白永生 (北京市建筑設(shè)計研究院, 北京 100045)

1 引言

目前設(shè)計書籍及圖集索引的建筑電氣用電指標，多數(shù)為2000年左右或更早的數(shù)據(jù)，相對陳舊。筆者通過日本電氣類期刊《電設(shè)技術(shù)》中對于日本全國在建項目的完整記錄，對不同類型、不同面積的建筑的電氣實際負荷、供電部門的合同電力，變壓器安裝容量進行了分布統(tǒng)計，并且收集了部分弱電機房和監(jiān)控機房這兩種目前常用的電氣機房實際布置面積，望對于國內(nèi)的建筑電氣設(shè)計同行有一定的幫助，在方案階段，根據(jù)建筑面積合理估算出更有前瞻性的單平米計算容量。日本由于本國的資源匱乏及能源緊張，所以在節(jié)能和電能的高效利用方面做了很多的工作，又由于日本作為建筑設(shè)計較為發(fā)達的國家，建筑的設(shè)計理念比較新穎，其在電氣方面對于太陽能和風能的設(shè)計及使用也比較普遍，所以有了自備電能的說法（自備電能即業(yè)主自身通過房屋或場地的自身條件實現(xiàn)太陽能或者風能的發(fā)電來解決部分電能的使用）。自備電能降低了供電部門的契約（合同）電力（契約電力即國內(nèi)所說的供電局所能提供的電氣容量），這種供電的模式也可以作為我國未來供電發(fā)展的一種思路。通過間接利用這些新的資料參數(shù)，對于我國各類型的建筑物電氣初步設(shè)計及方案估算有一定的參考價值。同時也將作者的設(shè)計指標與現(xiàn)行規(guī)范及圖集參數(shù)進行比較，以望得到一套比較合適中國國情的負荷采集資料。

2 國內(nèi)所用參考資料

2.1 國內(nèi)建筑電氣指標

首先介紹一下目前《全國民用建筑工程技術(shù)措施》和04DX101-1《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》中對單位指標法。設(shè)計人員一般依據(jù)下表參考設(shè)計，在方案設(shè)計階段，根據(jù)建筑面積及類型選用相應指標選擇變壓器的容量及臺數(shù)。其指標見表1。

2.2 國內(nèi)與日本在不同類型建筑物的單位指標的差異

2.2.1 醫(yī)院

大、小規(guī)模的醫(yī)院平均用電指標相差3倍左右。醫(yī)院類建筑依社區(qū)醫(yī)院、地區(qū)醫(yī)院、教學醫(yī)院之順序，用電指標漸漸升高，其原因在于醫(yī)院的手術(shù)室、急診室、隔離病房及檢驗室等高用電空間水平與面積比率不同而存在差異。此外還有本身節(jié)能設(shè)計與管理的差距以及醫(yī)院門診人數(shù)對其的影響。

表1 各種建筑用電指標

醫(yī)院建筑不同于其他建筑物的主要用電特點有：

1）醫(yī)院手術(shù)室為維持足夠的空氣質(zhì)量及較嚴格的溫濕度條件，需要引入大量室外空氣，因而耗用大量能源，可加裝全熱交換器來回收排放的冷能及熱能。

2）衣物烘干機的洗縫設(shè)備等所排放的熱氣。

3）醫(yī)院常需要大量熱水以供應空調(diào)及淋浴使用。

4）夏日尖峰用電量較高。

5）在大空間的區(qū)域排風扇之風口一般不易隨溫度及濕度自動控制，額外增加能耗等。故目前筆者設(shè)計項目取值高于圖集依據(jù)，一般按醫(yī)院70W／m2(建筑面積)變壓器安裝指標一般在65～75V·A ／m2，如表2所示：

