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摘要 根据国家节能政策并结合最新《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011要求，针对一些地区片面放大住宅用电负荷情况，通过对中原地区一些典型住宅小区的用电负荷调查分析，提出符合实际情况和节约能源的住宅小区用电负荷设计选取的建议。
关键词住宅 用电负荷 变压器负载率 节能
中途分类号：S210.4 文献标识码：A文章编号：
《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011对不同面积的住宅最低用电负荷作出了明确规定：“建筑面积《60m2，3kW；60m2<建筑面积《90m2，4kW；90m2<建筑面积《150m2，6kW；建筑面积>150m2,6kW+超出部分（按40~50W/m2计算）。”，通过对中原地区几个典型规模小区实际住户用电情况的调查，结合住宅建筑电气设计标准的发展史（住宅负荷指标：70年代，2W/ m2；80年代，10W/ m2；90年代，10W/ m2；2000年后50～60 W/ m2），谈谈住宅、住宅小区用电负荷计算与节能的关系。
1、住宅小区调查情况
小区1
某省会城市单位多层（5—7层，无电梯）住宅小区，为70～80年代兴建的住宅小区，总建筑面积约33300 m2，总户数508，小区入住率95%。
住户用电实际配置标准（按当时的规范规定）如下：建筑面积60m2以下，202户，1.5kW，户内配电箱主进断路器为In=20A，电表5（20）A；60m2<建筑面积《90m2，284户，2kW，户内配电箱主进断路器为In=25A，电表5（20）A；90m2<建筑面积《150m2，12户，2.5kW，户内配电箱主进断路器为In=32A，电表10（40）A。从变电所到每幢住宅楼有一路～220/380V电源（根据不同单元数，所用的电缆大小不等），每个单元（18户）主进断路器In=100A。
住宅变压器安装容量630kVA（单位负荷指标约为18.9VA/ m2），运行20多年，平均负载率在81%左右，高峰时段也无过负荷跳闸事故。若要满足现行《住宅建筑电气设计规范》要求，按照需要系数法计算，住宅变压器安装容量需要2*630kVA，计算负载率在83%。
小区2
同上城市某高层住宅小区，为2001-2004年建成的小区，建筑层数12~32层（建筑高度<100m），总建筑面积314290m2，其中住宅建筑面积245000m2，总户数1463户，小区入住率80%左右。
户型比例分别为建筑面积60m2以下，360户，户内配电箱主进断路器为In=40A，电表10（40）A；60m2<建筑面积《90m2，862户，户内配电箱主进断路器为In=50A，电表15（60）A；90m2<建筑面积《150m2，120户，户内配电箱主进断路器为In=63A，电表15（60）A；建筑面积>150m2，120户，户内配路器In=80A，电表电箱主进断20（80）A；建筑面积>150m2，考虑户式中央空调，户内配路器为三相In=63A，电表电箱主进断15（60）A（按照建设单位等方面对高档小区的要求，每户用电配置容量分别为单相6kW，8kW，10kW，12kW和三相8kW，另有楼王1户，建筑面积600m2，按三相12kW配电）。按每且单元分段电缆（每段不超过10层）进线，In=315～400A。
住宅变压器总安装容量9020kVA（单位负荷指标约为28.7VA/ m2），住宅变电所均设置在高层住宅楼地下室，其中容量为630kVA变压器4台，容量为500kVA变压器13台，设计变压器负载率为75%。（根据当地供电部门的要求，住户按照38VA/ m2计算，变压器总安装容量为9310kVA，计算负载率约72.7%。）实际调查发现，变压器负载率平均约为35.6%，即使考虑另外20%全部入住，负载率为44.5%，不足50%。
小区3
同上城市西区的一个多层住宅小区，2006年按照国家“70-90”政策要求建设。小区共有住户1092户，住宅总建筑面积96900平方米，其中90平方米及其以下住宅占75.1%。现小区入住率达到85%。
