民用建筑的主要負荷計算

胡文娟

摘 要：民用建筑中，電梯、風機等設備成為動力配電箱的主要負荷，目前配電設計普遍采用的需要系數法未能合理考慮大功率用電設備對總負荷產生的影響。在工業配電中，有一種新需要系數法，將該配電箱中的5臺最大設備容量占配電箱總容量的比值作為影響因子，該因子參與到總負荷的計算。因此，在對系統配電時，新需要系數法能夠使帶有大功率設備的配電系統具有抗擾動能力，使系統更穩定，該計算方法同樣可以推廣到高層建筑的配電設計中。由于電梯工作的頻繁性與斷續性，電梯計算電流的計算方法的不同可能導致計算結果與實際值相差較大，筆者據相關資料，總結出一種有效準確的計算方法。

關鍵詞：高層建筑 新需要系數 配電 負荷計算 電梯 5臺及以下設備

中圖分類號：TU24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（c）-0025-03

隨著社會的發展，對資源的利用率越來越高，民用高層建筑設計成為未來設計的主流。依據GB 50045-95《高層民用建筑設計防火規范》（以下簡稱《高規》）8.2.1條和8.3.2條規定，建筑高度超過50 m的公共建筑和建筑高度超過100 m的居住建筑的防煙樓梯間及其前室、消防電梯前室或合用前室應設置獨立的機械加壓送風防煙設施。依據8.3.3條規定，層數超過32層的建筑，其送風系統與送風量應分段設計。依據JGJ 67-2006《辦公建筑設計規范》4.1.3條和4.1.4條規定，5層及以上辦公建筑應設置電梯；按辦公建筑面積，5 000 m2至少設置一臺，超高層辦公建筑的乘客電梯應分層分區停靠。依據GB 50368-2005《住宅建筑規范》5.2.5條規定，7層及以上或住戶入口層樓面距設計地面高度超16 m的住宅必須設置電梯。

對民用建筑中的設備配電時，風機、電梯等屬于大功率設備，在總配電負荷中占有一定的比例。動力設備的計算方法的選擇對配電系統穩定性及配電箱保護電器的選擇影響顯著。該文就對于建筑負荷影響較大的電梯、風機等設備以及總配電箱的負荷計算進行闡述。

1 電梯的負荷計算

1.1 電梯的負荷分級

電梯分為消防電梯和客梯，《民規》附錄A中的規定，一類高層建筑中的客梯為一級負荷，二類高層建筑中的客梯為二級負荷。因此，消防電梯和客梯在相同級別的建筑中的負荷級別也相同。依據GB 50052-2009《供配電系統設計規范》3.0.2條和3.0.7條規定，一級負荷的電梯應由雙重電源供電，當一路電源故障時，另一路電源不應同時受到損壞；二級負荷的電梯宜由兩回路供電，在負荷較小或地區供電條件困難時，可采用6 kV及以上專用架空線回路供電。

依據《民規》第13.10.4條第1款和第2款的規定，一類高層中的消防電梯配電線路宜采用礦物絕緣電纜，當線路敷設保護措施符合防火要求時，可采用有機絕緣耐火類電纜；二類高層中的消防電梯，應采用有機絕緣耐火類電纜，這是同類型建筑中消防電梯與非消防電梯的配電方面的區別。

1.2 電梯負荷的計算

對于電梯的負荷計算，依據GB 50055-2011《通用用電設備配電設計規范》3.3.4條第一款規定，單臺交流電梯供電導線的連續工作載流量應大于其銘牌連續工作制額定電流的140%或銘牌0.5 h或1 h工作制額定電流的90%。

（1）電梯連續工作制下，根據計算公式：

1.3 工程實例

某項目4號樓為一棟29層辦公樓，建筑高度87 m，為一類高層。建筑物內有電梯兩部，一部消防電梯一部客梯，兩電梯參數一致，均為：額定載重量1 000 kg（13人），額定速度1.75 m/s，標稱容量11.7 kW。

上式中的功率因數，根據《工業與民用配電設計手冊》第三版（以下簡稱《設計手冊》）第一章第三節規定，在民用建筑中，電梯設備的功率因數為0.5～0.6，連續工作制下的電梯的功率因數取值0.5。

斷續工作制下的電梯計算負荷依據公式（5）得：

kW

斷續工作制下的電梯計算電流依據公式（6）得：

A

上式中的功率因數，根據《工業與民用配電設計手冊》第三版（以下簡稱《設計手冊》）第一章第三節規定，在民用建筑中，電梯設備的功率因數為0.5～0.6，斷續工作制下的電梯的功率因數取值0.55。

