科研建筑功能分區(qū)
科研建筑根據(jù)科研活動(dòng)的性質(zhì)，通常分為科研通用實(shí)驗(yàn)區(qū)、科研專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)區(qū)、科研辦公區(qū)、科研展示區(qū)、科研教學(xué)實(shí)驗(yàn)區(qū)、科研試驗(yàn)區(qū)級(jí)野外科學(xué)觀(guān)測(cè)研究站等。其中科研通用實(shí)驗(yàn)區(qū)是以實(shí)驗(yàn)臺(tái)為主開(kāi)展科研活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)區(qū)，常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備包括通風(fēng)柜、離心機(jī)、加熱板等，科研通用實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)按實(shí)驗(yàn)需要也可能設(shè)有馬弗爐等大型設(shè)備；科研專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)區(qū)有特定的環(huán)境要求，通常設(shè)有電子顯微鏡、高精度天平、譜儀等大型、特殊、精密的實(shí)驗(yàn)裝置；科研試驗(yàn)區(qū)是工業(yè)產(chǎn)品在研制、生產(chǎn)、維修過(guò)程中性能測(cè)試的場(chǎng)所，建筑空間高大，大型用電設(shè)備較多。其中大型專(zhuān)用科研實(shí)驗(yàn)區(qū)，普遍具有研究方向多變，用電負(fù)荷大，水、電、氣、風(fēng)，各種管線(xiàn)、管道種類(lèi)、數(shù)量多的特點(diǎn)。
供配電系統(tǒng)
電源
首先應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體特點(diǎn)，對(duì)城市電網(wǎng)的電能質(zhì)量提出要求。當(dāng)不能滿(mǎn)足時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體條件采取相應(yīng)的電源改善措施。對(duì)于不常使用的大型設(shè)備、非線(xiàn)性負(fù)荷、大單相負(fù)荷，如有條件，宜設(shè)置專(zhuān)用變壓器供電，常規(guī)實(shí)驗(yàn)室負(fù)荷可與其它負(fù)荷共用變壓器。
由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備品類(lèi)繁多、要求各異，變壓器或備用電源進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)了解實(shí)驗(yàn)工藝流程，實(shí)驗(yàn)設(shè)備最大的同時(shí)使用率。對(duì)于中斷供電會(huì)引起人員危險(xiǎn)或重大經(jīng)濟(jì)損失的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、設(shè)備，應(yīng)采取必要的電源保障措施，重點(diǎn)項(xiàng)目應(yīng)組織專(zhuān)題研究、論證，確保電源滿(mǎn)足項(xiàng)目需求。
特殊設(shè)備的配電要求
科研建筑內(nèi)部有各種類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備，供電系統(tǒng)除了維持實(shí)驗(yàn)室特定的環(huán)境用電外，還要滿(mǎn)足現(xiàn)有及未來(lái)增加的各種儀器的特殊用電要求�；�(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的儀器中，馬弗爐、干燥箱、電熱板、電熱蒸餾水器及原子吸收儀的石墨爐、等離子發(fā)射光譜設(shè)備容量較大，應(yīng)盡量采用專(zhuān)線(xiàn)供電。
對(duì)于離心機(jī)、層析冷柜、低溫冰箱等帶壓縮機(jī)的儀器設(shè)備，啟動(dòng)電流往往是工作電流的數(shù)倍，在啟動(dòng)的瞬間會(huì)帶來(lái)該線(xiàn)路的電壓波動(dòng)；而微電子儀器，如微生物電測(cè)試儀、分光光度計(jì)等設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量要求較高，電壓的波動(dòng)會(huì)引起讀數(shù)波動(dòng)、數(shù)據(jù)丟失甚至損壞元件。設(shè)計(jì)時(shí)需將實(shí)驗(yàn)設(shè)備分類(lèi)，微電子儀器與大功率用電設(shè)備分設(shè)供電回路。對(duì)于需要不間斷供電的精密儀器，應(yīng)配置UPS電源。
