裴 澤 任兆成 程 文

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

變頻柜室是鉛冶煉廠常見且重要的配套用房，常設(shè)有高低壓變頻柜。變頻柜在運(yùn)行過程中會散發(fā)大量熱量，若不及時(shí)消除會影響機(jī)柜的正常運(yùn)行，從而對冶煉廠的正常生產(chǎn)造成影響。因此，保證變頻柜室的環(huán)境條件極其重要。

變頻柜室內(nèi)環(huán)境溫度夏季不宜高于35 ℃，冬季不應(yīng)低于5 ℃。對于相對濕度，則沒有特別嚴(yán)格的要求，一般5%～85%RH[1]、無凝露，即可滿足使用要求。在消除變頻柜散熱的方案中，從節(jié)能角度出發(fā)，要充分利用自然通風(fēng)，當(dāng)自然通風(fēng)無法滿足要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)。在通風(fēng)條件受限時(shí)，可設(shè)空調(diào)機(jī)組對變頻柜室冷卻降溫。

本文以3個(gè)配置相似、處于不同地區(qū)的鉛冶煉廠的變頻柜室為例，介紹不同室外環(huán)境條件下的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)方案。

1 分析對象

本文選取了3個(gè)不同地區(qū)的鉛冶煉廠變頻柜室，設(shè)計(jì)要求變頻柜室溫度不超過35 ℃，相對濕度無特殊要求。房間內(nèi)的變頻柜布置、設(shè)備發(fā)熱量、房間面積、朝向等相關(guān)條件基本類似。為了凸顯不同室外環(huán)境條件的影響，把3個(gè)相似的變頻柜室簡化為1個(gè)研究對象。

該變頻柜室是一幢長×寬×高為18 m×9 m×5 m的建筑。室內(nèi)布置有4臺變頻柜，機(jī)房布置如圖1所示。

變頻柜發(fā)熱量可由生產(chǎn)廠家提供，在沒有相關(guān)發(fā)熱量資料時(shí)，可按照變頻柜容量的2%～4%估算[2]。本文取機(jī)柜容量的3%作為設(shè)備發(fā)熱量。具體變頻柜容量及發(fā)熱量見表1。

表1 變頻柜容量及發(fā)熱量

變頻柜配套有冷卻風(fēng)機(jī)，采用強(qiáng)制風(fēng)冷的冷卻方式，一般為柜體下部進(jìn)風(fēng)，上部出風(fēng)。出風(fēng)口可連接風(fēng)管，將變頻柜排風(fēng)直接引至室外。

2 案例分析

2.1 烏蘭察布地區(qū)的某鉛冶煉廠

烏蘭察布位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，屬嚴(yán)寒C區(qū)，年平均溫度4.3 ℃。夏季相關(guān)氣象參數(shù)[3]見表2。

表2 烏蘭察布夏季室外空氣計(jì)算參數(shù)

由于夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度較低，采用全面通風(fēng)方式來消除室內(nèi)多余的熱量。消除余熱的通風(fēng)量按式(1)[4]計(jì)算。

(1)

式中，L為通風(fēng)量，m3/h；Q為變頻柜散熱量，kW；ρ為排風(fēng)密度，kg/m3；tp為排出空氣溫度，℃；tj為進(jìn)入空氣溫度，℃；Cp為空氣的定壓比熱容，kJ/(kg·℃)。

在室內(nèi)溫度不高于35 ℃時(shí)，通過計(jì)算得到通風(fēng)量L=16 472 m3/h。

因此，在房間設(shè)機(jī)械送、排風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)置3臺排風(fēng)量為5 500 m3/h的邊墻式排風(fēng)機(jī)，以及2臺送風(fēng)量為5 500 m3/h的邊墻式送風(fēng)機(jī)，在夏季就可消除室內(nèi)余熱。在過度季，室外溫度降低，送、排風(fēng)溫差加大，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)開啟數(shù)量，降低室內(nèi)送、排風(fēng)量來達(dá)到室內(nèi)環(huán)境要求。在冬季，室外溫度較低，可關(guān)閉風(fēng)機(jī)，利用變頻柜散熱，保證室溫不低于最低溫度要求。

