民用建筑的主要負(fù)荷計(jì)算

胡文娟

摘 要：民用建筑中，電梯、風(fēng)機(jī)等設(shè)備成為動(dòng)力配電箱的主要負(fù)荷，目前配電設(shè)計(jì)普遍采用的需要系數(shù)法未能合理考慮大功率用電設(shè)備對(duì)總負(fù)荷產(chǎn)生的影響。在工業(yè)配電中，有一種新需要系數(shù)法，將該配電箱中的5臺(tái)最大設(shè)備容量占配電箱總?cè)萘康谋戎底鳛橛绊懸蜃樱撘蜃訁⑴c到總負(fù)荷的計(jì)算。因此，在對(duì)系統(tǒng)配電時(shí)，新需要系數(shù)法能夠使帶有大功率設(shè)備的配電系統(tǒng)具有抗擾動(dòng)能力，使系統(tǒng)更穩(wěn)定，該計(jì)算方法同樣可以推廣到高層建筑的配電設(shè)計(jì)中。由于電梯工作的頻繁性與斷續(xù)性，電梯計(jì)算電流的計(jì)算方法的不同可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值相差較大，筆者據(jù)相關(guān)資料，總結(jié)出一種有效準(zhǔn)確的計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：高層建筑 新需要系數(shù) 配電 負(fù)荷計(jì)算 電梯 5臺(tái)及以下設(shè)備

中圖分類號(hào)：TU24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）07（c）-0025-03

隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)資源的利用率越來越高，民用高層建筑設(shè)計(jì)成為未來設(shè)計(jì)的主流。依據(jù)GB 50045-95《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（以下簡稱《高規(guī)》）8.2.1條和8.3.2條規(guī)定，建筑高度超過50 m的公共建筑和建筑高度超過100 m的居住建筑的防煙樓梯間及其前室、消防電梯前室或合用前室應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的機(jī)械加壓送風(fēng)防煙設(shè)施。依據(jù)8.3.3條規(guī)定，層數(shù)超過32層的建筑，其送風(fēng)系統(tǒng)與送風(fēng)量應(yīng)分段設(shè)計(jì)。依據(jù)JGJ 67-2006《辦公建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》4.1.3條和4.1.4條規(guī)定，5層及以上辦公建筑應(yīng)設(shè)置電梯；按辦公建筑面積，5 000 m2至少設(shè)置一臺(tái)，超高層辦公建筑的乘客電梯應(yīng)分層分區(qū)停靠。依據(jù)GB 50368-2005《住宅建筑規(guī)范》5.2.5條規(guī)定，7層及以上或住戶入口層樓面距設(shè)計(jì)地面高度超16 m的住宅必須設(shè)置電梯。

對(duì)民用建筑中的設(shè)備配電時(shí)，風(fēng)機(jī)、電梯等屬于大功率設(shè)備，在總配電負(fù)荷中占有一定的比例。動(dòng)力設(shè)備的計(jì)算方法的選擇對(duì)配電系統(tǒng)穩(wěn)定性及配電箱保護(hù)電器的選擇影響顯著。該文就對(duì)于建筑負(fù)荷影響較大的電梯、風(fēng)機(jī)等設(shè)備以及總配電箱的負(fù)荷計(jì)算進(jìn)行闡述。

1 電梯的負(fù)荷計(jì)算

1.1 電梯的負(fù)荷分級(jí)

電梯分為消防電梯和客梯，《民規(guī)》附錄A中的規(guī)定，一類高層建筑中的客梯為一級(jí)負(fù)荷，二類高層建筑中的客梯為二級(jí)負(fù)荷。因此，消防電梯和客梯在相同級(jí)別的建筑中的負(fù)荷級(jí)別也相同。依據(jù)GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》3.0.2條和3.0.7條規(guī)定，一級(jí)負(fù)荷的電梯應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)一路電源故障時(shí)，另一路電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞；二級(jí)負(fù)荷的電梯宜由兩回路供電，在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí)，可采用6 kV及以上專用架空線回路供電。

依據(jù)《民規(guī)》第13.10.4條第1款和第2款的規(guī)定，一類高層中的消防電梯配電線路宜采用礦物絕緣電纜，當(dāng)線路敷設(shè)保護(hù)措施符合防火要求時(shí)，可采用有機(jī)絕緣耐火類電纜；二類高層中的消防電梯，應(yīng)采用有機(jī)絕緣耐火類電纜，這是同類型建筑中消防電梯與非消防電梯的配電方面的區(qū)別。

