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【摘 要】 根据夏热冬暖地区居民的生活方式，论述住宅负荷发展趋势和取值，并对住宅负荷计算中常用的需要系数法和配置系数法的计算结果进行对比分析。
【关键词】 住宅负荷 负荷计算 需要系数 配置系数 夏热冬暖
0引 言
根据《建筑气候区划标准》GB50178-93，全国划分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区等5个气候区[1]，每个气候区具有不同的气候特征，直接影响到该气候区居民的工作和生活方式，从而对电力负荷的需求也有所不同。本文通过对夏热冬暖地区居民的生活情况分析住宅负荷取值指标，并比较分析常用的两种负荷计算方法。
1 夏热冬暖地区住宅负荷发展趋势和取值
1.1夏热冬暖地区气候特征
夏热冬暖地区大部分处于北回归线以南或北回归线附近，包括海南省、广东和广西大部分地区、福建省南部、云南省南部以及港澳台地区。夏季湿热漫长，冬季较温暖但时间短；太阳辐射强度大，雨水丰富。
1.2夏热冬暖地区住宅电力负荷发展趋势分析
住宅内人的生活习惯特点，对各类用电负荷的比重影响很大，随着人民生活水平的日益提高，各类家用电器越来越普及，导致住宅用电负荷不断提高，这是目前住宅负荷的一个发展趋势。
而人的生活习惯，总是受到气候特点的影响。夏热冬暖地区夏季炎热漫长、冬季温暖短暂，且空气湿度大等特征，使得住宅夏季负荷中的空调负荷比重较大；冬季对取暖的需求不大，但由于湿度大，有干衣设备的用电需求。另外，夏季气温炎热，虽然人们洗浴用水量增大，但对热水的需求却不太高，甚至有部分人洗冷水。而冬季时制取热水的初始水温相对北方较高，所以能耗也相对较小。
同时由于绿色建筑和节能技术的发展，一方面空调设备的能效越来越高，而且建筑围护结构技术的发展使得建筑隔热性能得到不断改善，有效降低了空调系统的热损失，进而降低空调能耗。另一方面，可再生能源技术的应用，特别是利用太阳能、地源热泵、水源热泵等系统为住宅小区提供生活热水技术的成熟化、精细化，住户依赖自家设置的电热水器、燃气热水器来获得生活热水的情况将会越来越少。从而也减少了住宅对电能的消耗。
因此，综合人民生活水平的提高，以及绿色建筑和节能技术的发展来看，住宅电力负荷的发展趋势，应该是用电负荷将继续增长，但增长的幅度不断减小，最终趋于平缓。
1.3夏热冬暖地区住宅电力负荷构分析
住宅电力负荷的构成，分为稳定持续的负荷和短暂性的负荷。
稳定持续的负荷主要包含照明、空调、冰箱以及电视机、电脑、蓄热型电热水器等生活中工作持续时间长、输出功率较稳定的设备负荷。短暂负荷大量集中在厨房和卫生间设备的负荷，如果微波炉、电磁炉、消毒柜、榨汁机、电烤箱、电压力锅、即热型电热水器、电吹风、洗衣机、干衣机等工作时间短暂的设备。
1.4夏热冬暖地区住宅电力负荷的分析
1.4.1照明负荷
随着照明光源和灯具的改进，尤其是国家对节能灯的推广、对白炽灯的限制和LED照明的发展，无论是精装修交房的住宅还是业主自行装修的住宅，其照明负荷在达到同等的照明效果的情况下，将会逐渐降低。
因为装修方案多种多样，不能做到一一统计，我们可按照《建筑照明设计标准》GB50034-2004中对住宅照明提出的功率密度要求作为依据。其中对住宅主要的功能用房的功率密度都提出了要求，现行值为7W/m2 [2]。
1.4.2空调负荷
住宅空调运行状况通常都不是全部开启，而是在有人活动的房间才开启，人离开后从节约电费角度考虑，大多会主动关闭空调。而一个有人活动的房间内的空调，也不是持续在同一个工况下运行。一般设定好温度后，空调开启时会满载运行，直到室温降低至设定温度后，空调机就会调整到以维持室温为目的的工况（比如间歇运转、变频调速运转等）。此时空调负荷的功率将不再是空调机的额定功率，而是取决于住宅室内热能的传递情况，这就跟住宅围护结构的性能以及换气次数有关。
以夏热冬暖地区某个绿色建筑二星级的住宅项目为例，外墙传热系数为1.37 W/（㎡·K），平均窗墙面积比为0.21，外窗传热系数为6.4。按夏季室外气温36℃、室内气温26℃计算得出平均单位建筑面积的热损失约为26.1W/m2。再考虑换气次数、建筑内人体、用电设备等的发热对空调能耗的影响，可以按30W/m2做为住宅空调单位面积功率指标。