户型比例分别为建筑面积60m2以下，280户，用电负荷4kW，户内配电箱主进断路器为In=32A，电表10（40）A；60m2<建筑面积《90m2，520户，用电负荷6kW，戶内配电箱主进断路器为In=40A，电表10（40）A；90m2<建筑面积《150m2，292户，用电负荷8kW，户内配电箱主进断路器为In=50A，电表15（60）A。每个单元（12户）独立进线，主进断路器In=100～160A。
设计住宅变压器总安装容量3000kVA（单位负荷指标约为31.0VA/ m2），选用容量为500kVA的箱式变电站6台，设计变压器负载率为81%。（住户按照每平方米0.03VA设计，低于当地供电部门每平方米0.038VA要求）实际调查发现，变压器负载率平均约为35%，即使考虑另外15%全部入住，载率为41.2%，不足50%。
表1小区2和小区3实际安装容量统计
2、变压器损耗和成本分析
以SCB10系列10kV级无励磁调压干式变压器为例，500kVA、630kVA和800kVA三种住宅小区常用规格的损耗在负荷率40%、50%、65%和75%情况下的综合功率损耗分析见表2。（本计算的技术参数参考一家公司10kV级无励磁调压干式变压器系列产品说明书，计算公式略）
表2变压器损耗分析表
从上表可以计算出：单台干式变压器，容量每提高1个数量规格，功率损耗增加16.1%～18.6%，年损耗耗电量增加17.2%～19.7%。
某制造公司的SCB10网上报价：500kVA、13.65万元；630kVA、15.98万元；800kVA、19.55万元（干式变压器的价格会因国际市场的铜、镍等金属价格和建筑市场的繁荣程度高低浮动，但不同容量规格的干式变压器报价趋势不会有大的变化）。可以计算出，容量每提高1个数量规格，价格增加17.1%～22.3%。
研究结果表明，用于民用住宅建筑的10kV级干式变压器的经济运行负载率为60%~75%。除上述小区1变压器总安装容量略低外，如果小区2和小区3的变压器要达到60%以上经济负载率，变压器总安装容量可以减少20%以上；相当于变压器容量规格降低1~2个级别（或减少变压器数量），不仅可以节省直接投资，更重要的是节省每年的变压器运行损耗，大大降低能耗。
以小区2为例，可以选用12台SCB10-500kVA变压器，总安装容量6000kVA（单位用电指标约为19.1VA/ m2），比现有装机容量9020kVA减少3000kVA，变压器负载率约为69%，在经济运行区间内。小区可以减少变压器损耗93407.2千瓦，年节电252135.6千瓦时。
同样，小区3，可以选用4台SCB10-500kVA变压器，总安装容量2000kVA（单位用电指标约为20.6VA/ m2），比现有装机容量3000kVA减少1000kVA，变压器负载率约为73%，在经济运行区间内。小区可以减少变压器损耗49799.6千瓦，年节电81398.05千瓦时。
3、住户用电设备调查分析
由于住宅建筑面积不同，住户的家用电器及其他用电设备也有差异。城市家庭一般都有电视和音响、冷暖空调、电冰箱、洗衣机、电饭堡、微波炉、计算机、抽油烟机等家用电器，条件好的家庭还有电磁炉、浴霸、冷柜、电炒锅、消毒柜、电热水器、电吹风等大功率家电。见表3
表3住户用电负荷统计分析表
上述小区所在城市的市政府于2011年颁布“…新建住宅项目供配电设施建设管理办法（试行）的通知”规定：“住宅项目居民用电负荷配置标准如下：住宅建筑面积50平方米及以下的，基本配置容量每户5千瓦；建筑面积50平方米以上至90平方米的住宅，基本配置容量每户7千瓦；建筑面积90平方米以上至120平方米的住宅，基本配置容量每户9千瓦；建筑面积120平方米以上至160平方米的住宅，基本配置容量每户11千瓦；建筑面积160平方米以上至200平方米的住宅，基本配置容量每户13千瓦；建筑面积200平方米以上的住宅，不低于15千瓦；建筑面积每增加15平方米，基本配置容量增加1千瓦。”显然远高于国家标准和上述调查分析的结果。
在表2中，调查结果表明，在中原地区每个平均家庭用电设备的同时使用系数不到0.3，大功率用电设备同时使用概率更小一些。因此，在设计计算居民用电负荷时，按照建筑面积的大小可以分别选取3千瓦、4.5千瓦和6千瓦（見表3）。可以看出表3的数值与国家住宅规范的最低用电负荷要求基本一致。
