盧堉洵, 邱克偉, 陳 永

(1.潮州市突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東潮州521000;2.潮州市氣象公共安全技術(shù)支持中心，廣東潮州521000;3.饒平縣氣象局，廣東饒平515700)

0 引言

雷電具有的破壞作用是綜合性的，主要是通過(guò)沖擊波、熱力、電子感應(yīng)等作用對(duì)建筑物進(jìn)行破壞[1].雷電放電作用形成的瞬時(shí)高壓能夠達(dá)到上千伏甚至百萬(wàn)伏，使電氣、機(jī)械設(shè)備遭受損壞，也可導(dǎo)致人畜死亡[2].雷電產(chǎn)生的電磁輻射、靜電場(chǎng)磁場(chǎng)的變化都會(huì)使建筑物及其設(shè)備遭受嚴(yán)重的損壞，還可能導(dǎo)致火災(zāi)[3].據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有22個(gè)省(直轄市)年均雷暴日超過(guò)了50 d，個(gè)別省市甚至達(dá)到了180 d，許多重大雷擊事故屢見(jiàn)不鮮，雷電已成為現(xiàn)代建筑的公害之一[4].隨著電子精密儀器在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越多，雷電災(zāi)害導(dǎo)致的損失也在逐年上升，建筑防雷技術(shù)的改進(jìn)已成為當(dāng)前的熱點(diǎn)話題.本次研究以廣東省潮州市為研究區(qū)域，該地區(qū)屬于沿海地區(qū)，土地具有明顯的鹽堿性，土壤電阻率約為10～1100 Ω·m，對(duì)接地體具有高腐蝕性.鑒于雷電的巨大破壞作用，以廣東省潮州市中心醫(yī)院外科樓為例，旨在探討基于區(qū)域氣象特點(diǎn)的建筑防雷設(shè)計(jì).

1 外科樓防雷等級(jí)分類及系統(tǒng)雷電防護(hù)等級(jí)分析

廣東省潮洲市中心醫(yī)院外科樓建筑框架結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，大樓共11層，整體設(shè)計(jì)應(yīng)用了現(xiàn)代化設(shè)計(jì)模式，具有較高的系統(tǒng)集成化、智能化功能，整個(gè)建筑安裝的設(shè)備精度高，且系統(tǒng)功能齊全.該外科樓位于市中心區(qū)，接診量很大，而且大樓內(nèi)部有各類大型儀器和精密設(shè)備，如果雷電防護(hù)不到位，將對(duì)人員和醫(yī)院財(cái)產(chǎn)的安全構(gòu)成重大威脅，因此要對(duì)大樓進(jìn)行全方位的雷電防護(hù)，特別是對(duì)大型儀器設(shè)備間要重點(diǎn)防護(hù).

1.1 外科樓防雷等級(jí)分類

對(duì)大樓防雷等級(jí)進(jìn)行分類劃分，先要根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A中對(duì)建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)的說(shuō)明，對(duì)外科樓年雷擊次數(shù)和密度進(jìn)行估算[5].根據(jù)中國(guó)氣象局氣象記錄資料統(tǒng)計(jì)的近30年整編資料，潮州市近30年(1981～2010年)年平均雷暴日為62.6 d.則該地區(qū)近幾年的雷暴日數(shù)平均為Td=62.6 d/a，平均雷擊密度的計(jì)算公式如下：

Ng=0.1×Td

(1)

根據(jù)規(guī)范中附錄A的說(shuō)明，首先要計(jì)算外科樓接收雷擊次數(shù)的等效面積.

如圖1所示.其中L、W、H分別為大樓的長(zhǎng)、寬、高，與建筑物接收相同雷擊次數(shù)的等效面積應(yīng)為其實(shí)際平面面積向外擴(kuò)大后的面積.當(dāng)建筑物的高度小于 100 m時(shí)，其每邊的擴(kuò)大寬度D的計(jì)算公式如(2)所示：

(2)

建筑物的等效面積公式如(3)所示：

(3)

那么，該建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)如公式(4)所示.

N=k·Ng·Ae

(4)

其中，k表示校正系數(shù)，通常為1.根據(jù)式(1)～(4)，計(jì)算得出該建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)約為0.91次/a.由《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，該建筑年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)不少于0.25次/a，所以該大樓為二級(jí)防雷建筑.從防雷分類的相關(guān)規(guī)定來(lái)看，外科樓屬于部門較多且人員密集的場(chǎng)所，所以該大樓應(yīng)依照第二類防雷建筑要求進(jìn)行建筑防雷設(shè)計(jì)[6].

