加熱電纜地面輻射供暖系統(tǒng)供配電設(shè)計(jì)

劉 偉

（甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，蘭州 730000）

0 引言

進(jìn)入冬季采暖期，西北地區(qū)冬季大氣污染防治工作緊張有序的展開(kāi)了，特別是十九大報(bào)告提出，“實(shí)行最嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護(hù)制度，形成綠色發(fā)展方式和生活方式”，普及清潔能源，從根源上減少采暖過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染顯得尤為重要，冬季清潔采暖被列入西北地區(qū)重大的民生工程、民心工程。

1 加熱電纜地面輻射供暖系統(tǒng)

西北某一類高層住宅建筑項(xiàng)目，工程建筑面積2.6萬(wàn)m2，建筑高度87.6m，其中地下1層為汽車庫(kù)，地上1層至30層為住宅。

項(xiàng)目采暖設(shè)計(jì)依據(jù)合理利用能源、節(jié)約能源、提高能源利用率的原則，綜合考慮當(dāng)?shù)氐哪茉葱问脚c種類，經(jīng)與當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)協(xié)商，決定采用加熱電纜地面輻射供暖系統(tǒng)。加熱電纜地面輻射供暖，是以加熱電纜為加熱元件的輻射供暖方式，系統(tǒng)由供電裝置、加熱電纜、地溫傳感器和溫控器組成，采用地板敷設(shè)，將加熱電纜敷設(shè)于地板內(nèi)，通過(guò)地溫傳感器、溫控器控制溫度，輻射加熱提供熱量。

系統(tǒng)采用清潔的電力作為熱源，供熱效率高，完全避免了傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)的有害氣體排放、鍋爐噪音和粉塵污染，并節(jié)省水資源。系統(tǒng)使用傳感器和溫控器，可根據(jù)室內(nèi)或地板溫度自動(dòng)啟停，從而進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，使室內(nèi)溫度精確控制，杜絕了傳統(tǒng)供熱方式過(guò)熱干燥、不易操作等弊病，減少了資源的浪費(fèi)。

2 供配電系統(tǒng)

項(xiàng)目所在地，供電系統(tǒng)實(shí)施住宅用電一戶一表工程，即住宅用電由供電部門(mén)負(fù)責(zé)運(yùn)行管理，解決二次供電的居民客戶與轉(zhuǎn)供電單位的矛盾，用電計(jì)量采用一戶一表，實(shí)行平、谷時(shí)段分時(shí)電價(jià)，對(duì)電采暖用戶予以電價(jià)優(yōu)惠，鼓勵(lì)錯(cuò)峰用電，使用清潔能源。

2.1 加熱電纜地面輻射供暖系統(tǒng)戶內(nèi)配電設(shè)計(jì)

住宅樓一梯四戶，戶型面積為140～150m2左右，每戶住宅廚房設(shè)置電炊，客廳主臥設(shè)置空調(diào)，每戶正常用電負(fù)荷為8kW，根據(jù)暖通專業(yè)提供每戶加熱電纜用電負(fù)荷為9～10kW，計(jì)算統(tǒng)一為10kW，每戶總用電負(fù)荷為18kW，依據(jù)《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中3.3.4條規(guī)定，每戶用電負(fù)荷超過(guò)12kW，宜采用380V三相電源進(jìn)戶，住戶配電箱系統(tǒng)圖見(jiàn)圖1。

由于加熱電纜負(fù)荷較大，配電設(shè)計(jì)采用三回路供電，以使戶內(nèi)采暖負(fù)荷三相平衡，但圖中其它負(fù)荷集中在某相，如每戶空調(diào)負(fù)荷集中在L1、L2相，廚房電炊負(fù)荷集中在L3相，集中使用時(shí)，造成單相負(fù)荷集中過(guò)大，住宅供電系統(tǒng)三相負(fù)荷很難平衡，如果配電箱內(nèi)空調(diào)、電炊負(fù)荷每戶換相設(shè)置，項(xiàng)目戶數(shù)過(guò)多，施工較困難，經(jīng)比較，設(shè)計(jì)采用220V單相電源進(jìn)戶，住戶配電箱系統(tǒng)圖見(jiàn)圖2。

圖1 380V三相電源進(jìn)戶住戶配電箱系統(tǒng)圖

圖2 220V單相電源進(jìn)戶住戶配電箱系統(tǒng)圖

住宅樓一梯四戶，每層計(jì)量箱內(nèi)三戶三相平衡，多出一戶分層換相，施工時(shí)宜做到，每層計(jì)量配電箱系統(tǒng)圖見(jiàn)圖3。