表2 中國醫(yī)療衛(wèi)生建筑用電指標

日本普通醫(yī)療場所的統(tǒng)計結(jié)果是140W／m2(建筑面積)的平均值，估算變壓器裝置120V·A/m2。

表3 日本醫(yī)療衛(wèi)生建筑用電指標

2.2.2住宅

住宅用電負荷宜采用需要系數(shù)法計算，采用單位容量法來估算整體用電量來選取變壓器，每戶人口是一個重要的變量。同時，越多的空間其耗電也越高。但是其與使用人口也有絕對的關(guān)系，例如：目前家庭的人口組成逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾〖彝ィ『⒊鲩T在外求學的情況很多，因此住宅內(nèi)空下來的房間也不少，這些房間平時并不會有太高的電能消耗，因此必須與經(jīng)常性使用人口的因素相結(jié)合來做各類耗電的判斷。家庭耗電的組成簡單來說大概可以分為：照明、家電、空調(diào)三大類；而照明、家電的耗電預測在此一步驟的判斷方式是采用統(tǒng)計方法，依照統(tǒng)計樣本的照明裝修量與家電普及率進行，空調(diào)耗電則是使用數(shù)字電表經(jīng)過夏季月的實測后與時間所回歸求得的算式。照明耗電又與室內(nèi)的裝修量有關(guān)，通常室內(nèi)裝修做的越多，諸如鹵素燈泡之類較高耗電的燈具使用量也會升高，照明耗電也相對提升。家電耗電也有類似的方式做調(diào)整，經(jīng)由實測也發(fā)現(xiàn)老舊的家電設(shè)備耗電量有可能是新型家電設(shè)備的一倍。應將電熱水器的選項獨立出來統(tǒng)計，因為該項家電設(shè)備具有很高的耗電量，所以筆者設(shè)計中當住宅戶數(shù)不確定時取60W/m2(建筑面積)估算變壓器裝置50V·A/m2，未考慮同時系數(shù)，表4是北京住宅的用電指標以作參考。

表4 北京各類住宅及配套公建用電指標和同時系數(shù)

日本普通住宅的統(tǒng)計結(jié)果是平均19W／m2(建筑面積)，考慮該統(tǒng)計值是日本實際使用值，大約可以估算出變壓器裝置20V·A/m2，不再考慮同時系數(shù)，而據(jù)供電局提供的資料北京市實際單戶的用電指標也為23W／m2左右，和估算基本一致。

表5 日本各類住宅用電及變壓器指標

2.2.3辦公樓

辦公樓的差異性及季節(jié)性分析：

1)各辦公建筑物之間用電差異很大，一般是由于空間業(yè)態(tài)、大樓用電分攤、對外提供服務業(yè)務和使用條件差異過大等所致。

2)高層建筑的中央空調(diào)化，使得春、秋等溫度適宜季節(jié)無法自然通風而耗費空調(diào)用電所致，同時因高層化也使電梯耗電偏高。

辦公樓不同于其他建筑物的主要用電特點：

1)空調(diào)系統(tǒng)用電約占建筑用電的40%～50%，且

5)辦公建筑建筑外殼的特點及隔熱性能的要求高，增加了空調(diào)的負荷。筆者在設(shè)計辦公類型建筑物時，其用電指標設(shè)定為100W/m2，變壓器裝置100～120V ·A/m2。

表6 國內(nèi)辦公建筑需用系數(shù)及用電指標

考慮比數(shù)據(jù)手冊高的原因考慮目前辦公性質(zhì)的空調(diào)等負荷逐漸增多，所以較標準偏高一些, 日本辦公性質(zhì)場所的統(tǒng)計結(jié)果是140W／m2(建筑面積)的平均值，估算變壓器裝置160V·A/m2。

表7 日本辦公建筑需用系數(shù)及用電指標

2.2.4 百貨商場

百貨商場類型建筑是各類型建筑中用電密度最高的一類，其用電密度的標準偏差偏離度相對最小，其中購物中心的經(jīng)營模式與內(nèi)容較為多樣化而使其用電模式差異大，從而其標準偏離度相對較大。主要原因分析：商場競爭之下，各百貨商場（包括連鎖大型百貨與小型超市）的經(jīng)營模式與用電情形有漸趨一致現(xiàn)象，主要耗能：

1）超市類型建筑因營業(yè)活動的不同，顧客數(shù)量的差異極大，空調(diào)系統(tǒng)如不具備具有負載可調(diào)的功能，將產(chǎn)生較大電能損失。