1.4.3单户住宅用电负荷的分析
以目前最常见的130m2三室二厅的户型为例进行分析。户内实际面积为102m2，一般家庭为三口之家。由于没有冬季采暖需求，所以一般情况下最高的负荷出现在夏季。对电力负荷计算有意义的稳定负荷一般出现在21点～23点之间，最高负荷一般出现在18点～20点之间。各时段的负荷分析如下：
照明负荷：在18点～20点之间，家庭主要活动区域为客厅、餐厅、书房、厨房、卫生间，其总面积为55.6m2，照明负荷为0.39kW；在21点～23点之间，家庭主要活动区域为客厅、书房、卫生间、卧室，其总面积为50.4m2，则照明负荷为0.35kW。
空调负荷：在18点～20点之间，家庭主要活动区域为客厅、餐厅、书房、厨房、卫生间，其总面积为58.8m2，空调负荷为1.76kW；在21点～23点之间，家庭主要活动区域为客厅、书房、卫生间、卧室，其总面积为53.6m2，则空调负荷为1.61kW。
其他用电设备负荷：在18点～20点之间，家庭主要其他用电设备有电视机（0.18kW）、电脑（0.3kW）、电压力锅（0.9kW）、电磁炉（2.1kW）、油烟机（0.18kW）、电冰箱（0.12kW）等，共3.8kW。在21点～23点之间，家庭主要其他用电设备有电视机（0.18kW）、电脑（0.3kW）、洗衣机（0.2kW）等、消毒柜（0.52kW）、电冰箱（0.12kW），共1.32kW。 通过以上统计，在18点～20点之间总电力负荷为5.95kW，在21点～23点之间总电力负荷为3.28kW。
以上计算没有计算生活热水采用电热水器，是考虑将来发展采用燃气热水器（天然气价格比电价格有优势，尤其是实行阶梯电价的地区）或者太阳能及其他可再生能源供生活热水的情况（建筑节能发展趋势）。如若考虑储水型热水器，则在21点～23点之间总电力负荷为4.78kW，如若考虑即热式热水器，则在21点～23点之间总电力负荷为6.78kW。
夏热冬暖地区住宅电力负荷的量化指标
考虑到将来生活水平的提高，新的家用电器的普及（如电烤箱、空气净化器、洗碗机等）对住宅电力负荷需求的增加，像上例户型的住宅在设计时可考虑按8kW计算，按户型总建筑面积计算约60W/m2，即可按60W/m2的指标来计算住宅的电力负荷。值得说明的是，一天内住宅负荷能达到8kW的时间非常短，只有在在18点～20点之间，厨房设备大量使用的情况下才有可能达到8kW。
2 住宅负荷计算
本文所说的住宅负荷计算，是指通过负荷侧的功率统计，选用适合容量的变压器的计算方法。
目前住宅负荷计算方法主要两种：需要系数法和配置系数法。
2.1需要系数法：
需要系数法是用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷[3]。其计算公式为：
应用实例：某住宅楼两梯4户，33层（首层架空），共128户。其中6kW户型64户，8kW户型64户，计算适合容量的变压器：
根据计算结果，可选择额定容量为500kVA的变压器作为该住宅楼的配电变压器（计算结果仅为一户一表用的公共变压器）。
2.2配置系数法
配置系数（ KP ）—配电变压器的容量（kVA）或低压配电线路馈送容量（kW）与居住区用电负荷（kW）之比值[5]。
把配置系数看做是需要系数、同时系数、功率因数、变压器负荷率的综合系数。其计算公式为：
配置系数法在供电部门和电网公司应用得较为广泛，其优点是快捷简便。而配置系数则是根据电网长期运行积累下来的经验数据汇编应用实例：以需要系数法的案例，采用配置系数法进行配变变压器的选型：
根据计算结果，可选择额定容量为500kVA的变压器作为该住宅楼的配电变压器（计算结果仅为一户一表用的公共变压器）。
2.3需要系数法与配置系数法的比较
既然两种计算方法来自不同的行业部门（建筑和电力），那是否计算结果出现偏差，导致由建筑设计院设计出来的施工图纸在向电网公司申请变压器报装时造成争议？对于这个疑虑，可以通过一系列的计算对比来分析两种计算方法的偏差有多大。