表4住宅项目居民用电负荷配置参考值
如果按照表4的建议设计取值，小区2和小区3的计算结果见表5：
表5小区2和小区3假定计算安装容量
表5的负载率计算结果与前面所述降低变压器损耗的分析一致。同时，住宅单元（或高层住宅单元分段）主断路器可以降低1～2个规格数量级，进线电缆截面也可以可以降低1～2个规格数量级，实现满足住户用电要求前提下的投资节省。
我国城镇新建住宅面积从2006年的6.3亿平方米，已经发展到2011年的9亿平方米。如果从现在起，住宅用电指标在现有设计采用的35～50VA/ m2标准减少5VA/ m2，每年将减少变压器安装容量45亿伏安，相当于减少9000台容量为500 kVA的变压器，既节约大量投资，又节省可观的电能损耗。
结束语
尽管存在地域的差别、大中小城市发展不均衡、城乡生活方式不同等因素，但随着当今世界由于微电子新技术、电子新技术、电气新技术飞速发展，住宅用电设备的能耗也会越来越小；同时，太阳能等多种新能源的家电产品也会在家庭中越来越多见，即是说未来十数年中家庭用电负荷也不大可能有大的增加。笔者认为，住宅项目一味追求高用电负荷配置标准不仅是与国家节能减排政策有悖的，而且会造成前期投资的增加和后期运行的浪费。按照国家规范《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011的最低要求设计选择变压器容量，完全能满足未来几十年不同家庭的用电需求，也真正实现节约能源、减少浪费的目的。
作者：张将，男，1993年4月生，重庆大学电气学院2011级1107班学生
参考文献：
国家标准：《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011
国家行业标准：《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008
任元会主编《工业与民用配电设计手册》（第三版）
《全国民用建筑工程设计技术措施》（2003）
SCB-10系列10kV级干式电力变压器技术说明书
英文：
题目：Residential electricity & Energy conservation
作者：Zhang Jiang
关键词住宅 用电负荷 变压器负载率 节能
中途分类号：S210.4 文献标识码：A文章编号：
《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011对不同面积的住宅最低用电负荷作出了明确规定：“建筑面积《60m2，3kW；60m2<建筑面积《90m2，4kW；90m2<建筑面积《150m2，6kW；建筑面积>150m2,6kW+超出部分（按40~50W/m2计算）。”，通过对中原地区几个典型规模小区实际住户用电情况的调查，结合住宅建筑电气设计标准的发展史（住宅负荷指标：70年代，2W/ m2；80年代，10W/ m2；90年代，10W/ m2；2000年后50～60 W/ m2），谈谈住宅、住宅小区用电负荷计算与节能的关系。
1、住宅小区调查情况
小区1
某省会城市单位多层（5—7层，无电梯）住宅小区，为70～80年代兴建的住宅小区，总建筑面积约33300 m2，总户数508，小区入住率95%。
住户用电实际配置标准（按当时的规范规定）如下：建筑面积60m2以下，202户，1.5kW，户内配电箱主进断路器为In=20A，电表5（20）A；60m2<建筑面积《90m2，284户，2kW，户内配电箱主进断路器为In=25A，电表5（20）A；90m2<建筑面积《150m2，12户，2.5kW，户内配电箱主进断路器为In=32A，电表10（40）A。从变电所到每幢住宅楼有一路～220/380V电源（根据不同单元数，所用的电缆大小不等），每个单元（18户）主进断路器In=100A。
住宅变压器安装容量630kVA（单位负荷指标约为18.9VA/ m2），运行20多年，平均负载率在81%左右，高峰时段也无过负荷跳闸事故。若要满足现行《住宅建筑电气设计规范》要求，按照需要系数法计算，住宅变压器安装容量需要2*630kVA，计算负载率在83%。