兩種計算方法的結果相近，而且采用該計算方法得到的計算電流值與《設計手冊》表12-58中給出的值相近，依據電梯的計算電流可以選擇保護電器和供電電纜或電線。

2 5臺及以下設備負荷計算

2.1 負荷計算方法

對于5臺及以下設備的負荷計算，在現有資料中，除《設計手冊》表12-57中對于電梯的規定外，在對其他少于5臺的用電設備的計算電流進行計算時，普遍采用需要系數是1計算，這可能使得計算負荷比實際使用負荷偏大，既使保護電器靈敏度降低，又造成設備材料的浪費。

針對5臺及以下工業用電設備，綜合需要系數法[2]將設備利用系數及設備計算系數考慮在內，得到一個混合需要系數，再用這個綜合需要系數來計算設備計算電流。由于綜合需要系數的計算與設備臺數、設備利用系數及設備計算系數相結合，故在計算時與實際值比較接近。在對高層建筑的動力設備計算時，該綜合系數法與傳統算法相比，更加合理。

2.2 工程實例

在4號辦公項目中，建筑物頂部有3臺消防風機，其功率分別為18.7 kW風機兩臺，30 kW風機1臺。

對屋頂的3臺消防風機進行配電時，由于屋頂風機控制箱位置相鄰，根據《民規》13.9.10條規定，在屋頂設置一組消防雙電源配電箱為其供電。由于有三臺風機，故在計算雙電源配電箱時，采用綜合計算系數計算法，可得計算表如表1所示。

當3臺風機時，按傳統計算方法，需要系數取1，得：

對比可得，采用綜合計算系數法得到的計算電流較采用需要系數為1時稍小，對于保護及切換電器的選擇，亦可以起到指導作用。

3 建筑總負荷的計算

3.1 新需要系數法在民用建筑中的應用

在對民用建筑中設備配電時，通常在對建筑進線時做總配電箱或在一定分區內做總配電箱，由總配電箱為整個建筑物或分區配電。由于需要做總配電箱的建筑物中設備種類較多，傳統的對于總配電箱計算電流的計算采用需要系數法進行，即按用電設備的性質對設備分組，再根據配電手冊中對各種類型的用電設備的需要系數和功率因數分別求出計算功率和計算電流，然后進行相加得到。筆者認為這種方法在計算無對總負荷造成影響的大容量用電設備時是合理的。但是隨著建筑級別的提高或是特殊房間的布置，建筑中的風機，水泵，電梯等動力的設備不斷增多，其動力設備總負荷占建筑物總負荷的百分比不斷增加，需要系數法計算計算電流的方法的缺陷也逐漸顯露。

在工業配電上，新需要系數法是在原有需要系數計算方法的基礎上又增加一項關于用電設備負荷對總負荷影響的一個參數，所以新需要系數法的計算較需要系數法更為準確。隨著民用建筑高度的不斷增加，動力設備負荷在建筑物的總負荷中的比例不斷攀升，筆者認為，新需要系數法同樣適用于民用建筑，尤其是高層建筑。

新需要系數法計算如式（8）所示：

式中，為補償系數，該系數反映了系統中5臺最大功率設備對配電系統的影響。

新需要系數的計算在參考文獻1中已有詳細描述，在此不再贅述。

3.2 工程案例

某項目4號樓為1棟29層辦公，建筑高度87 m，屋頂有3臺消防風機，總功率為67 kW；電梯兩部，消防電梯與客梯均11.7 kW；消防潛污泵1臺，4 kW；應急照明13 kW；火災報警電源2 kW；普通物業用電12 kW。

采用新需要系數法，可得表2和表3。

由配電箱AP1中平時負荷與消防負荷的計算電流，采用新需要系數法算得的比傳統需要系數法算得的稍大。這表明系統中大型用電設備對總配電產生影響。根據《民規》3.5.3條規定，由于AP1的消防負荷時計算電流比平時負荷計算電流大，故在選擇保護電器時應根據消防負荷時的計算電流選擇。

4 結語

該文根據《設計手冊》規定，總結的電梯計算方法準確，而且在設計工作中應用方便。在民用建筑中，動力設備負荷在總負荷中占有一定的比例，隨著動力設備的增多，其同時工作系數也應合理的選取。對工業配電中的新需要系數法在民用高層建筑中的推廣，不僅使民用建筑配電的保護電器選擇更合理，而且使建筑中電器設備運行的可靠性得到提高。

參考文獻

[1] 施俊良.用新需要系數法求計算負荷[J].建筑電氣，2013（8）：12-18.

[2] 施俊良.5臺及以下用電設備的負荷計算[J].電氣工程應用，2003（3）：30-32.

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[4] GB 50045-95，高層民用建筑設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2005.

[5] GB 50368-2005，住宅建筑規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2006.

[6] GB 50052-2009，供配電系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[7] JGJ 67-2006，辦公建筑設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[8] GB 50055-2011，通用用電設備配電設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[9] 工業與民用配電設計手冊[M].中國電力出版社，2005.