因为计算目的是对比需要系数法和配置系数法计算结果的偏差，所以两种方法的基本条件均选用相同的数据。设定每户均为6kW，需要系数法中变压器负荷率按75%，补偿后cosφ=0.9计算。套用需要系数法和配置系数法公式，推算1户～409户住宅需要配置的变压器容量，得出以下图表：
图2.3.1 两种系数法中变压器容量与户数关系
从图表上可以看出，虽然需要系数法和配置系数法计算的结果有一些少许的偏差，但总体上是基本吻合的，少许的偏差是因为需要系数法对75～300户的取值没有做到细分，均按0.4取，而配置系数法在这个区间还分有3个值。
因此，无论采用需要系数法还是配置系数法计算配变变压器，所得的结果应该是接近的。需要注意的是在采用需要系数法的时候，变压器的负荷率应该尽量在75%～80%之间，才有利于变压器工作在高效状态。
3 结语
单户住宅的用电负荷由于人民生活水平的提高，各类家电的普及而有所增长，但因为绿色建筑和建筑节能技术的发展，以及阶梯电价等节能管理措施的推行，单户住宅用电负荷增长的趋势将会逐步变缓。以现有生活水平和将来一段时间内的发展情况预计，住宅用电负荷指标可以按60W/m2进行计算。
而配变变压器的容量计算，目前常用的方法主要是需要系数法和配置系数法，分别来自建筑、电力两个行业。两者的计算结果之间总体上是基本吻合的，但两者所采用的系数取值，是否完全与现今乃至将来的实际的运行状况吻合，取值的户数区间是否能再分得更加细致一些，还需对住宅负荷的能耗状况做深入细致的调查研究，以推断今后的发展趋势。
参考文献
[1] 中国建筑科学研究院，主编. GB50178-93 建筑气候区划标准[S]. 中国计划出版社，1994.
[2] 中国建筑科学研究院，主编. GB50034-2004 建筑照明设计标准[S]. 中国建筑工业出版社，2004.
[3] 中国航空工业规划设计研究院，中国航天建筑设计研究院，核工业第二研究设计院. 工业与民用配电设计手册 第三版[M]. 中国电力出版社，2005.
[4] 中国建筑标准设计研究院. 全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇（2007） 电气[M]. 中国计划出版社，2007.
[5]广西电网公司，广西建筑科学研究设计院. DBJ/45-004-2012 居住区供配电设施建设规范[S]. 中国标准出版社.
【关键词】 住宅负荷 负荷计算 需要系数 配置系数 夏热冬暖
0引 言
根据《建筑气候区划标准》GB50178-93，全国划分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区等5个气候区[1]，每个气候区具有不同的气候特征，直接影响到该气候区居民的工作和生活方式，从而对电力负荷的需求也有所不同。本文通过对夏热冬暖地区居民的生活情况分析住宅负荷取值指标，并比较分析常用的两种负荷计算方法。
1 夏热冬暖地区住宅负荷发展趋势和取值
1.1夏热冬暖地区气候特征
夏热冬暖地区大部分处于北回归线以南或北回归线附近，包括海南省、广东和广西大部分地区、福建省南部、云南省南部以及港澳台地区。夏季湿热漫长，冬季较温暖但时间短；太阳辐射强度大，雨水丰富。
1.2夏热冬暖地区住宅电力负荷发展趋势分析
住宅内人的生活习惯特点，对各类用电负荷的比重影响很大，随着人民生活水平的日益提高，各类家用电器越来越普及，导致住宅用电负荷不断提高，这是目前住宅负荷的一个发展趋势。
而人的生活习惯，总是受到气候特点的影响。夏热冬暖地区夏季炎热漫长、冬季温暖短暂，且空气湿度大等特征，使得住宅夏季负荷中的空调负荷比重较大；冬季对取暖的需求不大，但由于湿度大，有干衣设备的用电需求。另外，夏季气温炎热，虽然人们洗浴用水量增大，但对热水的需求却不太高，甚至有部分人洗冷水。而冬季时制取热水的初始水温相对北方较高，所以能耗也相对较小。
同时由于绿色建筑和节能技术的发展，一方面空调设备的能效越来越高，而且建筑围护结构技术的发展使得建筑隔热性能得到不断改善，有效降低了空调系统的热损失，进而降低空调能耗。另一方面，可再生能源技术的应用，特别是利用太阳能、地源热泵、水源热泵等系统为住宅小区提供生活热水技术的成熟化、精细化，住户依赖自家设置的电热水器、燃气热水器来获得生活热水的情况将会越来越少。从而也减少了住宅对电能的消耗。
