住宅用電與節能

住宅用電與節能張將重慶大學(xué)電氣學(xué)院重慶4101331摘要根據國家節能政策并結合最新《住宅建筑電氣設計規范》JGJ242-2011要求,針對一些地區片面放大住宅用電負荷情況,通過(guò)對中原地區一些典型住宅小區的用電負荷調查分析,提出符合實(shí)際情況和節約能源的住宅小區用電負荷設計選取的建議。關(guān)鍵詞住宅用電負荷變壓器負載率節能中途分類(lèi)號:S2104文獻標識碼:A文章編號:《住宅建筑電氣設計規范》JGJ242-2011對不同面積的住宅最低用電負荷作出了明確規定:“建筑面積《60m,3kw:60m<建筑面積《90m,4kW;90m<建筑面積《150m,6kW;建筑面積>150m,6kW+超出部分(按40~50W/m2計算)?！蓖ㄟ^(guò)對中原地區幾個(gè)典型規模小區實(shí)際住戶(hù)用電情況的調査,結合住宅建筑電氣設計標準的發(fā)展史(住宅負荷指標:70年代,2W/m;80年代,10W/m;90年代,10wW/m;2000年后50~60W/m3),談?wù)勛≌?、住宅小區用電負荷計算與節能的關(guān)系1、住宅小區調查情況小區1某省會(huì )城市單位多層(5-7層,無(wú)電梯)住宅小區,為70~80年代興建的住宅小區,總建筑面積約33300m,總戶(hù)數508,小區入住率95%。住戶(hù)用電實(shí)際配置標準(按當時(shí)的規范規定)如下:建筑面積60m以下,202戶(hù),1.5kW,戶(hù)內配電箱主進(jìn)斷路器為In=20A,電表5(20)A;60m<建筑面積《90m2,284戶(hù),2kW,戶(hù)內配電箱主進(jìn)斷路器為In=25A,電表5(20)A:90m2<建筑面積《150m2,12戶(hù),2.5kW,戶(hù)內配電箱主進(jìn)斷路H中國煤化工40)CNMHGA。從變電所到每幢住宅樓有一路~220/380V電源(根據不同單元數,所用的電纜大小不等),每個(gè)單元(18戶(hù))主進(jìn)斷路器In=100A。住宅變壓器安裝容量630kVA(單位負荷指標約為18.9VA/m),運行20多年,平均負載率在81%左右,高峰時(shí)段也無(wú)過(guò)負荷跳閘事故。若要滿(mǎn)足現行《住宅建筑電氣設計規范》要求,按照需要系數法計算,住宅變壓器安裝容量需要2*630kVA,計算負載率在83%。小區2同上城市某高層住宅小區,為2001-2004年建成的小區,建筑層數1232層(建筑高度<100m),總建筑面積314290m,其中住宅建筑面積245000m2,總戶(hù)數1463戶(hù),小區入住率80%左右。戶(hù)型比例分別為建筑面積60m以下,360戶(hù),戶(hù)內配電箱主進(jìn)斷路器為In=40A,電表10(40)A;60m<建筑面積《90m,862戶(hù),戶(hù)內配電箱主進(jìn)斷路器為In=50A,電表15(60)A;90m<建筑面積《150m2,120戶(hù),戶(hù)內配電箱主進(jìn)斷路器為In=63A,電表15(60)A;建筑面積》150m2,120戶(hù),戶(hù)內配路器In=80A電表電箱主進(jìn)斷20(80)A;建筑面積>150m2,考慮戶(hù)式中央空調,戶(hù)內配路器為三相In=63A,電表電箱主進(jìn)斷15(60)A(按照建設單位等方面對高檔小區的要求,每戶(hù)用電配置容量分別為單相6kW,8kW,10kW,12kW和三相8kW,另有樓王1戶(hù),建筑面積600m2,按三相12kW配電)。按每且單元分段電纜(每段不超過(guò)10層)進(jìn)線(xiàn),In=315~400A。住宅變壓器總安裝容量9020kVA(單位負荷指標約為28.7VA/m2),住宅變電所均設置在高層住宅樓地下室,其中容量為630kVA變壓器4臺,容量為500kVA變壓器13臺,設計變壓器負載率為75%。(根據當地供電部門(mén)的要求,住戶(hù)按照38VA/m2計算,變壓器總安裝容量為9310kVA,計算負載率約72.7%。)實(shí)際調查發(fā)現,變壓器負載率平均約為35.6%,即使考慮另外20%全部入住,負載率為44.5%,不足50%小區3中國煤化工CNMHG同上城市西區的一個(gè)多層住宅小區,2006年按照國家“70-90”政策要求建設。小區共有住戶(hù)1092戶(hù),住宅總建筑面積96900平方米,其中90平方米及其以下住宅占75.1%?，F小區入住率達到85%戶(hù)型比例分別為建筑面積60m以下,280戶(hù),用電負荷4kW,戶(hù)內配電箱主進(jìn)斷路器為In=32A,電表10(40)A:60m建筑面積《90m2,520戶(hù),用電負荷6kW,戶(hù)內配電箱主進(jìn)斷路器為In=40A,電表10(40)A;90m《<建筑面積《150m2,292戶(hù),用電負荷8kW,戶(hù)內配電箱主進(jìn)斷路器為In=50A,電表15(60)A。