胡黎明
江苏省南京市江北新区南京软件园科技发展有限公司 211800
摘要：在建筑工程设计过程当中，单位面积指标的选取及相关系数的选择，直接关系到最终项目用电负荷及变压器的配置方案，并直接影响到项目周边的电力资源是否能够充分利用。本文主要以科研办公载体为研究对象，探讨其用电负荷计算，及使用过程中的偏差原因分析及优化思路。
关键词：科研办公载体；用电负荷计算；实际负荷；偏差分析
引言
建筑工程设计过程中，配电方案的编制是配电设计的重要一环，也直接关系到项目的最终申请用电容量。在进行配电方案编制时，不但要结合相关技术标准及设计文件的要求，也要充分考虑区域内可利用电力资源，同时还要考虑实际使用过程中可能产生的偏差，方可得到最佳的配电方案。
一、案例介绍
某企业投资建设科研办公载体A和B，目前已全部投入使用，装修完成，招商企业全部入驻。其中A建筑总建筑面积为114411㎡，其中地上面积88949㎡，地下面积25463㎡，配置4台2000kVA变压器，B建筑总建筑面积为168728㎡，地上面积为121860㎡，地下面积为46868㎡，原变配电设计方案为12台1000kVA变压器，后招商引入企业要求增设数据机房，办理增容，新上两台1250kVA变压器，最终装机容量为14500kVA。
根据《全国民用建筑工程设计技术措施-电气（2009）》表2.7.6各类建筑物的单位建筑面积用电指标中可查，办公楼用电指标为30-70W/㎡，变压器容量指标为50-100VA/㎡。根据建筑A与B的变配电方案计算，建筑A与B的最终变压器指标如表1所示，为避免地下室实际负荷较低影响指标计算，对建筑本身面积进行了分开计算，其中按照含地下室计算，建筑A与B均在合理范围内，按照不含地下室计算，建筑A在合理范围内，建筑B负荷指标偏大。
指标 建筑A 建筑B
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根据供电公司查询建筑A与B的供电线路实际使用负荷数据，A建筑用电负荷峰值出现在2021年1月，峰值使用功率约为3400kW，项目最大负荷率为45.3%，B建筑峰值用电负荷出现在2020年8月，峰值使用功率约为4000kW，项目最大负荷率为27.6%。
经过调取建筑B的3#楼8-13层的配电箱开关电流数据，现场实际负荷密度为24.5W/㎡，此数据与参考文献[5]中的调研数据接近，与实际设计指标差距较大。
二、设计流程分析
建筑A与建筑B招商引资企业多为研发类，互联网类，建筑用途主要为办公及配套，同时兼顾企业提出的特殊需求，如A类数据机房等。其中A类数据机房供电电源根据GB50174-2017《数据中心设计规范》中要求，应由双重电源供电，变压器配置为2N[4]，即变压器100%备用。因此，AB两项目采用单位面积指标法与需用系数、同时系数相结合，同时考虑入驻企业特殊需求的方法，确定终端变压器低压侧负荷，并最终确定变压器规格。其中建筑A设计时，采用70W/㎡作为单位指标。
以一栋高层办公楼为例，设计计算负荷大致流程下：按单位面积指标确定楼层负荷→计算所有楼层配电箱负荷→按照建筑规模确定同时系数→确定所有低压回路的负荷→按照总计算负荷进行核算并乘以一定的同时利用系数→确定变压器低压端负荷→确定变压器高压侧负荷。
根据以上的设计流程可以根据式（1）计算的得出楼层主要回路的负荷(kW)：
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式中: —对应主要回路的计算电流(A)；
—功率因数，根据所带设备性质选择不同数值，常为0.6-0.85等；
—供电电压，建筑工程末端通常为0.38(kV);
至此，建筑本体配电设计完成，后续需要变配电设计针对建筑设计院提出的用电负荷进行变配电设备的选型，其中最为主要的工作是选择变压器的数量及规格；
