戴嬋

（北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100045）

淺談變配電室的通風(fēng)空調(diào)方案

戴嬋

（北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100045）

變配電室的室內(nèi)環(huán)境保障重點在于降溫，采用哪種降溫方式更加合理更加節(jié)能，對于不同地區(qū)不同的項目會有不同的結(jié)論。本文從分析變配電室的發(fā)熱量入手，詳細(xì)介紹了不同降溫方案的計算方法、選擇原理和運行方式，分析了不同通風(fēng)空調(diào)方案的利弊，同時結(jié)合北京地區(qū)工程實例進(jìn)行具體的方案比較，選擇較為經(jīng)濟(jì)合理且滿足要求的方案。

變配電室；發(fā)熱量；通風(fēng)量；空調(diào)

0 引言

變配電室是將高電壓通過變壓器降壓至用戶所需電壓等級并進(jìn)行電能分配的電氣機(jī)房。民用建筑的變配電室通常設(shè)置在建筑物的地下室，其中布置著變壓器、高壓柜、低壓柜等變配電設(shè)備，作為建筑的動力中心，就如人的心臟一般重要，因而保證變配電室室內(nèi)環(huán)境條件、確保變配電設(shè)備正常工作及其重要。變配電設(shè)備尤其是變壓器的發(fā)熱量非常大，要想保證這些設(shè)備正常工作，必須保證變配電室的室內(nèi)溫濕度滿足設(shè)備的使用要求。為消除室內(nèi)大量余熱，控制室內(nèi)溫度，應(yīng)根據(jù)項目實際情況采用適當(dāng)?shù)耐L(fēng)空調(diào)方案。

1 變配電室負(fù)荷計算

變配電室內(nèi)放置大量電氣設(shè)備，一年四季均有大量余熱，余熱由變壓器發(fā)熱量、高低壓配電柜發(fā)熱量、建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱和房間照明散熱等組成，后兩者相對來說所占份額很少，常常忽略不計；室內(nèi)基本無散濕量。

變配電室主要設(shè)備發(fā)熱量的計算：

1）變壓器發(fā)熱量可由供貨廠商提供，當(dāng)資料不足時，可按下式計算：

式中：Q——變壓器發(fā)熱量（KW）；

η1——變壓器的效率，一般取η1=98%；

η2——變壓器的負(fù)荷率，一般取η1=70%～80%；

φ——變壓器的功率因素，一般取φ=0.9～0.95；

W——變壓器的功率，kVA。

2）變配電室其他設(shè)備發(fā)熱量，在沒有相關(guān)發(fā)熱量資料時，可按照變壓器發(fā)熱量的30%考慮，或按以下數(shù)據(jù)進(jìn)行估算：

高壓開關(guān)柜按200 W/臺，高壓電容器柜按3 W/kVA，低壓開關(guān)柜按300 W/臺，低壓電容器柜按4 W/kVA估算。

2 變配電室的通風(fēng)空調(diào)方案

GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》中明確要求：變配電室排風(fēng)溫度不宜高于40℃，當(dāng)通風(fēng)無法保障變配電設(shè)備工作要求時，宜設(shè)置空調(diào)降溫系統(tǒng)。另一方面，變配電室作為電氣機(jī)房，出于節(jié)能考慮，室內(nèi)溫度能保證設(shè)備工作要求即可，室內(nèi)溫度不需太低，一般在35～ 40℃即可。要保證變配電室的室內(nèi)溫度，可采取通風(fēng)、空調(diào)等不同方式來實現(xiàn)。

2.1 方案一：通風(fēng)

采用機(jī)械通風(fēng)方式來消除余熱，所需通風(fēng)量應(yīng)按公式（2）進(jìn)行熱平衡計算確定：

式中：L——通風(fēng)量，m3/h；

Q——室內(nèi)發(fā)熱量，kW；

tn——室內(nèi)最高設(shè)計溫度，℃；

tw——夏季通風(fēng)室外計算溫度，℃。

利用室外空氣直接通風(fēng)降溫的優(yōu)點是可以有效地節(jié)約能源，系統(tǒng)簡單，投資低。缺點也很明顯，當(dāng)夏季通風(fēng)室外計算溫度較高時，由于送風(fēng)溫差相對較小，就會造成通風(fēng)量很大，通風(fēng)管道、豎井尺寸大；另外，當(dāng)室外溫度高于夏季室外通風(fēng)計算溫度時，通風(fēng)降溫效果變差差，設(shè)計風(fēng)量無法滿足室內(nèi)設(shè)計溫度要求。因此采用此方案時，一方面需確保建筑條件滿足管道、豎井等要求，另外應(yīng)用極端天氣溫度對通風(fēng)量進(jìn)行校核計算，仍需滿足變配電室內(nèi)設(shè)備正常工作溫度。

