淺析負(fù)荷計(jì)算在建筑電氣設(shè)計(jì)中的重要性

摘 要：在現(xiàn)代建筑中，電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案在很大程度上決定了電氣設(shè)備的健康狀況，同時(shí)溫度、時(shí)間等因素也不同程度地影響著電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。負(fù)荷計(jì)算是電氣施工圖的重要工作內(nèi)容之一，是建筑電氣配電設(shè)計(jì)的基點(diǎn)，是作為變壓器容量選擇、開(kāi)關(guān)設(shè)備的整定值確定、電線和電纜截面大小選擇的依據(jù)。文章重點(diǎn)論述了負(fù)荷計(jì)算在建筑電氣設(shè)計(jì)中的重要性及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：負(fù)荷計(jì)算；建筑電氣；設(shè)計(jì)；重要性；應(yīng)用

1、導(dǎo)言

負(fù)荷計(jì)算是建筑電氣設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。如果負(fù)荷計(jì)算有較大的誤差，會(huì)造成變壓器選擇不準(zhǔn)確，造成設(shè)計(jì)失誤。《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16-2008給民用建筑的負(fù)荷計(jì)算定了個(gè)調(diào)，其第3.5.2條規(guī)定，方案設(shè)計(jì)階段可采用單位指標(biāo)法；初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)階段，宜采用需要系數(shù)法。因此，需要系數(shù)法在民用建筑中得到廣泛的應(yīng)用。針對(duì)國(guó)內(nèi)建筑電氣需要系數(shù)法存在余量過(guò)大、變配電設(shè)備負(fù)荷率偏低的問(wèn)題，結(jié)合國(guó)際工程慣例，在探討需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)的正確應(yīng)用時(shí)提出：需要系數(shù)是針對(duì)安裝容量，并且應(yīng)用于終端配電箱的出線回路；電氣設(shè)計(jì)中需要系數(shù)合理的取值對(duì)于負(fù)荷計(jì)算非常重要，應(yīng)引起廣大電氣工程師的重視。

2、建筑電氣設(shè)計(jì)中的等效負(fù)荷

2.1概念分析

負(fù)荷計(jì)算用科學(xué)的方法對(duì)假設(shè)負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)設(shè)備查看原始數(shù)據(jù)，同時(shí)也應(yīng)考慮到安全，經(jīng)濟(jì)和其他合理等因素。這意味著由最大熱負(fù)荷的熱效應(yīng)和現(xiàn)實(shí)熱效應(yīng)的會(huì)造成錯(cuò)覺(jué)，并產(chǎn)生負(fù)載操作。因此，電力管線的確定、電氣設(shè)備的選擇，主要是基于負(fù)荷計(jì)算的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，電氣負(fù)荷計(jì)算在建筑設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用。

2.2建筑電氣負(fù)荷分類

根據(jù)負(fù)載運(yùn)行的不同的特點(diǎn)，并在設(shè)備使用中進(jìn)行角色劃分，我們將它分為兩個(gè)性質(zhì)，分別是安全性、舒適性。安全性主要是指保持人們?nèi)粘Ｉ钫＿M(jìn)行的負(fù)荷，如電梯，照明燈等。電氣設(shè)備負(fù)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(shè)備所在的一個(gè)非常大的區(qū)域，如建筑物。舒適性的要求是創(chuàng)造一個(gè)舒適的生活的人，如冰箱冷凍，加熱器等。

