急广播

消防通信设备

疏散指示标志

消防联动设备

各种控制模块实现对各种消防水泵、消防栓、防排烟风机、应急照明的启动、防火卷帘门联动控制，及电梯迫降控制和切非等。

设备电源

1.火灾自动报警系统的组成

1、火灾事故报警系统

通过火灾探测器自动或手动报警，也可通过通信手段直接向消防控制中心报警。

2、火灾事故广播与疏散指示系统

3、建筑灭火系统

水冷却法灭火系统

室内消火栓

自动喷水灭火系统

气体灭火系统

泡沫灭火系统

干粉灭火系统

4、防烟排烟系统

5、消防控制室

2.消防系统主要功能

自动捕捉火灾

发出报警

控制自动灭火系统

控制事故照明、广播

在建筑物内用于探测火灾初起并发出警报以便及时疏散人员、发动灭火系统、操作防火卷帘、开关防火门和排烟系统，并向消防队报警等。

二、系统中的主要设备

1．火灾探测器

是一种能够自动发出火情信号的器件，有感烟式、感温式和感光式火灾探测器和可燃气体探测器等。

根据房间的高度、场所的性质、场所是否散发可燃气体、可燃蒸汽、可燃液体等不同情况，选择不同的火灾探测器。

（1）感烟探测器

在火灾初期，物质多处于阴燃阶段，所以产生大量烟雾。感烟式火灾探测器是将探测部位烟雾浓度的变化转换为电信号实现报警目的一种器件。

离子

当烟粒子进入电离化区域时，它们由于与离子相接合而降低了空气的导电性，形成离子移动的减弱。当导电性低于预定值时，探测器发出警报。

光电

烟粒改变光的传播特性（红外）

缺点：不适于多烟、多尘、发火迅速、安装高度大的场所。

（2）感光探测器

目前使用的火焰探测器有两种

（1）对波长较短的光辐射敏感的紫外探测器

（2）对波长较长的光辐射敏感的红外探测器。

原理

接收的光能聚集在对光敏感的光电管或光敏电阻上，将光信号转化为电信号。

特点

感光式火灾探测器宜安装在有瞬间产生爆炸的场所。如石油、炸药等化工制造的生产存放场所等。附近有强的红外或紫外光源时工作不稳定，火警时已造成一定损失。

（3）感温探测器

感温式火灾探测器适宜安装于起火后产生烟雾较小的场所，平时温度较高的场所不宜安装感温式火灾探测器。

差温式：环境温度的温升速度超过一定值时响应

定温式：温度上升到预定值时响应

差定温式：兼有定温、差温两种功能

（4）可燃气体探测器

2.火灾探测器的安装

① 在宽度小于3m的走道顶棚上，探测器宜居中布置。感温探测器的安装间距，不应超过10m；感烟探测器的安装间距不应超过15m。探测器至端墙的距离，不应大于探测器安装间距的一半。

② 探测器周围0.5m内，不应有遮挡物。

④ 探测器至空调送风口边的水平距离，不应小于1.5m。

⑤ 天棚较低(小于2.2m)面积较小(不大于lOm2)的房间，安装感烟探测器时，宜设置在入口附近。

⑥ 在楼梯间、走廊等处安装感烟探测器时，宜安装在不直接受外部风吹的位置处。安装光电感烟探测器时，应避开日光或强光直射的位置。

3.探测器的数目

一个探测区域所需探测器的数目N，可按下式计算后确定：N≥S/(K·A ) S—一个探测区域的面积(m2)； A—探测器的保护面积(m2)； K—校正系数，重点保护建筑，取0.7～0.9；非重点保护建筑，取l。

4.手动火灾报警按钮

手动火灾报警按钮（俗称手报）安装在公共场所，当人工确认火灾发生后按下按钮上的有机玻璃片，可向火灾报警控制器发出信号，火灾报警控制器接收到报警信号后，显示出报警按钮的编号或位置并发出报警音响。

手动火灾报警按钮和各类编码探测器一样，可直接接到控制器总线上。

(1)手动火灾报警按钮应安装在下列部位

①大厅、过厅、主要公共活动场所的出入口；

②餐厅、多功能厅等处的主要出入口；

③主要通道等经常有人通过的地方；

④各楼层的电梯间、电梯前室。

(2) 手动火灾报警按钮安装的位置，应满足在一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动火灾报警按钮的步行距离，不大于25m。