2.2 吐魯番地區(qū)的某鉛冶煉廠

吐魯番位于新疆維吾爾自治區(qū)中部，屬于寒冷B區(qū)，年平均溫度為14.4 ℃。夏季相關(guān)氣象參數(shù)[3]見表3。

表3 吐魯番夏季室外空氣計(jì)算參數(shù)

該地區(qū)夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度高于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，且夏季干球溫度高，濕球溫度低，因而可采用蒸發(fā)式冷氣機(jī)對新風(fēng)進(jìn)行降溫，把處理后得到的低溫空氣送至室內(nèi)，用以消除室內(nèi)余熱。

蒸發(fā)式冷氣機(jī)的蒸發(fā)效率要求不低于65%[5]。目前市場上常用的直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)可根據(jù)氣液比來控制出風(fēng)的濕度狀態(tài)，最大可將空氣濕度處理到80%RH左右?？諝馓幚磉^程如圖2所示，空氣狀態(tài)參數(shù)見表4。

表4 空氣狀態(tài)參數(shù)

當(dāng)室溫不超過35 ℃時(shí)，由式(1)可計(jì)算出蒸發(fā)式冷氣機(jī)送風(fēng)量L=17 680 m3/h。

因此在夏季,選配1臺風(fēng)量20 000 m3/h、顯熱制冷量85 kW、耗水量120 kg/h的蒸發(fā)式冷氣機(jī)就可消除室內(nèi)余熱。在過度季，隨著室外溫度降低，可關(guān)閉供水管，通過調(diào)節(jié)送風(fēng)量來滿足室內(nèi)環(huán)境要求。在冬季，室外溫度較低時(shí)，關(guān)閉送風(fēng)機(jī)組，利用變頻柜散熱，保證室溫不低于5 ℃。

2.3 河池地區(qū)的某鉛冶煉廠

河池位于廣西壯族自治區(qū)西北部，屬于夏熱冬暖地區(qū)，年平均溫度為20.5 ℃。夏季相關(guān)氣象參數(shù)[3]見表5。

表5 河池地區(qū)夏季室外空氣計(jì)算參數(shù)

設(shè)計(jì)要求室內(nèi)溫度不超過35 ℃，當(dāng)?shù)叵募就L(fēng)室外計(jì)算溫度31.7 ℃，若采用全面通風(fēng)方式消除余熱，由式(1)可計(jì)算出所需通風(fēng)量L=49 095 m3/h。

因此在夏季，房間需設(shè)置4臺排風(fēng)量為12 500 m3/h的邊墻式排風(fēng)機(jī)，以及3臺送風(fēng)量為11 500 m3/h的邊墻式送風(fēng)機(jī)，才能消除室內(nèi)余熱。此時(shí)，風(fēng)機(jī)的耗電量以及噪音都較大。由于通風(fēng)量大，室內(nèi)的風(fēng)噪明顯，且吹風(fēng)感大大提高。

由于當(dāng)?shù)叵募就L(fēng)室外計(jì)算溫度較高，采用全面通風(fēng)消除余熱可利用的溫差小，為減少通風(fēng)量，可針對變頻柜采用局部通風(fēng)方式。在變頻柜排風(fēng)口處接風(fēng)管,把熱量直接排至室外，同時(shí)對室內(nèi)進(jìn)行自然補(bǔ)風(fēng)。

變頻柜在40 ℃以上可降頻使用，最高運(yùn)行溫度不超過50 ℃。夏季時(shí)，取變頻柜進(jìn)出口空氣溫差Δt=10 ℃。由式(1)可得機(jī)柜排風(fēng)量L=16 055 m3/h。通過風(fēng)管將變頻柜散熱排至室外后，采用自然進(jìn)風(fēng)方式，當(dāng)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速取1 m/s時(shí)，設(shè)置2個(gè)面積為4.5 m2的百葉進(jìn)風(fēng)口，即可滿足設(shè)計(jì)要求。

在其他季節(jié)，將散熱排至室外，通過自然進(jìn)風(fēng)，即可滿足變頻柜對室溫的要求。

3 運(yùn)行表現(xiàn)及注意事項(xiàng)