當(dāng)特別要求供電電壓穩(wěn)定時(shí)，需裝置穩(wěn)壓器。當(dāng)一般穩(wěn)壓穩(wěn)頻設(shè)備仍滿(mǎn)足不了設(shè)備要求時(shí)，應(yīng)配置交流不間斷電源系統(tǒng)供電。小容量的直流電源可由蓄電池組、整流器等設(shè)備供電。直流用電量大時(shí)，要設(shè)置直流發(fā)電機(jī)組或大容量可控硅整流器等設(shè)備供電。
電氣設(shè)備的選擇
科研通用實(shí)驗(yàn)區(qū)、科研專(zhuān)用試驗(yàn)區(qū)，特別是石油、化工類(lèi)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要，會(huì)在建筑內(nèi)使用或臨時(shí)貯存易燃易爆氣體。根據(jù)爆炸性氣體混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間，存在爆炸可能性的爆炸性氣體環(huán)境劃分為0區(qū)、1區(qū)及2區(qū)；爆炸性粉塵環(huán)境分為20區(qū)、21區(qū)及22區(qū)，并對(duì)不同分區(qū)中設(shè)置的電氣設(shè)備保護(hù)級(jí)別（EPL）作出了規(guī)定（如表1所示）。
燈具的選擇
a．潮濕、有腐蝕性氣體和蒸汽、火災(zāi)危險(xiǎn)和爆炸危險(xiǎn)等場(chǎng)所，應(yīng)選用具有相應(yīng)防護(hù)性能的燈具。
b．由于普通燈具存在產(chǎn)生危險(xiǎn)溫度、電弧和火花的環(huán)節(jié)，故設(shè)置于爆炸性危險(xiǎn)的場(chǎng)所，應(yīng)按照GB 3836.1 - 2010《爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備通用要求》、GB 3836.3 - 2010《爆炸性環(huán)境 第3部分：由增安型“e”保護(hù)的設(shè)備》相關(guān)要求選擇燈具。
c．磁干擾要求嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室，不應(yīng)采用氣體放電燈。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選擇
與對(duì)燈具及光源要求類(lèi)似，對(duì)于安裝于爆炸或危險(xiǎn)環(huán)境中的各種電動(dòng)機(jī)的要求從本質(zhì)上來(lái)看，也是重點(diǎn)關(guān)注消除或控制設(shè)備線(xiàn)路產(chǎn)生火花、電弧或溫升的措施。以鼠籠電動(dòng)機(jī)為例，除對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品本身的要求（包括外殼防護(hù)等級(jí)、間隙和材料方面的要求、導(dǎo)條和端環(huán)是否壓鑄為一體等），還應(yīng)注意選擇適當(dāng)?shù)臒徇^(guò)載保護(hù)裝置，防止電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不允許的溫度。如選擇鼠籠轉(zhuǎn)子電機(jī)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
a．應(yīng)確定tE時(shí)間和啟動(dòng)電流比IA / IN，并在電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)明，以便選擇適當(dāng)?shù)臒徇^(guò)載保護(hù)裝置，防止電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不允許的溫度。
tE —— 交流繞組在最高環(huán)境溫度下達(dá)到額定運(yùn)行穩(wěn)定溫度后，從開(kāi)始通過(guò)最初啟動(dòng)電流IA時(shí)計(jì)起直至上升到極限溫度所需的時(shí)間。
IA —— 交流電動(dòng)機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)或交流電磁鐵銜鐵處于最大空氣間隙位置狀態(tài)，從供電線(xiàn)路輸入額定電壓和額定頻率時(shí)的最大電流有效值。
IN —— 額定電流。
b．tE時(shí)間應(yīng)不小于當(dāng)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)熱過(guò)載保護(hù)裝置能夠切斷電動(dòng)機(jī)電源所需的時(shí)間。
c．tE時(shí)間不允許小于5 s，啟動(dòng)電流比IA / IN不允許大于10。
