民用建筑的主要负荷计算

作者：胡文娟

来源：《科技资讯》2016年第21期

        摘 要：民用建筑中，电梯、风机等设备成为动力配电箱的主要负荷，目前配电设计普遍采用的需要系数法未能合理考虑大功率用电设备对总负荷产生的影响。在工业配电中，有一种新需要系数法，将该配电箱中的5台最大设备容量占配电箱总容量的比值作为影响因子，该因子参与到总负荷的计算。因此，在对系统配电时，新需要系数法能够使带有大功率设备的配电系统具有抗扰动能力，使系统更稳定，该计算方法同样可以推广到高层建筑的配电设计中。由于电梯工作的频繁性与断续性，电梯计算电流的计算方法的不同可能导致计算结果与实际值相差较大，笔者据相关资料，总结出一种有效准确的计算方法。

        关键词：高层建筑 新需要系数 配电 负荷计算 电梯 5台及以下设备

        中图分类号：TU24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（c）-0025-03

        随着社会的发展，对资源的利用率越来越高，民用高层建筑设计成为未来设计的主流。依据GB 50045-95《高层民用建筑设计防火规范》（以下简称《高规》）8.2.1条和8.3.2条规定，建筑高度超过50 m的公共建筑和建筑高度超过100 m的居住建筑的防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室或合用前室应设置的机械加压送风防烟设施。依据8.3.3条规定，层数超过32层的建筑，其送风系统与送风量应分段设计。依据JGJ 67-2006《办公建筑设计规范》4.1.3条和4.1.4条规定，5层及以上办公建筑应设置电梯；按办公建筑面积，5 000 m2至少设置一台，超高层办公建筑的乘客电梯应分层分区停靠。依据GB 50368-2005《住宅建筑规范》5.2.5条规定，7层及以上或住户入口层楼面距设计地面高度超16 m的住宅必须设置电梯。

        对民用建筑中的设备配电时，风机、电梯等属于大功率设备，在总配电负荷中占有一定的比例。动力设备的计算方法的选择对配电系统稳定性及配电箱保护电器的选择影响显著。该文就对于建筑负荷影响较大的电梯、风机等设备以及总配电箱的负荷计算进行阐述。

        1 电梯的负荷计算

        1.1 电梯的负荷分级

        电梯分为消防电梯和客梯，《民规》附录A中的规定，一类高层建筑中的客梯为一级负荷，二类高层建筑中的客梯为二级负荷。因此，消防电梯和客梯在相同级别的建筑中的负荷级别也相同。依据GB 50052-2009《供配电系统设计规范》3.0.2条和3.0.7条规定，一级负荷的电梯应由双重电源供电，当一路电源故障时，另一路电源不应同时受到损坏；二级负荷的电梯宜由两回路供电，在负荷较小或地区供电条件困难时，可采用6 kV及以上专用架空线回路供电。

        依据《民规》第13.10.4条第1款和第2款的规定，一类高层中的消防电梯配电线路宜采用矿物绝缘电缆，当线路敷设保护措施符合防火要求时，可采用有机绝缘耐火类电缆；二类高层中的消防电梯，应采用有机绝缘耐火类电缆，这是同类型建筑中消防电梯与非消防电梯的配电方面的区别。

        1.2 电梯负荷的计算

        对于电梯的负荷计算，依据GB 50055-2011《通用用电设备配电设计规范》3.3.4条第一款规定，单台交流电梯供电导线的连续工作载流量应大于其铭牌连续工作制额定电流的140%或铭牌0.5 h或1 h工作制额定电流的90%。

        （1）电梯连续工作制下，根据计算公式：

        1.3 工程实例

        某项目4号楼为一栋29层办公楼，建筑高度87 m，为一类高层。建筑物内有电梯两部，一部消防电梯一部客梯，两电梯参数一致，均为：额定载重量1 000 kg（13人），额定速度1.75 m/s，标称容量11.7 kW。

        上式中的功率因数，根据《工业与民用配电设计手册》第三版（以下简称《设计手册》）第一章第三节规定，在民用建筑中，电梯设备的功率因数为0.5～0.6，连续工作制下的电梯的功率因数取值0.5。

        断续工作制下的电梯计算负荷依据公式（5）得：

        kW

        断续工作制下的电梯计算电流依据公式（6）得：

        A

        上式中的功率因数，根据《工业与民用配电设计手册》第三版（以下简称《设计手册》）第一章第三节规定，在民用建筑中，电梯设备的功率因数为0.5～0.6，断续工作制下的电梯的功率因数取值0.55。