1.2 電梯負(fù)荷的計(jì)算

對(duì)于電梯的負(fù)荷計(jì)算，依據(jù)GB 50055-2011《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》3.3.4條第一款規(guī)定，單臺(tái)交流電梯供電導(dǎo)線的連續(xù)工作載流量應(yīng)大于其銘牌連續(xù)工作制額定電流的140%或銘牌0.5 h或1 h工作制額定電流的90%。

（1）電梯連續(xù)工作制下，根據(jù)計(jì)算公式：

1.3 工程實(shí)例

某項(xiàng)目4號(hào)樓為一棟29層辦公樓，建筑高度87 m，為一類高層。建筑物內(nèi)有電梯兩部，一部消防電梯一部客梯，兩電梯參數(shù)一致，均為：額定載重量1 000 kg（13人），額定速度1.75 m/s，標(biāo)稱容量11.7 kW。

上式中的功率因數(shù)，根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版（以下簡稱《設(shè)計(jì)手冊(cè)》）第一章第三節(jié)規(guī)定，在民用建筑中，電梯設(shè)備的功率因數(shù)為0.5～0.6，連續(xù)工作制下的電梯的功率因數(shù)取值0.5。

斷續(xù)工作制下的電梯計(jì)算負(fù)荷依據(jù)公式（5）得：

kW

斷續(xù)工作制下的電梯計(jì)算電流依據(jù)公式（6）得：

A

上式中的功率因數(shù)，根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版（以下簡稱《設(shè)計(jì)手冊(cè)》）第一章第三節(jié)規(guī)定，在民用建筑中，電梯設(shè)備的功率因數(shù)為0.5～0.6，斷續(xù)工作制下的電梯的功率因數(shù)取值0.55。

兩種計(jì)算方法的結(jié)果相近，而且采用該計(jì)算方法得到的計(jì)算電流值與《設(shè)計(jì)手冊(cè)》表12-58中給出的值相近，依據(jù)電梯的計(jì)算電流可以選擇保護(hù)電器和供電電纜或電線。

2 5臺(tái)及以下設(shè)備負(fù)荷計(jì)算

2.1 負(fù)荷計(jì)算方法

對(duì)于5臺(tái)及以下設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算，在現(xiàn)有資料中，除《設(shè)計(jì)手冊(cè)》表12-57中對(duì)于電梯的規(guī)定外，在對(duì)其他少于5臺(tái)的用電設(shè)備的計(jì)算電流進(jìn)行計(jì)算時(shí)，普遍采用需要系數(shù)是1計(jì)算，這可能使得計(jì)算負(fù)荷比實(shí)際使用負(fù)荷偏大，既使保護(hù)電器靈敏度降低，又造成設(shè)備材料的浪費(fèi)。

針對(duì)5臺(tái)及以下工業(yè)用電設(shè)備，綜合需要系數(shù)法[2]將設(shè)備利用系數(shù)及設(shè)備計(jì)算系數(shù)考慮在內(nèi)，得到一個(gè)混合需要系數(shù)，再用這個(gè)綜合需要系數(shù)來計(jì)算設(shè)備計(jì)算電流。由于綜合需要系數(shù)的計(jì)算與設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備利用系數(shù)及設(shè)備計(jì)算系數(shù)相結(jié)合，故在計(jì)算時(shí)與實(shí)際值比較接近。在對(duì)高層建筑的動(dòng)力設(shè)備計(jì)算時(shí)，該綜合系數(shù)法與傳統(tǒng)算法相比，更加合理。

2.2 工程實(shí)例

在4號(hào)辦公項(xiàng)目中，建筑物頂部有3臺(tái)消防風(fēng)機(jī)，其功率分別為18.7 kW風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，30 kW風(fēng)機(jī)1臺(tái)。

對(duì)屋頂?shù)?臺(tái)消防風(fēng)機(jī)進(jìn)行配電時(shí)，由于屋頂風(fēng)機(jī)控制箱位置相鄰，根據(jù)《民規(guī)》13.9.10條規(guī)定，在屋頂設(shè)置一組消防雙電源配電箱為其供電。由于有三臺(tái)風(fēng)機(jī)，故在計(jì)算雙電源配電箱時(shí)，采用綜合計(jì)算系數(shù)計(jì)算法，可得計(jì)算表如表1所示。

當(dāng)3臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí)，按傳統(tǒng)計(jì)算方法，需要系數(shù)取1，得：

對(duì)比可得，采用綜合計(jì)算系數(shù)法得到的計(jì)算電流較采用需要系數(shù)為1時(shí)稍小，對(duì)于保護(hù)及切換電器的選擇，亦可以起到指導(dǎo)作用。

