2.2 负荷计算

表2.2.1  损耗百分率表

  3)合理选择变压器：选用高效低耗变压器。力求使变压器的实际负荷接近设计的最佳负荷，提高变压器的技术经济效益，减少变压器能耗。
  4)优化变压器的经济运行方式：即最小损耗的运行方式。尤其是季节性负荷(如空调机组)或专用设备(如体肯建筑的场地照明负荷)，可考虑设专用变压器，以降低变压器损耗。
  5)合理选择线路路径：负荷线路尽量短，以降低线路损耗。
2.2.2 负荷计算方法。民用建筑的电力负荷计算，基本上都采用单位指标法。需用系数法以及负荷密度法。负荷密度法主要适用于规划设计。方案设计阶段可采用单位指标法确定变压器的容量和台数。初步设计和施工图设计阶段则采用需用系数法。
负荷计算的主要内容有：设备容量、计算容量、计算电流。
设备容量：也称为安装容量，是用户安装的所有用电设备的额定容量或额定功率(设备铭牌数据)之和。
计算容量：也称计算负荷、需要负荷，通常采用30min最大平均负荷，标志用户的最大用电功率。
计算电流：是计算容量在额定电压下的电流，是选择配电变压器、导体，电器、计算电压偏差、功率损耗的依据，也可作为电能消耗量及无功功率补偿的计算依据。
1.电位指标法。
在方案设计阶段，为确定供电方案利选择变压器的容量及台数，通常采用单位指标法。根据目前的用电水平和装备标准，其指标见表2.2.2-1。

表2.2.2-1  变压器装置指标

续表2.2.2-1

注：1. 当空调系统采用直燃机制冷时，用电指标比采用电动压缩机制冷时降低20~35V•A/m²。表中所列用电指标上限值，为采用电动压缩机制冷的数值。
       2. 住宅用电负荷按当地设计标准估算。
单位指标法的计算公式如下：

式中：S₃₀——计算的视在功率（kV•A）；
              K——单位指标（V•A/m²）；
              N——建筑面积（m²）。

2.需用系数法
需用系数法源自工业企业单位的负荷计算，应用在公共民用建筑负荷计算中会因为负荷运行方式的差异而产生偏差。
  1)需用系数法的特点：
    ①按需用系数法确定负荷时，计算负荷是采用30min时间间隔平均负荷的最大值。按此条件选择电气设备和元件，并确定配电线路电压损失的数值。因此，电气设备和导线截面已留有一定余量，提高了供电的安全可靠性。
    ②由于需用系数法末考虑用电设备同时运行台数的影响和设备容量的动态变化，将导致计算结果较实际偏大。因此，进行负荷计算时，须正确选取与各级变配电所或配电干线计算负荷相匹配的同时系数(K₁)。
  2)有关用电设备组的需用系数及功率因数见表2.2.2-2。

表2.2.2-2  用电设备组的需用系数及功率因数

续表2.2.2-2

  3）需用系数法的计算公式：

式中：——计算有功功率（kW）；
             ——需用系数；
              ——用电设备组的设备容量（kW）。

  4)需用系数法进行负荷计算的注意事项：
    ①照明负荷的容量应根据所用光源的额定功中加上附属设备的功率确定。如：气体放电灯、金属卤化物灯的负荷容量为灯泡的额定功率加上镇流器的功耗，低压卤钨灯为灯泡的额定功率加上变压器的功耗。
    ②用电设备组的设备容量不包括备用设备的容量。
    ③消防用电设备容量不列入总设备容量。
    ④季节性用电设备(如制冷设备和采暖设备)应择其大者计入总设备容量。
    ⑤反复短时工作制的用电设备功率应换算到负荷持续率为25％的设备功率。
    ⑥单相负荷应均衡地分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷的总容量的15％时，按最大相负荷的3倍作为三相对称负荷计算。
    ⑦对用电设备进行分组计算时，同类用电设备的总容量为算数相加。不同类用电设备的总容量应按有功功率和无功功率负荷分别相加求得。
    ⑧配电干线和变电所的计算负荷为各用电设备组的计算负荷之和再乘以同时系数K_t。K_t一般取0.8～0.9。
    ⑨当不同类别的建筑(如办公楼和宿舍楼)共用一台变压器时，其同时系数可按负荷高峰时段较大的一组考虑选取。

