新舊《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》防雷類別劃分標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別

馬金福 魯山鷹 汝洪博

(1．湖州市氣象局，浙江 湖州313000;2．浙江省氣象局，浙江 杭州310002)

0 引言

為使建筑物因地制宜的采取恰當(dāng)?shù)姆览状胧督ㄖ锓览自O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：建筑物應(yīng)根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為3類［1］。其中處于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境以及重要的建筑物主要是依據(jù)其使用性質(zhì)和重要性劃分，對(duì)于一些難以確定的建筑物則根據(jù)其預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行劃分?！督ㄖ锓览自O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50057-2010(以下簡(jiǎn)稱新規(guī)范)在防雷分類方面做了較多修改，為使防雷技術(shù)人員更加全面的掌握這部分內(nèi)容，明確與《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50057-94(2000年版)(以下簡(jiǎn)稱舊規(guī)范)的區(qū)別，本文就此作深入的分析。

1 關(guān)于“爆炸危險(xiǎn)環(huán)境”的分類

1．1 “爆炸危險(xiǎn)環(huán)境”的分區(qū)

爆炸危險(xiǎn)環(huán)境分為爆炸性氣體環(huán)境、爆炸性粉塵環(huán)境［2］。新規(guī)范中關(guān)于爆炸性氣體混合物環(huán)境區(qū)域的劃分沿用舊規(guī)范所采用的《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058-92的危險(xiǎn)區(qū)域劃分方法;爆炸性粉塵環(huán)境區(qū)域的劃分和代號(hào)采用GB 24763-2007/IEC61241-10：2004《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備第3部分：存在或可能存在可燃性粉塵的場(chǎng)所分類》［3］。新舊規(guī)范所采用的危險(xiǎn)環(huán)境的分區(qū)方法如表1所示。

從表1可以看出，新舊規(guī)范對(duì)于爆炸性氣體環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域的分區(qū)方法是相同的，仍分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū);對(duì)于爆炸性粉塵環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域的劃分有變化，舊規(guī)范將其劃分為10區(qū)和11區(qū)，而新規(guī)范劃分為20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)，20區(qū)、21區(qū)分別與舊規(guī)范的10區(qū)、11區(qū)對(duì)應(yīng)，并增加了22區(qū)。

1．2 “爆炸危險(xiǎn)環(huán)境”的分類

新舊規(guī)范防雷分類涉及爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的規(guī)定，如表2所示。

綜合表1和表2的內(nèi)容可知，新舊規(guī)范對(duì)于爆炸性氣體環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域的防雷分類標(biāo)準(zhǔn)是相同的，新規(guī)范提高了可燃性粉塵環(huán)境的防雷要求。修訂后，爆炸性氣體環(huán)境與爆炸性粉塵環(huán)境的3個(gè)區(qū)域分別對(duì)應(yīng)，且在防雷分類上的重要性是等同的。

表1 關(guān)于爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境表述對(duì)比［2-3］

表2 防雷分類涉及爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的條文對(duì)比

2 關(guān)于“火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所”分類

舊規(guī)范單獨(dú)規(guī)定了火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境的防雷分類，將“根據(jù)雷擊后對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響及產(chǎn)生的后果，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀蟆⒌匦?、地質(zhì)及周圍環(huán)境等因素，確定需要防雷的21區(qū)、22區(qū)、23區(qū)火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境”劃分為第三類防雷建筑物;而新規(guī)范中取消了火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境的分區(qū)，火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所不區(qū)分工業(yè)建筑和民用建筑，與部、省級(jí)辦公建筑物及其他重要的或人員密集的公共建筑物同列一款，根據(jù)其預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)劃分為二類或三類，提高了火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所的防雷要求。

3 關(guān)于“一般性工業(yè)建筑物”分類

舊規(guī)范中規(guī)定：預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0．06次/a的一般性工業(yè)建筑物應(yīng)劃為第三類防雷建筑物。也就是說(shuō)，一般性工業(yè)建筑物不論預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)多少，都屬于第三類防雷建筑物。

新規(guī)范中，一般性工業(yè)建筑物與住宅、辦公樓等一般性民用建筑物一樣，按預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)的多少劃分為二類或三類。