3 建筑總負(fù)荷的計(jì)算

3.1 新需要系數(shù)法在民用建筑中的應(yīng)用

在對(duì)民用建筑中設(shè)備配電時(shí)，通常在對(duì)建筑進(jìn)線時(shí)做總配電箱或在一定分區(qū)內(nèi)做總配電箱，由總配電箱為整個(gè)建筑物或分區(qū)配電。由于需要做總配電箱的建筑物中設(shè)備種類較多，傳統(tǒng)的對(duì)于總配電箱計(jì)算電流的計(jì)算采用需要系數(shù)法進(jìn)行，即按用電設(shè)備的性質(zhì)對(duì)設(shè)備分組，再根據(jù)配電手冊(cè)中對(duì)各種類型的用電設(shè)備的需要系數(shù)和功率因數(shù)分別求出計(jì)算功率和計(jì)算電流，然后進(jìn)行相加得到。筆者認(rèn)為這種方法在計(jì)算無對(duì)總負(fù)荷造成影響的大容量用電設(shè)備時(shí)是合理的。但是隨著建筑級(jí)別的提高或是特殊房間的布置，建筑中的風(fēng)機(jī)，水泵，電梯等動(dòng)力的設(shè)備不斷增多，其動(dòng)力設(shè)備總負(fù)荷占建筑物總負(fù)荷的百分比不斷增加，需要系數(shù)法計(jì)算計(jì)算電流的方法的缺陷也逐漸顯露。

在工業(yè)配電上，新需要系數(shù)法是在原有需要系數(shù)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上又增加一項(xiàng)關(guān)于用電設(shè)備負(fù)荷對(duì)總負(fù)荷影響的一個(gè)參數(shù)，所以新需要系數(shù)法的計(jì)算較需要系數(shù)法更為準(zhǔn)確。隨著民用建筑高度的不斷增加，動(dòng)力設(shè)備負(fù)荷在建筑物的總負(fù)荷中的比例不斷攀升，筆者認(rèn)為，新需要系數(shù)法同樣適用于民用建筑，尤其是高層建筑。

新需要系數(shù)法計(jì)算如式（8）所示：

式中，為補(bǔ)償系數(shù)，該系數(shù)反映了系統(tǒng)中5臺(tái)最大功率設(shè)備對(duì)配電系統(tǒng)的影響。

新需要系數(shù)的計(jì)算在參考文獻(xiàn)1中已有詳細(xì)描述，在此不再贅述。

3.2 工程案例

某項(xiàng)目4號(hào)樓為1棟29層辦公，建筑高度87 m，屋頂有3臺(tái)消防風(fēng)機(jī)，總功率為67 kW；電梯兩部，消防電梯與客梯均11.7 kW；消防潛污泵1臺(tái)，4 kW；應(yīng)急照明13 kW；火災(zāi)報(bào)警電源2 kW；普通物業(yè)用電12 kW。

采用新需要系數(shù)法，可得表2和表3。

由配電箱AP1中平時(shí)負(fù)荷與消防負(fù)荷的計(jì)算電流，采用新需要系數(shù)法算得的比傳統(tǒng)需要系數(shù)法算得的稍大。這表明系統(tǒng)中大型用電設(shè)備對(duì)總配電產(chǎn)生影響。根據(jù)《民規(guī)》3.5.3條規(guī)定，由于AP1的消防負(fù)荷時(shí)計(jì)算電流比平時(shí)負(fù)荷計(jì)算電流大，故在選擇保護(hù)電器時(shí)應(yīng)根據(jù)消防負(fù)荷時(shí)的計(jì)算電流選擇。

4 結(jié)語

該文根據(jù)《設(shè)計(jì)手冊(cè)》規(guī)定，總結(jié)的電梯計(jì)算方法準(zhǔn)確，而且在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)用方便。在民用建筑中，動(dòng)力設(shè)備負(fù)荷在總負(fù)荷中占有一定的比例，隨著動(dòng)力設(shè)備的增多，其同時(shí)工作系數(shù)也應(yīng)合理的選取。對(duì)工業(yè)配電中的新需要系數(shù)法在民用高層建筑中的推廣，不僅使民用建筑配電的保護(hù)電器選擇更合理，而且使建筑中電器設(shè)備運(yùn)行的可靠性得到提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 施俊良.用新需要系數(shù)法求計(jì)算負(fù)荷[J].建筑電氣，2013（8）：12-18.

[2] 施俊良.5臺(tái)及以下用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算[J].電氣工程應(yīng)用，2003（3）：30-32.

[3] JGJ 16-2008，民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[4] GB 50045-95，高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2005.

[5] GB 50368-2005，住宅建筑規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[6] GB 50052-2009，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2010.

[7] JGJ 67-2006，辦公建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[8] GB 50055-2011，通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2012.

[9] 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].中國電力出版社，2005.