中日建筑的电气负荷之比较与分析

白永生 (北京市建筑设计研究院, 北京 100045)

1 引言

目前设计书籍及图集索引的建筑电气用电指标，多数为2000年左右或更早的数据，相对陈旧。笔者通过日本电气类期刊《电设技术》中对于日本全国在建项目的完整记录，对不同类型、不同面积的建筑的电气实际负荷、供电部门的合同电力，变压器安装容量进行了分布统计，并且收集了部分弱电机房和监控机房这两种目前常用的电气机房实际布置面积，望对于国内的建筑电气设计同行有一定的帮助，在方案阶段，根据建筑面积合理估算出更有前瞻性的单平米计算容量。日本由于本国的资源匮乏及能源紧张，所以在节能和电能的高效利用方面做了很多的工作，又由于日本作为建筑设计较为发达的国家，建筑的设计理念比较新颖，其在电气方面对于太阳能和风能的设计及使用也比较普遍，所以有了自备电能的说法（自备电能即业主自身通过房屋或场地的自身条件实现太阳能或者风能的发电来解决部分电能的使用）。自备电能降低了供电部门的契约（合同）电力（契约电力即国内所说的供电局所能提供的电气容量），这种供电的模式也可以作为我国未来供电发展的一种思路。通过间接利用这些新的资料参数，对于我国各类型的建筑物电气初步设计及方案估算有一定的参考价值。同时也将作者的设计指标与现行规范及图集参数进行比较，以望得到一套比较合适中国国情的负荷采集资料。

2 国内所用参考资料

2.1 国内建筑电气指标

首先介绍一下目前《全国民用建筑工程技术措施》和04DX101-1《建筑电气常用数据》中对单位指标法。设计人员一般依据下表参考设计，在方案设计阶段，根据建筑面积及类型选用相应指标选择变压器的容量及台数。其指标见表1。

2.2 国内与日本在不同类型建筑物的单位指标的差异

2.2.1 医院

大、小规模的医院平均用电指标相差3倍左右。医院类建筑依社区医院、地区医院、教学医院之顺序，用电指标渐渐升高，其原因在于医院的手术室、急诊室、隔离病房及检验室等高用电空间水平与面积比率不同而存在差异。此外还有本身节能设计与管理的差距以及医院门诊人数对其的影响。

表1 各种建筑用电指标

医院建筑不同于其他建筑物的主要用电特点有：

1）医院手术室为维持足够的空气质量及较严格的温湿度条件，需要引入大量室外空气，因而耗用大量能源，可加装全热交换器来回收排放的冷能及热能。

2）衣物烘干机的洗缝设备等所排放的热气。

3）医院常需要大量热水以供应空调及淋浴使用。

4）夏日尖峰用电量较高。

5）在大空间的区域排风扇之风口一般不易随温度及湿度自动控制，额外增加能耗等。故目前笔者设计项目取值高于图集依据，一般按医院70W／m2(建筑面积)变压器安装指标一般在65～75V·A ／m2，如表2所示：

表2 中国医疗卫生建筑用电指标

日本普通医疗场所的统计结果是140W／m2(建筑面积)的平均值，估算变压器装置120V·A/m2。

表3 日本医疗卫生建筑用电指标

2.2.2住宅

住宅用电负荷宜采用需要系数法计算，采用单位容量法来估算整体用电量来选取变压器，每户人口是一个重要的变量。同时，越多的空间其耗电也越高。但是其与使用人口也有绝对的关系，例如：目前家庭的人口组成逐渐转变为小家庭，小孩出门在外求学的情况很多，因此住宅内空下来的房间也不少，这些房间平时并不会有太高的电能消耗，因此必须与经常性使用人口的因素相结合来做各类耗电的判断。家庭耗电的组成简单来说大概可以分为：照明、家电、空调三大类；而照明、家电的耗电预测在此一步骤的判断方式是采用统计方法，依照统计样本的照明装修量与家电普及率进行，空调耗电则是使用数字电表经过夏季月的实测后与时间所回归求得的算式。照明耗电又与室内的装修量有关，通常室内装修做的越多，诸如卤素灯泡之类较高耗电的灯具使用量也会升高，照明耗电也相对提升。家电耗电也有类似的方式做调整，经由实测也发现老旧的家电设备耗电量有可能是新型家电设备的一倍。应将电热水器的选项独立出来统计，因为该项家电设备具有很高的耗电量，所以笔者设计中当住宅户数不确定时取60W/m2(建筑面积)估算变压器装置50V·A/m2，未考虑同时系数，表4是北京住宅的用电指标以作参考。