小区2
同上城市某高层住宅小区，为2001-2004年建成的小区，建筑层数12~32层（建筑高度<100m），总建筑面积314290m2，其中住宅建筑面积245000m2，总户数1463户，小区入住率80%左右。
户型比例分别为建筑面积60m2以下，360户，户内配电箱主进断路器为In=40A，电表10（40）A；60m2<建筑面积《90m2，862户，户内配电箱主进断路器为In=50A，电表15（60）A；90m2<建筑面积《150m2，120户，户内配电箱主进断路器为In=63A，电表15（60）A；建筑面积>150m2，120户，户内配路器In=80A，电表电箱主进断20（80）A；建筑面积>150m2，考虑户式中央空调，户内配路器为三相In=63A，电表电箱主进断15（60）A（按照建设单位等方面对高档小区的要求，每户用电配置容量分别为单相6kW，8kW，10kW，12kW和三相8kW，另有楼王1户，建筑面积600m2，按三相12kW配电）。按每且单元分段电缆（每段不超过10层）进线，In=315～400A。
住宅变压器总安装容量9020kVA（单位负荷指标约为28.7VA/ m2），住宅变电所均设置在高层住宅楼地下室，其中容量为630kVA变压器4台，容量为500kVA变压器13台，设计变压器负载率为75%。（根据当地供电部门的要求，住户按照38VA/ m2计算，变压器总安装容量为9310kVA，计算负载率约72.7%。）实际调查发现，变压器负载率平均约为35.6%，即使考虑另外20%全部入住，负载率为44.5%，不足50%。
小区3
同上城市西区的一个多层住宅小区，2006年按照国家“70-90”政策要求建设。小区共有住户1092户，住宅总建筑面积96900平方米，其中90平方米及其以下住宅占75.1%。现小区入住率达到85%。
户型比例分别为建筑面积60m2以下，280户，用电负荷4kW，户内配电箱主进断路器为In=32A，电表10（40）A；60m2<建筑面积《90m2，520户，用电负荷6kW，戶内配电箱主进断路器为In=40A，电表10（40）A；90m2<建筑面积《150m2，292户，用电负荷8kW，户内配电箱主进断路器为In=50A，电表15（60）A。每个单元（12户）独立进线，主进断路器In=100～160A。
设计住宅变压器总安装容量3000kVA（单位负荷指标约为31.0VA/ m2），选用容量为500kVA的箱式变电站6台，设计变压器负载率为81%。（住户按照每平方米0.03VA设计，低于当地供电部门每平方米0.038VA要求）实际调查发现，变压器负载率平均约为35%，即使考虑另外15%全部入住，载率为41.2%，不足50%。
表1小区2和小区3实际安装容量统计
2、变压器损耗和成本分析
以SCB10系列10kV级无励磁调压干式变压器为例，500kVA、630kVA和800kVA三种住宅小区常用规格的损耗在负荷率40%、50%、65%和75%情况下的综合功率损耗分析见表2。（本计算的技术参数参考一家公司10kV级无励磁调压干式变压器系列产品说明书，计算公式略）
表2变压器损耗分析表
从上表可以计算出：单台干式变压器，容量每提高1个数量规格，功率损耗增加16.1%～18.6%，年损耗耗电量增加17.2%～19.7%。
某制造公司的SCB10网上报价：500kVA、13.65万元；630kVA、15.98万元；800kVA、19.55万元（干式变压器的价格会因国际市场的铜、镍等金属价格和建筑市场的繁荣程度高低浮动，但不同容量规格的干式变压器报价趋势不会有大的变化）。可以计算出，容量每提高1个数量规格，价格增加17.1%～22.3%。
研究结果表明，用于民用住宅建筑的10kV级干式变压器的经济运行负载率为60%~75%。除上述小区1变压器总安装容量略低外，如果小区2和小区3的变压器要达到60%以上经济负载率，变压器总安装容量可以减少20%以上；相当于变压器容量规格降低1~2个级别（或减少变压器数量），不仅可以节省直接投资，更重要的是节省每年的变压器运行损耗，大大降低能耗。