(3)手动火灾报警按钮在墙上的安装高度为1.5m。按钮盒应具有明显的标志和防误动作的保护措施。

(4)手动火灾报警按钮系统的布线，宜独立设置。

5.火灾报警控制器

火灾报警控制器是火灾自动报警系统的心脏，可向探测器供电，具有下述功能

1）用来接收火灾信号并启动火灾报警装置。该设备也可用来指示着火部位和记录有关信息。

2）能通过火警发送装置启动火灾报警信号或通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制设备。

3）自动的监视系统的正确运行和对特定故障给出声、光报警。

6.火灾事故广播

(1)火灾事故广播扬声器

应安装在走道、大厅、餐厅等公共场所以及客房、空调、通风机房、文娱场所、车库等处。

扬声器设置的数量应保证从本层任何部位到最近一个扬声器的步行距离不超过15m。走道末端最后一个扬声器距墙不大于8m。在走道的交叉处、拐弯处均应安装扬声器。

(2)火灾事故广播播放疏散指令的控制程序

地下室发生火灾，应先接通地下各层及首层。若首层与2层具有大的共享空间时，也应接通2层；

首层发生火灾，应先接通本层、2层及地下各层。

2层及2层以上发生火灾，应先接通火灾层及其相邻的上、下层。

(3)火灾事故广播的配线

火灾事故广播的配线，应按疏散楼层或报警区域进行划分分路。各分路应设有显示信号与保护控制装置。

火灾事故广播线路应独立敷设，不应和其他线路(包括火警信号、联动控制等线路)同管或同线槽槽孔敷设。

火灾事故广播馈线电压不宜大于100V，各楼层宜设置馈线隔离变压器。

5.消防联动控制的设备

通信与疏散系统：广播、事故照明、避推诱导灯

灭火控制系统：自动喷淋、气体灭火、液体灭火

防排烟控制系统：防火卷帘、防火门、水幕、消防电梯非消防电源的断电控制等。

消防自动报警系统中共有几种不同性质的线

总线，DC24V，联动控制线，消防电话线，消防广播线

消防联动系统的工作：

一旦发生火灾，探测器第一时间感知，通过信号输出传至消防控制室，各种信号经消防控制器传出，声光信号报警，通过控制器，可以第一时间明确具体着火地点，进行初次灭火。

火势一旦扩大，自动喷水灭火系统启动，消防联动系统运作，各种系统通过信号开始工作，非消防电源自动切断，电梯自动归低，防火卷帘门防火门系统、通风防排烟系统、应急疏散指示照明系统通过联动信号开始运作。

自动喷水灭火系统、消火栓系统一般设计要求储存的灭火用水为2个小时。火势无法自救时，为消防部队支援提供足够的时间。

自动喷水灭火系统

5.5安全防范系统

5.5.1 安全防范系统概述

目标: 保障人身安全、维护社会稳定

定义：以现代物理和电子技术来及时发现入侵行为，产生声光报警阻碍犯罪，实时录音、录像，提供破案证据，以及提醒值班人员采取适当的物理防范措施。

系统包括的主要内容

闭路电视监控系统

防盗报警系统

出入口管理与控制系统

保安（可视）对讲电控门系统

停车场管理系统

移动目标卫星定位（GPS）与防抢劫系统

系统设计的原则

１．高安全性

２．可靠性和稳定性

３．具有较好的合理性

４．要讲究经济实用性

５．具有较高的技术含量

６．有一定的可扩充余地

系统组成

5.5.2 安全防范系统的主要内容

5.5.2.1 防盗报警系统

1、系统的构成

利用物理方法及电子技术，自动探测发生在布防检测区域内的入侵行为，产生报警信号，并辅助提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取的对策。

