加熱電纜地面輻射供暖系統供配電設計

劉 偉

（甘肅省城鄉規劃設計研究院有限公司，蘭州 730000）

0 引言

進入冬季采暖期，西北地區冬季大氣污染防治工作緊張有序的展開了，特別是十九大報告提出，“實行最嚴格的生態環境保護制度，形成綠色發展方式和生活方式”，普及清潔能源，從根源上減少采暖過程中對生態環境的污染顯得尤為重要，冬季清潔采暖被列入西北地區重大的民生工程、民心工程。

1 加熱電纜地面輻射供暖系統

西北某一類高層住宅建筑項目，工程建筑面積2.6萬m2，建筑高度87.6m，其中地下1層為汽車庫，地上1層至30層為住宅。

項目采暖設計依據合理利用能源、節約能源、提高能源利用率的原則，綜合考慮當地的能源形式與種類，經與當地供電部門協商，決定采用加熱電纜地面輻射供暖系統。加熱電纜地面輻射供暖，是以加熱電纜為加熱元件的輻射供暖方式，系統由供電裝置、加熱電纜、地溫傳感器和溫控器組成，采用地板敷設，將加熱電纜敷設于地板內，通過地溫傳感器、溫控器控制溫度，輻射加熱提供熱量。

系統采用清潔的電力作為熱源，供熱效率高，完全避免了傳統供暖系統的有害氣體排放、鍋爐噪音和粉塵污染，并節省水資源。系統使用傳感器和溫控器，可根據室內或地板溫度自動啟停，從而進行溫度調節，使室內溫度精確控制，杜絕了傳統供熱方式過熱干燥、不易操作等弊病，減少了資源的浪費。

2 供配電系統

項目所在地，供電系統實施住宅用電一戶一表工程，即住宅用電由供電部門負責運行管理，解決二次供電的居民客戶與轉供電單位的矛盾，用電計量采用一戶一表，實行平、谷時段分時電價，對電采暖用戶予以電價優惠，鼓勵錯峰用電，使用清潔能源。

2.1 加熱電纜地面輻射供暖系統戶內配電設計

住宅樓一梯四戶，戶型面積為140～150m2左右，每戶住宅廚房設置電炊，客廳主臥設置空調，每戶正常用電負荷為8kW，根據暖通專業提供每戶加熱電纜用電負荷為9～10kW，計算統一為10kW，每戶總用電負荷為18kW，依據《住宅建筑電氣設計規范》中3.3.4條規定，每戶用電負荷超過12kW，宜采用380V三相電源進戶，住戶配電箱系統圖見圖1。

由于加熱電纜負荷較大，配電設計采用三回路供電，以使戶內采暖負荷三相平衡，但圖中其它負荷集中在某相，如每戶空調負荷集中在L1、L2相，廚房電炊負荷集中在L3相，集中使用時，造成單相負荷集中過大，住宅供電系統三相負荷很難平衡，如果配電箱內空調、電炊負荷每戶換相設置，項目戶數過多，施工較困難，經比較，設計采用220V單相電源進戶，住戶配電箱系統圖見圖2。

圖1 380V三相電源進戶住戶配電箱系統圖

圖2 220V單相電源進戶住戶配電箱系統圖

住宅樓一梯四戶，每層計量箱內三戶三相平衡，多出一戶分層換相，施工時宜做到，每層計量配電箱系統圖見圖3。

圖3 住宅層計量配電箱系統圖

《住宅建筑電氣設計規范》中3.3.4條條文解釋用電量超過12kW且沒有三相用電設備住戶，建議采用三相電源供電，但考慮住宅供電系統三相負荷的平衡，最終住戶采用單相電源供電。

2.2 加熱電纜地面輻射供暖系統干線供電設計

項目30層，一梯四戶，共120戶，總計算負荷按照正常用電和采暖用電分別計算見表1。

表1 住宅用電負荷計算

從表1可以看出，采暖負荷較大，當地采暖期為五個月，非采暖期為七個月，按照供電部門一戶一表制的要求，采用一臺變壓器供電時，采暖期總計算負荷1440kW，選用變壓器容量為2000kVA，采暖期變壓器負載率為0.8；非采暖期總計算負荷480kW，變壓器負載率為0.27，可見非采暖期變壓器運行很不經濟，由于供電部門從管理角度出發，不同意采用一戶二路二表，正常、采暖分別供電的方式，所以設計按照采暖期負荷容量、非采暖期負荷容量分別設置兩臺變壓器，一臺變壓器容量630kVA，一臺變壓器容量1250kVA，變壓器運行方式見表2。