d．為確保繞組不超過(guò)極限溫度，須加裝反時(shí)限延時(shí)過(guò)載保護(hù)裝置（例如，帶有熱過(guò)載繼電器的電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)），此裝置不僅能夠監(jiān)視電動(dòng)機(jī)電流，而且能當(dāng)電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)在tE時(shí)間內(nèi)斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)的電源。保護(hù)裝置應(yīng)給出表示繼電器過(guò)載延時(shí)與啟動(dòng)電流關(guān)系的電流 — 時(shí)間特性曲線(xiàn)。特性曲線(xiàn)應(yīng)表示出從環(huán)境溫度為20 ℃ 時(shí)的冷態(tài)開(kāi)始測(cè)量的和啟動(dòng)電流比至少為3 ~ 8范圍內(nèi)的延時(shí)時(shí)間。保護(hù)裝置的脫扣時(shí)間誤差范圍應(yīng)不大于±20 %。
e．一般情況下，連續(xù)運(yùn)行工作狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，包括容易啟動(dòng)和不頻繁啟動(dòng)不會(huì)出現(xiàn)明顯的附加溫升，允許采用反時(shí)限延時(shí)過(guò)載保護(hù)裝置。對(duì)于啟動(dòng)困難或啟動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)，則必須采用合適的保護(hù)裝置，以保證不超過(guò)允許的最高溫度。
實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備布置與管線(xiàn)敷設(shè)
a．由于各種管線(xiàn)管路繁多，設(shè)計(jì)時(shí)需與其他專(zhuān)業(yè)做好協(xié)調(diào)工作，最好于設(shè)計(jì)前期制定敷設(shè)原則，盡量避免管線(xiàn)交叉。由于實(shí)驗(yàn)方向的多變，電氣干線(xiàn)橋架路由中如設(shè)置吊頂，建議選用方便拆卸的吊頂形式，盡量慎用石膏板，減少大范圍拆改。
某工程實(shí)驗(yàn)室綜合管線(xiàn)排布如圖1所示。
b．在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)有兩種及以上不同電壓或頻率的電源供電時(shí)，宜分別設(shè)置配電保護(hù)裝置并有明顯區(qū)分或標(biāo)識(shí)。當(dāng)同一配電保護(hù)裝置供電時(shí)，應(yīng)有良好的隔離措施。不同電壓或頻率的線(xiàn)路應(yīng)分別單獨(dú)敷設(shè)。同一設(shè)備或?qū)嶒?yàn)流水線(xiàn)設(shè)備的電力線(xiàn)路和無(wú)干擾要求的控制回路允許同管敷設(shè)。
c．化學(xué)試驗(yàn)室因有腐蝕性氣體，由于銅的耐腐蝕性高于鋁，配電導(dǎo)體宜采用銅芯。
d．科研通用實(shí)（試）驗(yàn)區(qū)內(nèi)的凈高要求如表2所示。
e．根據(jù)使用方提供的具體用電需求，自配電箱引出管線(xiàn)至末端用電設(shè)備，或根據(jù)需要，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上預(yù)留配電箱，配電箱至末端面板段管線(xiàn)結(jié)合實(shí)驗(yàn)臺(tái)敷設(shè)�？蒲型ㄓ脤�(shí)驗(yàn)區(qū)不宜設(shè)吊頂。自配電箱引出的管線(xiàn)，無(wú)論是直接引至末端設(shè)備，還是引至配電箱，包括弱電管線(xiàn)，均自天花或頂板沿功能柱（濕柱）引下，如圖2所示。
f．實(shí)驗(yàn)臺(tái)及濕柱上常見(jiàn)的供電插座面板包括：10 A / 250 V、16 A / 250 V、32 A / 250 V、16 A / 380 V插座。除此之外根據(jù)實(shí)驗(yàn)室具體需求，配置數(shù)據(jù)插座及工藝氣體等面板，面板可分別設(shè)置，也可采用成品集成面板（如圖3所示）。
g．如實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)有大型落地設(shè)備，則可采取吊頂式功能柱的形式配電，配電箱固定于吊頂式功能柱上（如圖4所示）。
防雷與接地
防雷
排放爆炸危險(xiǎn)氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸閥、排風(fēng)管等的管口外的下列空間應(yīng)處于接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)：
a．當(dāng)有管帽時(shí)應(yīng)按表3的規(guī)定確定。
b．當(dāng)無(wú)管帽時(shí)，應(yīng)為管口上方半徑5 m的半球體。
c．接閃器與雷閃的接觸點(diǎn)應(yīng)設(shè)在本款第1項(xiàng)或第2項(xiàng)所規(guī)定的空間之外。