3、現(xiàn)行用電負(fù)荷計(jì)算中存在的問(wèn)題

采用“簡(jiǎn)化需要系數(shù)法”計(jì)算用電負(fù)荷，方法簡(jiǎn)便，稍有電氣知識(shí)的技術(shù)人員即可勝任。但當(dāng)用于用電設(shè)備數(shù)量較多的施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，存在的不足也很明顯：電動(dòng)機(jī)不按負(fù)荷狀況分組而采用統(tǒng)一的需要系數(shù)和功率因數(shù)；塔吊、施工電梯等所用的是斷續(xù)周期工作制；用電動(dòng)機(jī)的額定功率代替設(shè)備容量；直接采用電焊機(jī)的額定容量，未計(jì)算其設(shè)備容量；未考慮不平衡單相負(fù)荷的影響；未引用同時(shí)系數(shù)等；這種用電負(fù)荷計(jì)算方法導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性較差，一般偏大40%左右，變壓器、電氣裝置及導(dǎo)線投入偏大，造成不必要的浪費(fèi)。經(jīng)常遇到這種情況，在編制臨時(shí)用電施工組織設(shè)計(jì)時(shí)，采用簡(jiǎn)化需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，發(fā)現(xiàn)建設(shè)單位已裝的變壓器容量不滿足要求，提請(qǐng)建設(shè)單位更換變壓器，但在現(xiàn)場(chǎng)選擇用電高峰期測(cè)量總電流遠(yuǎn)小于變壓器的額定電流，造成尷尬的局面。同時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)的電工不用計(jì)算設(shè)備的總電流再進(jìn)行主干線電纜截面的選配容易帶來(lái)問(wèn)題。《建筑工程臨時(shí)用電設(shè)計(jì)與實(shí)例手冊(cè)》針對(duì)不同的設(shè)備組提供了不同的需要系數(shù)和功率因數(shù)，但提供的用電設(shè)備組與施工工地的用電設(shè)備組相差較大，許多常用用電設(shè)備沒(méi)有列入，遠(yuǎn)不能滿足施工組織設(shè)計(jì)編制需求。

4、負(fù)荷計(jì)算在建筑電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1負(fù)荷計(jì)算的方法

4.1.1需要系數(shù)法

需要系數(shù)法的基本原則是用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)，這里的設(shè)備功率是指設(shè)備的裝機(jī)容量（實(shí)用），一般用Pe表示，需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算比較簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛，尤其適用于變配電所的負(fù)荷計(jì)算，工民建電氣設(shè)計(jì)規(guī)中廣泛使用，下面主對(duì)此種方法進(jìn)行討論。

4.1.2利用系數(shù)法

采用利用系數(shù)法求出最大負(fù)荷班的平均負(fù)荷，在考慮設(shè)備臺(tái)數(shù)和功率差異的影響，乘以與有效臺(tái)數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)得出計(jì)算負(fù)荷。這種方法的理論依據(jù)是概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)，因而計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)際，但利用系數(shù)的實(shí)測(cè)與統(tǒng)計(jì)較難，計(jì)算過(guò)程稍微繁雜，在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中一般依據(jù)相關(guān)配電設(shè)計(jì)手冊(cè)去查詢相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.1.3單位指標(biāo)法

單位指標(biāo)法更簡(jiǎn)單，使用更方便。它是建筑物總的設(shè)備容量與建筑面積之比值。單位指標(biāo)可以從《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施電氣（2009版）》查表得出。單位指標(biāo)法適用于各類建筑物的方案設(shè)計(jì)階段；對(duì)于住宅，在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均可采用單位指標(biāo)法，且有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，如《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ242-2011。

4.1.4二項(xiàng)式法

當(dāng)用電設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，各臺(tái)設(shè)備容量相差懸殊時(shí)推薦采用二項(xiàng)式法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。

二項(xiàng)式法計(jì)算公式如下：

P30=bPe+cPx

式中，bPe——用電設(shè)備組的平均功率；

cPx——用電設(shè)備組中X臺(tái)容量最大的設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)增加的附加功率，其中，Px是X臺(tái)最大容量設(shè)備的設(shè)備容量；

b、c——二項(xiàng)式系數(shù)，工業(yè)項(xiàng)目可以在手冊(cè)上查到，民用建筑尚無(wú)成熟的數(shù)據(jù)。

二項(xiàng)式法在工業(yè)建筑中被廣泛應(yīng)用；過(guò)去民用建筑也曾使用過(guò)，一般用于民用建筑的支干線和配電屏（箱）的負(fù)荷計(jì)算，現(xiàn)在超高層建筑樓上變電所、冷凍機(jī)房等大型設(shè)備專用變電所等也可采用二項(xiàng)式法。

