加热电缆地面辐射供暖系统供配电设计

刘 伟

（甘肃省城乡规划设计研究院有限公司，兰州 730000）

0 引言

进入冬季采暖期，西北地区冬季大气污染防治工作紧张有序的展开了，特别是十九大报告提出，“实行最严格的生态环境保护制度，形成绿色发展方式和生活方式”，普及清洁能源，从根源上减少采暖过程中对生态环境的污染显得尤为重要，冬季清洁采暖被列入西北地区重大的民生工程、民心工程。

1 加热电缆地面辐射供暖系统

西北某一类高层住宅建筑项目，工程建筑面积2.6万m2，建筑高度87.6m，其中地下1层为汽车库，地上1层至30层为住宅。

项目采暖设计依据合理利用能源、节约能源、提高能源利用率的原则，综合考虑当地的能源形式与种类，经与当地供电部门协商，决定采用加热电缆地面辐射供暖系统。加热电缆地面辐射供暖，是以加热电缆为加热元件的辐射供暖方式，系统由供电装置、加热电缆、地温传感器和温控器组成，采用地板敷设，将加热电缆敷设于地板内，通过地温传感器、温控器控制温度，辐射加热提供热量。

系统采用清洁的电力作为热源，供热效率高，完全避免了传统供暖系统的有害气体排放、锅炉噪音和粉尘污染，并节省水资源。系统使用传感器和温控器，可根据室内或地板温度自动启停，从而进行温度调节，使室内温度精确控制，杜绝了传统供热方式过热干燥、不易操作等弊病，减少了资源的浪费。

2 供配电系统

项目所在地，供电系统实施住宅用电一户一表工程，即住宅用电由供电部门负责运行管理，解决二次供电的居民客户与转供电单位的矛盾，用电计量采用一户一表，实行平、谷时段分时电价，对电采暖用户予以电价优惠，鼓励错峰用电，使用清洁能源。

2.1 加热电缆地面辐射供暖系统户内配电设计

住宅楼一梯四户，户型面积为140～150m2左右，每户住宅厨房设置电炊，客厅主卧设置空调，每户正常用电负荷为8kW，根据暖通专业提供每户加热电缆用电负荷为9～10kW，计算统一为10kW，每户总用电负荷为18kW，依据《住宅建筑电气设计规范》中3.3.4条规定，每户用电负荷超过12kW，宜采用380V三相电源进户，住户配电箱系统图见图1。

由于加热电缆负荷较大，配电设计采用三回路供电，以使户内采暖负荷三相平衡，但图中其它负荷集中在某相，如每户空调负荷集中在L1、L2相，厨房电炊负荷集中在L3相，集中使用时，造成单相负荷集中过大，住宅供电系统三相负荷很难平衡，如果配电箱内空调、电炊负荷每户换相设置，项目户数过多，施工较困难，经比较，设计采用220V单相电源进户，住户配电箱系统图见图2。

图1 380V三相电源进户住户配电箱系统图

图2 220V单相电源进户住户配电箱系统图

住宅楼一梯四户，每层计量箱内三户三相平衡，多出一户分层换相，施工时宜做到，每层计量配电箱系统图见图3。

图3 住宅层计量配电箱系统图

《住宅建筑电气设计规范》中3.3.4条条文解释用电量超过12kW且没有三相用电设备住户，建议采用三相电源供电，但考虑住宅供电系统三相负荷的平衡，最终住户采用单相电源供电。

2.2 加热电缆地面辐射供暖系统干线供电设计

项目30层，一梯四户，共120户，总计算负荷按照正常用电和采暖用电分别计算见表1。

表1 住宅用电负荷计算

从表1可以看出，采暖负荷较大，当地采暖期为五个月，非采暖期为七个月，按照供电部门一户一表制的要求，采用一台变压器供电时，采暖期总计算负荷1440kW，选用变压器容量为2000kVA，采暖期变压器负载率为0.8；非采暖期总计算负荷480kW，变压器负载率为0.27，可见非采暖期变压器运行很不经济，由于供电部门从管理角度出发，不同意采用一户二路二表，正常、采暖分别供电的方式，所以设计按照采暖期负荷容量、非采暖期负荷容量分别设置两台变压器，一台变压器容量630kVA，一台变压器容量1250kVA，变压器运行方式见表2。

表2 两台变压器运行方式

从表2可以看出，采用两台变压器运行，一台630kVA变压器，全年运行，非采暖期带1-30层全楼住宅负荷，变压器负载率为0.847，采暖期带1-9层36户住宅负荷，变压器负载率为0.813；一台1250kVA变压器，只采暖期运行，带10-30层84户住宅负荷，变压器负载率为0.896。采用两台变压器，分期运行，变压器负载率合理，运行较经济。