d．排放爆炸危險(xiǎn)氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸閥、排風(fēng)管等，當(dāng)其排放物達(dá)不到爆炸濃度、長(zhǎng)期點(diǎn)火燃燒、一排放就點(diǎn)火燃燒，以及發(fā)生事故時(shí)排放物才達(dá)到爆炸濃度的通風(fēng)管、安全閥，接閃器的保護(hù)范圍應(yīng)保護(hù)到管帽，無(wú)管帽時(shí)應(yīng)保護(hù)到管口。
接地
接地分為保護(hù)性接地與功能性接地。保護(hù)性接地包括防電擊接地、防雷接地、防靜電接地、防電蝕接地。功能性接地包括工作接地、邏輯接地、屏蔽接地、信號(hào)接地，其中邏輯接地與信號(hào)接地是為了電子設(shè)備提供參考電位、保證信號(hào)具有穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位而設(shè)置的接地。實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)工作接地?zé)o特殊工藝要求，各種接地宜共用一組接地裝置，即利用建筑物基礎(chǔ)底板鋼筋作為接地體，綜合接地電阻需滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室接地電阻的阻值要求。接地干線(xiàn)應(yīng)在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域不同方向不少于兩處與接地體連接。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室工藝要求需要設(shè)置獨(dú)立接地裝置時(shí)，除接地電阻滿(mǎn)足使用所要求的阻值要求外，還需注意以下一些問(wèn)題：
a．室外單獨(dú)接地體的選址應(yīng)結(jié)合場(chǎng)地條件，綜合考慮場(chǎng)地內(nèi)小市政管線(xiàn)排布、建筑與用地紅線(xiàn)間的間距、功能性接地系統(tǒng)的接地體與防雷接地系統(tǒng)接地體間的間距等多方因素。
b．建設(shè)場(chǎng)址所在區(qū)域的土壤條件，當(dāng)土壤電阻率高時(shí)，可采取局部換土措施；當(dāng)建設(shè)場(chǎng)地處于腐蝕、鹽霧環(huán)境時(shí)，在選擇接地導(dǎo)體的材料與規(guī)格時(shí)應(yīng)考慮環(huán)境的影響。
c．工藝要求單獨(dú)接地的設(shè)備組數(shù)多、阻值要求低，且上述場(chǎng)地條件不利時(shí)，應(yīng)與建設(shè)方及時(shí)溝通應(yīng)對(duì)措施，并在投資中予以重視。
等電位聯(lián)結(jié)
a．實(shí)驗(yàn)室保護(hù)接地應(yīng)采用等電位聯(lián)結(jié)措施，并應(yīng)根據(jù)需要采用防靜電措施。
b．實(shí)驗(yàn)室內(nèi)工作接地與接地裝置，當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備頻率為30 kHz以下模擬線(xiàn)路時(shí)，宜采用單點(diǎn)式（S形）接地連接；當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備頻率為MHz級(jí)數(shù)字線(xiàn)路時(shí)，宜采用多點(diǎn)式（M形）接地。
c．有防靜電要求的管道，法蘭連接處采用導(dǎo)體跨接，其跨接電阻不大于0.03 Ω。
通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)
由于實(shí)驗(yàn)室在科研建筑中的占比大，對(duì)管理操作人員的素質(zhì)要求更專(zhuān)業(yè)，實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)通常結(jié)合實(shí)驗(yàn)室可燃?xì)怏w及惰性氣體偵測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置單獨(dú)的控制管理系統(tǒng)，并具備接入建筑物建筑設(shè)備管理系統(tǒng)的接口。實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)控制系統(tǒng)分為定風(fēng)量系統(tǒng)（CAV）與變風(fēng)量系統(tǒng)（VAV）。其中實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量系統(tǒng)從系統(tǒng)構(gòu)成、控制原理、控制模式均有別于常規(guī)民用建筑。
實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量控制系統(tǒng)的組成