因此，综合人民生活水平的提高，以及绿色建筑和节能技术的发展来看，住宅电力负荷的发展趋势，应该是用电负荷将继续增长，但增长的幅度不断减小，最终趋于平缓。
1.3夏热冬暖地区住宅电力负荷构分析
住宅电力负荷的构成，分为稳定持续的负荷和短暂性的负荷。
稳定持续的负荷主要包含照明、空调、冰箱以及电视机、电脑、蓄热型电热水器等生活中工作持续时间长、输出功率较稳定的设备负荷。短暂负荷大量集中在厨房和卫生间设备的负荷，如果微波炉、电磁炉、消毒柜、榨汁机、电烤箱、电压力锅、即热型电热水器、电吹风、洗衣机、干衣机等工作时间短暂的设备。
1.4夏热冬暖地区住宅电力负荷的分析
1.4.1照明负荷
随着照明光源和灯具的改进，尤其是国家对节能灯的推广、对白炽灯的限制和LED照明的发展，无论是精装修交房的住宅还是业主自行装修的住宅，其照明负荷在达到同等的照明效果的情况下，将会逐渐降低。
因为装修方案多种多样，不能做到一一统计，我们可按照《建筑照明设计标准》GB50034-2004中对住宅照明提出的功率密度要求作为依据。其中对住宅主要的功能用房的功率密度都提出了要求，现行值为7W/m2 [2]。
1.4.2空调负荷
住宅空调运行状况通常都不是全部开启，而是在有人活动的房间才开启，人离开后从节约电费角度考虑，大多会主动关闭空调。而一个有人活动的房间内的空调，也不是持续在同一个工况下运行。一般设定好温度后，空调开启时会满载运行，直到室温降低至设定温度后，空调机就会调整到以维持室温为目的的工况（比如间歇运转、变频调速运转等）。此时空调负荷的功率将不再是空调机的额定功率，而是取决于住宅室内热能的传递情况，这就跟住宅围护结构的性能以及换气次数有关。
以夏热冬暖地区某个绿色建筑二星级的住宅项目为例，外墙传热系数为1.37 W/（㎡·K），平均窗墙面积比为0.21，外窗传热系数为6.4。按夏季室外气温36℃、室内气温26℃计算得出平均单位建筑面积的热损失约为26.1W/m2。再考虑换气次数、建筑内人体、用电设备等的发热对空调能耗的影响，可以按30W/m2做为住宅空调单位面积功率指标。
1.4.3单户住宅用电负荷的分析
以目前最常见的130m2三室二厅的户型为例进行分析。户内实际面积为102m2，一般家庭为三口之家。由于没有冬季采暖需求，所以一般情况下最高的负荷出现在夏季。对电力负荷计算有意义的稳定负荷一般出现在21点～23点之间，最高负荷一般出现在18点～20点之间。各时段的负荷分析如下：
照明负荷：在18点～20点之间，家庭主要活动区域为客厅、餐厅、书房、厨房、卫生间，其总面积为55.6m2，照明负荷为0.39kW；在21点～23点之间，家庭主要活动区域为客厅、书房、卫生间、卧室，其总面积为50.4m2，则照明负荷为0.35kW。
空调负荷：在18点～20点之间，家庭主要活动区域为客厅、餐厅、书房、厨房、卫生间，其总面积为58.8m2，空调负荷为1.76kW；在21点～23点之间，家庭主要活动区域为客厅、书房、卫生间、卧室，其总面积为53.6m2，则空调负荷为1.61kW。
其他用电设备负荷：在18点～20点之间，家庭主要其他用电设备有电视机（0.18kW）、电脑（0.3kW）、电压力锅（0.9kW）、电磁炉（2.1kW）、油烟机（0.18kW）、电冰箱（0.12kW）等，共3.8kW。在21点～23点之间，家庭主要其他用电设备有电视机（0.18kW）、电脑（0.3kW）、洗衣机（0.2kW）等、消毒柜（0.52kW）、电冰箱（0.12kW），共1.32kW。 通过以上统计，在18点～20点之间总电力负荷为5.95kW，在21点～23点之间总电力负荷为3.28kW。
以上计算没有计算生活热水采用电热水器，是考虑将来发展采用燃气热水器（天然气价格比电价格有优势，尤其是实行阶梯电价的地区）或者太阳能及其他可再生能源供生活热水的情况（建筑节能发展趋势）。如若考虑储水型热水器，则在21点～23点之间总电力负荷为4.78kW，如若考虑即热式热水器，则在21点～23点之间总电力负荷为6.78kW。
夏热冬暖地区住宅电力负荷的量化指标