4 關(guān)于“預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)”的變化

這是新規(guī)范關(guān)于防雷分類這部分中變化最大的。一是劃分防雷類別的閾值變化了，二是預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算式中各參數(shù)的取值與計(jì)算方法有所調(diào)整。

4．1 閾值的變化

如表3所示(略去相關(guān)條款的文字描述)。從閾值來(lái)看，防雷類別的劃分比舊規(guī)范的要求高了，也體現(xiàn)了對(duì)建筑物防雷安全更加重視。

表3 預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)閾值的對(duì)比

4．2 預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)的計(jì)算公式中參數(shù)的變化

建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)的計(jì)算公式為：

式中：N—建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)(次/a);

k—校正系數(shù);

Ng—建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年

平均密度［次/(km2·a)］;

Ae—與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的

等效面積(km2)。

新規(guī)范中，k取值的表述及Ng，Ae的計(jì)算方法均有改動(dòng)，下面進(jìn)行逐一說(shuō)明。

4．2．1 校正系數(shù)k的變化

舊規(guī)范中關(guān)于k的取值規(guī)定：“金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1．7”，“位于曠野孤立的建筑物取2”;新規(guī)范將其分別修改為“金屬屋面沒(méi)有接地的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1．7”，“位于山頂上或曠野的孤立建筑物取2”，表述更加嚴(yán)謹(jǐn)，也更具有操作性。

4．2．2 計(jì)算雷擊大地年平均密度的變化

新規(guī)范規(guī)定“雷擊大地的年平均密度，首先應(yīng)按當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)、站資料確定”。舊規(guī)范沒(méi)有此類說(shuō)明，主要原因在于當(dāng)時(shí)的氣象臺(tái)站沒(méi)有這些資料，只有雷暴日資料是比較完整的，故雷擊密度只能用雷暴日資料計(jì)算而得。事實(shí)上各個(gè)地方每個(gè)雷暴日平均閃電次數(shù)是各不相同的，這方面已有很多研究［4-8］。隨著閃電定位系統(tǒng)在各地的應(yīng)用，各地閃電資料正在逐步積累，在有些地方積累時(shí)間已比較長(zhǎng)了，故在新版本中有此規(guī)定。當(dāng)然全國(guó)各地情況各異，如果沒(méi)有閃電資料，仍用公式計(jì)算，但新規(guī)范對(duì)此公式做了修改，具體如下：

舊規(guī)范：Ng=0．024 ×T1．3d［次/km2·a)］

新規(guī)范：Ng=0．1 ×Td［次/km2·a)］

新舊規(guī)范關(guān)于雷擊大地年平均密度公式的計(jì)算結(jié)果對(duì)比如圖1所示。

圖1 新舊規(guī)范雷擊密度公式的幾何圖形

圖1中A、B曲線分別對(duì)應(yīng)新、舊規(guī)范計(jì)算式的幾何圖形。兩公式的交點(diǎn)在Td=116時(shí)，即雷暴日為116 d的地區(qū)，由兩公式計(jì)算的雷擊大地年平均密度是相等的，而我國(guó)除少數(shù)強(qiáng)雷區(qū)外，其余大部分地區(qū)的年雷暴日都在116 d以下，因此，根據(jù)新規(guī)范計(jì)算出的雷擊大地年平均密度一般比舊規(guī)范的要大。當(dāng)Td=48時(shí)，即年雷暴日為48 d的地區(qū)，兩公式的計(jì)算結(jié)果差距最大，為1．12 次/a。

以某地區(qū)長(zhǎng)60 m、寬13 m、高20 m(4個(gè)單元6層住宅)的一般建筑物為例，不考慮建筑物周邊物體的影響，k值取1，其等效截收面積為0．0208 km2，根據(jù)舊規(guī)范計(jì)算得其年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)為N舊=0．05次/a，新規(guī)范的計(jì)算結(jié)果為N新=0．07次/a。根據(jù)舊規(guī)范，該建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)不足0．06次/a，達(dá)不到第三類防雷建筑物的標(biāo)準(zhǔn);但根據(jù)新規(guī)范，年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0．05次/a，應(yīng)該按三類設(shè)防。因此，對(duì)于閾值和計(jì)算公式的變化，部分根據(jù)預(yù)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)分類的建筑物的防雷類別需要重新確定。