2.2.3 公共建筑的负荷参数。
1.负荷类别百分比。用电设备分为照明负荷和动力负荷。它们在不同类别的建筑物中所占负荷的百分率不同，—般照明及插座、空调机组所占份额较大，见表2.2.3-1。
2.办公建筑。包括各级党委、政府、企业、事业、团体、社区办公楼等，常是由办公室、会议室、计算机房及配套用房(餐厅、车库等)组成。
  1)负荷特点：电气负荷按正常的工作时间计算，工作日为星期一至星期五，工作时间是早8：00～晚5：00。空调负荷占总电力负荷的1／4～1／3，用电负荷受气温变化影响极大，但持续用电时间较短。

表2.2.3-1  负荷类别百分率表（％）

  2）符合参数：照明设计应满足《建筑照明设计标准》GB 50034-2004关于办公建筑照明功率密度值的要求。
智能化办公楼要根据《智能建筑设计标准》GB/T 50314-2000进行负荷计算。其他办公楼、综合楼可按表2.2.3-2进行负荷估算。

表2.2.3-2  办公建筑负荷密度表

续表2.2.3-2

3.医疗建筑。包括综合医院、专科医院、康复中心、急救中心、疗养院等。
  1)建筑特点：综合医院拉床位可分为300、400、500、600、800及1000床；按医院等级可分为三、二、一级医院。目前经常涉及的—般为二级以上的医院。
医院一般分为门诊部、医技部、住院部、行政部、后勤部等。综合性医院的布局有分散式、集中式和半集中式。考虑节能及使用便利，多采用半集中式。
  2)负荷参数：照明设计应满足《建筑照明设计标准》GB 50034—2004关于医院建筑照明功率密度值的要求。
医院的用电负荷以空调、照明负荷为主体，其中空调电制冷为用电负灼的45％～55％，照明为30％，动力及医疗设备用电为15％～25％。
医院虽然为功能性民用建筑，用电设备较多，但其照明标准比商业楼，写字搂低，用电负荷不高(北京市供电规划8V·A／m²，即可满足要求)。医院变压器安装指标一般在65～75V·A／m²之间。
随着医疗科学技术的发展，越来越多的医疗电气设备和医用电子仪器应用于医院的临床诊断和治疗，主要负荷分布如下：
    ①放射科主要包括ECT室、CT室及X光室，其供电电源应单独引自配变电所专用回路，为了互不干扰，三者的电源应分开设置。ECT的设备容量为150kV·A左右，CT的设备容量为35～50kV·A，各自带有专用调压器，在相应的机房内设置配电箱，设备自带控制箱。X光射线机每台设备容量50kV·A左右，一般医院设有5～6台，总用电量约为250kV·A左右，但需用系数只有0.2左右，每台设—个配电箱。
    ②血透室内的用电设备多，比较特殊。反渗水设备用电量约为380V、40A，应单独设置配电箱。血透机每床一台，均为移动式，用电量约为220V、5A，需有稳压装置。为使血透机互相不受干扰，应满足每台一路电源，且需加上临时仪器仪表，每床应设两组单相三极加二极的暗插座。血透室内的恒温恒湿机，用电量约为220V、6A左右。
    ③手术室是医院的心脏部位，不得中断供电，除两路10kV同时供电外，还须设应急自备柴油发电机组，在低压配电室设应急母线段，末端自动切换。每个手术室设置独立的电源控制箱，并装剩余电流检测装置，但不应设剩余电流保护器。手术室内设备，包括内墙体(大多为钢板)，均为厂家配套，设备供应商自带控制箱(箱内包括无影灯的控制开关)，电气设计时只需预留接口。
    ④检验科、理疗科等的医疗设备，对电源电压的稳定性要求较高，具插座或插座箱电源应引自稳压器或设备自带稳压电源。
    ⑤医院其余设备大部分为移动的单相用电设备，用电量一般不大于25A，采用插座或插座箱供电形式。
