住宅用電與節(jié)能張將重慶大學(xué)電氣學(xué)院重慶4101331摘要根據(jù)國家節(jié)能政策并結(jié)合最新《住宅建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ242-2011要求,針對一些地區(qū)片面放大住宅用電負荷情況,通過對中原地區(qū)一些典型住宅小區(qū)的用電負荷調(diào)查分析,提出符合實際情況和節(jié)約能源的住宅小區(qū)用電負荷設(shè)計選取的建議。關(guān)鍵詞住宅用電負荷變壓器負載率節(jié)能中途分類號:S2104文獻標識碼:A文章編號:《住宅建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ242-2011對不同面積的住宅最低用電負荷作出了明確規(guī)定:“建筑面積《60m,3kw:60m<建筑面積《90m,4kW;90m<建筑面積《150m,6kW;建筑面積>150m,6kW+超出部分(按40~50W/m2計算)?！蓖ㄟ^對中原地區(qū)幾個典型規(guī)模小區(qū)實際住戶用電情況的調(diào)査,結(jié)合住宅建筑電氣設(shè)計標準的發(fā)展史(住宅負荷指標:70年代,2W/m;80年代,10W/m;90年代,10wW/m;2000年后50~60W/m3),談?wù)勛≌⒆≌^(qū)用電負荷計算與節(jié)能的關(guān)系1、住宅小區(qū)調(diào)查情況小區(qū)1某省會城市單位多層(5-7層,無電梯)住宅小區(qū),為70~80年代興建的住宅小區(qū),總建筑面積約33300m,總戶數(shù)508,小區(qū)入住率95%。住戶用電實際配置標準(按當時的規(guī)范規(guī)定)如下:建筑面積60m以下,202戶,1.5kW,戶內(nèi)配電箱主進斷路器為In=20A,電表5(20)A;60m<建筑面積《90m2,284戶,2kW,戶內(nèi)配電箱主進斷路器為In=25A,電表5(20)A:90m2<建筑面積《150m2,12戶,2.5kW,戶內(nèi)配電箱主進斷路H中國煤化工40)CNMHGA。從變電所到每幢住宅樓有一路~220/380V電源(根據(jù)不同單元數(shù),所用的電纜大小不等),每個單元(18戶)主進斷路器In=100A。住宅變壓器安裝容量630kVA(單位負荷指標約為18.9VA/m),運行20多年,平均負載率在81%左右,高峰時段也無過負荷跳閘事故。若要滿足現(xiàn)行《住宅建筑電氣設(shè)計規(guī)范》要求,按照需要系數(shù)法計算,住宅變壓器安裝容量需要2*630kVA,計算負載率在83%。小區(qū)2同上城市某高層住宅小區(qū),為2001-2004年建成的小區(qū),建筑層數(shù)1232層(建筑高度<100m),總建筑面積314290m,其中住宅建筑面積245000m2,總戶數(shù)1463戶,小區(qū)入住率80%左右。戶型比例分別為建筑面積60m以下,360戶,戶內(nèi)配電箱主進斷路器為In=40A,電表10(40)A;60m<建筑面積《90m,862戶,戶內(nèi)配電箱主進斷路器為In=50A,電表15(60)A;90m<建筑面積《150m2,120戶,戶內(nèi)配電箱主進斷路器為In=63A,電表15(60)A;建筑面積》150m2,120戶,戶內(nèi)配路器In=80A電表電箱主進斷20(80)A;建筑面積>150m2,考慮戶式中央空調(diào),戶內(nèi)配路器為三相In=63A,電表電箱主進斷15(60)A(按照建設(shè)單位等方面對高檔小區(qū)的要求,每戶用電配置容量分別為單相6kW,8kW,10kW,12kW和三相8kW,另有樓王1戶,建筑面積600m2,按三相12kW配電)。按每且單元分段電纜(每段不超過10層)進線,In=315~400A。住宅變壓器總安裝容量9020kVA(單位負荷指標約為28.7VA/m2),住宅變電所均設(shè)置在高層住宅樓地下室,其中容量為630kVA變壓器4臺,容量為500kVA變壓器13臺,設(shè)計變壓器負載率為75%。(根據(jù)當?shù)毓╇姴块T的要求,住戶按照38VA/m2計算,變壓器總安裝容量為9310kVA,計算負載率約72.7%。)實際調(diào)查發(fā)現(xiàn),變壓器負載率平均約為35.6%,即使考慮另外20%全部入住,負載率為44.5%,不足50%小區(qū)3中國煤化工CNMHG同上城市西區(qū)的一個多層住宅小區(qū),2006年按照國家“70-90”政策要求建設(shè)。小區(qū)共有住戶1092戶,住宅總建筑面積96900平方米,其中90平方米及其以下住宅占75.1%。現(xiàn)小區(qū)入住率達到85%戶型比例分別為建筑面積60m以下,280戶,用電負荷4kW,戶內(nèi)配電箱主進斷路器為In=32A,電表10(40)A:60m建筑面積《90m2,520戶,用電負荷6kW,戶內(nèi)配電箱主進斷路器為In=40A,電表10(40)A;90m《<建筑面積《150m2,292戶,用電負荷8kW,戶內(nèi)配電箱主進斷路器為In=50A,電表15(60)A。