3.1 烏蘭察布地區(qū)的某鉛冶煉廠

夏季，變頻柜室的送、排風(fēng)機(jī)全部開啟，可使室內(nèi)溫度不超過35 ℃；冬季，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，利用變頻柜散熱，可維持室溫不低于5 ℃；過度季，室外溫度降低，送、排風(fēng)溫差變大，調(diào)節(jié)開啟的送、排風(fēng)機(jī)數(shù)量，降低送、排風(fēng)量，可滿足設(shè)計(jì)要求。由于風(fēng)機(jī)功率較低，所以通風(fēng)系統(tǒng)全年能耗很低。

3.2 吐魯番地區(qū)的某鉛冶煉廠

吐魯番地區(qū)的夏季和冬季時(shí)間較長，過度季較短。夏季，冷氣機(jī)全負(fù)荷運(yùn)行，可以保證變頻柜室溫度不超過35 ℃；冬季，室外溫度較低，關(guān)閉冷氣機(jī)，利用變頻柜散熱，可維持室溫不低于5 ℃。過度季，關(guān)閉冷氣機(jī)供水管，通過調(diào)節(jié)冷氣機(jī)送風(fēng)量，將室外空氣直接送至室內(nèi)，可滿足設(shè)計(jì)要求。

夏季，由于采用了蒸發(fā)冷卻技術(shù)，冷氣機(jī)運(yùn)行時(shí)需消耗一定量的水。冬季，為防止水管結(jié)凍，需對供水管增加保溫設(shè)施。此外，當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙較大，需對蒸發(fā)式冷氣機(jī)定期維護(hù)。

3.3 河池地區(qū)的某鉛冶煉廠

由于河池地處夏熱冬暖地區(qū)，冬季不會出現(xiàn)低溫現(xiàn)象。將變頻柜散熱直接排至室外后，通過自然進(jìn)風(fēng)，可保證室內(nèi)溫度全年滿足設(shè)計(jì)要求。

由于變頻柜采用局部通風(fēng)方式，增加了排熱風(fēng)管，當(dāng)風(fēng)管阻力較大，變頻柜配套風(fēng)機(jī)風(fēng)壓不夠時(shí)，熱量會堆積在風(fēng)管中。若出現(xiàn)該情況，則需增加接力風(fēng)機(jī)，確保熱量能排至室外。

4 結(jié)論

通過以上分析，變頻柜室的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)方案與室外環(huán)境緊密相關(guān)。采取通風(fēng)方式消除室內(nèi)余熱時(shí)，主要是控制通風(fēng)總量。根據(jù)通風(fēng)量的不同，可選取全面通風(fēng)方式或局部通風(fēng)方式。

1)當(dāng)夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度與室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度相差較大時(shí)，例如嚴(yán)寒地區(qū)等，可采取全面通風(fēng)方式來滿足設(shè)計(jì)要求。

2)當(dāng)夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度與室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度溫差較小時(shí)，例如我國南方地區(qū)，可針對變頻柜采用局部通風(fēng)方式，將散熱直接排至室外來滿足設(shè)備對室內(nèi)環(huán)境的要求。

3)當(dāng)夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度高于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度時(shí)，可采取降溫送風(fēng)的方式，適當(dāng)加大送排風(fēng)溫差，減少送風(fēng)量，消除室內(nèi)余熱。

4)采取局部通風(fēng)方式雖然能把變頻柜散熱直接排至室外，也增加了管道閥門等設(shè)備的安裝以及后期的維護(hù)管理工作。在冬季需供暖的地區(qū)，若采取局部通風(fēng)方式，管道需增加排風(fēng)口，利用散熱滿足最低室溫要求。此外，排熱管道系統(tǒng)越復(fù)雜，系統(tǒng)阻力越大。熱量越容易積累到管道中，增設(shè)接力風(fēng)機(jī)的可能性也就越大。

5)采取降溫送風(fēng)方式時(shí)，要充分利用環(huán)境條件，如我國西北地區(qū)，在水資源較為豐富或者用水成本低于用電成本時(shí)，可采用蒸發(fā)冷卻降溫送風(fēng)的方式來滿足設(shè)備對環(huán)境的要求。

6)在電力成本較低的地區(qū)，可采取分體空調(diào)方式冷卻室內(nèi)循環(huán)空氣。

在具體設(shè)計(jì)中，要綜合考慮室內(nèi)環(huán)境要求、室外環(huán)境變化、各種能源消耗量，以及系統(tǒng)后期運(yùn)維情況，使設(shè)計(jì)方案更加合理和節(jié)能。