关于空调配电的可靠系数和电缆截面选择的探讨

张 俊， 王 忠

（湖南省建筑设计院有限公司，长沙410012）

0 引言

随着我国社会经济的不断发展，居民生活水平不断提升，建筑物的用电负荷也随之增加。 在我国，建筑能耗约占社会总能耗的四分之一，而在民用建筑中，空调耗电量占整个建筑耗电量的比例约40%～60%。 空调负荷运行的安全稳定不仅对居民生活产生影响，同时对电气系统及设备的运行至关重要。 为保证电气系统的安全稳定，降低空调设备的故障率，确保建筑物内空调配电系统的高效、稳定、可靠，如何正确选择空调配电线路的截面及保护开关元件显得尤为重要。

1 民用建筑中常用空调系统形式

空调即空气调节的简称，其主要作用是制冷和制热。 文献［2］中将空调系统按空气处理设备的设置情况、负担室内空调负荷所用的介质等将空调系统分成不同的类别，同时也详细介绍了各个空调系统的特征和应用。 本文主要针对民用建筑中常见的四种空调系统形式（分体空调系统、多联机系统（VRV 系统）、水冷机组＋空调末端、风冷机组＋空调末端）展开论述。

1.1 分体空调系统

由室内机和室外机组成，把空调器分成室内机组和室外机组两部分，一般是一台内机对应一台外机，目前主要是用在小型空间中，如住宅区域。

1.2 多联机系统

由一台室外机通过配管连接两台或两台以上室内机，室外侧采用水冷或风冷换热形式、室内侧采用直接蒸发换热形式的一次制冷剂空调系统。多联机系统目前在中小型建筑和部分公共建筑中应用广泛。

1.3 水冷机组＋空调末端系统

由一个或多个冷热源系统及多个空气调节系统组成，通过主机产生出空调冷（热）水，由管路系统输送至室内的各末端装置，在末端装置处冷（热）水与室内空气进行热量交换，从而消除房间空调冷（热）负荷，实现制冷、制热的目的。 该系统通常需配置水冷主机、水泵、冷却塔、板式换热器等设备，如需提供热源一般还需设置锅炉。 水冷机组＋空调末端的形式一般设置在大型或超大型的建筑内。

1.4 风冷机组＋空调末端系统

此系统与水冷机组＋空调末端的形式工作原理大概类似，不同的是：风冷机组是用风（空气）强迫换热以带走和吸取热量， 来产生冷水和热水，而水冷机组是用水来冷却带走热量产生冷水，而且因为风冷机组采用热泵形式，故不需要另外设置热源。该系统通常需配置风冷热泵机组、水泵等设备，无需设置冷却塔和锅炉房。 但因单台风冷热泵制冷量限制，故一般适用于中小型的公共建筑等类似场所。

2 空调配电的可靠系数和电缆截面选择

目前，国内市场上各大主流空调厂家样本提供的数据参数较多，电气专业比较关心的参数大多为：额定功率Pn、额定电压Un、额定电流In、功率因数cosφ 等。 在提资过程中，暖通专业会将各类不同空调系统的设备功率（额定功率）提给电气专业。值得注意的是，该设备功率仅仅是空调在额定工况下的运行数据，如果遇到非正常、非额定工况的情况，空调主机会出现一定时间的过载（超频）运行状态。 若按额定功率、额定电流来配置空调电缆，会降低空调配电的安全性，甚至严重影响空调设备的正常运行。 因此，本文提出空调配电可靠系数的概念，在实际选择空调电缆截面时应将计算电流乘以可靠系数，然后再选择合适的保护开关和电缆截面。

2.1 空调配电电缆截面选择的原则

正确选择低压电缆的截面，不仅关系到配电设备的安全，还关系到整个配电网络的安全稳定。 JGJ 16－2008《民用建筑电气设计规范》中7.4.2 节对低压配电导体截面的选择分别从载流量、线路电压损失、热稳定和机械强度四个方面提出了相应的要求。 在电气设计中，低压配电线路会设置相应的保护措施，电缆截面的选择会和保护开关相匹配，这为正确选择电缆截面提供了有效的办法。 JGJ 16－2008《民用建筑电气设计规范》中7.6.3 节从热稳定的角度给出了配电导体的最小截面积。 7.6.5 节从配电线路过负荷保护的角度给出了线路计算电流、保护开关的整定电流、电缆载流量之间的关系。本文着重从空调设备的额定电流（计算电流）和保护元件的整定电流的关系来选择空调低压配电电缆截面，并提出空调配电电缆选择的可靠系数。

2.2 可靠系数的选取

对于可靠系数的选择，本文从空调样本的参数中寻找数据支撑。 目前，越来越多的空调厂家已不再仅仅提供额定功率这一种数据，而是会将设备的最大功率标注出来供设计师参考。 以国内某几个厂家的螺杆式水冷机组主机样本数据和VRV（风冷热泵型）为例，该样本中给出了空调主机的额定功率（也称输入功率）和最大功率（配置功率），如表1～2 所示。

水冷主机的额定功率和最大功率 表1

VRV 室外机的额定功率和最大功率 表2

从表1 和表2 可以看出，水冷主机和VRV 的室外机都标注了两种功率，即额定功率和最大功率，而且两种功率从数值上看相差较大。 额定功率是厂家在额定工况下所测得的理想数据，最大功率为厂家经测试观察在实际运行中有可能出现的最大运行功率。 以表1 中的水冷机组为例，样本中明确规定了其额定制冷工况包括冷冻水出水温度、冷却水进水温度、冷冻水侧污垢系数、冷却水侧污垢系数等，在额定工况下这些条件都必须被满足，机组才会工作在额定功率下。 然而在实际运行中会出现各种工况（如环境温度升高、系统冷热负载变化、设备操作、人为管理保养不当等），都有可能使机组无法运行在额定工况下，机组出力，会发生相应变化。 尤其是在外界环境极其不利、冷热量无法达到设计要求时，机组很可能会自动增加出力，即运行在最大功率下来满足需求。