表4 北京各类住宅及配套公建用电指标和同时系数

日本普通住宅的统计结果是平均19W／m2(建筑面积)，考虑该统计值是日本实际使用值，大约可以估算出变压器装置20V·A/m2，不再考虑同时系数，而据供电局提供的资料北京市实际单户的用电指标也为23W／m2左右，和估算基本一致。

表5 日本各类住宅用电及变压器指标

2.2.3办公楼

办公楼的差异性及季节性分析：

1)各办公建筑物之间用电差异很大，一般是由于空间业态、大楼用电分摊、对外提供服务业务和使用条件差异过大等所致。

2)高层建筑的中央空调化，使得春、秋等温度适宜季节无法自然通风而耗费空调用电所致，同时因高层化也使电梯耗电偏高。

办公楼不同于其他建筑物的主要用电特点：

1)空调系统用电约占建筑用电的40%～50%，且

5)办公建筑建筑外壳的特点及隔热性能的要求高，增加了空调的负荷。笔者在设计办公类型建筑物时，其用电指标设定为100W/m2，变压器装置100～120V ·A/m2。

表6 国内办公建筑需用系数及用电指标

考虑比数据手册高的原因考虑目前办公性质的空调等负荷逐渐增多，所以较标准偏高一些, 日本办公性质场所的统计结果是140W／m2(建筑面积)的平均值，估算变压器装置160V·A/m2。

表7 日本办公建筑需用系数及用电指标

2.2.4 百货商场

百货商场类型建筑是各类型建筑中用电密度最高的一类，其用电密度的标准偏差偏离度相对最小，其中购物中心的经营模式与内容较为多样化而使其用电模式差异大，从而其标准偏离度相对较大。主要原因分析：商场竞争之下，各百货商场（包括连锁大型百货与小型超市）的经营模式与用电情形有渐趋一致现象，主要耗能：

1）超市类型建筑因营业活动的不同，顾客数量的差异极大，空调系统如不具备具有负载可调的功能，将产生较大电能损失。

2）一般超市的冷冻冷藏电量耗能约占总耗能的17%～24%。基于以上原因，笔者商业类型建筑物用电指标在120W/ m2变压器装置90～180V·A/ m2。根据调查的商业建筑用电数据与建筑面积数据，归纳出目前商业用户六大用电等级的用电特性。其中发现目前最高的用电等级的商店，为一些高照明、高发热量的连锁便利商店，如新型24h空调营业的连锁超商之平均用电密度为1,707(kWh/m2/a)，是最耗电的商店类型；像麦当劳、肯德基一类的连锁快餐店，由于有大量冷冻设备、空调设备、大型广告招牌、高照明等原故，其平均用电密度为高达1,061(kWh/m2/a)。日本商业金融性质场所的统计结果是120W／m2(建筑面积)的平均值，估算变压器装置150V·A/m2。

表8 国内商业、金融、服务业建筑需用系数及用电指标

表9 日本商业、金融、服务业建筑需用系数及用电指标

2.2.5 学校

学校类型建筑物用电指标在45～80W/ m2，变压器装置60～100V·A/m2，较数据手册有较大的幅度提高，大学用电量偏大的主要原因分析：

1）大学多坐落在城市市区内，有高层化的倾向，同时大学未来用地面积会逐步缩小，建筑物内的学生密度较高。

2）一般而言，理工科较多的大学因为用电的实验设备偏多，其用电密度远比文科较多的大学或师范大学高。

3) 楼层高的大学远比低层化大学的用电密度高，又由于近些年，学校开始对教室及宿舍加装空调，单位建筑面积耗能逐年增加，用能需求逐渐加大。学校大量用电的时间约8～14 h，大量能源使用于空调、照明及实验设备等。其用电尖峰需量月份为每年的5～6月及9～10月，因为其空调系统大都外包保养，夏天当室外气温超过26℃～28℃时，则由各栋建筑的行政管理人员、办公室人员或教室学生自行开机，直至下班后才关机。但由于学校作息时间变动大时，此措施常无法配合执行节能的控制或调整，以致用电量中有部分是被浪费掉的。学校的电能分配耗能在夏季时是以空调为主，图书馆、行政大楼、体育馆、各类型实验室、研究室、计算机教室、普通教室冷气及宿舍冷气是空调中主要耗电项目。照明则可分为办公室照明、教室照明、图书馆照明、走道照明及室外照明等五大部分，其中图书馆使用时间长达12～14h，而其它的耗能设备还包括电梯、抽水泵及各类电机。