2、防盗探测器

点型入侵探测器：范围仅是某一特定部位

直线型入侵探测器：范围是一条线束

面型入侵探测器：范围是一个面

空间入侵探测器：范围是某一空间

3、防盗报警器

接收入侵探测器发出的报警信号

4、信号传输

5.6 有线广播

一、有线广播

根据各类公共建筑功能要求、建筑规模大小和标准的高低，有线广播分为服务性、业务性和火灾事故广播系统。

业务性广播系统：以播放语言为主；如办公楼、院校等建筑。商业楼、车站、客运码头及航空港等建筑物，应设业务性广播和服务性广播，以满足广播语言和欣赏音乐的要求。

火灾事故广播系统：在火灾发生时，播放指挥、引导建筑物内人员疏散的广播系统。

服务性广播系统：以播放背景音乐或客房音乐为主，多设于大型公共场所，如星级宾馆、酒店、旅馆等，一般宾馆、酒店、旅馆的服务性广播节目不宜超过五套。

二、扩声系统

1．扩声系统的技术指标

应根据建筑物用途类别、质量标准、服务对象等因素确定。各类厅堂分级及声学特性指标应符合相关标准规定。

根据使用要求，视听场所的扩声系统一般分为

（1）语言扩声系统；

（2）音乐扩声系统；

（3）语言和音乐兼用的扩声系统。如会议厅、报告厅等专用会议场所，应按语言扩声标准设计。

扩声系统的声学要求是

能提供合适响度的声音；

系统频响较宽、频响曲线无过大起伏；

声场分布均匀；

系统噪声低、失真小；

语言清晰度较高；

避免产生回声干扰；

视听尽量一致。

2．扩声系统的组成

（1）观众厅扩声系统。

小型文艺演出和会议合用；小型文艺演出和会议分别设置两个独立系统（即语言和音乐分开扩声）。小型文艺演出系统中常含返送系统。

（2）效果重放系统。

（3）立体混响系统。

（4）对讲联络系统。

（5）同声翻译系统。

（6）节目录制和系统实况转播系统。

（7）供安全用的紧急呼叫系统。

（8）公共区域广播和背景音乐系统。

（9）电影系统。

（10）大屏幕电视系统。

线缆要求

国内规范要求广播线缆必须为阻燃线缆，一般使用ZR-RVVP这类线缆，阻燃带屏蔽。（阻燃屏蔽软电缆）

RVS线缆主要用于消防控制线。

RVS——铜芯导体聚氯乙烯绝缘绞合软线。

公共广播系统的组成

节目源设备、信号处理及放大设备、传输线路、扬声器系统

传输线路：模拟、数字

模拟：多股型铜芯软线缆

数字：超五类以上非屏蔽双绞线、光纤

线型选择

消防广播：耐火型多股型铜芯线缆，如NH RVS-3×2.5

背景广播：阻燃型多股型铜芯线缆，如ZR RVS-3×2.5

敷设方式

干线：敷设于金属线槽内

分支线：金属线槽或JDG钢管

第六章防雷与接地

一、接地与接零

在低压380/220V的配电系统中，变压器的中性点有两种接法：中性点接地、中性点不接地。

中性点接地的低压配电系统中，所有的电气设备都用保护接零作为安全措施，因此这个系统又称为接零系统。

工作接地—中性点接地。

保护接地：在中性点不接地的低压系统中，为了保护人身安全、防止触电，而将电气设备的某部分进行接地。

当电气设备的一相因绝缘损坏而碰壳，此时人体触及带电的外壳时，由于人体电阻与接地装置的电阻并联，而人体电阻又远比接地装置的电阻大，所以流过人体的电流将是极微小的，从而避免了触电的危险。

保护接零：中性点直接接地的低压系统中，电气设备外壳在正常工作情况下不带电的金属部分与零线做良好的金属连接。

漏电→单相短路→单相短路电流ISS→单相短路保护元件动作→迅速切断电源→实现保护。

重复接地：在中性点直接接地的低压三相四线制中，为确保零线的安全可靠，除在电源端进行工作接地外，还须在零线的其他地方进行再次接地，称为重复接地。

中性点接地

中性点不接地

1.工作接地 2.保护接零3.重复接地 4.保护接地

二、接地装置及其一般要求

接地：用金属把电气设备的某一部分与地做良好的连接。

接地体：埋入地中并直接与大地接触的金属导体(也称接地极)。

自然接地体：兼作接地用的直接与大地接触的各种金属构件、钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备等。

⑴ 与大地有可靠连接的建筑物的钢结构、混凝土基础中的钢筋。

⑵ 敷设于地下而数量不少于两根的电缆金属外皮。

⑶ 敷设在地下的金属管道及热力管道。

人工接地体：为了接地埋入地中的接地体。

人工接地体大多采用钢管、角钢、圆钢和扁钢制作。

接地线：连接设备接地部位与接地体的金属导线。

接地装置：接地体和接地线的总和。

各种接地的电阻值要求

工作接地： 4

保护接地：  4

重复接地： 10 

防雷接地：一、二类建筑防直击雷10 ，防感应雷5 ，三类建筑30 

屏蔽接地： <10 

三、等电位连接

1．等电位联结：将建筑物内可导电部分进行相互连接的措施。

为什么要做等电位连接

因为电气设备金属外壳虽然已和PE线作了连接，并通过PE线和接地体连接，但与 PE线相连的金属外壳的电位不一定是地电位，当PE线中出现漏电电流时，尤其是在设备距接地体较远的情况下，由于PE线存在电阻，此时外壳的电位可能会出现足以引起伤害的电位，因此存在电击的危险。当卫生间作了等电位连接后，即使设备外壳的电位远高于地电位，但由于人体可能触及到的金属物体处于相同电位．因此人不会受到电击。

总等电位、辅助等电位和局部等电位联结

（1）总等电位联结(Main Equipotential Bonding，MEB)