每個(gè)單元(12戶(hù))獨立進(jìn)線(xiàn),主進(jìn)斷路器In=100~160A設計住宅變壓器總安裝容量3000A(單位負荷指標約為31.0VA/m2),選用容量為500kVA的箱式變電站6臺,設計變壓器負載率為81%。(住戶(hù)按照每平方米0.03VA設計,低于當地供電部門(mén)每平方米0.038VA要求)實(shí)際調查發(fā)現,變壓器負載率平均約為35%,即使考慮另外15%全部入住,載率為41.2%,不足表1小區2和小區3實(shí)際安裝容量統計用電安裝功率(kW)變壓器(kVA)單位「規格60m60-90m90150150m其它合計630500合計負載率小區/標準88*3戶(hù)/臺數36012011463170.75合計21606896120014402411720252065009020小區標準戶(hù)/臺數28052000000a60.81合計1203120120030002、變壓器損耗和成本分析以SCB10系列10kV級無(wú)勵磁調壓干式變壓器為例,500kVA、630kVA和800kVA三種住宅小區常用規格的損耗在負荷率40%、50%、65%和75%情況下的綜合功率損耗分析見(jiàn)表2。(本計算的技術(shù)參數參考一家公司10kV級無(wú)勵磁調壓干式變壓器系列產(chǎn)品說(shuō)明書(shū),計算公式略)表2變壓器損耗分析表中國煤化工CNMHG序號負載率功率損耗千瓦年耗電千瓦時(shí)容量500kVA630kVA800kVA500VA40%22698.7226359.431269.828592.9634096.73998950%23708.427574.2532707.2534146.240778.3847889.8865%25222.9229396.5334863.4342476.0650800.8959748.8475%26232.63061.383630.8848029.357482.5667654.81從上表可以計算出:單臺干式變壓器,容量每提高1個(gè)數量規格,功率損耗增加16.1%~18.6%,年損耗耗電量增加1.2%~19.7%。某制造公司的SCB10網(wǎng)上報價(jià):500kVA、13.65萬(wàn)元;630kVA、15.98萬(wàn)元800kVA、19.55萬(wàn)元(千式變壓器的價(jià)格會(huì )因國際市場(chǎng)的銅、鎳等金屬價(jià)格和建筑市場(chǎng)的繁榮程度高低浮動(dòng),但不同容量規格的干式變壓器報價(jià)趨勢不會(huì )有大的變化)?？梢杂嬎愠?容量每提高1個(gè)數量規格,價(jià)格增加17.1%6~22.3%。研究結果表明,用于民用住宅建筑的10kV級干式變壓器的經(jīng)濟運行負載率為60%75%。除上述小區1變壓器總安裝容量略低外,如果小區2和小區3的變壓器要達到60%以上經(jīng)濟負載率,變壓器總安裝容量可以減少20%以上;相當于變壓器容量規格降低12個(gè)級別(或減少變壓器數量),不僅可以節省直接投資,更重要的是節省每年的變壓器運行損耗,大大降低能耗以小區2為例,可以選用12臺SCB10-500kVA變壓器,總安裝容量6000kVA(單位用電指標約為19.1WA/m2),比現有裝機容量9020kA減少3000VA,變壓器負載率約為69%,在經(jīng)濟運行區間內。小區可以減少變壓器損耗93407.2千瓦,年節電252135.6千瓦時(shí)。同樣,小區3,可以選用4臺SCB10-500kWA變壓器,總安裝容量2000kVA單位用電指標約為20.6VA/m2),比現有裝機容量3000kVA減少1000kVA,變壓器負載率約為73%,在經(jīng)濟運行區間內。小區可以減少變壓器損耗49799.6千瓦,年節電81398.05千瓦時(shí)。3、住戶(hù)用電設備調查分析中國煤化工CNMHG由于住宅建筑面積不同,住戶(hù)的家用電器及其他用電設備也有差異。城市家庭一般都有電視和音響、冷暖空調、電冰箱、洗衣機、電飯堡、微波爐、計算機抽油煙機等家用電器,條件好的家庭還有電磁爐、浴霸、冷柜、電炒鍋、消毒柜、電熱水器、電吹風(fēng)等大功率家電。