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）

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)工程實例進行具體的方案比較，選擇較為經(jīng)濟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行電能分配的電氣機房。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)

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

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)進行降溫處理來達到室內(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)機組對室外空氣進行降溫處理。

由于室內(nèi)冷負荷基本都是顯熱負荷，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房無法直接利用室外新風(fēng)進行通風(fēng)降溫的問題。大型的配電機房發(fā)熱量往往更大，通過對新風(fēng)進行制冷處理，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)機組聯(lián)合運行的方式。分別設(shè)送、排風(fēng)機和循環(huán)風(fēng)空調(diào)機組，優(yōu)先采用通風(fēng)消除余熱，剩余部分負荷由循環(huán)風(fēng)空調(diào)機組承擔(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)機組消除室內(nèi)余熱量應(yīng)為：

因此空調(diào)機組風(fēng)量：

在使用循環(huán)風(fēng)空調(diào)機組時，可以根據(jù)室內(nèi)、外的實際情況進行有效的調(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：

由于圍護結(jié)構(gòu)冷負荷僅有地面負荷，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)機組

送風(fēng)點取室內(nèi)狀態(tài)點的機器露點（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)機組考慮等濕處理，查得室內(nèi)狀態(tài)的機器露點溫度為22.88℃。

則循環(huán)風(fēng)機組風(fēng)量：

從計算數(shù)據(jù)可看出：

1）采用空調(diào)機組降溫的方案比采用機械通風(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)機組降溫的兩種方案比較，通風(fēng)加循環(huán)風(fēng)空調(diào)機組方式中，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)機組方式中，通風(fēng)量選擇的大小也決定了空調(diào)機組制冷量的大小，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)機可以有效地降低風(fēng)機的運行能耗。

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