变压器容量根据负荷容量Pe的总和计算，如式(3)
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式中：m—低压端回路数量；
—对应回路的负荷容量(kW)，与式(1)对应；
—确定变压器负载总额的同时利用系数，根据末端负载性质选择，常选择0.7-0.8，此系数设计规范并无确定数值，通常变配电设计结合经验及建筑用途进行确定；
—变压器配置系数，根据不同设计院或地区供电公司要求，常为0.8或0.85；
经过上述流程最终可得出项目变压器配置方案，如项目介绍中所述方案。但式（3）中计算方法并不严谨，只是部分变配电设计院采用的一种依靠经验的计算方法。
三、原因分析
根据项目介绍及设计过程分析，可以得出以下几点：
1)建筑在实际使用中分为公共区域（如楼梯，走道，电梯厅等）和实际办公部分，用途明显不同，用电指标也应当有所区别，公共区域的指标可以适当降低，但建筑A与B均为竣工后装修，建筑设计院设计范围内为毛坯，无法区分公共区域及实际办公区域，全部按照办公区域进行计算，项目公共区域面积能够占比达到20%，因此每层的主配电箱容量有富余；
2)根据北京、上海、广州、南京等城市的部分建筑的调研结果[5],办公类建筑的平均负荷为23.83W/㎡，最大负荷为41.02 W/㎡，按照目前设计规范确定的70W/㎡足以建筑使用需求，但部分设计院设计院较为保守或建设单位经验不足，很多项目的实际设计指标大于70W/㎡；
3)设计规范内的需要系数Kx等通常为一个推荐范围，此数值已考虑末端设备性质，足以满足设备使用并留有余量，但设计时会存在就高不就低的情况，最终会造成实际使用中变压器负荷率偏低；
4)式（3）的计算方法不够严谨，能够满足使用需求，却不是最为经济合理的计算方法，有一定优化空间；
5)在计算变压器容量时，假设本项目选择1250kVA，上下两档分别为1000kVA及1600kVA，如变压器计算容量为1100kVA，通常会选择1250kVA，放大约13.6%；
6)建筑B内后引进企业需要运营A类数据机房，要求双电源供电，但实际使用过程中，机房内设备并未全部启用，即使按照原规划用途，每路电源最大负荷也仅为50%，更多负荷为备用；
7)入驻企业对于用电需求有所夸大。例如某企业a入驻时提出用电需求为375kW，经调取数据，确定实际用电负荷约为50kW，企业b入驻时提出用电需求为250kW，实际用电负荷约为20kW，两者存在极大差距。
四、结论
综上所述，为了充分利用区域内的电力资源，减少虚报的项目负荷，在招商引资时应当严格审查企业所报用电需求，不能按照企业所报负荷进行设计。同时，引入企业不宜在办公建筑内设置高标准机房，如果企业确实有设置机房的需求，应当考虑在商业机房内租用机柜或者购买云服务器进行使用。此外，应当对设计过程中的单位面积指标及各类系数进行严格核算，不宜随意放大，并可将相关同业调研的数据进行参照比对，以提高准确性。
参考文献：
[1]住房和城乡建设部工程质量安全监管司，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电气(2009年版)[M].北京:中国计划出版社，2009:8-15.
[2] 中国航空规划设计研究院有限公司.工业与民用配电设计手册(第三版)[M].北京:中国电力出版社,2005:11.
[3] 中国航空规划设计研究院有限公司.工业与民用配电设计手册(第四版)[M].北京:中国电力出版社,2016:6.
[4] GB50174-2017,数据中心设计规范[S],北京：中国计划出版社，2017.
[5]李炳华、仇克坤、岳云涛.建筑电气中变压器容量指标的再研究[J].建筑电气.2016,第4期
作者简介：胡黎明，1988.01，男，江苏南京，本科，中级职称，建筑工程设计管理、变配电设计管理