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[图文]高层建筑分体式空调室外机的雷电防护           ★★★
高层建筑分体式空调室外机的雷电防护
作者:佚名 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2011-4-7 11:23:01

 摘 要 文章首先提出了高层建筑分体式空调容易遭受雷击的问题,然后从建筑物自身的特点出发,依据其防雷设计原则,对高层建筑分体式空调避免雷击的方法进行了分析与探讨,并提供了两种有效的解决方案。

    关键词 高层建筑 分体式空调 雷电 防雷设计 

    随着我国经济的飞速发展,高层住宅逐步进入到了人们的生活。分体式空调机由于具有独特的优点,在家用空调机中仍占有较大比例,因此,在一般的高层住宅中,往往安装分体式空调。对于高层建筑的防雷,中华人民共和国《建筑物防雷设计规范》GB50057-94规定:“一类防雷建筑30m以上,二类防雷建筑45m以上,三类防雷建筑60m以上,要做好防侧击雷保护,外墙上所有金属物均与避雷带可靠连接,避雷带再与引下线可靠连接”。对于防侧击雷,在中华人民共和国推荐性行业标准《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92第12.3.10条和12.4.8条中也做出了类似要求。“安
装于高层建筑物外墙上的空调外挂机作为金属物按规范要求必须与建筑物的防雷装置连接,若不采取相应措施将会给用户带来潜在危险”。为了保证用户的使用安全,空调外挂机的防雷问题就不可避免地被提了出来。

    1 雷电对空调的危害

    雷电的产生主要是云层间或云和大地之间以及云和空气间的电位差达到一定程度(2.5×103-3.5×103V/cm)时,所发生的猛烈放电现象。雷击通常有二种形式:直击雷、感应雷。

    1.1 直击雷对空调的危害

    雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上,由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用,可直接摧毁建筑物、构架以及引起人员伤亡。当建筑物高度超过滚球半径的高度时,建筑物的侧面易遭受雷电侧击,因此高层建筑物应采取措施防侧击雷。通常所说的滚球法是基于以下的雷闪模型(电气—几何模型):hr=2I+30(1-e-I/6.8)或简化为:hr=10I0.65。

    式中:

    hr——滚球半径;

    I——与hr相对应的得到保护的最小雷电流幅值;按照《建筑物防雷设计规范》GB50057-94的规定可得出以下的数值,如表1所示。

    当建筑物外墙上空调外挂机等金属物所处的高度超过滚球半径的高度时,该金属物就易遭受雷电侧击(见图1),因此,空调外挂机必须与防雷装置可靠连接。否则,当雷电流超过接闪器所保护的最小雷电流幅值时,就易将空调击穿,同时雷电流还会沿着电源线传输,造成屋内其它电子设备的破坏(见图2)。

    1.2 感应雷对空调的危害

    雷云之间或雷云对地之间的放电会在附近的架空线路、金属物或类似的传导体上产生感应电压,该电压再通过传导体传送至设备,间接摧毁微电子设备。当建筑物防雷装置接受雷闪时,以kA/μs级的高频雷电流流过防雷装置,使接闪器和引下线的电位很高,同时,在其附近的空调支架及线路上将感应静电过电压(见图3),其值可按下式计算:

    Ui=M(di/dt)

    式中:

    Ui——线路上的感应电压;

    M——与引下线之间的互感系数。由于雷电流变化梯度可达50kA/μs,放电电流可达300~400kA,此时会产生强大的交变磁场,在空调感应环路中产生的感应电压Ui将远远超过空调的安全承受电压将其击穿,造成致命的破坏。

 

2 高层建筑物的防雷设计原则

    高层建筑物的防雷设计是一项系统工程。防雷保护措施应作为建筑物的原始设计和施工过程中的一个环节,在已竣工的建筑物上再添补防雷措施肯定要多花一笔原可节省的费用,因此,从建筑物的前期准备阶段就要重视防雷设计工作。这不只是电气专业的事,它还涉及到电子设备的位置和管线的布置等问题。各个专业应充分协商,从整体上解决防雷设计中的问题。否则,建筑物设计得再好,也无法正常使用。通常建筑物采用的防雷措施有:接闪器、引下线、接地网和避雷器。

    建筑物的防雷设计要从整体出发,充分利用建筑物中的已有结构(见图4)。接闪器除满足功能要求外还要注意与建筑物的美学相统一,且必须与钢筋混凝土柱及剪力墙中的钢筋互相连接。将建筑物内每层的地板、顶板、墙面、梁、柱内的钢筋焊接成一个整体,使其构成一个六面体的网笼,即笼式避雷网,从而实现对建筑物内电子设备的屏蔽。由于结构构造的不同,墙内和楼板内的钢筋有疏有密,钢筋密度不够时,则应按不同需要增加网格的密度,满足建筑物的防雷要求。