2）一般超市的冷凍冷藏電量耗能約占總耗能的17%～24%。基于以上原因，筆者商業(yè)類型建筑物用電指標在120W/ m2變壓器裝置90～180V·A/ m2。根據(jù)調(diào)查的商業(yè)建筑用電數(shù)據(jù)與建筑面積數(shù)據(jù)，歸納出目前商業(yè)用戶六大用電等級的用電特性。其中發(fā)現(xiàn)目前最高的用電等級的商店，為一些高照明、高發(fā)熱量的連鎖便利商店，如新型24h空調(diào)營業(yè)的連鎖超商之平均用電密度為1,707(kWh/m2/a)，是最耗電的商店類型；像麥當勞、肯德基一類的連鎖快餐店，由于有大量冷凍設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、大型廣告招牌、高照明等原故，其平均用電密度為高達1,061(kWh/m2/a)。日本商業(yè)金融性質(zhì)場所的統(tǒng)計結(jié)果是120W／m2(建筑面積)的平均值，估算變壓器裝置150V·A/m2。

表8 國內(nèi)商業(yè)、金融、服務業(yè)建筑需用系數(shù)及用電指標

表9 日本商業(yè)、金融、服務業(yè)建筑需用系數(shù)及用電指標

2.2.5 學校

學校類型建筑物用電指標在45～80W/ m2，變壓器裝置60～100V·A/m2，較數(shù)據(jù)手冊有較大的幅度提高，大學用電量偏大的主要原因分析：

1）大學多坐落在城市市區(qū)內(nèi)，有高層化的傾向，同時大學未來用地面積會逐步縮小，建筑物內(nèi)的學生密度較高。

2）一般而言，理工科較多的大學因為用電的實驗設(shè)備偏多，其用電密度遠比文科較多的大學或師范大學高。

3) 樓層高的大學遠比低層化大學的用電密度高，又由于近些年，學校開始對教室及宿舍加裝空調(diào)，單位建筑面積耗能逐年增加，用能需求逐漸加大。學校大量用電的時間約8～14 h，大量能源使用于空調(diào)、照明及實驗設(shè)備等。其用電尖峰需量月份為每年的5～6月及9～10月，因為其空調(diào)系統(tǒng)大都外包保養(yǎng)，夏天當室外氣溫超過26℃～28℃時，則由各棟建筑的行政管理人員、辦公室人員或教室學生自行開機，直至下班后才關(guān)機。但由于學校作息時間變動大時，此措施常無法配合執(zhí)行節(jié)能的控制或調(diào)整，以致用電量中有部分是被浪費掉的。學校的電能分配耗能在夏季時是以空調(diào)為主，圖書館、行政大樓、體育館、各類型實驗室、研究室、計算機教室、普通教室冷氣及宿舍冷氣是空調(diào)中主要耗電項目。照明則可分為辦公室照明、教室照明、圖書館照明、走道照明及室外照明等五大部分，其中圖書館使用時間長達12～14h，而其它的耗能設(shè)備還包括電梯、抽水泵及各類電機。

表10 國內(nèi)科教類建筑需用系數(shù)及用電指標

日本學校類場所的用電統(tǒng)計結(jié)果是平均值為110W／m2(建筑面積)，估算變壓器裝置135V·A/m2。

日本酒店性質(zhì)場所的統(tǒng)計結(jié)果是150W/m2(建筑面積)的平均值，估算變壓器裝置180V·A/

m2。

表11 日本科教類建筑需用系數(shù)及用電指標

2.2.6 倉庫

倉庫類型建筑物用電指標在8～23W/m2，變壓器裝置12～34V·A/m2。該項在數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定是8～15W/m2，考慮范圍變大主要是因為如果有立體式電動升降車庫，則整體電量需要增加8W/m2左右。

表12 國內(nèi)庫房類建筑需用系數(shù)及用電指標

3 總結(jié)

日本倉庫性質(zhì)場所的統(tǒng)計結(jié)果平均值是46W/m2（建筑面積)，估算變壓器裝置60V·A/m2。

表13 日本庫房類建筑需用系數(shù)及用電指標

2.2.7 工廠

工廠類型建筑物用電指標在國內(nèi)的標準里面需要根據(jù)加工產(chǎn)品的類型不同而有很大的差距，這里就不做單獨的評述了，日本工廠性質(zhì)場所的統(tǒng)計結(jié)果平均值是150W／m2(建筑面積)，估算變壓器裝置180V·A/m2，本項僅為一般輕工類產(chǎn)品的廠房。