仍以上面的條件(但建筑物高度不確定)進(jìn)行驗(yàn)算，從另一方面對(duì)比新舊規(guī)范閾值和雷擊大地年平均密度公式的變動(dòng)對(duì)于防雷類別劃分的影響，計(jì)算結(jié)果列于表4。

表4 計(jì)算結(jié)果比較表

由表4內(nèi)容可知，對(duì)于某地區(qū)長(zhǎng)60 m，寬13 m的一般性民用建筑物，若采用舊規(guī)范，則當(dāng)建筑物高度大于27．4 m且小于176．4 m時(shí)，應(yīng)將其劃為第三類防雷建筑物;而按照新規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，大于11．5 m且小于129．2 m就應(yīng)劃為第三類防雷建筑物。同樣地，原來(lái)高于176．4 m才被劃為第二類防雷建筑物，現(xiàn)在降為129．2 m。由此可見，閾值和計(jì)算公式的變化對(duì)防雷分類的影響比較大。

4．2．3 等效面積Ae計(jì)算方法的變化

舊規(guī)范是按照孤立建筑物的情況計(jì)算其等效截收面積，而新規(guī)范考慮了建筑物周邊物體對(duì)該建筑物等效面積Ae的影響，增加了當(dāng)建筑物周邊2D范圍內(nèi)有“等高或比它低”和“比它高”的其他建筑物時(shí)，相應(yīng)等效面積計(jì)算的條款，比舊規(guī)范的條款更符合實(shí)際情況。

表5列出新規(guī)范關(guān)于與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積的計(jì)算式，表格中L，W，H分別為建筑物的長(zhǎng)、寬、高，D為每邊的擴(kuò)大寬度。

表5 等效面積計(jì)算公式

如表5所示，新規(guī)范在基本公式的基礎(chǔ)上，增加了建筑物周邊2D范圍內(nèi)有其他建筑物時(shí)的影響，相比于舊規(guī)范，其等效面積減小了。

5 結(jié)語(yǔ)

綜合分析新舊規(guī)范關(guān)于防雷分類的規(guī)定，其主要變化如下：

(1)爆炸性粉塵環(huán)境由2個(gè)分區(qū)增加到3個(gè);取消了火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境的分區(qū);

(2)提高了對(duì)爆炸性粉塵環(huán)境、火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境及一般性工業(yè)建筑的防雷安全要求;

(3)對(duì)于按預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)劃分防雷類別的建筑物，提高了其分類的閾值，但由于年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)受Ng和Ae影響，按照新規(guī)范計(jì)算方法，我國(guó)大部分地區(qū)計(jì)算得到的Ng比舊規(guī)范的大，而由于考慮了周邊建筑物的影響，Ae一般比舊規(guī)范的要小，因此，此類建筑物的防雷要求的提高與否并不能一概而論，需要根據(jù)新規(guī)范的要求計(jì)算其年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，進(jìn)而判定其防雷類別。

建筑物防雷類別的判定直接關(guān)系到其防雷措施的有效性，新規(guī)范對(duì)于防雷分類方面做了諸多修改，使規(guī)范的表述更加嚴(yán)謹(jǐn)，更符合于實(shí)際情況，同時(shí)體現(xiàn)了更加重視防雷安全的理念。修改后部分建筑物的防雷類別會(huì)與舊規(guī)范的劃分結(jié)果不同，本文所分析的新舊規(guī)范關(guān)于防雷分類方面的區(qū)別可供防雷技術(shù)工作人員參考，全面掌握新規(guī)范的劃分標(biāo)準(zhǔn)，正確劃分防雷類別，使建筑物采取的防雷措施更加符合防雷安全的要求，有利于進(jìn)一步做好防雷減災(zāi)工作。

［1］ 機(jī)械工業(yè)部．建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50057-94(2000年版)［S］．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2000．

［2］ 化工部．爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50058-92［S］．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1992．

［3］ 中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)．建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50057-2010［S］．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011．

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