    建筑物防雷设计规范(GB50057-94)第3.2.4条中规定:高层建筑物从30m起每隔不大于6m,沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连;水平避雷带的作用是减小引下线的电感电压降,这不仅可以分流,而且还可以降低反击电压。高层建筑物30m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物为防侧雷击,往往多采用预埋钢件,在施工中将预埋钢件与附近的柱筋引下线相焊连,待安装金属物时再由金属与预埋钢件至少焊接2~3处,或利用金属物自带螺丝与预埋件连接。在基础施工中将人工接地体埋入土壤中或利用桩基与大地相连形成接地网,确保将雷电流安全的导入大地。

    通过以上措施,能有效地使建筑物整体贯通,免遭雷击破坏,而且还能起到保护人身安全的作用。

    3 高层分体式空调室外机的防雷解决方案

    3.1 已安装空调外挂机的防雷解决方案

    笔者通过观察目前高层建筑分体式空调机的使用情况后,发现存在着绝大多数建筑物外墙上的空调外挂机金属外壳及其金属支架均未与建筑物的防雷装置连接的问题,即安装使用的外挂空调机未采取中华人民共和国强制性国家标准《建筑物防雷设计规范》GB5057-94中要求的防侧击雷措施。造成上述问题的主要原因是分体式空调机的安装均是在建筑物交工验收后住户或房间使用者自行找生产厂或销售商安装的,其位置、外形、尺寸均由使用者自己选定,并不是由建筑工程专业的设计人员设计。因此,造成了很多设计人员在建筑图设计阶段未设计此部分内容,同时也造成建筑专业设计人员未在建筑物外墙上设置供空调外挂机金属外壳及其金属固定支架防侧击雷的连接预埋点。

    对已安装但未作防雷措施的空调外挂机,可采取以下补救措施。从屋顶避雷带引出4×25mm镀锌扁钢,采用搭接焊连接将其垂直敷设至距地30m处,扁钢经调直后,垂直引下,用钢胀管每隔15m固定在外墙上,而后再在镀锌扁钢上开孔,引出10mm2 PE线与空调支架的地脚螺栓相连,用以防护直击和侧击雷。

    这种做法的缺点是:对开发商来讲,增加了一笔不必要的开支;对建筑设计人员来讲,由于增加了引下线的设计,破坏了建筑物原有的立面效果;对防雷装置的安装人员来讲,一方面由于搬运钢件和焊接固定基本是高空作业,施工危险性大,另一方面镀锌扁钢在使用一段时间后容易发生锈蚀,对裸露的镀锌扁钢要进行定期刷涂油漆等防腐措施,维护工作量也很大。因此,在建筑物的前期准备阶段,就要做好工程的防雷设计工作。

    3.2 设计阶段解决空调外挂机的防雷问题

    建议在有此要求的高层建筑物中,相关人员相互协调,在设计、施工阶段就解决该问题。现代建筑都十分讲究美学,高层建筑因其高度的原因在这方面的要求就更高了。高层住户如果都自行安装空调,就会造成位置不统一、相对高度不一致等问题,对建筑物立面效果造成很大的影响。设计中应由暖通专业设计人员事先确定好空调的安装位置,再统一设计好空调安置装置。现在的一般做法是在确定好的空调安装位置处设计一个悬挑空调板。因建筑物高度的原因,为确保安全,空调板一般均须作翻檐或护栏。在空调板上预埋已作防腐处理的4×25mm镀锌扁钢。扁钢的一端与主体内均压环或钢筋引下线焊连,最小焊接长度为100mm,以保证扁钢与作为引下线的钢筋有充分的接触截面。扁钢的另一端外伸100mm,引出10mm2 PE线与空调室外机相连。为了保证电流充分导入大地,在设空调板的位置从建筑物的最顶部到最低部至少保证有一根上下贯通的钢筋,钢筋之间的连接采用焊接,焊接长度100mm,具体做法如图5所示。

    采取这种措施的优点为:对开发商来讲,由于整个防雷系统基本利用的是建筑物自身的钢筋,从而大大减少了防雷系统的工程投资;对建筑设计人员来讲,因避免了立面上防雷线路的外装从而保持了建筑物整体立面效果的美观性;对防雷装置的安装人员来讲,避免了高空作业的危险,杜绝了事故的发生,防雷工程的施工与土建同步,操作简单易行,施工工期大大减少。 

    4 结束语

    现在,高层建筑防雷设计已远远超出传统的概念和范畴,是一项系统工程,如果忽视了任何一个细小的环节,都会为以后建筑物的安全使用造成隐患。因此,各相关人员应及时沟通、协商,全面考虑各方面的因素,使防雷工程做到安全可靠、技术先进、经济合理。&

    参考文献

    1 《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

    2 李文恩.李富寿.《雷电》 水利电力出版社.1983;P93-110

    3 王时煦.《建筑物防雷设计》 中国建筑工业出版社. 1985;P55-68

    4 郭仲礼.《低压电工实用技术》 机械工业出版社.1998;P501-503

 

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