淺析負荷計算在建筑電氣設計中的重要性

摘 要：在現代建筑中，電氣系統的設計方案在很大程度上決定了電氣設備的健康狀況，同時溫度、時間等因素也不同程度地影響著電氣設備的運行狀態。負荷計算是電氣施工圖的重要工作內容之一，是建筑電氣配電設計的基點，是作為變壓器容量選擇、開關設備的整定值確定、電線和電纜截面大小選擇的依據。文章重點論述了負荷計算在建筑電氣設計中的重要性及應用。

關鍵詞：負荷計算；建筑電氣；設計；重要性；應用

1、導言

負荷計算是建筑電氣設計的基礎，也是設計的關鍵。如果負荷計算有較大的誤差，會造成變壓器選擇不準確，造成設計失誤。《民用建筑電氣設計規范》JGJ 16-2008給民用建筑的負荷計算定了個調，其第3.5.2條規定，方案設計階段可采用單位指標法；初步設計及施工圖設計階段，宜采用需要系數法。因此，需要系數法在民用建筑中得到廣泛的應用。針對國內建筑電氣需要系數法存在余量過大、變配電設備負荷率偏低的問題，結合國際工程慣例，在探討需要系數和同時系數的正確應用時提出：需要系數是針對安裝容量，并且應用于終端配電箱的出線回路；電氣設計中需要系數合理的取值對于負荷計算非常重要，應引起廣大電氣工程師的重視。

2、建筑電氣設計中的等效負荷

2.1概念分析

負荷計算用科學的方法對假設負荷進行統計，根據設備查看原始數據，同時也應考慮到安全，經濟和其他合理等因素。這意味著由最大熱負荷的熱效應和現實熱效應的會造成錯覺，并產生負載操作。因此，電力管線的確定、電氣設備的選擇，主要是基于負荷計算的數據作為基礎，電氣負荷計算在建筑設計中起著非常重要的作用。

2.2建筑電氣負荷分類

根據負載運行的不同的特點，并在設備使用中進行角色劃分，我們將它分為兩個性質，分別是安全性、舒適性。安全性主要是指保持人們日常生活正常進行的負荷，如電梯，照明燈等。電氣設備負荷的安全性的范疇較廣，保證人們正常生活、工作的所涉及的用電設備所在的一個非常大的區域，如建筑物。舒適性的要求是創造一個舒適的生活的人，如冰箱冷凍，加熱器等。

3、現行用電負荷計算中存在的問題

采用“簡化需要系數法”計算用電負荷，方法簡便，稍有電氣知識的技術人員即可勝任。但當用于用電設備數量較多的施工現場時，存在的不足也很明顯：電動機不按負荷狀況分組而采用統一的需要系數和功率因數；塔吊、施工電梯等所用的是斷續周期工作制；用電動機的額定功率代替設備容量；直接采用電焊機的額定容量，未計算其設備容量；未考慮不平衡單相負荷的影響；未引用同時系數等；這種用電負荷計算方法導致計算結果準確性較差，一般偏大40%左右，變壓器、電氣裝置及導線投入偏大，造成不必要的浪費。經常遇到這種情況，在編制臨時用電施工組織設計時，采用簡化需要系數法進行負荷計算，發現建設單位已裝的變壓器容量不滿足要求，提請建設單位更換變壓器，但在現場選擇用電高峰期測量總電流遠小于變壓器的額定電流，造成尷尬的局面。同時，施工現場的電工不用計算設備的總電流再進行主干線電纜截面的選配容易帶來問題。《建筑工程臨時用電設計與實例手冊》針對不同的設備組提供了不同的需要系數和功率因數，但提供的用電設備組與施工工地的用電設備組相差較大，許多常用用電設備沒有列入，遠不能滿足施工組織設計編制需求。

4、負荷計算在建筑電氣設計中的應用

4.1負荷計算的方法

4.1.1需要系數法

需要系數法的基本原則是用設備功率乘以需要系數和同時系數，這里的設備功率是指設備的裝機容量（實用），一般用Pe表示，需要系數法進行負荷計算比較簡便，應用廣泛，尤其適用于變配電所的負荷計算，工民建電氣設計規中廣泛使用，下面主對此種方法進行討論。

4.1.2利用系數法

采用利用系數法求出最大負荷班的平均負荷，在考慮設備臺數和功率差異的影響，乘以與有效臺數有關的最大系數得出計算負荷。這種方法的理論依據是概率論和數理統計，因而計算結果比較接近實際，但利用系數的實測與統計較難，計算過程稍微繁雜，在民用建筑電氣設計中一般依據相關配電設計手冊去查詢相關數據。

