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摘 要 随着人民生活水平的提高，对美好生活的向往，科技住宅在经济相对发达地区的住宅市场已经占有一席之地。科技住宅普遍采用区域能源站：可再生能源技术——土壤源热泵技术提供冷热源；采用温湿度独立控制系统作为末端供冷和供热形式。其温度控制系统一般采用室内顶棚辐射管或毛细管系统来承担，湿度控制系统普遍采用集中置换新风机组来实现。科技住宅的供配电系统与一般小区差别较大，本文试图找寻科技住宅供配电的一般规律，以期为从事科技住宅科技系统供配电设计、暖通设计人员提供技术参考。 科技住宅主要是指不再采用单门独户的空调形式，每户居民户内不再存在空调用电设备。而是整个社区在地下室集中设置复合土壤源热泵能源站，在地下室或屋顶或地下室和屋顶集中设置置换新风机组，户内采用静态的地板置换新风技术、顶棚辐射管（或毛细管辐射）供冷供热等技术，以实现整个社区集中供冷供热，该系统的末端形式是温湿度独立控制技术（Temperature and Humidity Independent Control of Air-conditioning System）的成功典范。 该系统的核心思想是： 1）采用保温性能优秀的外墙保温体系，外墙保温材料厚度一般在70-100mm，并采用气密性高综合、隔热性能好的门窗，一般气密性在6-8级，以最大限度的降低空调系统能耗，进而降低运营成本； 2）将室内服务的空调系统分为温度控制系统和湿度控制系统两部分，分别采用不同的方式、设备等措施来应对； 3）末端采用顶棚和墙面设置毛细管席Capillary Mat（或仅采用顶棚辐射管the Ceiling Radiation System)通过辐射的传热方式来对室内进行夏季降温，冬季供热；采用24h新风对室内进行冬季加湿、夏季除湿。并配有集中除雾霾装置，对祛除PM2.5粉尘有效控制效率达到≥93%以上； 4）由于系统24小时运行，保证了高舒适性，且围护结构保温隔热性能好，单位面积空调负荷可控制在40-60W/m2的范围内,形成了全社会高效节能理念，有力地推动了国内绿色住宅建筑的进程[1]。 基于以上科技住宅空调系统（即科技系统）的设置方式，区别于传统住宅公建配套的用电，科技住宅需要为地下室大型能源站内复合土壤源热泵冷热水机组及其相关设备的大容量动力负荷配电，需采用专用变压器。还需要为相应的楼栋集中设备如板式换热机组及新风机组等设备配电，即采用公配电回路供电；户内不再存在空调动力设备负荷。 复合土壤源热泵形式不同，温湿度独立控制末端形式不同，新风机组的内部功能段形式不同，用电形式和负荷数值也不尽相同。 以朗诗地产为代表的科技住宅，在过去的诸多地产项目中一般采用土壤源热泵主机+闭式冷却塔组成能源中心，机房内用电设备主要有土壤源热泵机组、土壤侧循环水泵、新风机组循环水泵、顶棚辐射循环水泵、顶棚辐射二次循环泵、闭式冷却塔、冷却塔循环水泵等。 由于住户房间内采用的是De20的顶棚辐射管，承压能力为1.6Mpa，土壤源热泵主机可16℃高温出水（夏季工况），因此不需要设置板式换热机组这一用电设备。 室内湿度较大的黄梅天，该科技系统的运行工况是：室内顶棚辐射系统处于供热状态，新风机组处于除湿状态，该系统的新风机组只要通过冷冻除湿即可满足室内顶棚不结露的的需求，因此该系统的新风机仅采用一级除湿即可满足要求。新风机组的用电负荷仅仅取决于新风机组内送排风机和转轮的用电量之和。 以金茂地产为代表的科技豪宅，在过去的诸多地产项目中一般采用土壤源热泵主机+单冷主机+开式冷却塔+燃气辅助锅炉组成复合能源中心，机房内用电设备主要有土壤源热泵机组、单冷主机、土壤侧循环水泵、双冷源新风机组表冷器一次循环泵、毛细管系统循环水泵（同时作为双冷源新风机直膨机的冷却水循环）、毛细管系统用板式换热机组、开式冷却塔、冷却塔循环水泵、燃气锅炉、燃气锅炉循环泵等。 由于住户房间内采用的是3.35×0.5mm或4.3×0.8mm的PE材质毛细管，承压能力为0.6Mpa，土壤源热泵主机可17℃高温出水（夏季工况），从毛细管承压能力或防止毛细管堵塞的角度，该系统需要设置板式换热机组机组，板式换热机组的本质是板换+二次循环泵，也需要进行配电。如果采用土壤源热泵制备集中热水机房内还有土壤源热泵热水机组、相应的土壤侧循环泵、热水循环泵及热水负荷侧与冷水分区相对应的热水变频泵。但目前集中热水由于运营成本高，管路复杂，计量不方便，无论朗诗还是金茂基本已经取消了集中热水系统。 室内湿度较大的黄梅天，该科技系统的运行工况是：毛细管系统处于供冷状态，新风机组处于除湿状态，新风机组的表冷器对空气进行一级除湿，直膨机对空气进行二级除湿。因此，新风机组的用电负荷不仅仅取决于新风机组内送排风机和转轮的用电量，还取决于直膨除湿设备的用电负荷。 以上可以看出，金茂地产科技系统的用电设备多于朗诗地产的用电设备。以下以金茂地产为例，阐述科技系统设备用电量的估算方法，为专变申请提供理论依据。 应在拿地后，迅速组织地块内土壤热响应测试，以尽快确定进行土壤源热泵设计的一切地质条件，为土壤源热泵的设计提供一切数据，利用岩土热响应测试报告进行换热器的设计。