每個單元(12戶)獨立進線,主進斷路器In=100~160A設(shè)計住宅變壓器總安裝容量3000A(單位負荷指標約為31.0VA/m2),選用容量為500kVA的箱式變電站6臺,設(shè)計變壓器負載率為81%。(住戶按照每平方米0.03VA設(shè)計,低于當?shù)毓╇姴块T每平方米0.038VA要求)實際調(diào)查發(fā)現(xiàn),變壓器負載率平均約為35%,即使考慮另外15%全部入住,載率為41.2%,不足表1小區(qū)2和小區(qū)3實際安裝容量統(tǒng)計用電安裝功率(kW)變壓器(kVA)單位「規(guī)格60m60-90m90150150m其它合計630500合計負載率小區(qū)/標準88*3戶/臺數(shù)36012011463170.75合計21606896120014402411720252065009020小區(qū)標準戶/臺數(shù)28052000000a60.81合計1203120120030002、變壓器損耗和成本分析以SCB10系列10kV級無勵磁調(diào)壓干式變壓器為例,500kVA、630kVA和800kVA三種住宅小區(qū)常用規(guī)格的損耗在負荷率40%、50%、65%和75%情況下的綜合功率損耗分析見表2。(本計算的技術(shù)參數(shù)參考一家公司10kV級無勵磁調(diào)壓干式變壓器系列產(chǎn)品說明書,計算公式略)表2變壓器損耗分析表中國煤化工CNMHG序號負載率功率損耗千瓦年耗電千瓦時容量500kVA630kVA800kVA500VA40%22698.7226359.431269.828592.9634096.73998950%23708.427574.2532707.2534146.240778.3847889.8865%25222.9229396.5334863.4342476.0650800.8959748.8475%26232.63061.383630.8848029.357482.5667654.81從上表可以計算出:單臺干式變壓器,容量每提高1個數(shù)量規(guī)格,功率損耗增加16.1%~18.6%,年損耗耗電量增加1.2%~19.7%。某制造公司的SCB10網(wǎng)上報價:500kVA、13.65萬元;630kVA、15.98萬元800kVA、19.55萬元(千式變壓器的價格會因國際市場的銅、鎳等金屬價格和建筑市場的繁榮程度高低浮動,但不同容量規(guī)格的干式變壓器報價趨勢不會有大的變化)。可以計算出,容量每提高1個數(shù)量規(guī)格,價格增加17.1%6~22.3%。研究結(jié)果表明,用于民用住宅建筑的10kV級干式變壓器的經(jīng)濟運行負載率為60%75%。除上述小區(qū)1變壓器總安裝容量略低外,如果小區(qū)2和小區(qū)3的變壓器要達到60%以上經(jīng)濟負載率,變壓器總安裝容量可以減少20%以上;相當于變壓器容量規(guī)格降低12個級別(或減少變壓器數(shù)量),不僅可以節(jié)省直接投資,更重要的是節(jié)省每年的變壓器運行損耗,大大降低能耗以小區(qū)2為例,可以選用12臺SCB10-500kVA變壓器,總安裝容量6000kVA(單位用電指標約為19.1WA/m2),比現(xiàn)有裝機容量9020kA減少3000VA,變壓器負載率約為69%,在經(jīng)濟運行區(qū)間內(nèi)。小區(qū)可以減少變壓器損耗93407.2千瓦,年節(jié)電252135.6千瓦時。同樣,小區(qū)3,可以選用4臺SCB10-500kWA變壓器,總安裝容量2000kVA單位用電指標約為20.6VA/m2),比現(xiàn)有裝機容量3000kVA減少1000kVA,變壓器負載率約為73%,在經(jīng)濟運行區(qū)間內(nèi)。小區(qū)可以減少變壓器損耗49799.6千瓦,年節(jié)電81398.05千瓦時。3、住戶用電設(shè)備調(diào)查分析中國煤化工CNMHG由于住宅建筑面積不同,住戶的家用電器及其他用電設(shè)備也有差異。城市家庭一般都有電視和音響、冷暖空調(diào)、電冰箱、洗衣機、電飯堡、微波爐、計算機抽油煙機等家用電器,條件好的家庭還有電磁爐、浴霸、冷柜、電炒鍋、消毒柜、電熱水器、電吹風(fēng)等大功率家電。