表14 日本工廠類建筑需用系數(shù)及用電指標

2.2.8 酒店

酒店類型建筑物的用電主要包括以下幾項：給水系統(tǒng)、中水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、冷暖空調(diào)系統(tǒng)、空調(diào)用風機盤管和空調(diào)機組、消防給水系統(tǒng)、消防排煙系統(tǒng)，酒店類型建筑物用電指標在60～80W/ m2，變壓器裝置70～90V ·A/ m2，該項在數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定是40～70W/ m2。主要原因分析：酒店在餐廳、商店、娛樂、休閑等高耗能的設(shè)施較多，使其總用電量增加。通常酒店類的用電量會因入住率與商業(yè)設(shè)施的增加而提升。又為獲得良好的視野，酒店常設(shè)有大型落地玻璃墻，使室外的熱負荷侵入，尤其是面南或面西的幕墻，而冬季的冷負荷也容易侵入。旅館業(yè)空調(diào)區(qū)大，室內(nèi)主要空調(diào)負荷部份包括照明、廚房換氣、電器設(shè)備等，另外主要考慮目前賓館增加的中水系統(tǒng)，整體電量需要增加20W/ m2左右。

作為建筑節(jié)能管理的基礎(chǔ)，必須有合理的建筑耗能指標，否則將混淆建筑節(jié)能目標與成效。國家編制《全國民用建筑工程技術(shù)措施》和04DX101-1《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》的建筑物分類用電指標，是為了幫助設(shè)計師確立設(shè)計的一個基礎(chǔ)標準，而筆者現(xiàn)在根據(jù)自己的設(shè)計經(jīng)驗對照后發(fā)現(xiàn)了標準較為偏低，繼而進行了對日本建筑物分類用電指標的統(tǒng)計工作，是希望業(yè)內(nèi)電氣設(shè)計與國際先進節(jié)能措施接軌。雖然日本的設(shè)計未必適合于我國，但應該有參考的意義。就目前已整理出來的第一階段建筑物分類用電指標，可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)建筑物同日本的用電密度差異很大，以最大5%與最小5%平均用電密度為例，酒店類型相差2.1倍、地區(qū)醫(yī)院相差2.0倍、學校相差1.8倍，日本建筑的用電指標偏高。這種差異與地域氣候并無明顯關(guān)系，而與建筑、空調(diào)、照明設(shè)計以及使用行為有明顯關(guān)系。我國作為快速發(fā)展的國家，電能的使用每年都在增加，而日本也是較為看重節(jié)能減排的國家，所以這些差異應該在使用行為上繼續(xù)進行深入研究。在節(jié)能減排上做功課，而非一味控制用電的使用量。希望該系列的用電指針研究成果，能夠為電氣設(shè)計提供一些發(fā)展方向的思考，使建筑業(yè)主與設(shè)計者可以在同類建筑物的用電分布中，找出自己建筑物用電效率的優(yōu)勢與劣勢，研究節(jié)能改善的策略，節(jié)約能源。

后附表“日本建筑工程電氣負荷分析表”統(tǒng)計了筆者自己統(tǒng)計的各種類型日本建筑的一些數(shù)據(jù)，業(yè)內(nèi)人士可以作為參考，希望對電氣設(shè)計有一定的幫助。

注：文中表2～表3、表5～表15中關(guān)于高、中、低，大、中、小型各欄的數(shù)值單位均為W/m2

表15 國內(nèi)酒店類建筑需用系數(shù)及用電指標

［1］電設(shè)技術(shù)[J].2010，52～56.

［2］中國建筑設(shè)計研究院機電院, 中國建筑標準設(shè)計研究院.04DX101-1建筑電氣常用數(shù)據(jù)[M]. 中國計劃出版社，2006.

［3］王素卿等. 2003全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施--電氣[M].中國建筑標準設(shè)計研究院，2003.