CFIC2024李炳华:《城市更新智慧用电改造防火设计》

很高兴有这个机会和大家做一个交流，今天也看到了很多新的技术、新的产品。我分享的题目是《城市更新智慧用电改造防火设计》。

城市更新与电气火灾

首先看一下城市更新，大家都很熟悉了，但是标准还是缺失的。我查了相关资料，相对靠谱的就是CECS，还能说明一些问题，相对还是不错的。它是这么定义城市更新：为了完善盘活利用存量资源、促进城市产业转型升级，完善城市公共服务设施，治理城市生态环境，挖掘历史文化资源价值，提升防灾减灾能力，治理城市生态环境，完善交通功能等对城市建成区城市空间形态、功能进行整治提升的活动。可以看到，它不局限于建筑，建筑仅仅是其中的一部分，还包括其他的好多领域。

截至今年7月份，全国已经实施城市更新项目超过6.6万个，完成投资2.6万亿元。消防方面，今年消防救援局新闻发布会上公布，今年1到8月份，我国在共发生火灾66万起，造成1324人死亡，与去年同期相比，火灾起数和死亡人数上升了。同时，1到8月份，因电气原因引发的火灾还是高居榜首，20.8万起，比去年同期上升14.4%，比例是很高的。从2007年到今年1到8月份的数据找出来了，发现电气原因发生的火灾，大的比例就是30%上下，有的年份稍微高一点，有的年份稍微低一点，这就是电气火灾总体的情况，不容乐观。

关于智慧用电，其实我们的智慧用电和配电是一体的，我们把电配好了后给你电源，我们的用电设备怎么使用，那是用户使用的问题。智慧用电，我也查了资料，也没有相关的标准和定义，相关的国标、行业标准还是比较缺失的。有一个定义还是有点意思，就是智慧用电是基于物联网、大数据、云计算等技术实时检测电气设备，实现用电安全的智能化管理。这其中，我理解的用电安全包括电击防护和电气火灾防范，电击防护就是避免人遭电击伤亡，包括监控和预防。今天的主题主要就是电气火灾防范。

这是中国建筑学会的《民用建筑智能供配电设计标准》，现在正在报批阶段。它的定义是在传统的供配电基础上，基于物联网等信息技术，结合云平台、大数据分析和人工智能等技术，具备智能化监控和运维管理的供配电系统。

对比上面这个智慧用电的定义来看，两者是比较接近的，毕竟供电和用电是相辅相成的。也就是说，智慧用电是智能供配电系统的组成部分，也是它功能的延伸。

在这个设计标准里面有一个IMS网络结构图，这个构架图是三层结构（设备层、通信层、平台层），最下面的是设备层，主要是对相关的数据进行检测和采集，包括有一些智能的设备，像断路器，有很多企业在生产智能断路器，还有一些传统的非智能性断路器，要配其他的智能采集器、智能终端等等把数据采集起来；通信层就是把采集的数据进行数据传输；再到上面就是平台层，平台层对数据进行存储、处理、分析等等，还有一些应用都是在这个层面里面。目前这个标准正在报批阶段，应该很快和大家见面。

可以看一下电气火灾的最主要的原因。通过这个公式能得出，导体通过电流可以发热，这个发的热和电流的平方成正比，和电阻成正比，和通电的时间成正比。所以我们很多电气火灾就是由于这三大原因，相对来讲，造成的火灾占的比重就更大，当然还有其他的原因。

我们再详细分析一下，短路尤其是相线短路，两个相线一搭接起来以后，短时间里面非常大的一个电流，所以电流的平方就非常高。我们可以看到有一些电气的事故突然短路以后甚至造成爆炸，像有一些开关柜都可以给炸坏掉，所以这是非常恐怖的。