4.2電梯的負(fù)荷計(jì)算

4.2.1電梯需要系數(shù)的選擇

在民用建筑中，電梯是比較大的動(dòng)力設(shè)備，一些大型的民用建筑如賓館、寫(xiě)字樓中，電梯的用電量比較大，達(dá)到總?cè)萘康?7%-25%。很多同志作負(fù)荷計(jì)算時(shí)，將電梯需要系數(shù)取得很高，在電梯臺(tái)數(shù)較少時(shí)，基本上都是Kx=1，消防電梯更是如此，在電梯臺(tái)數(shù)較多時(shí)，也要取到Kx=0.8～0.90。這與實(shí)際情況嚴(yán)重不符，差的太遠(yuǎn)。電梯曳引電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)很復(fù)雜，它是屬于短時(shí)工作制，電動(dòng)機(jī)不停的處于啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速、上行、下行一些運(yùn)行狀態(tài)之中，不斷的變換于電動(dòng)狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)，現(xiàn)在有變頻調(diào)速的電梯，還能將導(dǎo)體運(yùn)行中多余的機(jī)械能通過(guò)電動(dòng)機(jī)和變頻器發(fā)電，返送給交流電網(wǎng)供周邊其它用電設(shè)備使用。很多時(shí)候電梯經(jīng)常處于輕載（人數(shù)很少時(shí)）的運(yùn)行狀態(tài)，在非高鋒時(shí)期停運(yùn)時(shí)間甚至?xí)冗\(yùn)行時(shí)間還多，因此它的需要系數(shù)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(fā)展很快，而各種設(shè)計(jì)手冊(cè)有的有的計(jì)算數(shù)據(jù)沒(méi)有跟上這一變化，現(xiàn)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(fā)展，變頻變壓技術(shù)逐步成熟，VVVF變頻變壓調(diào)速控制的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，完全可以達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電梯水平，而且具有體積小、重量輕、效率高、功率因數(shù)高（平均功率因數(shù)在0.9以上）節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)，它與交流調(diào)壓調(diào)速和交流雙速拖動(dòng)系統(tǒng)相比，配置成本差不多，但電力拖動(dòng)的綜合技術(shù)性能卻大大提高，而且比交流調(diào)壓調(diào)速和交流雙速拖動(dòng)系統(tǒng)節(jié)約能源40%，其使用范圍越來(lái)越廣泛，現(xiàn)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(jī)的容量仍是以前的一些數(shù)據(jù)，比采用VVVF變頻變壓方式的電機(jī)容量要大。現(xiàn)在實(shí)際設(shè)計(jì)中，很多計(jì)算書(shū)所列的導(dǎo)體容量都比較大，如一類高層住宅中單臺(tái)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(jī)容量只要11kW就夠了。很多住宅樓電梯到貨后實(shí)際情況都是如此。

4.3保障型負(fù)荷之水泵房以及廚房負(fù)荷計(jì)算

在高層建筑中，只要平時(shí)保養(yǎng)得當(dāng)，注意安全，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)發(fā)生。因此，在用電設(shè)備進(jìn)行全負(fù)荷泵的計(jì)算時(shí)，應(yīng)排除消防泵。生活給水泵，應(yīng)根據(jù)不同高度和水位的詳細(xì)分析計(jì)算，不是所有的水泵用同一需要系數(shù)。

4.4居住區(qū)住宅用電容量的配置

住宅小區(qū)和公共服務(wù)設(shè)施的用電容量應(yīng)考慮城市、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、氣候、民族、風(fēng)俗和家庭能源用途，再分類根據(jù)性質(zhì)去確定；居住區(qū)供電的負(fù)荷計(jì)算，一般采用負(fù)荷密度法、單位指標(biāo)法和需要系數(shù)法。其單位指標(biāo)負(fù)荷或密度不宜小于表1的數(shù)值：

5、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高層建筑電氣設(shè)計(jì)負(fù)荷計(jì)算是非常復(fù)雜和全面的，對(duì)電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行和技術(shù)提高是不可缺少的。當(dāng)前設(shè)計(jì)中負(fù)荷計(jì)算結(jié)果比實(shí)際運(yùn)行需要值偏大是普遍現(xiàn)象，造成了資源的極大浪費(fèi)。作為電氣設(shè)計(jì)人員，時(shí)時(shí)處處都應(yīng)考慮到節(jié)約資源，按綠色建筑的要求做好每一項(xiàng)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱沛林.高層建筑配電負(fù)荷分配探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012，7（14）：34～35.

[2]張志冉.高層建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].江西建材，2011，4（03）：56～58.