考虑到将来生活水平的提高，新的家用电器的普及（如电烤箱、空气净化器、洗碗机等）对住宅电力负荷需求的增加，像上例户型的住宅在设计时可考虑按8kW计算，按户型总建筑面积计算约60W/m2，即可按60W/m2的指标来计算住宅的电力负荷。值得说明的是，一天内住宅负荷能达到8kW的时间非常短，只有在在18点～20点之间，厨房设备大量使用的情况下才有可能达到8kW。
2 住宅负荷计算
本文所说的住宅负荷计算，是指通过负荷侧的功率统计，选用适合容量的变压器的计算方法。
目前住宅负荷计算方法主要两种：需要系数法和配置系数法。
2.1需要系数法：
需要系数法是用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷[3]。其计算公式为：
应用实例：某住宅楼两梯4户，33层（首层架空），共128户。其中6kW户型64户，8kW户型64户，计算适合容量的变压器：
根据计算结果，可选择额定容量为500kVA的变压器作为该住宅楼的配电变压器（计算结果仅为一户一表用的公共变压器）。
2.2配置系数法
配置系数（ KP ）—配电变压器的容量（kVA）或低压配电线路馈送容量（kW）与居住区用电负荷（kW）之比值[5]。
把配置系数看做是需要系数、同时系数、功率因数、变压器负荷率的综合系数。其计算公式为：
配置系数法在供电部门和电网公司应用得较为广泛，其优点是快捷简便。而配置系数则是根据电网长期运行积累下来的经验数据汇编应用实例：以需要系数法的案例，采用配置系数法进行配变变压器的选型：
根据计算结果，可选择额定容量为500kVA的变压器作为该住宅楼的配电变压器（计算结果仅为一户一表用的公共变压器）。
2.3需要系数法与配置系数法的比较
既然两种计算方法来自不同的行业部门（建筑和电力），那是否计算结果出现偏差，导致由建筑设计院设计出来的施工图纸在向电网公司申请变压器报装时造成争议？对于这个疑虑，可以通过一系列的计算对比来分析两种计算方法的偏差有多大。
因为计算目的是对比需要系数法和配置系数法计算结果的偏差，所以两种方法的基本条件均选用相同的数据。设定每户均为6kW，需要系数法中变压器负荷率按75%，补偿后cosφ=0.9计算。套用需要系数法和配置系数法公式，推算1户～409户住宅需要配置的变压器容量，得出以下图表：
图2.3.1 两种系数法中变压器容量与户数关系
从图表上可以看出，虽然需要系数法和配置系数法计算的结果有一些少许的偏差，但总体上是基本吻合的，少许的偏差是因为需要系数法对75～300户的取值没有做到细分，均按0.4取，而配置系数法在这个区间还分有3个值。
因此，无论采用需要系数法还是配置系数法计算配变变压器，所得的结果应该是接近的。需要注意的是在采用需要系数法的时候，变压器的负荷率应该尽量在75%～80%之间，才有利于变压器工作在高效状态。
3 结语
单户住宅的用电负荷由于人民生活水平的提高，各类家电的普及而有所增长，但因为绿色建筑和建筑节能技术的发展，以及阶梯电价等节能管理措施的推行，单户住宅用电负荷增长的趋势将会逐步变缓。以现有生活水平和将来一段时间内的发展情况预计，住宅用电负荷指标可以按60W/m2进行计算。
而配变变压器的容量计算，目前常用的方法主要是需要系数法和配置系数法，分别来自建筑、电力两个行业。两者的计算结果之间总体上是基本吻合的，但两者所采用的系数取值，是否完全与现今乃至将来的实际的运行状况吻合，取值的户数区间是否能再分得更加细致一些，还需对住宅负荷的能耗状况做深入细致的调查研究，以推断今后的发展趋势。
参考文献
[1] 中国建筑科学研究院，主编. GB50178-93 建筑气候区划标准[S]. 中国计划出版社，1994.
[2] 中国建筑科学研究院，主编. GB50034-2004 建筑照明设计标准[S]. 中国建筑工业出版社，2004.
[3] 中国航空工业规划设计研究院，中国航天建筑设计研究院，核工业第二研究设计院. 工业与民用配电设计手册 第三版[M]. 中国电力出版社，2005.
[4] 中国建筑标准设计研究院. 全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇（2007） 电气[M]. 中国计划出版社，2007.
[5]广西电网公司，广西建筑科学研究设计院. DBJ/45-004-2012 居住区供配电设施建设规范[S]. 中国标准出版社.