圖3 住宅層計(jì)量配電箱系統(tǒng)圖

《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中3.3.4條條文解釋用電量超過(guò)12kW且沒(méi)有三相用電設(shè)備住戶，建議采用三相電源供電，但考慮住宅供電系統(tǒng)三相負(fù)荷的平衡，最終住戶采用單相電源供電。

2.2 加熱電纜地面輻射供暖系統(tǒng)干線供電設(shè)計(jì)

項(xiàng)目30層，一梯四戶，共120戶，總計(jì)算負(fù)荷按照正常用電和采暖用電分別計(jì)算見(jiàn)表1。

表1 住宅用電負(fù)荷計(jì)算

從表1可以看出，采暖負(fù)荷較大，當(dāng)?shù)夭膳跒槲鍌€(gè)月，非采暖期為七個(gè)月，按照供電部門(mén)一戶一表制的要求，采用一臺(tái)變壓器供電時(shí)，采暖期總計(jì)算負(fù)荷1440kW，選用變壓器容量為2000kVA，采暖期變壓器負(fù)載率為0.8；非采暖期總計(jì)算負(fù)荷480kW，變壓器負(fù)載率為0.27，可見(jiàn)非采暖期變壓器運(yùn)行很不經(jīng)濟(jì)，由于供電部門(mén)從管理角度出發(fā)，不同意采用一戶二路二表，正常、采暖分別供電的方式，所以設(shè)計(jì)按照采暖期負(fù)荷容量、非采暖期負(fù)荷容量分別設(shè)置兩臺(tái)變壓器，一臺(tái)變壓器容量630kVA，一臺(tái)變壓器容量1250kVA，變壓器運(yùn)行方式見(jiàn)表2。

表2 兩臺(tái)變壓器運(yùn)行方式

從表2可以看出，采用兩臺(tái)變壓器運(yùn)行，一臺(tái)630kVA變壓器，全年運(yùn)行，非采暖期帶1-30層全樓住宅負(fù)荷，變壓器負(fù)載率為0.847，采暖期帶1-9層36戶住宅負(fù)荷，變壓器負(fù)載率為0.813；一臺(tái)1250kVA變壓器，只采暖期運(yùn)行，帶10-30層84戶住宅負(fù)荷，變壓器負(fù)載率為0.896。采用兩臺(tái)變壓器，分期運(yùn)行，變壓器負(fù)載率合理，運(yùn)行較經(jīng)濟(jì)。

項(xiàng)目住宅供電主接線示意圖如圖4，非采暖期，開(kāi)關(guān)K1、K3閉合，K2斷開(kāi)，T2變壓器停運(yùn)，T1變壓器運(yùn)行，帶全樓非采暖住宅用電負(fù)荷；采暖期，開(kāi)關(guān)K1、K2閉合，K3斷開(kāi)，T1變壓器運(yùn)行帶1-9層36戶住宅用電負(fù)荷，T2變壓器運(yùn)行帶10-30層84戶住宅用電負(fù)荷。K1、K2、K3開(kāi)關(guān)兩兩電氣連鎖，防止兩臺(tái)變壓器并網(wǎng)運(yùn)行。

2.3 加熱電纜地面輻射供暖系統(tǒng)電氣安全

加熱電纜地面輻射供暖系統(tǒng)加熱電纜直接敷設(shè)于地板內(nèi)，人員直接接觸地板，電氣安全至關(guān)重要，配電系統(tǒng)應(yīng)保證使用人員安全，具體電氣安全措施如下：

圖4 住宅供電主接線示意圖

1）末端加熱電纜供電采用專用回路，220V交流電壓供電，電源線采用銅材質(zhì)，最小芯線截面不應(yīng)小于2.5mm2。

2）戶內(nèi)配電箱總斷路器選用反時(shí)限過(guò)電流斷路器，做為系統(tǒng)后備保護(hù)。

3）每一配電回路設(shè)有過(guò)電流、短路、剩余電流保護(hù)功能的斷路器，做為系統(tǒng)主保護(hù)，剩余動(dòng)作電流值為30MA。

4）接地采用TN-S系統(tǒng)。

5）做等電位聯(lián)結(jié)，且等電位聯(lián)結(jié)線與配電系統(tǒng)的地線連接。

6）合理布置溫控器、接線盒等位置，減少連接管線。

7）導(dǎo)線采用銅芯導(dǎo)線；導(dǎo)體截面應(yīng)按敷設(shè)方式、環(huán)境條件確定，且導(dǎo)體載流量不應(yīng)小于預(yù)期負(fù)荷的最大計(jì)算電流和按保護(hù)條件所確定的電流。