        两种计算方法的结果相近，而且采用该计算方法得到的计算电流值与《设计手册》表12-58中给出的值相近，依据电梯的计算电流可以选择保护电器和供电电缆或电线。

        2 5台及以下设备负荷计算

        2.1 负荷计算方法

        对于5台及以下设备的负荷计算，在现有资料中，除《设计手册》表12-57中对于电梯的规定外，在对其他少于5台的用电设备的计算电流进行计算时，普遍采用需要系数是1计算，这可能使得计算负荷比实际使用负荷偏大，既使保护电器灵敏度降低，又造成设备材料的浪费。

        针对5台及以下工业用电设备，综合需要系数法[2]将设备利用系数及设备计算系数考虑在内，得到一个混合需要系数，再用这个综合需要系数来计算设备计算电流。由于综合需要系数的计算与设备台数、设备利用系数及设备计算系数相结合，故在计算时与实际值比较接近。在对高层建筑的动力设备计算时，该综合系数法与传统算法相比，更加合理。

        2.2 工程实例

        在4号办公项目中，建筑物顶部有3台消防风机，其功率分别为18.7 kW风机两台，30 kW风机1台。

        对屋顶的3台消防风机进行配电时，由于屋顶风机控制箱位置相邻，根据《民规》13.9.10条规定，在屋顶设置一组消防双电源配电箱为其供电。由于有三台风机，故在计算双电源配电箱时，采用综合计算系数计算法，可得计算表如表1所示。

        当3台风机时，按传统计算方法，需要系数取1，得：

        对比可得，采用综合计算系数法得到的计算电流较采用需要系数为1时稍小，对于保护及切换电器的选择，亦可以起到指导作用。

        3 建筑总负荷的计算

        3.1 新需要系数法在民用建筑中的应用

        在对民用建筑中设备配电时，通常在对建筑进线时做总配电箱或在一定分区内做总配电箱，由总配电箱为整个建筑物或分区配电。由于需要做总配电箱的建筑物中设备种类较多，传统的对于总配电箱计算电流的计算采用需要系数法进行，即按用电设备的性质对设备分组，再根据配电手册中对各种类型的用电设备的需要系数和功率因数分别求出计算功率和计算电流，然后进行相加得到。笔者认为这种方法在计算无对总负荷造成影响的大容量用电设备时是合理的。但是随着建筑级别的提高或是特殊房间的布置，建筑中的风机，水泵，电梯等动力的设备不断增多，其动力设备总负荷占建筑物总负荷的百分比不断增加，需要系数法计算计算电流的方法的缺陷也逐渐显露。

        在工业配电上，新需要系数法是在原有需要系数计算方法的基础上又增加一项关于用电设备负荷对总负荷影响的一个参数，所以新需要系数法的计算较需要系数法更为准确。随着民用建筑高度的不断增加，动力设备负荷在建筑物的总负荷中的比例不断攀升，笔者认为，新需要系数法同样适用于民用建筑，尤其是高层建筑。

        新需要系数法计算如式（8）所示：

        式中，为补偿系数，该系数反映了系统中5台最大功率设备对配电系统的影响。

        新需要系数的计算在参考文献1中已有详细描述，在此不再赘述。

        3.2 工程案例

        某项目4号楼为1栋29层办公，建筑高度87 m，屋顶有3台消防风机，总功率为67 kW；电梯两部，消防电梯与客梯均11.7 kW；消防潜污泵1台，4 kW；应急照明13 kW；火灾报警电源2 kW；普通物业用电12 kW。

        采用新需要系数法，可得表2和表3。

        由配电箱AP1中平时负荷与消防负荷的计算电流，采用新需要系数法算得的比传统需要系数法算得的稍大。这表明系统中大型用电设备对总配电产生影响。根据《民规》3.5.3条规定，由于AP1的消防负荷时计算电流比平时负荷计算电流大，故在选择保护电器时应根据消防负荷时的计算电流选择。

        4 结语

        该文根据《设计手册》规定，总结的电梯计算方法准确，而且在设计工作中应用方便。在民用建筑中，动力设备负荷在总负荷中占有一定的比例，随着动力设备的增多，其同时工作系数也应合理的选取。对工业配电中的新需要系数法在民用高层建筑中的推广，不仅使民用建筑配电的保护电器选择更合理，而且使建筑中电器设备运行的可靠性得到提高。

        参考文献

        [1] 施俊良.用新需要系数法求计算负荷[J].建筑电气，2013（8）：12-18.

        [2] 施俊良.5台及以下用电设备的负荷计算[J].电气工程应用，2003（3）：30-32.

        [3] JGJ 16-2008，民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

        [4] GB 50045-95，高层民用建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2005.

        [5] GB 50368-2005，住宅建筑规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

        [6] GB 50052-2009，供配电系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

        [7] JGJ 67-2006，办公建筑设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.

        [8] GB 50055-2011，通用用电设备配电设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

        [9] 工业与民用配电设计手册[M].中国电力出版社，2005.