中日建筑的電氣負(fù)荷之比較與分析

白永生 (北京市建筑設(shè)計(jì)研究院, 北京 100045)

1 引言

目前設(shè)計(jì)書(shū)籍及圖集索引的建筑電氣用電指標(biāo)，多數(shù)為2000年左右或更早的數(shù)據(jù)，相對(duì)陳舊。筆者通過(guò)日本電氣類期刊《電設(shè)技術(shù)》中對(duì)于日本全國(guó)在建項(xiàng)目的完整記錄，對(duì)不同類型、不同面積的建筑的電氣實(shí)際負(fù)荷、供電部門(mén)的合同電力，變壓器安裝容量進(jìn)行了分布統(tǒng)計(jì)，并且收集了部分弱電機(jī)房和監(jiān)控機(jī)房這兩種目前常用的電氣機(jī)房實(shí)際布置面積，望對(duì)于國(guó)內(nèi)的建筑電氣設(shè)計(jì)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(jì)算容量。日本由于本國(guó)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(jì)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家，建筑的設(shè)計(jì)理念比較新穎，其在電氣方面對(duì)于太陽(yáng)能和風(fēng)能的設(shè)計(jì)及使用也比較普遍，所以有了自備電能的說(shuō)法（自備電能即業(yè)主自身通過(guò)房屋或場(chǎng)地的自身?xiàng)l件實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能或者風(fēng)能的發(fā)電來(lái)解決部分電能的使用）。自備電能降低了供電部門(mén)的契約（合同）電力（契約電力即國(guó)內(nèi)所說(shuō)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(guó)未來(lái)供電發(fā)展的一種思路。通過(guò)間接利用這些新的資料參數(shù)，對(duì)于我國(guó)各類型的建筑物電氣初步設(shè)計(jì)及方案估算有一定的參考價(jià)值。同時(shí)也將作者的設(shè)計(jì)指標(biāo)與現(xiàn)行規(guī)范及圖集參數(shù)進(jìn)行比較，以望得到一套比較合適中國(guó)國(guó)情的負(fù)荷采集資料。

2 國(guó)內(nèi)所用參考資料

2.1 國(guó)內(nèi)建筑電氣指標(biāo)

首先介紹一下目前《全國(guó)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(duì)單位指標(biāo)法。設(shè)計(jì)人員一般依據(jù)下表參考設(shè)計(jì)，在方案設(shè)計(jì)階段，根據(jù)建筑面積及類型選用相應(yīng)指標(biāo)選擇變壓器的容量及臺(tái)數(shù)。其指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.2 國(guó)內(nèi)與日本在不同類型建筑物的單位指標(biāo)的差異

2.2.1 醫(yī)院

大、小規(guī)模的醫(yī)院平均用電指標(biāo)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(xué)醫(yī)院之順序，用電指標(biāo)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(yàn)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(jì)與管理的差距以及醫(yī)院門(mén)診人數(shù)對(duì)其的影響。

表1 各種建筑用電指標(biāo)

醫(yī)院建筑不同于其他建筑物的主要用電特點(diǎn)有：

1）醫(yī)院手術(shù)室為維持足夠的空氣質(zhì)量及較嚴(yán)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(lái)回收排放的冷能及熱能。

2）衣物烘干機(jī)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(yīng)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(fēng)扇之風(fēng)口一般不易隨溫度及濕度自動(dòng)控制，額外增加能耗等。故目前筆者設(shè)計(jì)項(xiàng)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(biāo)一般在65～75V·A ／m2，如表2所示：

表2 中國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生建筑用電指標(biāo)

日本普通醫(yī)療場(chǎng)所的統(tǒng)計(jì)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(biāo)