4.1.3單位指標法

單位指標法更簡單，使用更方便。它是建筑物總的設備容量與建筑面積之比值。單位指標可以從《全國民用建筑工程設計技術措施電氣（2009版）》查表得出。單位指標法適用于各類建筑物的方案設計階段；對于住宅，在設計的各個階段均可采用單位指標法，且有相應的設計規范，如《住宅建筑電氣設計規范》JGJ242-2011。

4.1.4二項式法

當用電設備臺數較少，各臺設備容量相差懸殊時推薦采用二項式法進行負荷計算。

二項式法計算公式如下：

P30=bPe+cPx

式中，bPe——用電設備組的平均功率；

cPx——用電設備組中X臺容量最大的設備投入運行時增加的附加功率，其中，Px是X臺最大容量設備的設備容量；

b、c——二項式系數，工業項目可以在手冊上查到，民用建筑尚無成熟的數據。

二項式法在工業建筑中被廣泛應用；過去民用建筑也曾使用過，一般用于民用建筑的支干線和配電屏（箱）的負荷計算，現在超高層建筑樓上變電所、冷凍機房等大型設備專用變電所等也可采用二項式法。

4.2電梯的負荷計算

4.2.1電梯需要系數的選擇

在民用建筑中，電梯是比較大的動力設備，一些大型的民用建筑如賓館、寫字樓中，電梯的用電量比較大，達到總容量的17%-25%。很多同志作負荷計算時，將電梯需要系數取得很高，在電梯臺數較少時，基本上都是Kx=1，消防電梯更是如此，在電梯臺數較多時，也要取到Kx=0.8～0.90。這與實際情況嚴重不符，差的太遠。電梯曳引電動機的運行狀態很復雜，它是屬于短時工作制，電動機不停的處于啟動、制動、加速、減速、上行、下行一些運行狀態之中，不斷的變換于電動狀態和發電狀態，現在有變頻調速的電梯，還能將導體運行中多余的機械能通過電動機和變頻器發電，返送給交流電網供周邊其它用電設備使用。很多時候電梯經常處于輕載（人數很少時）的運行狀態，在非高鋒時期停運時間甚至會比運行時間還多，因此它的需要系數是比較低的。

4.2.2電梯的初始容量偏大

民用建筑中的電梯發展很快，而各種設計手冊有的有的計算數據沒有跟上這一變化，現代客梯由于要求舒適性，已不再采用齒輪變速方式了，由于目前電器電子元件的高速發展，變頻變壓技術逐步成熟，VVVF變頻變壓調速控制的交流電動機驅動，完全可以達到直流電動機驅動電梯水平，而且具有體積小、重量輕、效率高、功率因數高（平均功率因數在0.9以上）節省能源等優點，它與交流調壓調速和交流雙速拖動系統相比，配置成本差不多，但電力拖動的綜合技術性能卻大大提高，而且比交流調壓調速和交流雙速拖動系統節約能源40%，其使用范圍越來越廣泛，現在在一般的住宅和公共建筑中多是采用此類電梯。而目前很多資料介紹的電梯曳引電機的容量仍是以前的一些數據，比采用VVVF變頻變壓方式的電機容量要大。現在實際設計中，很多計算書所列的導體容量都比較大，如一類高層住宅中單臺客梯的容量往往選取為18kW～25KW，而采用VVVF變頻變壓方式的電機容量只要11kW就夠了。很多住宅樓電梯到貨后實際情況都是如此。

4.3保障型負荷之水泵房以及廚房負荷計算

在高層建筑中，只要平時保養得當，注意安全，火災風險就會發生。因此，在用電設備進行全負荷泵的計算時，應排除消防泵。生活給水泵，應根據不同高度和水位的詳細分析計算，不是所有的水泵用同一需要系數。

4.4居住區住宅用電容量的配置

住宅小區和公共服務設施的用電容量應考慮城市、社會、經濟、氣候、民族、風俗和家庭能源用途，再分類根據性質去確定；居住區供電的負荷計算，一般采用負荷密度法、單位指標法和需要系數法。其單位指標負荷或密度不宜小于表1的數值：

5、結束語

綜上所述，高層建筑電氣設計負荷計算是非常復雜和全面的，對電氣系統的正常運行和技術提高是不可缺少的。當前設計中負荷計算結果比實際運行需要值偏大是普遍現象，造成了資源的極大浪費。作為電氣設計人員，時時處處都應考慮到節約資源，按綠色建筑的要求做好每一項設計。

參考文獻

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