表2 兩臺變壓器運行方式

從表2可以看出，采用兩臺變壓器運行，一臺630kVA變壓器，全年運行，非采暖期帶1-30層全樓住宅負荷，變壓器負載率為0.847，采暖期帶1-9層36戶住宅負荷，變壓器負載率為0.813；一臺1250kVA變壓器，只采暖期運行，帶10-30層84戶住宅負荷，變壓器負載率為0.896。采用兩臺變壓器，分期運行，變壓器負載率合理，運行較經濟。

項目住宅供電主接線示意圖如圖4，非采暖期，開關K1、K3閉合，K2斷開，T2變壓器停運，T1變壓器運行，帶全樓非采暖住宅用電負荷；采暖期，開關K1、K2閉合，K3斷開，T1變壓器運行帶1-9層36戶住宅用電負荷，T2變壓器運行帶10-30層84戶住宅用電負荷。K1、K2、K3開關兩兩電氣連鎖，防止兩臺變壓器并網運行。

2.3 加熱電纜地面輻射供暖系統電氣安全

加熱電纜地面輻射供暖系統加熱電纜直接敷設于地板內，人員直接接觸地板，電氣安全至關重要，配電系統應保證使用人員安全，具體電氣安全措施如下：

圖4 住宅供電主接線示意圖

1）末端加熱電纜供電采用專用回路，220V交流電壓供電，電源線采用銅材質，最小芯線截面不應小于2.5mm2。

2）戶內配電箱總斷路器選用反時限過電流斷路器，做為系統后備保護。

3）每一配電回路設有過電流、短路、剩余電流保護功能的斷路器，做為系統主保護，剩余動作電流值為30MA。

4）接地采用TN-S系統。

5）做等電位聯結，且等電位聯結線與配電系統的地線連接。

6）合理布置溫控器、接線盒等位置，減少連接管線。

7）導線采用銅芯導線；導體截面應按敷設方式、環境條件確定，且導體載流量不應小于預期負荷的最大計算電流和按保護條件所確定的電流。

8）溫控器的工作電流不超過其額定工作電流；當所控制回路的工作電流大于溫控器的額定工作電流時，采用溫控器與接觸器等其他控制設備相結合的形式實現控制功能。

9）加熱電纜須有金屬屏蔽層和金屬接地線，輻射量不應大于100μT。

10）地溫傳感器穿線管采用硬質套管。

3 需注意的問題

該項目配電系統采用一戶一表，非采暖期，管理方、住戶需特別注意采暖用電負荷的管控。

由于采暖期需增加T2變壓器才能滿足采暖負荷需求，投入運行T2變壓器時間是以當地采暖期為限，非采暖期極端寒冷天氣情況下，住戶開始使用電采暖，負荷急劇增加，而T2變壓器未投入使用，導致K1斷路器過負荷跳閘，系統供電中斷。為防止此類問題發生，一是加強用電負荷電流值監控，及時掌握負荷變化，根據天氣變化，調整供電系統；二是加大對住戶電采暖使用期的情況說明，通過電價調整，規范住戶在采暖期內使用電采暖，以保證供電系統運行穩定。

該項目加熱電纜敷設采用混凝土填充式，即樓板結構層上設絕熱層、金屬網層，敷設加熱電纜后混凝土填充找平；由于地面輻射供暖地面平均溫度為25～40℃，加熱電纜外表面溫度最高為65℃，住戶需特別注意二次裝修電線的敷設方法。

由于結構層上設有絕熱層、金屬網層，加熱電纜產生的熱量對結構層內敷設的照明、插座電線工作環境溫度影響不大，電線載流量滿足設計要求。但是二次裝修敷設電線就較困難，由于加熱電纜在裝修前已敷設完成，二次裝修電線如敷設在地面裝飾層，加熱電纜工作使二次裝修敷設電線工作環境溫度升高，電線載流量減小，導致電線自身發熱，長期運行，電線絕緣層容易老化，存在漏電、火災等安全隱患，因此個人意見，采用加熱電纜輻射供暖系統，土建電氣設計盡量一次到位，確保照明、插座電線敷設在結構層，如需二次裝修敷設電線，應優先敷設在頂板，確需敷設在地面裝飾層，需沿敷設路徑做隔熱處理，并且電線截面適當加大，以保證供電安全。

4 結語

高層建筑清潔能源采暖多采用天然氣，加熱電纜地面輻射供暖系統多用于別墅等規模較小建筑，高層住宅采用加熱電纜地面輻射供暖系統的項目在當地較少，通過計算分析，該項目加熱電纜的線功率為17W/m（敷設間距150mm），功率密度為65W/m2，數據可供大家參考。采用該配電系統設計即滿足了供電部門一戶一表的計量要求，同時又解決了三相負荷不平衡、季節性負荷容量較大等問題，整個配電系統初期投資、后期運行費用都有效的降低，具有良好的經濟性。

參考文獻：

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