2.2.2住宅

住宅用電負(fù)荷宜采用需要系數(shù)法計(jì)算，采用單位容量法來(lái)估算整體用電量來(lái)選取變壓器，每戶人口是一個(gè)重要的變量。同時(shí)，越多的空間其耗電也越高。但是其與使用人口也有絕對(duì)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(mén)在外求學(xué)的情況很多，因此住宅內(nèi)空下來(lái)的房間也不少，這些房間平時(shí)并不會(huì)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(lái)做各類耗電的判斷。家庭耗電的組成簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)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(yù)測(cè)在此一步驟的判斷方式是采用統(tǒng)計(jì)方法，依照統(tǒng)計(jì)樣本的照明裝修量與家電普及率進(jìn)行，空調(diào)耗電則是使用數(shù)字電表經(jīng)過(guò)夏季月的實(shí)測(cè)后與時(shí)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?zé)襞葜愝^高耗電的燈具使用量也會(huì)升高，照明耗電也相對(duì)提升。家電耗電也有類似的方式做調(diào)整，經(jīng)由實(shí)測(cè)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(yīng)將電熱水器的選項(xiàng)獨(dú)立出來(lái)統(tǒng)計(jì)，因?yàn)樵擁?xiàng)家電設(shè)備具有很高的耗電量，所以筆者設(shè)計(jì)中當(dāng)住宅戶數(shù)不確定時(shí)取60W/m2(建筑面積)估算變壓器裝置50V·A/m2，未考慮同時(shí)系數(shù)，表4是北京住宅的用電指標(biāo)以作參考。

表4 北京各類住宅及配套公建用電指標(biāo)和同時(shí)系數(shù)

日本普通住宅的統(tǒng)計(jì)結(jié)果是平均19W／m2(建筑面積)，考慮該統(tǒng)計(jì)值是日本實(shí)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(shí)系數(shù)，而據(jù)供電局提供的資料北京市實(shí)際單戶的用電指標(biāo)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(biāo)

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?jǐn)?、?duì)外提供服務(wù)業(yè)務(wù)和使用條件差異過(guò)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(wú)法自然通風(fēng)而耗費(fèi)空調(diào)用電所致，同時(shí)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(diǎn)：

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(diǎn)及隔熱性能的要求高，增加了空調(diào)的負(fù)荷。筆者在設(shè)計(jì)辦公類型建筑物時(shí)，其用電指標(biāo)設(shè)定為100W/m2，變壓器裝置100～120V ·A/m2。

表6 國(guó)內(nèi)辦公建筑需用系數(shù)及用電指標(biāo)

考慮比數(shù)據(jù)手冊(cè)高的原因考慮目前辦公性質(zhì)的空調(diào)等負(fù)荷逐漸增多，所以較標(biāo)準(zhǔn)偏高一些, 日本辦公性質(zhì)場(chǎng)所的統(tǒng)計(jì)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(biāo)

2.2.4 百貨商場(chǎng)

百貨商場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)偏差偏離度相對(duì)最小，其中購(gòu)物中心的經(jīng)營(yíng)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(biāo)準(zhǔn)偏離度相對(duì)較大。主要原因分析：商場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)之下，各百貨商場(chǎng)（包括連鎖大型百貨與小型超市）的經(jīng)營(yíng)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(yíng)業(yè)活動(dòng)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(fù)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%?；谝陨显?，筆者商業(yè)類型建筑物用電指標(biāo)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(jí)的用電特性。其中發(fā)現(xiàn)目前最高的用電等級(jí)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(yíng)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(dāng)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(dá)1,061(kWh/m2/a)。日本商業(yè)金融性質(zhì)場(chǎng)所的統(tǒng)計(jì)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(guó)內(nèi)商業(yè)、金融、服務(wù)業(yè)建筑需用系數(shù)及用電指標(biāo)

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

2.2.5 學(xué)校

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

1）大學(xué)多坐落在城市市區(qū)內(nèi)，有高層化的傾向，同時(shí)大學(xué)未來(lái)用地面積會(huì)逐步縮小，建筑物內(nèi)的學(xué)生密度較高。

2）一般而言，理工科較多的大學(xué)因?yàn)橛秒姷膶?shí)驗(yàn)設(shè)備偏多，其用電密度遠(yuǎn)比文科較多的大學(xué)或師范大學(xué)高。