项目住宅供电主接线示意图如图4，非采暖期，开关K1、K3闭合，K2断开，T2变压器停运，T1变压器运行，带全楼非采暖住宅用电负荷；采暖期，开关K1、K2闭合，K3断开，T1变压器运行带1-9层36户住宅用电负荷，T2变压器运行带10-30层84户住宅用电负荷。K1、K2、K3开关两两电气连锁，防止两台变压器并网运行。

2.3 加热电缆地面辐射供暖系统电气安全

加热电缆地面辐射供暖系统加热电缆直接敷设于地板内，人员直接接触地板，电气安全至关重要，配电系统应保证使用人员安全，具体电气安全措施如下：

图4 住宅供电主接线示意图

1）末端加热电缆供电采用专用回路，220V交流电压供电，电源线采用铜材质，最小芯线截面不应小于2.5mm2。

2）户内配电箱总断路器选用反时限过电流断路器，做为系统后备保护。

3）每一配电回路设有过电流、短路、剩余电流保护功能的断路器，做为系统主保护，剩余动作电流值为30MA。

4）接地采用TN-S系统。

5）做等电位联结，且等电位联结线与配电系统的地线连接。

6）合理布置温控器、接线盒等位置，减少连接管线。

7）导线采用铜芯导线；导体截面应按敷设方式、环境条件确定，且导体载流量不应小于预期负荷的最大计算电流和按保护条件所确定的电流。

8）温控器的工作电流不超过其额定工作电流；当所控制回路的工作电流大于温控器的额定工作电流时，采用温控器与接触器等其他控制设备相结合的形式实现控制功能。

9）加热电缆须有金属屏蔽层和金属接地线，辐射量不应大于100μT。

10）地温传感器穿线管采用硬质套管。

3 需注意的问题

该项目配电系统采用一户一表，非采暖期，管理方、住户需特别注意采暖用电负荷的管控。

由于采暖期需增加T2变压器才能满足采暖负荷需求，投入运行T2变压器时间是以当地采暖期为限，非采暖期极端寒冷天气情况下，住户开始使用电采暖，负荷急剧增加，而T2变压器未投入使用，导致K1断路器过负荷跳闸，系统供电中断。为防止此类问题发生，一是加强用电负荷电流值监控，及时掌握负荷变化，根据天气变化，调整供电系统；二是加大对住户电采暖使用期的情况说明，通过电价调整，规范住户在采暖期内使用电采暖，以保证供电系统运行稳定。

该项目加热电缆敷设采用混凝土填充式，即楼板结构层上设绝热层、金属网层，敷设加热电缆后混凝土填充找平；由于地面辐射供暖地面平均温度为25～40℃，加热电缆外表面温度最高为65℃，住户需特别注意二次装修电线的敷设方法。

由于结构层上设有绝热层、金属网层，加热电缆产生的热量对结构层内敷设的照明、插座电线工作环境温度影响不大，电线载流量满足设计要求。但是二次装修敷设电线就较困难，由于加热电缆在装修前已敷设完成，二次装修电线如敷设在地面装饰层，加热电缆工作使二次装修敷设电线工作环境温度升高，电线载流量减小，导致电线自身发热，长期运行，电线绝缘层容易老化，存在漏电、火灾等安全隐患，因此个人意见，采用加热电缆辐射供暖系统，土建电气设计尽量一次到位，确保照明、插座电线敷设在结构层，如需二次装修敷设电线，应优先敷设在顶板，确需敷设在地面装饰层，需沿敷设路径做隔热处理，并且电线截面适当加大，以保证供电安全。

4 结语

高层建筑清洁能源采暖多采用天然气，加热电缆地面辐射供暖系统多用于别墅等规模较小建筑，高层住宅采用加热电缆地面辐射供暖系统的项目在当地较少，通过计算分析，该项目加热电缆的线功率为17W/m（敷设间距150mm），功率密度为65W/m2，数据可供大家参考。采用该配电系统设计即满足了供电部门一户一表的计量要求，同时又解决了三相负荷不平衡、季节性负荷容量较大等问题，整个配电系统初期投资、后期运行费用都有效的降低，具有良好的经济性。

参考文献：

[1]中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用配电设计手册[M].第四版.北京:中国电力出版社,2016.

[2]中机中电设计研究院有限公司.GB50054-2011，低压配电设计规范[S].北京:中国计划出版社,2012.

[3]中国建筑东北设计研究院.JGJ16-2008，民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2008.

[4]中国建筑科学研究院.JGJ142-2012,辐射供暖供冷技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[5]中国建筑标准设计研究院.12K404，地面辐射供暖系统施工安装[S].北京:中国计划出版社,2012.