2.2 方案二：空調(diào)

當(dāng)土建條件不能滿足機(jī)械通風(fēng)所需的條件時，可采用空調(diào)制冷方式對室內(nèi)進(jìn)行降溫處理來達(dá)到室內(nèi)溫度要求。具體可以考慮以下兩種方式。

2.2.1 直流式空調(diào)對室外新風(fēng)進(jìn)行降溫處理

當(dāng)土建條件受限無法提供消除余熱所需通風(fēng)量時，可以采用直流式空調(diào)機(jī)組對室外空氣進(jìn)行降溫處理。

由于室內(nèi)冷負(fù)荷基本都是顯熱負(fù)荷，人員散濕量很小，在焓濕圖上，熱濕比線趨近于垂直?？照{(diào)機(jī)組風(fēng)量：

式中：V——空調(diào)送風(fēng)量，m3/h；

Q——室內(nèi)發(fā)熱量，kW；

tn——室內(nèi)最高設(shè)計溫度，℃；

ts——設(shè)計送風(fēng)溫度，℃。

空調(diào)機(jī)組冷卻量為：

式中：Iw——夏季室外通風(fēng)焓值，kJ/kg；

Is——設(shè)計送風(fēng)焓值，kJ/kg。

在冬季室外溫度較低的情況下，變配電室仍需通風(fēng)降溫，為了防止機(jī)械送風(fēng)時冷風(fēng)經(jīng)過表冷器而凍裂盤管，可泄空盤管中的水，同時設(shè)置回風(fēng)管道，采用自動控制的混風(fēng)方式，通過調(diào)節(jié)新風(fēng)閥和回風(fēng)閥的開度，保證室內(nèi)溫度在合適的范圍，且滿足防凍要求。

直流式空調(diào)降溫有效地解決了大型配電機(jī)房無法直接利用室外新風(fēng)進(jìn)行通風(fēng)降溫的問題。大型的配電機(jī)房發(fā)熱量往往更大，通過對新風(fēng)進(jìn)行制冷處理，消除室內(nèi)熱量，同時也保證了室內(nèi)儀器、設(shè)備的干燥。

在采用此方案時，也需考慮運行能耗，可通過自動控制實現(xiàn)運行節(jié)能，當(dāng)室外空氣溫度低于送風(fēng)溫度時，關(guān)閉空調(diào)機(jī)組的冷水閥門，直接利用新風(fēng)自然冷卻。

2.2.2 循環(huán)風(fēng)空調(diào)機(jī)組冷卻設(shè)計

當(dāng)土建條件受限無法提供消除余熱所需通風(fēng)量時，也可以采用通風(fēng)加循環(huán)風(fēng)空調(diào)機(jī)組聯(lián)合運行的方式。分別設(shè)送、排風(fēng)機(jī)和循環(huán)風(fēng)空調(diào)機(jī)組，優(yōu)先采用通風(fēng)消除余熱，剩余部分負(fù)荷由循環(huán)風(fēng)空調(diào)機(jī)組承擔(dān)。設(shè)備的選擇計算應(yīng)按以下方法計算：

夏季通風(fēng)消除的室內(nèi)余熱量：

循環(huán)風(fēng)空調(diào)機(jī)組消除室內(nèi)余熱量應(yīng)為：

因此空調(diào)機(jī)組風(fēng)量：

在使用循環(huán)風(fēng)空調(diào)機(jī)組時，可以根據(jù)室內(nèi)、外的實際情況進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，當(dāng)僅采用通風(fēng)即可滿足室內(nèi)溫度要求時，可不開啟循環(huán)風(fēng)空調(diào)機(jī)組，盡量實現(xiàn)節(jié)能運行。

采用此方案相較于全直流空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)不設(shè)水盤管無凍結(jié)危險，不需設(shè)回風(fēng)管道。

總之，凡是采用空調(diào)方式降溫時，均需考慮到中央空調(diào)系統(tǒng)采用的冷源型式，如項目采用集中水冷冷源，需考慮到冷源提供的時間段，如只能夏季提供，那么通風(fēng)量就需要滿足過渡季全新風(fēng)運行時能消除室內(nèi)余熱的需求。如采用風(fēng)冷冷源，需考慮使用地區(qū)的室外溫度環(huán)境。