还有一种现象就是，过载的电流没有短路电流大，但是它也超过了导体的载流能力，这样会把绝缘慢慢老化。如果这个电流再大一点的话，它甚至可以把绝缘损坏掉，这就是一个过载，过载尽管没有短路来得这么快，它时间可能会长一点，更可怕。所以过载也是属于电流大了，超过了载流的能力，它一平方起来，这个能量就大了起来。

还有漏电，漏电在我们目前应用中更多是剩余电流。漏电本身电流并不是很大，不太容易引起人们的重视，更多的人重视漏电是保护人身安全的，从火灾来讲，容易被忽略。尤其最近这十几年，我们采用剩余电流火灾报警用的，经常出现一些误报，所以很多单位把它拆了、不用了，这是不应该的，如果出现了报警的事故，这种信号应当检测一下到底是什么原因。所以漏电也是可以引起火灾的。所以，IEC标准、我们国家的标准GB50054《低压配电设计规范》、GB50116《火灾自动报警设计规范》等等都提出相关的要求，（探测器报警值）定在300mA～500mA。

从电弧的类别来看，这张图是一个动画拍出来的视频，可以看到电弧的威力也是很大的，现在从电弧的保护来讲，也是对火灾很好的预防办法。还有接触电阻过大等类别原因。

电气防火的

挑战与应对之策

我们可以看一下城市更新，在建筑里面，老旧的建筑存在很多设备，电气设备的概念是一个大的概念，包括用电设备。还有系统也是比较陈旧的，这样对我们电气防火提出了一个新的挑战。

左边这个系统是改革开放前的住宅系统，以住宅为例跟大家做一个介绍。这个系统有什么特点？大家可以看一下，前面的保护用的不是断路器，而是熔断器，导线用的是铝导线，这就是改革开放前“以铝代铜”，因为我们国家铜的资源比较匮乏，铝是比较多的，所以在改革开放之前大量使用铝导体。当时还有一个特点，不是接地系统，是接零系统，现在还有很多单位还是说的接零。铝导体的载流能力相对铜来讲是比较弱的，大概只有铜导体的60%左右。这里有什么问题呢？随着我们家用电器的增加，导体的通流能力大大不足，前面的熔断器的熔丝，如果是单位里配备电工还好，但是我们家里面过去经常出现这种现象，熔丝没了，怎么办？用一根铜线把它缠上，灯亮了，以为就是好事，其实隐患就在这个地方，该保护的时候起不到保护作用，这样就容易引发火灾。

到了90年代的时候，我们国家经济水平也提高了，家用电器也进入到了我们的家庭，包括冰箱、彩电、洗衣机、空调器等等。这时候我们的系统发生了一些变化，好多城市在这个时期进行了城网改造。这样的话，把每一户的照明、插座分开，分回路进行供电。另外，保护电器不再采用不好维护的，你让老百姓怎么维护呢？不好维护的熔断器换成了自动开关，就是断路器。而且导线采用了铜导线，通流能力得到了大大提高，把接地系统，按照IEC的要求，不再是前苏联的接零系统进行推广和实施，这个举措取得了非常大的作用。

到了新世纪，随着用电设备的增加，我们的住宅又发生了很大变化，我们的设计标准也逐渐完善，比如像住宅设计规范出了两个版本，住宅建筑规范、住宅建筑电气设计规范等等这种标准的出现，对我们新世纪的住宅建设起到很好的作用。我们看新世纪的住宅系统和之前的系统有很大的区别，因为一家多个空调器，家用电气种类繁多，回路数也就多了。

具体看一下《住宅建筑电气设计规范》的要求，它把我们住宅里面分成ABC三种类型，分别对应用电负荷指标是3KW、4KW、6KW，所以我们看到有容量的保证，同时在8.4.2条里面又对家居配电箱供电回路也提出了要求。也就是说，在我们住宅里面，至少5个配电回路，往往这5个配电回路是不能满足需求，所以我们上面那个系统图的案例可以看出，大概有10个回路，有的项目比这10个回路还要多。