8）溫控器的工作電流不超過(guò)其額定工作電流；當(dāng)所控制回路的工作電流大于溫控器的額定工作電流時(shí)，采用溫控器與接觸器等其他控制設(shè)備相結(jié)合的形式實(shí)現(xiàn)控制功能。

9）加熱電纜須有金屬屏蔽層和金屬接地線，輻射量不應(yīng)大于100μT。

10）地溫傳感器穿線管采用硬質(zhì)套管。

3 需注意的問(wèn)題

該項(xiàng)目配電系統(tǒng)采用一戶一表，非采暖期，管理方、住戶需特別注意采暖用電負(fù)荷的管控。

由于采暖期需增加T2變壓器才能滿足采暖負(fù)荷需求，投入運(yùn)行T2變壓器時(shí)間是以當(dāng)?shù)夭膳跒橄蓿遣膳跇O端寒冷天氣情況下，住戶開(kāi)始使用電采暖，負(fù)荷急劇增加，而T2變壓器未投入使用，導(dǎo)致K1斷路器過(guò)負(fù)荷跳閘，系統(tǒng)供電中斷。為防止此類問(wèn)題發(fā)生，一是加強(qiáng)用電負(fù)荷電流值監(jiān)控，及時(shí)掌握負(fù)荷變化，根據(jù)天氣變化，調(diào)整供電系統(tǒng)；二是加大對(duì)住戶電采暖使用期的情況說(shuō)明，通過(guò)電價(jià)調(diào)整，規(guī)范住戶在采暖期內(nèi)使用電采暖，以保證供電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

該項(xiàng)目加熱電纜敷設(shè)采用混凝土填充式，即樓板結(jié)構(gòu)層上設(shè)絕熱層、金屬網(wǎng)層，敷設(shè)加熱電纜后混凝土填充找平；由于地面輻射供暖地面平均溫度為25～40℃，加熱電纜外表面溫度最高為65℃，住戶需特別注意二次裝修電線的敷設(shè)方法。

由于結(jié)構(gòu)層上設(shè)有絕熱層、金屬網(wǎng)層，加熱電纜產(chǎn)生的熱量對(duì)結(jié)構(gòu)層內(nèi)敷設(shè)的照明、插座電線工作環(huán)境溫度影響不大，電線載流量滿足設(shè)計(jì)要求。但是二次裝修敷設(shè)電線就較困難，由于加熱電纜在裝修前已敷設(shè)完成，二次裝修電線如敷設(shè)在地面裝飾層，加熱電纜工作使二次裝修敷設(shè)電線工作環(huán)境溫度升高，電線載流量減小，導(dǎo)致電線自身發(fā)熱，長(zhǎng)期運(yùn)行，電線絕緣層容易老化，存在漏電、火災(zāi)等安全隱患，因此個(gè)人意見(jiàn)，采用加熱電纜輻射供暖系統(tǒng)，土建電氣設(shè)計(jì)盡量一次到位，確保照明、插座電線敷設(shè)在結(jié)構(gòu)層，如需二次裝修敷設(shè)電線，應(yīng)優(yōu)先敷設(shè)在頂板，確需敷設(shè)在地面裝飾層，需沿敷設(shè)路徑做隔熱處理，并且電線截面適當(dāng)加大，以保證供電安全。

4 結(jié)語(yǔ)

高層建筑清潔能源采暖多采用天然氣，加熱電纜地面輻射供暖系統(tǒng)多用于別墅等規(guī)模較小建筑，高層住宅采用加熱電纜地面輻射供暖系統(tǒng)的項(xiàng)目在當(dāng)?shù)剌^少，通過(guò)計(jì)算分析，該項(xiàng)目加熱電纜的線功率為17W/m（敷設(shè)間距150mm），功率密度為65W/m2，數(shù)據(jù)可供大家參考。采用該配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)即滿足了供電部門(mén)一戶一表的計(jì)量要求，同時(shí)又解決了三相負(fù)荷不平衡、季節(jié)性負(fù)荷容量較大等問(wèn)題，整個(gè)配電系統(tǒng)初期投資、后期運(yùn)行費(fèi)用都有效的降低，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第四版.北京:中國(guó)電力出版社,2016.

[2]中機(jī)中電設(shè)計(jì)研究院有限公司.GB50054-2011，低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2012.

[3]中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院.JGJ16-2008，民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[4]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ142-2012,輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

[5]中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.12K404，地面輻射供暖系統(tǒng)施工安裝[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2012.