實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量系統(tǒng)由末端變風(fēng)量閥執(zhí)行器、門(mén)高傳感器、通風(fēng)柜操作面板、傳輸線(xiàn)路、集成器、網(wǎng)關(guān)、管理主機(jī)組成。監(jiān)控的主要內(nèi)容包括監(jiān)測(cè)通過(guò)變風(fēng)量閥的風(fēng)量、通風(fēng)柜柜門(mén)的高度、通風(fēng)柜的面風(fēng)速等，控制實(shí)驗(yàn)室的送排風(fēng)量。
實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量系統(tǒng)的控制
a．控制原理：每個(gè)變風(fēng)量閥自帶控制器，送風(fēng)閥上的控制器實(shí)時(shí)計(jì)算房間內(nèi)所有變風(fēng)量排風(fēng)柜及排氣罩等變排風(fēng)設(shè)施的排風(fēng)量總和，調(diào)節(jié)房間補(bǔ)入新風(fēng)量，使排風(fēng)量與補(bǔ)入新風(fēng)量的差值恒定，各閥門(mén)的參數(shù)通過(guò)路由器接至上位機(jī)。當(dāng)通風(fēng)柜柜門(mén)位置發(fā)生改變時(shí)，與通風(fēng)柜配套的排風(fēng)閥會(huì)同時(shí)動(dòng)作調(diào)節(jié)通風(fēng)柜排風(fēng)量以保證通風(fēng)柜面風(fēng)速恒定。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的送風(fēng)閥與排風(fēng)閥按余風(fēng)量控制模式同步動(dòng)作，始終保持實(shí)驗(yàn)室呈穩(wěn)定的正 / 負(fù)壓狀態(tài)。
b．緊急變風(fēng)量控制模式：當(dāng)按下實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的緊急排風(fēng)按鈕，或有氣體偵測(cè)系統(tǒng)發(fā)出事故報(bào)警時(shí)，管理站可以遠(yuǎn)程將變風(fēng)量閥置于最大排風(fēng)量狀態(tài)，并打開(kāi)室內(nèi)的事故排風(fēng)閥以滿(mǎn)足事故排風(fēng)要求。
c．變風(fēng)量控制系統(tǒng)要求支持BACnet / IP通信協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)上傳至管理站進(jìn)行統(tǒng)一檢測(cè)管理；每個(gè)變風(fēng)量閥的自帶控制器均具備檢測(cè)風(fēng)量功能。
變風(fēng)量系統(tǒng)控制原理如圖5所示。
火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)
在化工類(lèi)科研建筑中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要會(huì)使用、貯存易燃易爆氣體（氫氣、乙炔），助燃?xì)怏w（氧氣）。為了杜絕火災(zāi)隱患，選擇火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器時(shí)應(yīng)注意與所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)環(huán)境相適應(yīng)（如表4所示）。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵、水霧、有機(jī)物質(zhì)都可能成為探測(cè)的干擾項(xiàng)，如單一型火災(zāi)探測(cè)器不能有效探測(cè)火災(zāi)，可采用多種火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行復(fù)合探測(cè)。使用產(chǎn)生易燃易爆物質(zhì)的房間，應(yīng)根據(jù)可燃?xì)怏w的類(lèi)型，設(shè)置相應(yīng)的可燃?xì)怏w探測(cè)器。
由于化工類(lèi)科研建筑的特殊性，其電氣設(shè)計(jì)，無(wú)論從電源保障、設(shè)備選擇、線(xiàn)纜敷設(shè)、防雷接地、控制系統(tǒng)等均有別于常規(guī)民用建筑。設(shè)計(jì)過(guò)程需要與使用方緊密配合，了解實(shí)驗(yàn)需求及流程，科學(xué)合理地開(kāi)展工作。實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)方向往往是多變不定的，供配電系統(tǒng)應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)膫溆萌萘颗c擴(kuò)展條件，通用實(shí)驗(yàn)區(qū)的實(shí)驗(yàn)室盡量做到模塊化，以適應(yīng)不同實(shí)驗(yàn)發(fā)展方向的可能。
