【摘 要】 根據(jù)夏熱冬暖地區(qū)居民的生活方式，論述住宅負(fù)荷發(fā)展趨勢(shì)和取值，并對(duì)住宅負(fù)荷計(jì)算中常用的需要系數(shù)法和配置系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

【關(guān)鍵詞】 住宅負(fù)荷 負(fù)荷計(jì)算 需要系數(shù) 配置系數(shù) 夏熱冬暖

0引 言

根據(jù)《建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》GB50178-93，全國劃分為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)等5個(gè)氣候區(qū)[1]，每個(gè)氣候區(qū)具有不同的氣候特征，直接影響到該氣候區(qū)居民的工作和生活方式，從而對(duì)電力負(fù)荷的需求也有所不同。本文通過對(duì)夏熱冬暖地區(qū)居民的生活情況分析住宅負(fù)荷取值指標(biāo)，并比較分析常用的兩種負(fù)荷計(jì)算方法。

1 夏熱冬暖地區(qū)住宅負(fù)荷發(fā)展趨勢(shì)和取值

1.1夏熱冬暖地區(qū)氣候特征

夏熱冬暖地區(qū)大部分處于北回歸線以南或北回歸線附近，包括海南省、廣東和廣西大部分地區(qū)、福建省南部、云南省南部以及港澳臺(tái)地區(qū)。夏季濕熱漫長，冬季較溫暖但時(shí)間短；太陽輻射強(qiáng)度大，雨水豐富。

1.2夏熱冬暖地區(qū)住宅電力負(fù)荷發(fā)展趨勢(shì)分析

住宅內(nèi)人的生活習(xí)慣特點(diǎn)，對(duì)各類用電負(fù)荷的比重影響很大，隨著人民生活水平的日益提高，各類家用電器越來越普及，導(dǎo)致住宅用電負(fù)荷不斷提高，這是目前住宅負(fù)荷的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

而人的生活習(xí)慣，總是受到氣候特點(diǎn)的影響。夏熱冬暖地區(qū)夏季炎熱漫長、冬季溫暖短暫，且空氣濕度大等特征，使得住宅夏季負(fù)荷中的空調(diào)負(fù)荷比重較大；冬季對(duì)取暖的需求不大，但由于濕度大，有干衣設(shè)備的用電需求。另外，夏季氣溫炎熱，雖然人們洗浴用水量增大，但對(duì)熱水的需求卻不太高，甚至有部分人洗冷水。而冬季時(shí)制取熱水的初始水溫相對(duì)北方較高，所以能耗也相對(duì)較小。

同時(shí)由于綠色建筑和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，一方面空調(diào)設(shè)備的能效越來越高，而且建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展使得建筑隔熱性能得到不斷改善，有效降低了空調(diào)系統(tǒng)的熱損失，進(jìn)而降低空調(diào)能耗。另一方面，可再生能源技術(shù)的應(yīng)用，特別是利用太陽能、地源熱泵、水源熱泵等系統(tǒng)為住宅小區(qū)提供生活熱水技術(shù)的成熟化、精細(xì)化，住戶依賴自家設(shè)置的電熱水器、燃?xì)鉄崴鱽慝@得生活熱水的情況將會(huì)越來越少。從而也減少了住宅對(duì)電能的消耗。

因此，綜合人民生活水平的提高，以及綠色建筑和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展來看，住宅電力負(fù)荷的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)該是用電負(fù)荷將繼續(xù)增長，但增長的幅度不斷減小，最終趨于平緩。

1.3夏熱冬暖地區(qū)住宅電力負(fù)荷構(gòu)分析

住宅電力負(fù)荷的構(gòu)成，分為穩(wěn)定持續(xù)的負(fù)荷和短暫性的負(fù)荷。

穩(wěn)定持續(xù)的負(fù)荷主要包含照明、空調(diào)、冰箱以及電視機(jī)、電腦、蓄熱型電熱水器等生活中工作持續(xù)時(shí)間長、輸出功率較穩(wěn)定的設(shè)備負(fù)荷。短暫負(fù)荷大量集中在廚房和衛(wèi)生間設(shè)備的負(fù)荷，如果微波爐、電磁爐、消毒柜、榨汁機(jī)、電烤箱、電壓力鍋、即熱型電熱水器、電吹風(fēng)、洗衣機(jī)、干衣機(jī)等工作時(shí)間短暫的設(shè)備。