見表3表3住戶用電負荷統(tǒng)計分析表數(shù)量功率小計W序標稱功率用電設(shè)備名稱60-9090-15060-9090-15060(60m21|柜式冷暖空調(diào)2750275027502750壁掛冷暖空調(diào)1500150045003電視機2004004計算機2302304605電飯煲8008006電熱水器12001200120012007電冰箱1301111301301308烘干式洗衣機5005005005009電熨斗80080080080010電吹風(fēng)100010001000100011節(jié)能燈具1110511016522012其他燈具2002002003電磁爐15001500150014冷柜50000050015電炒鍋6001111000160016電熱毯/暖手器等30017抽油煙機/排風(fēng)扇15015015018微波爐100001000100019消毒柜80020飲水300300中國煤化工1910CNMHG同時使用系數(shù)數(shù)0329614237上述小區(qū)所在城市的市政府于2011年頒布“…新建住宅項目供配電設(shè)施建設(shè)管理辦法(試行)的通知”規(guī)定:“住宅項目居民用電負荷配置標準如下:住宅建筑面積50平方米及以下的,基本配置容量每戶5千瓦;建筑面積50平方米以上至90平方米的住宅,基本配置容量每戶7千瓦;建筑面積90平方米以上至120平方米的住宅,基本配置容量每戶9千瓦;建筑面積120平方米以上至160平方米的住宅,基本配置容量每戶11千瓦;建筑面積160平方米以上至200平方米的住宅,基本配置容量每戶13千瓦;建筑面積200平方米以上的住宅,不低于15千瓦;建筑面積每增加15平方米,基本配置容量增加1千瓦?！憋@然遠高于國家標準和上述調(diào)查分析的結(jié)果。在表2中,調(diào)查結(jié)果表明,在中原地區(qū)每個平均家庭用電設(shè)備的同時使用系數(shù)不到0.3,大功率用電設(shè)備同時使用概率更小一些。因此,在設(shè)計計算居民用電負荷時,按照建筑面積的大小可以分別選取3千瓦、4.5千瓦和6千瓦(見表3)?？梢钥闯霰?的數(shù)值與國家住宅規(guī)范的最低用電負荷要求基本一致。表4住宅項目居民用電負荷配置參考值功率小計W序標稱功用電設(shè)備名稱60-9090-150率W(60mm2同時使用系數(shù)4237.5573建議設(shè)計取值30004500如果按照表4的建議設(shè)計取值,小區(qū)2和小區(qū)3的計算結(jié)果見表5:表5小區(qū)2和小區(qū)3假定計算安裝容量安裝功率(kW)變壓器(kVA)用電單位規(guī)格60m60-90m90-150m|)150m2/合計630500合計負載率標準4.5小區(qū)2戶/臺數(shù)3608621201201463012120.691080凵中國煤化600CNMHG戶/臺數(shù)6小區(qū)3戶數(shù)292000000440.73合計容量84023401752020002000表5的負載率計算結(jié)果與前面所述降低變壓器損耗的分析一致。同時,住宅單元(或高層住宅單元分段)主斷路器可以降低1~2個規(guī)格數(shù)量級,進線電纜截面也可以可以降低1~2個規(guī)格數(shù)量級,實現(xiàn)滿足住戶用電要求前提下的投資節(jié)省我國城鎮(zhèn)新建住宅面積從2006年的6.3億平方米,已經(jīng)發(fā)展到2011年的9億平方米。如果從現(xiàn)在起,住宅用電指標在現(xiàn)有設(shè)計采用的35~50VA/m3標準減少5VA/m,每年將減少變壓器安裝容量45億伏安,相當于減少9000臺容量為500kⅥA的變壓器,既節(jié)約大量投資,又節(jié)省可觀的電能損耗。結(jié)束語盡管存在地域的差別、大中小城市發(fā)展不均衡、城鄉(xiāng)生活方式不同等因素,但隨著當今世界由于微電子新技術(shù)、電子新技術(shù)、電氣新技術(shù)飛速發(fā)展,住宅用電設(shè)備的能耗也會越來越小;同時,太陽能等多種新能源的家電產(chǎn)品也會在家庭中越來越多見,即是說未來十數(shù)年中家庭用電負荷也不大可能有大的增加。筆者認為,住宅項目一味追求髙用電負荷配置標準不僅是與國家節(jié)能減排政策有悖的,而且會造成前期投資的增加和后期運行的浪費。按照國家規(guī)范《住宅建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ242-2011的最低要求設(shè)計選擇變壓器容量,完全能滿足未來幾十年不同家庭的用電需求,也真正實現(xiàn)節(jié)約能源、減少浪費的目的作者:張將,男,1993年4月生,重慶大學(xué)電氣學(xué)院2011級1107班學(xué)生參考文獻1、國家標準:《住宅建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ242-20112、國家行業(yè)標準:《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ16-20083、任元會主編《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》(第三版)4、《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》(2003)5、SCB-10系列10kV級干式電力變壓器技術(shù)說明書英文1、題目: Residential electricity& Energy conservation2、作者: Zhang jiang中國煤化工CNMHG