进一步分析，由于功率和电流之间成正比关系，因此额定功率对应的是计算电流，而最大功率则对应最大电流。 将最大功率除以额定功率，即可对应得到最大电流和计算电流的比值，这个比值即本文提出的可靠系数，该系数是在选择空调配电电缆时应放大的倍数，在设计时将计算电流按照这个比值放大去选择电缆和保护开关，可以有效保证空调主机在非额定工况，即最大功率运行下，电缆能有效承载其电流，不至于出现因电缆截面选择过小而发热、保护开关动作等情况。 将表1 和表2 中的最大功率除以额定功率，可得到相应的可靠系数，如表3 所示。

空调主机配电电缆选择的可靠系数 表3

空调主机可靠系数（从图1）可以看出，12 个机组的可靠系数的取值范围为1.19 ～1.35，其中水冷机组的可靠系数均小于1.3，VRV 室外机的可靠系数波动稍大，但仍在1.3 附近。 因此，当没有具体的样本数据或者不了解具体主机的相应参数时，建议取Kk＝1.3，若为VRV 室外机则可根据实际情况稍作调整，但不应小于1.3。

图1 空调主机可靠系数

2.3 空调配电电缆截面的选择

对于单台的空调主机（水冷、风冷、VRV 室外机）配电，应先根据式（1）设备功率来计算空调设备的计算电流。

式中，Ij为计算电流； Pj为设备功率（额定功率）；Un为空调设备的额定工作电压； cosφ 为空调设备的功率因数。

考虑到空调配电干线的安全性，引入可靠系数，则最大计算电流计算如式（2）。

Ijmax＝Kk·Ij（2）

式中，Ijmax为最大计算电流；Kk为可靠系数。

根据GB 50054－2011《低压配电设计规范》中的6.3.3 节：过负荷保护电器的动作特性，应符合公式（3）的要求。

IB≤In≤IZ（3）

式中，IB为回路计算电流，A；In为熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流，A；IZ为导体允许持续载流量，A。

因此，在选择空调配电干线时，需将Ijmax代入公式（3）中的IB，以此来选择合适的保护开关和配电导体。

3 案例分析

某南方办公大楼建筑面积约2.3 万m2，空调形式采用VRV＋水源热泵两种形式。 通过观察并记录业主采购的主机铭牌，相应数据如表4 所示。

某办公楼VRV 室外机的铭牌数据 表4

表4 中数据表明：从铭牌上的数据可得到各主机配电可靠系数，该可靠系数均小于1.3。 为了验证上文提出的可靠系数取1.3 的正确性，笔者分别调取了上述机组的最大运行电流数据，通过与计算电流的对比，得出空调设备在实际运行中的可靠系数。 以空调主机在额定工况下，根据额定功率、电压、功率因数为0.9 计算得出的计算电流数据、设备实际运行的最大电流数据以及运行的可靠系数，如表5 所示。

某办公楼VRV 室外机＋水源热泵的实际可靠系数 表5

表5 的数据显示，各机组的计算电流和实际最大电流相差较大，实际可靠系数为实际最大电流和计算电流的比值。 从表5 中可以看出，7 个机组的配电可靠系数均在1.2～1.32 之间，最大值为1.32，最小值为1.25，均在1.3 左右上下波动。 将实际可靠系数和可靠系数参考值1.3 对比可以得到其波动百分比，如表5 中第5 列所示，比值在－3.8%～＋1.5%之间。 和表4 中的理论可靠系数相比，差别不大。 这表明本文提出的1.3 的可靠系数具有一定的合理性。

对于实际运行中出现最大运行功率这种现象有多方面的原因，一方面是由于室外机和室内机负荷率配比不相等。 在设计时，设计师通常会根据建筑物的建筑面积、建筑功能等因素选择一定冷量的室外机，而室内机会根据建筑物室内空间的布局来配置，由于建筑空间布局的多样性和复杂性，很容易出现室内机配置的冷量超过室外机的状况。 在炎热的夏季，当室内机全部开启时，将可能会出现过载（超频）状态，且这种状态很可能是长时间存在。 其次，对于放置在室外的主机，由于室外的恶劣环境，如气温、湿度等往往达不到机组所要求的额定工况，因此也很容易出现机组为了维持出力而功耗增大的情况。 对于采用传统水冷机组的中央空调系统，虽然主机放置在环境相对较好的机房内，但是冷却塔通常放在屋顶空旷区域，从机房到冷却塔的长距离很有可能使冷冻水、冷却水的温度达不到额定工况的要求，在额定制冷量的要求下，机组极有可能增加功耗来满足出力要求。 同样，在过渡季节，由于建筑物所要求的冷量减小，机组通常不会满开，但是也有可能出现在卸载一台主机后，剩余主机冷量达不到要求而使机组不得不过载运行的状况。

综上，为确保空调机组在上述非额定工况、非正常情况下的安全运行，电气专业在选择空调低压电缆截面时，宜考虑一个可靠系数，将计算电流放大，然后选择相应的保护开关和导体。 从上述表格和图表显示，选取1.3 作为可靠系数基本能满足要求，且符合实际情况。

4 结束语

本文提出空调配电的可靠系数，并将额定计算电流乘以该可靠系数用于选择保护开关和相应导体，为空调配电安全提供保障。 通过调取某工程VRV 系统实际运行数据进行分析并阐述了相应原因，进而验证笔者提出的1.3 的可靠系数有其合理性，能在一定程度上对今后类似项目设计提供参考借鉴。