1.4夏熱冬暖地區(qū)住宅電力負(fù)荷的分析

1.4.1照明負(fù)荷

隨著照明光源和燈具的改進(jìn)，尤其是國家對(duì)節(jié)能燈的推廣、對(duì)白熾燈的限制和LED照明的發(fā)展，無論是精裝修交房的住宅還是業(yè)主自行裝修的住宅，其照明負(fù)荷在達(dá)到同等的照明效果的情況下，將會(huì)逐漸降低。

因?yàn)檠b修方案多種多樣，不能做到一一統(tǒng)計(jì)，我們可按照《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034-2004中對(duì)住宅照明提出的功率密度要求作為依據(jù)。其中對(duì)住宅主要的功能用房的功率密度都提出了要求，現(xiàn)行值為7W/m2 [2]。

1.4.2空調(diào)負(fù)荷

住宅空調(diào)運(yùn)行狀況通常都不是全部開啟，而是在有人活動(dòng)的房間才開啟，人離開后從節(jié)約電費(fèi)角度考慮，大多會(huì)主動(dòng)關(guān)閉空調(diào)。而一個(gè)有人活動(dòng)的房間內(nèi)的空調(diào)，也不是持續(xù)在同一個(gè)工況下運(yùn)行。一般設(shè)定好溫度后，空調(diào)開啟時(shí)會(huì)滿載運(yùn)行，直到室溫降低至設(shè)定溫度后，空調(diào)機(jī)就會(huì)調(diào)整到以維持室溫為目的的工況（比如間歇運(yùn)轉(zhuǎn)、變頻調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)等）。此時(shí)空調(diào)負(fù)荷的功率將不再是空調(diào)機(jī)的額定功率，而是取決于住宅室內(nèi)熱能的傳遞情況，這就跟住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能以及換氣次數(shù)有關(guān)。

以夏熱冬暖地區(qū)某個(gè)綠色建筑二星級(jí)的住宅項(xiàng)目為例，外墻傳熱系數(shù)為1.37 W/（㎡·K），平均窗墻面積比為0.21，外窗傳熱系數(shù)為6.4。按夏季室外氣溫36℃、室內(nèi)氣溫26℃計(jì)算得出平均單位建筑面積的熱損失約為26.1W/m2。再考慮換氣次數(shù)、建筑內(nèi)人體、用電設(shè)備等的發(fā)熱對(duì)空調(diào)能耗的影響，可以按30W/m2做為住宅空調(diào)單位面積功率指標(biāo)。

1.4.3單戶住宅用電負(fù)荷的分析

以目前最常見的130m2三室二廳的戶型為例進(jìn)行分析。戶內(nèi)實(shí)際面積為102m2，一般家庭為三口之家。由于沒有冬季采暖需求，所以一般情況下最高的負(fù)荷出現(xiàn)在夏季。對(duì)電力負(fù)荷計(jì)算有意義的穩(wěn)定負(fù)荷一般出現(xiàn)在21點(diǎn)～23點(diǎn)之間，最高負(fù)荷一般出現(xiàn)在18點(diǎn)～20點(diǎn)之間。各時(shí)段的負(fù)荷分析如下：

照明負(fù)荷：在18點(diǎn)～20點(diǎn)之間，家庭主要活動(dòng)區(qū)域?yàn)榭蛷d、餐廳、書房、廚房、衛(wèi)生間，其總面積為55.6m2，照明負(fù)荷為0.39kW；在21點(diǎn)～23點(diǎn)之間，家庭主要活動(dòng)區(qū)域?yàn)榭蛷d、書房、衛(wèi)生間、臥室，其總面積為50.4m2，則照明負(fù)荷為0.35kW。