1.2 外科樓電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級(jí)分析

中心醫(yī)院外科樓集聚了各個(gè)部門科室的工作人員，并放置了較多的貴重醫(yī)療配套設(shè)備，就診人員密集程度較高.根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》[7]中建筑物電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級(jí)劃分，該大樓的電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級(jí)確定為B級(jí)，因此本文中將根據(jù)B級(jí)要求設(shè)計(jì)建筑防雷系統(tǒng).

2 雷電防護(hù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

在進(jìn)行建筑防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，需要先充分了解建筑物的內(nèi)部設(shè)備、建筑用途及功能.雷電防護(hù)系統(tǒng)(LPS)設(shè)計(jì)涉及到多個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)問(wèn)題，只有解決這些問(wèn)題，才能設(shè)計(jì)出防護(hù)水平高、成本低的系統(tǒng).外科樓雷電防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖2(見(jiàn) 78頁(yè))所示.

本研究主要依據(jù)建筑防雷的思想和原理，根據(jù)外科樓防雷等級(jí)分類及系統(tǒng)雷電防護(hù)等級(jí)提出了雷電防護(hù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，如圖3(見(jiàn) 78頁(yè))所示.

外科樓安裝雷電防護(hù)系統(tǒng)的主要目的是在建筑受到雷擊且尚未形成雷電災(zāi)害以前，在雷擊點(diǎn)將側(cè)擊雷和直擊雷迅速泄放到大地中.在設(shè)計(jì)方案的外部防雷措施中，對(duì)接閃器和引下線的選擇尤為重要[8].其中，在接閃器的構(gòu)成中，采用了樓頂屋面和女兒墻來(lái)設(shè)置避雷網(wǎng)，其材料選擇了鍍鋅圓鋼，直徑Φ≥8 mm；引下線主要作為接閃器的延伸線，形成了多條電流通路并聯(lián)向大地泄流，引下線選用的材料應(yīng)保證其在雷電作用下不受損壞，且具有抗腐蝕性[9].

在雷電防護(hù)系統(tǒng)中，應(yīng)防止雷電在通過(guò)各導(dǎo)電部件時(shí)，造成導(dǎo)電部件產(chǎn)生火花而發(fā)生火災(zāi)等風(fēng)險(xiǎn)[10].為了防止高電位危險(xiǎn)的發(fā)生，不僅要對(duì)大樓進(jìn)行等電位連接，還要對(duì)導(dǎo)電部件進(jìn)行電氣絕緣操作.其中，等電位連接操作主要是采用可導(dǎo)電材料連接導(dǎo)電物體與電氣設(shè)備裝置，降低設(shè)備與雷電流之間的電位差，起到限制瞬態(tài)過(guò)電壓作用，雷電防護(hù)系統(tǒng)等電位連接如圖4所示；電氣絕緣主要是通過(guò)在引下線、接閃器和弱電設(shè)備、電氣設(shè)備、金屬之間設(shè)置物理絕緣間隔距離來(lái)實(shí)現(xiàn).

外科樓雷電電磁脈沖防護(hù)主要應(yīng)用屏蔽措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)線路屏蔽及結(jié)構(gòu)屏蔽等措施實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的保護(hù)，以達(dá)到雷電電磁脈沖效應(yīng)的危害最小化[11].

3 結(jié)語(yǔ)

由于本研究區(qū)域中規(guī)模較大的醫(yī)院大樓均為10～20層的高度，所處地區(qū)氣象特點(diǎn)和土壤也都大同小異，因此關(guān)于廣東省潮州市中心醫(yī)院外科樓的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)方案適合本地區(qū)各大醫(yī)院大樓.目前，一些機(jī)構(gòu)的設(shè)備大樓已經(jīng)采用了該雷電防護(hù)系統(tǒng)，在雷雨季節(jié)后對(duì)這些大樓進(jìn)行調(diào)查和觀察發(fā)現(xiàn)，大樓內(nèi)設(shè)備、建筑物樓體各方面均完好，該設(shè)計(jì)方案值得推廣.本文在設(shè)計(jì)醫(yī)院外科樓防雷系統(tǒng)方案時(shí)，主要考慮的是對(duì)大樓電氣設(shè)備進(jìn)行全面防護(hù)，在對(duì)重點(diǎn)和次要部位的防護(hù)區(qū)分、經(jīng)濟(jì)性等方面仍需進(jìn)一步研究.