表10 国内科教类建筑需用系数及用电指标

日本学校类场所的用电统计结果是平均值为110W／m2(建筑面积)，估算变压器装置135V·A/m2。

日本酒店性质场所的统计结果是150W/m2(建筑面积)的平均值，估算变压器装置180V·A/

m2。

表11 日本科教类建筑需用系数及用电指标

2.2.6 仓库

仓库类型建筑物用电指标在8～23W/m2，变压器装置12～34V·A/m2。该项在数据手册中规定是8～15W/m2，考虑范围变大主要是因为如果有立体式电动升降车库，则整体电量需要增加8W/m2左右。

表12 国内库房类建筑需用系数及用电指标

3 总结

日本仓库性质场所的统计结果平均值是46W/m2（建筑面积)，估算变压器装置60V·A/m2。

表13 日本库房类建筑需用系数及用电指标

2.2.7 工厂

工厂类型建筑物用电指标在国内的标准里面需要根据加工产品的类型不同而有很大的差距，这里就不做单独的评述了，日本工厂性质场所的统计结果平均值是150W／m2(建筑面积)，估算变压器装置180V·A/m2，本项仅为一般轻工类产品的厂房。

表14 日本工厂类建筑需用系数及用电指标

2.2.8 酒店

酒店类型建筑物的用电主要包括以下几项：给水系统、中水系统、热水系统、冷暖空调系统、空调用风机盘管和空调机组、消防给水系统、消防排烟系统，酒店类型建筑物用电指标在60～80W/ m2，变压器装置70～90V ·A/ m2，该项在数据手册中规定是40～70W/ m2。主要原因分析：酒店在餐厅、商店、娱乐、休闲等高耗能的设施较多，使其总用电量增加。通常酒店类的用电量会因入住率与商业设施的增加而提升。又为获得良好的视野，酒店常设有大型落地玻璃墙，使室外的热负荷侵入，尤其是面南或面西的幕墙，而冬季的冷负荷也容易侵入。旅馆业空调区大，室内主要空调负荷部份包括照明、厨房换气、电器设备等，另外主要考虑目前宾馆增加的中水系统，整体电量需要增加20W/ m2左右。

作为建筑节能管理的基础，必须有合理的建筑耗能指标，否则将混淆建筑节能目标与成效。国家编制《全国民用建筑工程技术措施》和04DX101-1《建筑电气常用数据》的建筑物分类用电指标，是为了帮助设计师确立设计的一个基础标准，而笔者现在根据自己的设计经验对照后发现了标准较为偏低，继而进行了对日本建筑物分类用电指标的统计工作，是希望业内电气设计与国际先进节能措施接轨。虽然日本的设计未必适合于我国，但应该有参考的意义。就目前已整理出来的第一阶段建筑物分类用电指标，可以发现国内建筑物同日本的用电密度差异很大，以最大5%与最小5%平均用电密度为例，酒店类型相差2.1倍、地区医院相差2.0倍、学校相差1.8倍，日本建筑的用电指标偏高。这种差异与地域气候并无明显关系，而与建筑、空调、照明设计以及使用行为有明显关系。我国作为快速发展的国家，电能的使用每年都在增加，而日本也是较为看重节能减排的国家，所以这些差异应该在使用行为上继续进行深入研究。在节能减排上做功课，而非一味控制用电的使用量。希望该系列的用电指针研究成果，能够为电气设计提供一些发展方向的思考，使建筑业主与设计者可以在同类建筑物的用电分布中，找出自己建筑物用电效率的优势与劣势，研究节能改善的策略，节约能源。

后附表“日本建筑工程电气负荷分析表”统计了笔者自己统计的各种类型日本建筑的一些数据，业内人士可以作为参考，希望对电气设计有一定的帮助。

注：文中表2～表3、表5～表15中关于高、中、低，大、中、小型各栏的数值单位均为W/m2

表15 国内酒店类建筑需用系数及用电指标

［1］电设技术[J].2010，52～56.

［2］中国建筑设计研究院机电院, 中国建筑标准设计研究院.04DX101-1建筑电气常用数据[M]. 中国计划出版社，2006.

［3］王素卿等. 2003全国民用建筑工程设计技术措施--电气[M].中国建筑标准设计研究院，2003.