空調(diào)負(fù)荷：在18點(diǎn)～20點(diǎn)之間，家庭主要活動(dòng)區(qū)域?yàn)榭蛷d、餐廳、書房、廚房、衛(wèi)生間，其總面積為58.8m2，空調(diào)負(fù)荷為1.76kW；在21點(diǎn)～23點(diǎn)之間，家庭主要活動(dòng)區(qū)域?yàn)榭蛷d、書房、衛(wèi)生間、臥室，其總面積為53.6m2，則空調(diào)負(fù)荷為1.61kW。

其他用電設(shè)備負(fù)荷：在18點(diǎn)～20點(diǎn)之間，家庭主要其他用電設(shè)備有電視機(jī)（0.18kW）、電腦（0.3kW）、電壓力鍋（0.9kW）、電磁爐（2.1kW）、油煙機(jī)（0.18kW）、電冰箱（0.12kW）等，共3.8kW。在21點(diǎn)～23點(diǎn)之間，家庭主要其他用電設(shè)備有電視機(jī)（0.18kW）、電腦（0.3kW）、洗衣機(jī)（0.2kW）等、消毒柜（0.52kW）、電冰箱（0.12kW），共1.32kW。

通過以上統(tǒng)計(jì)，在18點(diǎn)～20點(diǎn)之間總電力負(fù)荷為5.95kW，在21點(diǎn)～23點(diǎn)之間總電力負(fù)荷為3.28kW。

以上計(jì)算沒有計(jì)算生活熱水采用電熱水器，是考慮將來發(fā)展采用燃?xì)鉄崴鳎ㄌ烊粴鈨r(jià)格比電價(jià)格有優(yōu)勢(shì)，尤其是實(shí)行階梯電價(jià)的地區(qū)）或者太陽能及其他可再生能源供生活熱水的情況（建筑節(jié)能發(fā)展趨勢(shì)）。如若考慮儲(chǔ)水型熱水器，則在21點(diǎn)～23點(diǎn)之間總電力負(fù)荷為4.78kW，如若考慮即熱式熱水器，則在21點(diǎn)～23點(diǎn)之間總電力負(fù)荷為6.78kW。

夏熱冬暖地區(qū)住宅電力負(fù)荷的量化指標(biāo)

考慮到將來生活水平的提高，新的家用電器的普及（如電烤箱、空氣凈化器、洗碗機(jī)等）對(duì)住宅電力負(fù)荷需求的增加，像上例戶型的住宅在設(shè)計(jì)時(shí)可考慮按8kW計(jì)算，按戶型總建筑面積計(jì)算約60W/m2，即可按60W/m2的指標(biāo)來計(jì)算住宅的電力負(fù)荷。值得說明的是，一天內(nèi)住宅負(fù)荷能達(dá)到8kW的時(shí)間非常短，只有在在18點(diǎn)～20點(diǎn)之間，廚房設(shè)備大量使用的情況下才有可能達(dá)到8kW。

2 住宅負(fù)荷計(jì)算

本文所說的住宅負(fù)荷計(jì)算，是指通過負(fù)荷側(cè)的功率統(tǒng)計(jì)，選用適合容量的變壓器的計(jì)算方法。

目前住宅負(fù)荷計(jì)算方法主要兩種：需要系數(shù)法和配置系數(shù)法。

2.1需要系數(shù)法：

需要系數(shù)法是用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)，直接求出計(jì)算負(fù)荷[3]。其計(jì)算公式為：

應(yīng)用實(shí)例：某住宅樓兩梯4戶，33層（首層架空），共128戶。其中6kW戶型64戶，8kW戶型64戶，計(jì)算適合容量的變壓器：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可選擇額定容量為500kVA的變壓器作為該住宅樓的配電變壓器（計(jì)算結(jié)果僅為一戶一表用的公共變壓器）。