到了现在，家用电器种类家用电器种类更多，户式中央空调、家用电梯、电动汽车充电桩以及光伏进入家庭，但新的住宅项目规范现在还没出来，已经经过几次的审查和报批，现在还没最终出来。在工程建设行业总共有38本全文强制性的规范，现在已经发布了37本，就剩住宅，因为住宅涉及广大老百姓。在这个报批稿里面明确指出，两层以上要设电梯，所以大家可以看到电梯有可能会进入到我们的家庭，这种可能性还是会越来越大，用电设备、用电负荷容量会大大增加，无论是旧城改造还是城市更新，这些因素都要考虑进去。

所以从用电角度来看，城市更新需要相应的供配电系统同步更新，以满足城市空间形态、功能整治提升的要求，并提升电气防火、电击防护能力。

新时代电气系统、用电设备的不断增加对电气防火提出更高的要求。这里有一个预测，因为我们国家在双碳战略目标下，到2060年实现碳中和。在这种情况下，我们建筑用能水平还能提高，但是这个提高需要在合理增长的前提下，我们建筑电气系统至少要达到两个90%，还要大力推广建筑节能的工作，这才有可能实现碳排放降到5.5亿吨左右。这样的话，基本满足《巴黎协定》2度目标的要求，现在有的专家已经提出了2度都不行，赶快实施1.5度这个目标，否则2060年碳中和达不到。所以这个2度目标有可能要调整。

两个90：第一个是建筑电气化率90%，第二建筑电力供给中非化石能源比例要不低于90%。我们主要看第一个90%，各位想一下，你们现在家里用能还有什么没有用电？我数了数，我们家的热水是烧的天然气，我们家做饭用天然气，我们家空调集中供暖，集中供暖烧什么不知道，大概率是烧的天然气清洁能源。如果电气化了，这三大头都要改，其中供热我们没办法改，那是属于热力公司从碳源头弄起，没办法。包括说采暖、电热水器、做饭等，不用天然气而用电，这样用电设备又大大增加，用电的容量也大大增加。在这种情况下，我这边就给出几点建议：

所以，未来建筑电气化是实现“双碳战略”的重要措施，在这种情况下，城市更新，我们要有新的系统和它进行相适应、相配套。

首先是要避免高峰时段负荷叠加，这个是非常可怕的一种现象。在这种情况下，有很多种解决措施，其中有序充电是解决问题的有效措施之一，现在相应的标准也都逐渐推出。

光储充一体也是解决供电能力不足的有效措施之一，也都有相关的案例，相关的标准也逐渐在进行推出。

建筑内的充电设施防火措施，如果我的充电设备不在建筑里面，进入到建筑里面，它就要进行供电，同时带来一些隐患。在这种情况下，中国建筑学会标准《电动汽车充换电设施系统设计标准》中提到，基于动力电池的现状，民用建筑内设置电动汽车充电设备的有三个要求：设置防火单元，一旦发生火灾，控制在一定小的范围里，不至于造成更大的损失，同时也争取到了疏散的时间和救援的时间；限制充电设备容量，这个充电设备容量目前定的是不大于7000瓦；设置并完善消防报警、消防灭火相关系统。

城市更新建筑电气防火也需同步更新，重点说一下智能供配电系统是电气防火有效措施之一，变“消”为“防”！消就是发生火灾了要给它灭掉，但我们要主动地防。《智能供配电系统设计标准》中就给出了一些相应的做法，这张表就是标准里面的一张表，通过正常运行时候的监测，监测故障电弧、剩余电流、谐波、电缆母线的温度等等，这样有异常时就能及时报警、及时处理、及时处理。现在智能供配电系统已经得到了很好地应用，有很多案例，有我们国产的品牌，也有国际大的品牌。

最后总结一句话，从用电的角度看，城市更新需要相应的供配电系统同步更新，以满足功能整治提升后的供电能力，在此基础上提升电气防火、电击防护能力，谢谢大家！