3) 樓層高的大學(xué)遠(yuǎn)比低層化大學(xué)的用電密度高，又由于近些年，學(xué)校開(kāi)始對(duì)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(xué)校大量用電的時(shí)間約8～14 h，大量能源使用于空調(diào)、照明及實(shí)驗(yàn)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?yàn)槠淇照{(diào)系統(tǒng)大都外包保養(yǎng)，夏天當(dāng)室外氣溫超過(guò)26℃～28℃時(shí)，則由各棟建筑的行政管理人員、辦公室人員或教室學(xué)生自行開(kāi)機(jī)，直至下班后才關(guān)機(jī)。但由于學(xué)校作息時(shí)間變動(dòng)大時(shí)，此措施常無(wú)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(fèi)掉的。學(xué)校的電能分配耗能在夏季時(shí)是以空調(diào)為主，圖書(shū)館、行政大樓、體育館、各類型實(shí)驗(yàn)室、研究室、計(jì)算機(jī)教室、普通教室冷氣及宿舍冷氣是空調(diào)中主要耗電項(xiàng)目。照明則可分為辦公室照明、教室照明、圖書(shū)館照明、走道照明及室外照明等五大部分，其中圖書(shū)館使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)12～14h，而其它的耗能設(shè)備還包括電梯、抽水泵及各類電機(jī)。

表10 國(guó)內(nèi)科教類建筑需用系數(shù)及用電指標(biāo)

日本學(xué)校類場(chǎng)所的用電統(tǒng)計(jì)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(chǎng)所的統(tǒng)計(jì)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(biāo)

2.2.6 倉(cāng)庫(kù)

倉(cāng)庫(kù)類型建筑物用電指標(biāo)在8～23W/m2，變壓器裝置12～34V·A/m2。該項(xiàng)在數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定是8～15W/m2，考慮范圍變大主要是因?yàn)槿绻辛Ⅲw式電動(dòng)升降車(chē)庫(kù)，則整體電量需要增加8W/m2左右。

表12 國(guó)內(nèi)庫(kù)房類建筑需用系數(shù)及用電指標(biāo)

3 總結(jié)

日本倉(cāng)庫(kù)性質(zhì)場(chǎng)所的統(tǒng)計(jì)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(kù)房類建筑需用系數(shù)及用電指標(biāo)

2.2.7 工廠

工廠類型建筑物用電指標(biāo)在國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)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(dú)的評(píng)述了，日本工廠性質(zhì)場(chǎng)所的統(tǒng)計(jì)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(xiàng)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(biāo)

2.2.8 酒店

酒店類型建筑物的用電主要包括以下幾項(xiàng)：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(fēng)機(jī)盤(pán)管和空調(diào)機(jī)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(biāo)在60～80W/ m2，變壓器裝置70～90V ·A/ m2，該項(xiàng)在數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定是40～70W/ m2。主要原因分析：酒店在餐廳、商店、娛樂(lè)、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(huì)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(fù)荷侵入，尤其是面南或面西的幕墻，而冬季的冷負(fù)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(fù)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(biāo)，否則將混淆建筑節(jié)能目標(biāo)與成效。國(guó)家編制《全國(guó)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(biāo)，是為了幫助設(shè)計(jì)師確立設(shè)計(jì)的一個(gè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，而筆者現(xiàn)在根據(jù)自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)照后發(fā)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)較為偏低，繼而進(jìn)行了對(duì)日本建筑物分類用電指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)工作，是希望業(yè)內(nèi)電氣設(shè)計(jì)與國(guó)際先進(jìn)節(jié)能措施接軌。雖然日本的設(shè)計(jì)未必適合于我國(guó)，但應(yīng)該有參考的意義。就目前已整理出來(lái)的第一階段建筑物分類用電指標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)國(guó)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(xué)校相差1.8倍，日本建筑的用電指標(biāo)偏高。這種差異與地域氣候并無(wú)明顯關(guān)系，而與建筑、空調(diào)、照明設(shè)計(jì)以及使用行為有明顯關(guān)系。我國(guó)作為快速發(fā)展的國(guó)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(guó)家，所以這些差異應(yīng)該在使用行為上繼續(xù)進(jìn)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?yàn)殡姎庠O(shè)計(jì)提供一些發(fā)展方向的思考，使建筑業(yè)主與設(shè)計(jì)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(shì)與劣勢(shì)，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(fù)荷分析表”統(tǒng)計(jì)了筆者自己統(tǒng)計(jì)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(duì)電氣設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)酒店類建筑需用系數(shù)及用電指標(biāo)

［1］電設(shè)技術(shù)[J].2010，52～56.

［2］中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院機(jī)電院, 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.04DX101-1建筑電氣常用數(shù)據(jù)[M]. 中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

［3］王素卿等. 2003全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施--電氣[M].中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，2003.