在住宅建筑总图规划方案和地库初步方案基本确定后，应确定可钻孔区域（一般采用基坑内埋管），以25-30m2为一个地埋管占地面积，估算出地块可设置的地埋管数量。根据岩土测试报告中若干口井的打井速率总体描述，及地质勘察报告中关于土层条件的描述，经济的确定地埋管可设置深度。根据岩土测试报告，不同运行份额下冬夏每延m换热量测试数据，确定该地块地埋管每延m换热数据，综合考虑住宅典型日负荷运行特性及住宅冷热负荷特征及考虑地埋管设置的经济性，推荐按照0.7运行份额确定地埋管每延米冬夏换热量。 根据每个区域地埋管敷设深度和整个地块地埋管设置数量确定整个地块土壤源热泵换热量，进而确定能源机房内土壤源热泵主机的选型及相应水泵的选型。 应根据报规划方案确定总的空调建筑面积。综合考虑围护结构形式、各地区用能习惯、入住率确定单位负荷冷热指标（冷源/空调建筑面积和热源/空调建筑面积），冷负荷控制在60W/m2以内,热负荷控制在50W/m2以内。 根据总的冷热负荷及根据地埋管数量反推出的土壤源热泵的选型，可以确定辅助冷源数量及冷量、辅助热源数量及热量及冷却塔、水泵等附属设备初步选型提供理论基础。也为估算能源站专变用电量提供数据基础。 采用地源热泵主机+单冷主机+冷却塔+燃气锅炉进行整个能源机房的设计。根据地埋管的冬夏换热量反推地源热泵主机的冷热量。进而确定单冷主机、相应冷却塔、锅炉等用电设备的选型及相应配套水泵的选型参数，进而确定相应的用电量。 苏州某科技精装修住宅是以朗诗为代表的科技住宅。采用四台土壤源热泵+闭式塔来满足整个小区的集中供冷供热[2]。该项目位于吴江区盛泽镇，共有为10栋18层高层住宅组成，建筑空调计算面积为99983.87m2，该系统是温湿度独立控制系统（THIC）的成功典范与经典案例。其机房配电干线图如下图一所示。科技系统专用变压器提倡设置靠近能源站，天棚及新风土壤源热泵机组用电负荷较大，提倡采用载流量大的母排进行配电。
盛泽项目采用顶棚辐射管（辐射供冷供热）+地板送新风（夏季除湿冬季加湿）来解决室内温湿度，水系统新风机组均设置在18层屋顶。该项目如采用从专变对屋顶新房机组采用放射式供电，势必导致某些楼栋屋顶的供电半径超过200m的情况发生[3]，且非常不经济，因此建议采用每栋楼每个单元的公建配套回路对屋顶新风机组进行配电。如图二所示。设计院为一台新风机组设置了一根5×16的电缆，载流量为50A[4]，电缆容量配置较大，本项目一台新风机组用电量在10KW以内。 传统住宅户内配电容量以江苏省为例，根据建筑面积（以S表示）不同，配置不同的用电容量：面积S<120m2为8KW；120m2<S<150m2为12KW；150m2<S<200m2为16KW；200m2<S<300m2为24KW，大于150m2的住户采用三相电。基于科技住宅设备设施的特点，每套住宅户内只有静态的地板送风口和顶棚辐射管或毛细管，不再有任何空调动力用电设备，户内PZ30箱内无空调动力用电回路。这样不同建筑面积的科技住宅，实际用电负荷远远小于供电局规定的用电指标。当前各个省的供电局暂时未出台关于科技住宅户内PZ30箱用电容量的特别标准。以下通过实例来说明科技住宅居配变户内容量的减少对变配电产生的影响。 图二 新风机组配电路径 为便于比较与算量，假定某科技住宅项目共有十栋18层楼，层高为2.95m。每栋楼分别有2个单元，每个单元两户，共72户。每户面积为115m2，每户配置8KW用电量；1-9层设置一个地面电缆分支箱，10-18层设置一个电缆分支箱（配电总箱），每个电缆分支箱为，则每栋楼设置2个电缆分支箱；每三层设置楼层计量表箱，则每个电缆分支箱的一个出线回路为3层12户服务；每栋楼有6个楼层计量箱，每个计量箱有12个出线回路。如图三所示。 图三 某栋楼住户用电系统图 十栋18层住宅共有2个地面变电所，假定每个变电所到每栋楼电缆分支箱的出线回路长度均为180m，则这样的出线回路共有20组。从统计数据看，户内箱不计入空调动力负荷后，户内箱总负荷可减半，即每户按照4KW计。以下对户内箱计入空调动力负荷和不计入动力负荷从户内箱到变压器容量做选型比较，如下表一所示。 表一 负荷选型比较表（按施耐德品牌和国内一线品牌电缆和变压器） 从以上对比表格可以看出，作为科技住宅，由于户内无空调动力负荷，户内PZ30箱负荷减半，整个居配变供配电选型将大大降低，以上示例显示，720户居民套内供配电造价对比考虑空调动力负荷将降低158.22万元，分摊到每户为2200元。当前，笔者咨询了数十个江苏省内的科技住宅项目发现，供电局并没有因为采用科技住宅而降低户内负荷，仍然按照标准户型进行相应的配电。投资商不仅要增设专门的专变为科技系统的能源机房供配电，住户端的负荷也没有减少。基于此，从客观问题分析看，住户内用电部分，不仅增加了投资单位的成本，也增加了社会投资成本，似乎不符合科技住宅空调系统用电设备的一般规律。建议供电局相关部门能出台相应科技住宅类建筑的户内配电标准。 本文从当前金茂和朗诗地产为代表的科技住宅科技系统（集中空调系统）的设备配置规律出发，分析了科技住宅的供配电配置情况。可以得出如下结论： 作者简介  在看 吧！ |
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