以小区2为例，可以选用12台SCB10-500kVA变压器，总安装容量6000kVA（单位用电指标约为19.1VA/ m2），比现有装机容量9020kVA减少3000kVA，变压器负载率约为69%，在经济运行区间内。小区可以减少变压器损耗93407.2千瓦，年节电252135.6千瓦时。
同样，小区3，可以选用4台SCB10-500kVA变压器，总安装容量2000kVA（单位用电指标约为20.6VA/ m2），比现有装机容量3000kVA减少1000kVA，变压器负载率约为73%，在经济运行区间内。小区可以减少变压器损耗49799.6千瓦，年节电81398.05千瓦时。
3、住户用电设备调查分析
由于住宅建筑面积不同，住户的家用电器及其他用电设备也有差异。城市家庭一般都有电视和音响、冷暖空调、电冰箱、洗衣机、电饭堡、微波炉、计算机、抽油烟机等家用电器，条件好的家庭还有电磁炉、浴霸、冷柜、电炒锅、消毒柜、电热水器、电吹风等大功率家电。见表3
表3住户用电负荷统计分析表
上述小区所在城市的市政府于2011年颁布“…新建住宅项目供配电设施建设管理办法（试行）的通知”规定：“住宅项目居民用电负荷配置标准如下：住宅建筑面积50平方米及以下的，基本配置容量每户5千瓦；建筑面积50平方米以上至90平方米的住宅，基本配置容量每户7千瓦；建筑面积90平方米以上至120平方米的住宅，基本配置容量每户9千瓦；建筑面积120平方米以上至160平方米的住宅，基本配置容量每户11千瓦；建筑面积160平方米以上至200平方米的住宅，基本配置容量每户13千瓦；建筑面积200平方米以上的住宅，不低于15千瓦；建筑面积每增加15平方米，基本配置容量增加1千瓦。”显然远高于国家标准和上述调查分析的结果。
在表2中，调查结果表明，在中原地区每个平均家庭用电设备的同时使用系数不到0.3，大功率用电设备同时使用概率更小一些。因此，在设计计算居民用电负荷时，按照建筑面积的大小可以分别选取3千瓦、4.5千瓦和6千瓦（見表3）。可以看出表3的数值与国家住宅规范的最低用电负荷要求基本一致。
表4住宅项目居民用电负荷配置参考值
如果按照表4的建议设计取值，小区2和小区3的计算结果见表5：
表5小区2和小区3假定计算安装容量
表5的负载率计算结果与前面所述降低变压器损耗的分析一致。同时，住宅单元（或高层住宅单元分段）主断路器可以降低1～2个规格数量级，进线电缆截面也可以可以降低1～2个规格数量级，实现满足住户用电要求前提下的投资节省。
我国城镇新建住宅面积从2006年的6.3亿平方米，已经发展到2011年的9亿平方米。如果从现在起，住宅用电指标在现有设计采用的35～50VA/ m2标准减少5VA/ m2，每年将减少变压器安装容量45亿伏安，相当于减少9000台容量为500 kVA的变压器，既节约大量投资，又节省可观的电能损耗。
结束语
尽管存在地域的差别、大中小城市发展不均衡、城乡生活方式不同等因素，但随着当今世界由于微电子新技术、电子新技术、电气新技术飞速发展，住宅用电设备的能耗也会越来越小；同时，太阳能等多种新能源的家电产品也会在家庭中越来越多见，即是说未来十数年中家庭用电负荷也不大可能有大的增加。笔者认为，住宅项目一味追求高用电负荷配置标准不仅是与国家节能减排政策有悖的，而且会造成前期投资的增加和后期运行的浪费。按照国家规范《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011的最低要求设计选择变压器容量，完全能满足未来几十年不同家庭的用电需求，也真正实现节约能源、减少浪费的目的。
作者：张将，男，1993年4月生，重庆大学电气学院2011级1107班学生
参考文献：
国家标准：《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011
国家行业标准：《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008
任元会主编《工业与民用配电设计手册》（第三版）
《全国民用建筑工程设计技术措施》（2003）
SCB-10系列10kV级干式电力变压器技术说明书
英文：
题目：Residential electricity & Energy conservation
作者：Zhang Jiang