4.文化迹筑。包括剧院、电影院、图书馆、博物馆、档案馆、文化馆、展览馆、音乐厅等。
  1)负荷特点：电气负荷按工作时间计算，工作时间随服务对象不同而变化。空调负荷占总电力负荷的1／4～1／3，受气温变化影响极大，但持续用电时间较短。
    ①图书馆、博物馆、美术馆、展览馆的功能和照明要求基本相同，但局部和重点照明不同。图书馆建筑照度要求高的场所宜设局部照明，存放善本书的场所不宜采用紫外线辐射较强的光源，阅览室荧光灯宜采用无噪声的电子镇流器，书库照明应采用专用的书库照明灯具。
    ②观展建筑照明分为一般照明、陈列照明(橱窗照明)和投射照明，并注意以下几点：
      a.室内一般照明宜低于展品照明的照度，以便观赏者能够集中精力；
      b.灯光设置应防止产生眩光；
      c.使用高显色性光源(Ra≥85)，使观看者能正确辨认展品颜色；
      d.防止室内镜面反射，提高展柜内的照度。
    ③ 影剧院的照明主要包括观众厅、休息厅、门厅、放映室、舞台及辅助房间的照明。舞台照明较特殊，需要专门的照明器和调光设备。
  2)负荷参数：展览厅照明标准见《建筑照明设计标准》GB 50034-2004中表5.2.9展览馆展厅照明标准值。
陈列室展品照明应根据展品类别选择相应照明标准，见《建筑照明设计标准》GB 50034-2004中表5.2.8博物馆建筑陈列室展品照明标准值。
5.商业建筑。包括百货公司、超级市场、菜市场、旅馆、餐馆、饮食店、洗浴中心、美容中心等。
  1)负荷特点：电气负荷按工作时间计算，具工作时间随服务对象不同而变化。空调负荷占总用电负荷的1／4～1／3，受气温变化影响极大，但持续用电时间较短。
商业建筑整个照明应按营业种类特点进行配置，分为店前照明、门厅照明、橱窗照明，店内照明以及整个建筑物的立面(外观)照明，做到既有区别，又相互协调。
  2)负荷参数：照明设计应满足《建筑照明设计标准》GB 50034-2004关于商业建筑照明功率密度值的要求。
商业照明系统的一个显著特点是相间不平衡度很高，应设置分相无功功率自动补偿装置，以提高功率因数和供电质量。
各类商业建筑的一般照明，在距地面0. 75m参考水平工作面处的推荐照度值按《建筑照明设计标准》GB 50034-2004的规定执行。
6.体育建筑。包括体育场、体育馆、游泳馆、健身房等。
  1)负荷特点：体育建筑电力负荷应根据具使用要求，区别对待。仅在比赛期间才使用的大型用电设备宜设置单独变压器供电。在确定变压器数量时，应考虑体育建筑用电负荷的特点和经济运行条件，以及供电系统的可靠性，宜选择多台小容量变压器的供电方案。大型体育场馆还应预留一定的备用容量，作为在场馆内举行其他活动的临时电源。
    ①体育建筑照明设计，应满足不同运动项目和观众观看的要求；在有电视转播时，应满足电视转播的照明要求，减少阴影和眩光。
    ②体育建筑分室内和室外照明，室内可使用投光灯和顶灯相结合的照明方式，室外体育场一般采用投光灯。照明光源应根据运动项目，随时变换光源的光色和显色性。
    ③层高较低的健身房—般采用荧光灯照明，灯具宜与视线平行以减少眩光。
    ④层高较高的体育馆一般采用高强气体放电灯，有时为满足显色指数及光色要求也采用混光照明灯具。
    ①室外足球场一般多采用四角布投光灯，要求灯杆高度不能低于球场总宽度的1／4。
  2)负荷参数：体育建筑比赛场地照度标准应符合《建筑照明设计标准》GB 50034-2004的规定。
甲级以上体育建筑还应符合有关国际单项体育组织的规定。其他场所照明的照度标准见表2.2.3-3。