見(jiàn)表3表3住戶(hù)用電負荷統計分析表數量功率小計W序標稱(chēng)功率用電設備名稱(chēng)60-9090-15060-9090-15060(60m21|柜式冷暖空調2750275027502750壁掛冷暖空調1500150045003電視機2004004計算機2302304605電飯煲8008006電熱水器12001200120012007電冰箱1301111301301308烘干式洗衣機5005005005009電熨斗80080080080010電吹風(fēng)100010001000100011節能燈具1110511016522012其他燈具2002002003電磁爐15001500150014冷柜50000050015電炒鍋6001111000160016電熱毯/暖手器等30017抽油煙機/排風(fēng)扇15015015018微波爐100001000100019消毒柜80020飲水300300中國煤化工1910CNMHG同時(shí)使用系數數0329614237上述小區所在城市的市政府于2011年頒布“…新建住宅項目供配電設施建設管理辦法(試行)的通知”規定:“住宅項目居民用電負荷配置標準如下:住宅建筑面積50平方米及以下的,基本配置容量每戶(hù)5千瓦;建筑面積50平方米以上至90平方米的住宅,基本配置容量每戶(hù)7千瓦;建筑面積90平方米以上至120平方米的住宅,基本配置容量每戶(hù)9千瓦;建筑面積120平方米以上至160平方米的住宅,基本配置容量每戶(hù)11千瓦;建筑面積160平方米以上至200平方米的住宅,基本配置容量每戶(hù)13千瓦;建筑面積200平方米以上的住宅,不低于15千瓦;建筑面積每增加15平方米,基本配置容量增加1千瓦?！憋@然遠高于國家標準和上述調查分析的結果。在表2中,調查結果表明,在中原地區每個(gè)平均家庭用電設備的同時(shí)使用系數不到0.3,大功率用電設備同時(shí)使用概率更小一些。因此,在設計計算居民用電負荷時(shí),按照建筑面積的大小可以分別選取3千瓦、4.5千瓦和6千瓦(見(jiàn)表3)?？梢钥闯霰?的數值與國家住宅規范的最低用電負荷要求基本一致。表4住宅項目居民用電負荷配置參考值功率小計W序標稱(chēng)功用電設備名稱(chēng)60-9090-150率W(60mm2同時(shí)使用系數4237.5573建議設計取值30004500如果按照表4的建議設計取值,小區2和小區3的計算結果見(jiàn)表5:表5小區2和小區3假定計算安裝容量安裝功率(kW)變壓器(kVA)用電單位規格60m60-90m90-150m|)150m2/合計630500合計負載率標準4.5小區2戶(hù)/臺數3608621201201463012120.691080凵中國煤化600CNMHG戶(hù)/臺數6小區3戶(hù)數292000000440.73合計容量84023401752020002000表5的負載率計算結果與前面所述降低變壓器損耗的分析一致。同時(shí),住宅單元(或高層住宅單元分段)主斷路器可以降低1~2個(gè)規格數量級,進(jìn)線(xiàn)電纜截面也可以可以降低1~2個(gè)規格數量級,實(shí)現滿(mǎn)足住戶(hù)用電要求前提下的投資節省我國城鎮新建住宅面積從2006年的6.3億平方米,已經(jīng)發(fā)展到2011年的9億平方米。如果從現在起,住宅用電指標在現有設計采用的35~50VA/m3標準減少5VA/m,每年將減少變壓器安裝容量45億伏安,相當于減少9000臺容量為500kⅥA的變壓器,既節約大量投資,又節省可觀(guān)的電能損耗。結束語(yǔ)盡管存在地域的差別、大中小城市發(fā)展不均衡、城鄉生活方式不同等因素,但隨著(zhù)當今世界由于微電子新技術(shù)、電子新技術(shù)、電氣新技術(shù)飛速發(fā)展,住宅用電設備的能耗也會(huì )越來(lái)越小;同時(shí),太陽(yáng)能等多種新能源的家電產(chǎn)品也會(huì )在家庭中越來(lái)越多見(jiàn),即是說(shuō)未來(lái)十數年中家庭用電負荷也不大可能有大的增加。筆者認為,住宅項目一味追求髙用電負荷配置標準不僅是與國家節能減排政策有悖的,而且會(huì )造成前期投資的增加和后期運行的浪費。按照國家規范《住宅建筑電氣設計規范》JGJ242-2011的最低要求設計選擇變壓器容量,完全能滿(mǎn)足未來(lái)幾十年不同家庭的用電需求,也真正實(shí)現節約能源、減少浪費的目的作者:張將,男,1993年4月生,重慶大學(xué)電氣學(xué)院2011級1107班學(xué)生參考文獻1、國家標準:《住宅建筑電氣設計規范》JGJ242-20112、國家行業(yè)標準:《民用建筑電氣設計規范》JGJ16-20083、任元會(huì )主編《工業(yè)與民用配電設計手冊》(第三版)4、《全國民用建筑工程設計技術(shù)措施》(2003)5、SCB-10系列10kV級干式電力變壓器技術(shù)說(shuō)明書(shū)英文1、題目: Residential electricity& Energy conservation2、作者: Zhang jiang中國煤化工CNMHG