总等电位联结是在建筑物电源进线处采取的一种等电位联结措施，它所需联结的导电部分有

进线配电箱的PE母线；

公共设施的金属管道，如上、下水，热力，煤气等管道；

应尽可能包括建筑物金属结构；

如果有人工接地，也包括其接地极引线。

作用：降低建筑物内间接电击的接触电压和不同金属部件间的电位差，并消除自建筑物外经各种金属管道或各种电气线路引入的危险电压的危害。

（2）辅助等电位联结

（3）局部等电位联结(Local Equipotential Bonding，LEB)

当需要在一局部场所范围内作多个辅助等电位联结时，可将多个辅助等电位联结通过一个等电位联结端子板来实现，这种方式叫做局部等电位联结。

通过局部等电位联结端子板将以下部分联结起来

PE母线或PE干线；

公用设施金属管道；

尽可能包括建筑物金属构件；

其他装置外可导电体和装置的外露可导电部分。

四、建筑物防雷

1、雷电的种类

直击雷：带电云层（雷云）与建筑物、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。

感应雷：在雷电闪击时，由于雷电流的变化率大而在雷电流的通道附近就形成了一个很强的感应电磁场，对建筑物内的电子设备造成干扰、破坏，又或者使周围的金属构件产生感应电流，从而产生大量的热而引起火灾。

2、雷电的形成

雷云

下行先导放电：雷云阶梯式放电

上行先导放电：地面物体尖端放电

闪击距离

3、防雷装置

防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置。

接闪器：专门用来接收直接雷击的金属物体。

接闪的金属杆称为避雷针；

接闪的金属线称为避雷线；

接闪的金属带称为避雷带；

接闪的金属网称为避雷网。

避雷带的设置

（a）屋顶突出物加设避雷针

（b）平屋面上设避雷带

（c）女儿墙上设避雷带

引下线：是指连接接闪器和接地装置的金属物体。

镀锌圆钢或扁钢

接地装置：接地体和接地线的总和

接地体就是埋入地中并直接与大地接触的金属导体，接地线就是电气设备、杆塔的接地螺栓与接地体或零线连接用的在正常情况下不载流的金属导体。

基础接地：自然基础接地体、人工基础接地体

避雷器：防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其他建筑内危及被保护设施的绝缘。

SPD-浪涌保护器

4、建筑物的防雷等级

从防雷要求出发，根据建筑物的重要性、使用性质、遭受雷击的可能性和雷云所造成后果的严重性等，可把建筑物分为三类。

依据：《民用建筑电气设计规范》、《建筑物防雷设计规范》

第一类防雷建筑物

建筑物的防雷保护措施

防直击雷的接闪器应采用装设在屋角、屋脊、女儿墙或屋檐上的避雷带，并在屋面上装设不大于5m×5m 或6m×4m的网格。

为了防止雷电波的侵入，进入建筑物的各种线路及金属管道宜采用全线埋地引入，并在入户端将电缆的金属外皮、钢管及金属管道与接地装置连接。

对于高层建筑，应采取等电位措施。

第二类防雷建筑物

建筑物的防雷保护措施

防直击雷宜采用装设在屋角、屋脊、女儿墙或屋脊上的环状避雷带，并在屋面上装设不大于10m×10m或12m×8m的网格。

为了防止雷电波的侵入，对全长低压线路采用埋地电缆或在架空金属线槽内的电缆引入，在入户端将电缆金属外皮、金属线槽接地，并与防雷接地装置相连。

其他防雷措施与一级防雷措施相同。

第三类防雷建筑物

建筑物的防雷保护措施

防直击雷宜在建筑物屋角、屋檐、女儿墙或屋脊上装设避雷带或避雷针，当采用避雷带保护时，应在屋面上装设不大于20m×20m或者24m×16m的网格。对防直击雷装置引下线的要求与一级防雷建筑物的保护措施对防直击雷装置引下线的要求相同。

为了防止雷电波的侵入，应在进线端将电缆的金属外皮、钢管等与电气设备接地相连。若电缆转换为架空线，应在转换处装设避雷器。

智能建筑雷电防护设计方案

（1）电源系统                           电源系统SPD配置图

机房SPD配置图

（2）弱电系统                                  安防监控系统SPD配置图

（3）通信系统                                        通信系统SPD配置图

（4）天馈线系统

由于天馈线系统的卫星天线位于建筑物外部，可能在建筑物避雷针、带保护范围以外，需要增加接闪器作保护，并将天线馈线等外设线路穿金属管屏蔽，外端连接避雷带、天线支架或者引下线，内端连接机房接地汇流排或者建筑物柱内钢筋，并在机房设备进线端安装信号电涌保护器就可将设备的雷击损坏风险降到极低的水平。天馈线两端应加装天馈浪涌保护器。

（5）网络系统                     网络系统SPD配置图