2.2配置系數(shù)法

配置系數(shù)（ KP ）—配電變壓器的容量（kVA）或低壓配電線路饋送容量（kW）與居住區(qū)用電負(fù)荷（kW）之比值[5]。

把配置系數(shù)看做是需要系數(shù)、同時(shí)系數(shù)、功率因數(shù)、變壓器負(fù)荷率的綜合系數(shù)。其計(jì)算公式為：

配置系數(shù)法在供電部門和電網(wǎng)公司應(yīng)用得較為廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是快捷簡(jiǎn)便。而配置系數(shù)則是根據(jù)電網(wǎng)長期運(yùn)行積累下來的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯編應(yīng)用實(shí)例：以需要系數(shù)法的案例，采用配置系數(shù)法進(jìn)行配變變壓器的選型：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可選擇額定容量為500kVA的變壓器作為該住宅樓的配電變壓器（計(jì)算結(jié)果僅為一戶一表用的公共變壓器）。

2.3需要系數(shù)法與配置系數(shù)法的比較

既然兩種計(jì)算方法來自不同的行業(yè)部門（建筑和電力），那是否計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致由建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)出來的施工圖紙?jiān)谙螂娋W(wǎng)公司申請(qǐng)變壓器報(bào)裝時(shí)造成爭(zhēng)議？對(duì)于這個(gè)疑慮，可以通過一系列的計(jì)算對(duì)比來分析兩種計(jì)算方法的偏差有多大。

因?yàn)橛?jì)算目的是對(duì)比需要系數(shù)法和配置系數(shù)法計(jì)算結(jié)果的偏差，所以兩種方法的基本條件均選用相同的數(shù)據(jù)。設(shè)定每戶均為6kW，需要系數(shù)法中變壓器負(fù)荷率按75%，補(bǔ)償后cosφ=0.9計(jì)算。套用需要系數(shù)法和配置系數(shù)法公式，推算1戶～409戶住宅需要配置的變壓器容量，得出以下圖表：

圖2.3.1 兩種系數(shù)法中變壓器容量與戶數(shù)關(guān)系

從圖表上可以看出，雖然需要系數(shù)法和配置系數(shù)法計(jì)算的結(jié)果有一些少許的偏差，但總體上是基本吻合的，少許的偏差是因?yàn)樾枰禂?shù)法對(duì)75～300戶的取值沒有做到細(xì)分，均按0.4取，而配置系數(shù)法在這個(gè)區(qū)間還分有3個(gè)值。

因此，無論采用需要系數(shù)法還是配置系數(shù)法計(jì)算配變變壓器，所得的結(jié)果應(yīng)該是接近的。需要注意的是在采用需要系數(shù)法的時(shí)候，變壓器的負(fù)荷率應(yīng)該盡量在75%～80%之間，才有利于變壓器工作在高效狀態(tài)。

3 結(jié)語

單戶住宅的用電負(fù)荷由于人民生活水平的提高，各類家電的普及而有所增長，但因?yàn)榫G色建筑和建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，以及階梯電價(jià)等節(jié)能管理措施的推行，單戶住宅用電負(fù)荷增長的趨勢(shì)將會(huì)逐步變緩。以現(xiàn)有生活水平和將來一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展情況預(yù)計(jì)，住宅用電負(fù)荷指標(biāo)可以按60W/m2進(jìn)行計(jì)算。

而配變變壓器的容量計(jì)算，目前常用的方法主要是需要系數(shù)法和配置系數(shù)法，分別來自建筑、電力兩個(gè)行業(yè)。兩者的計(jì)算結(jié)果之間總體上是基本吻合的，但兩者所采用的系數(shù)取值，是否完全與現(xiàn)今乃至將來的實(shí)際的運(yùn)行狀況吻合，取值的戶數(shù)區(qū)間是否能再分得更加細(xì)致一些，還需對(duì)住宅負(fù)荷的能耗狀況做深入細(xì)致的調(diào)查研究，以推斷今后的發(fā)展趨勢(shì)。

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