表2.2.3-3  体育建筑其他场所照明的照度标准

7.教肯建筑。包括托儿所、幼儿园、中小学校、高等院校、职业学校、特殊教育学校等。主要由教室(阶梯教室)、实验室、办公室、阅览室等组成。
  1)负荷特点：以照明负荷为主。一般教室照明采用荧光灯，美术教室宜采用显光指数高的光源。为避免光幕反射并降低眩光，荧光灯长轴应与黑板垂直，照明灯具距桌面的高度不应小于1.7m。黑板应设专用的照明设施，其平均垂直照度不能低于2001x。其他功能房间的设计要点见其他章节。
  2)负荷参数：照明设计应满足《建筑照明设计标准》GB 50034—2004关于学校建筑照明功率密度值的要求。
2.2.4 住宅建筑的负荷参数。
1.负荷特点：住宅健筑分为住宅和宿舍。住宅包括经济适用房、普通住宅、高档住宅、公寓别墅等；宿舍主要是职工宿舍、职工公寓、学生宿舍、学生公寓等。因其功能要求、设计标准不同，相应的设备配置，用电负荷也不尽相同。
2.负荷参数：住宅单元应采用单相供电。有三相用电设备的住户，三相电源只供设备用电。计量电能表应按当地供电局有关规定安装。
住宅用电指标可根据户型不同按3～8kW／户估算；当住宅户数不确定时取15～50W／m²(乘以建筑面积)估算。
住宅用电负荷宜采用需要系数法计算，需用系数的选定可根据表2.2.4-1选取，也可从住宅用电需用系数曲线上选取。
  1)多户住宅需用系数表，如表2.2.4-1。

表2.2.4-1  多户住宅需用系数表

  2）住宅用电需用系数曲线如图2.2.4。

图2.2.4  住宅用电需用系数曲线

注：本曲线的户数是指单相线路供电的用户数，如在三相供电系统中则要以单相供电的最多户数计算。对于三室及以上的户数比较多，一、二室户数比较少的供电线路，需用系数可适当偏小；反之，需用系数可适当偏大。
3. 各地区的相关规定。
  1)北京地区：住宅用电负荷见表2.2.4-2～表2.2.4-4规定。
  2)上海地区：根据上海市工程建设规范《住宅设计标准》，每套用电负荷计算功率不应小于表2.2.4-5规定：
  3)天津市：住宅用电负荷见表2.2.4-6规定。

表2.2.4-2  不同类型住宅及配套公建综合系数

表2.2.4-3  普通高层和多层2台配电变压器供电的住宅配电变压器容量

表2.2.4-4  住宅区内配套共建配电变压器容量

表2.2.4-5  住宅用电负荷计算功率

注：每套住宅用电负荷功率小于等于8kW时，应单相进户。
表2.2.4-6  住宅用电负荷标准

4）重庆市：住宅用电负荷执行当地标准（1997年），见表2.2.4-7。

表2.2.4-7  住宅用电负荷标准

5）吉林省：住宅用电负荷见表2.2.4-8规定。

表2.2.4-8  住宅用电负荷标准（1998年讨论稿）

注：吉林省1998年统一技术措施称，一般住宅容量可按3kW、4kW、5kW三个档次，对装有空调和大型电炊具的高级住宅可按6kW、7kW、8kW考虑。

6）广州市：住宅用电负荷执行当地规范（1997年），见表2.2.4-9。

表2.2.4-9  住宅用电负荷标准

7）新疆地区：小康住宅用电负荷执行当地标准（1998年），见表2.2.4-10。

表2.2.4-10  住宅用电负荷标准

2.2.5 工程实例。
1.工程概述。
北京某大型购物中心始建于1990年，原来是亚运会的配套商场，是—个中大型零售业类的百货商场。1997年通过商场扩建改造，将营业面积由7000m²，扩展到约20000m²，外加其他辅助用房，总计建筑面积约30000m²。根据对以往负荷运行的总结和扩建后增加负荷的仔细分析，决定仍用原有的变压器，容量为2×1000kV·A。用电指标仅为66.7V·A／m²。为确保商厦安全运行，在低压配电系统中装设负荷监控系统。
自1997年投入运行以来，系统工作稳定，未出现变压器过载现象。变压器负荷率：夏季为65％、冬季为40％，达到设计效果。
2.措施：
  1)对负荷状况进行详细分析和严密计算，使暖通设备容量的冗余合理。
  2)选择技术参数好的变压器和经济运行方式。
  3)采取提高功率因数，抑制谐波等措施，
  4)改善变电所的通风降温条件，以控制变压器工作温度。
  5)配备能源管理系统，实现能耗跟踪、远程及就地控制。
3.结论：
  1)工程设计中心认真分析、研究用电设备的实际负荷和运行管理程序。
  2)采取全方位的节能措施。