3 北京地區(qū)設(shè)計實例

北京某檔案館建筑的變配電室，位于建筑地下1層，無外墻外窗，僅有一面墻貼著土壤，室內(nèi)有2臺1 600 kVA的變壓器，10臺高壓柜，21臺低壓柜等設(shè)備，現(xiàn)分別采用這3種方案進(jìn)行比較。

查GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》可知北京室外計算參數(shù)：夏季通風(fēng)室外計算溫度29.7℃，夏季通風(fēng)室外計算相對濕度61%，夏季空調(diào)干球溫度33.5℃，夏季空調(diào)室外濕球計算溫度26.4℃。取地下室變配電房室內(nèi)溫濕度參數(shù)：37℃，40%。

經(jīng)計算，變壓器的發(fā)熱量為：

高低壓柜的發(fā)熱量為：

由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷僅有地面負(fù)荷，忽略不計，變配電室總發(fā)熱量約為53 kW。

3.1 方案一：通風(fēng)

通風(fēng)量：

3.2 方案二：直流式空調(diào)機(jī)組

送風(fēng)點取室內(nèi)狀態(tài)點的機(jī)器露點（室內(nèi)點等含濕量線與90%相對濕度線交點），查得ts=23.11℃。

則送風(fēng)量：

3.3 方案三：通風(fēng)+循環(huán)風(fēng)空調(diào)機(jī)組

通風(fēng)量取與方案二相同風(fēng)量11 300 m3/h，則通風(fēng)除熱量：

循環(huán)風(fēng)機(jī)組考慮等濕處理，查得室內(nèi)狀態(tài)的機(jī)器露點溫度為22.88℃。

則循環(huán)風(fēng)機(jī)組風(fēng)量：

從計算數(shù)據(jù)可看出：

1）采用空調(diào)機(jī)組降溫的方案比采用機(jī)械通風(fēng)的方案通風(fēng)量可減少接近50%，可較大的減小送排風(fēng)的風(fēng)道及豎井尺寸。

2）均采用空調(diào)機(jī)組降溫的兩種方案比較，通風(fēng)加循環(huán)風(fēng)空調(diào)機(jī)組方式中，只有循環(huán)風(fēng)部分需要用到集中空調(diào)冷水，而直流式空調(diào)機(jī)組全部風(fēng)量都要用到集中空調(diào)冷水處理，前者用到的中央空調(diào)冷量較少，且僅在部分時段運行，方案要節(jié)能一些。在通風(fēng)+循環(huán)風(fēng)空調(diào)機(jī)組方式中，通風(fēng)量選擇的大小也決定了空調(diào)機(jī)組制冷量的大小，實現(xiàn)較大通風(fēng)量，有利于減小空調(diào)機(jī)組的制冷量，也有利于節(jié)能。

3）但由于通風(fēng)方案更為節(jié)能，在土建條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用利用機(jī)械通風(fēng)實現(xiàn)消除室內(nèi)余熱的目的。

4）在通風(fēng)方案中，由于民用建筑變配電室內(nèi)設(shè)備的使用情況不同，發(fā)熱量也不同，而峰值負(fù)荷只在部分時段出現(xiàn)，另外室外空氣溫度在非夏季工況也低于室外通風(fēng)溫度，所以按照峰值負(fù)荷計算的通風(fēng)量就在比較長的時間內(nèi)處于偏大的狀態(tài)，所以設(shè)置變頻或雙速風(fēng)機(jī)可以有效地降低風(fēng)機(jī)的運行能耗。

該項目由于豎井面積受限，最后選擇了通風(fēng)+循環(huán)風(fēng)的方案。

4 結(jié)語

對于變配電室采用何種降溫方式，要考慮的因素還有很多，不同的項目有不同的需求，需要從項目本身實際出發(fā)，選擇較為經(jīng)濟(jì)合理且滿足要求的方案。

[1]北京市建筑設(shè)計研究院.建筑設(shè)備專業(yè)技術(shù)措施[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施[M].北京：中國計劃出版社，2009.

[3]GB 50736—2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4]黃季宜，孫敏生.變配電機(jī)房通風(fēng)空調(diào)節(jié)能方案選擇和控制策略[J].暖通空調(diào)，2008（9）.

TU834.3+4

A

1673-1093（2015）02-0082-03

戴嬋（1981），女，工程師，畢業(yè)于北京建筑工程學(xué)院建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)，就職于北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，任所工作室副室主任。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.021

2014-11-29；

2014-12-07