浅谈变配电室的通风空调方案

2015-12-25戴婵

建筑设计管理 2015年2期

关键词：变配电发热量配电室

戴婵

（北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045）

浅谈变配电室的通风空调方案

戴婵

（北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045）

变配电室的室内环境保障重点在于降温，采用哪种降温方式更加合理更加节能，对于不同地区不同的项目会有不同的结论。本文从分析变配电室的发热量入手，详细介绍了不同降温方案的计算方法、选择原理和运行方式，分析了不同通风空调方案的利弊，同时结合北京地区工程实例进行具体的方案比较，选择较为经济合理且满足要求的方案。

变配电室；发热量；通风量；空调

0 引言

变配电室是将高电压通过变压器降压至用户所需电压等级并进行电能分配的电气机房。民用建筑的变配电室通常设置在建筑物的地下室，其中布置着变压器、高压柜、低压柜等变配电设备，作为建筑的动力中心，就如人的心脏一般重要，因而保证变配电室室内环境条件、确保变配电设备正常工作及其重要。变配电设备尤其是变压器的发热量非常大，要想保证这些设备正常工作，必须保证变配电室的室内温湿度满足设备的使用要求。为消除室内大量余热，控制室内温度，应根据项目实际情况采用适当的通风空调方案。

1 变配电室负荷计算

变配电室内放置大量电气设备，一年四季均有大量余热，余热由变压器发热量、高低压配电柜发热量、建筑物围护结构得热和房间照明散热等组成，后两者相对来说所占份额很少，常常忽略不计；室内基本无散湿量。

变配电室主要设备发热量的计算：

1）变压器发热量可由供货厂商提供，当资料不足时，可按下式计算：

式中：Q——变压器发热量（KW）；

η1——变压器的效率，一般取η1=98%；

η2——变压器的负荷率，一般取η1=70%～80%；

φ——变压器的功率因素，一般取φ=0.9～0.95；

W——变压器的功率，kVA。

2）变配电室其他设备发热量，在没有相关发热量资料时，可按照变压器发热量的30%考虑，或按以下数据进行估算：

高压开关柜按200 W/台，高压电容器柜按3 W/kVA，低压开关柜按300 W/台，低压电容器柜按4 W/kVA估算。

2 变配电室的通风空调方案

GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中明确要求：变配电室排风温度不宜高于40℃，当通风无法保障变配电设备工作要求时，宜设置空调降温系统。另一方面，变配电室作为电气机房，出于节能考虑，室内温度能保证设备工作要求即可，室内温度不需太低，一般在35～ 40℃即可。要保证变配电室的室内温度，可采取通风、空调等不同方式来实现。

2.1 方案一：通风

采用机械通风方式来消除余热，所需通风量应按公式（2）进行热平衡计算确定：

式中：L——通风量，m3/h；

Q——室内发热量，kW；

tn——室内最高设计温度，℃；

tw——夏季通风室外计算温度，℃。

利用室外空气直接通风降温的优点是可以有效地节约能源，系统简单，投资低。缺点也很明显，当夏季通风室外计算温度较高时，由于送风温差相对较小，就会造成通风量很大，通风管道、竖井尺寸大；另外，当室外温度高于夏季室外通风计算温度时，通风降温效果变差差，设计风量无法满足室内设计温度要求。因此采用此方案时，一方面需确保建筑条件满足管道、竖井等要求，另外应用极端天气温度对通风量进行校核计算，仍需满足变配电室内设备正常工作温度。

2.2 方案二：空调

当土建条件不能满足机械通风所需的条件时，可采用空调制冷方式对室内进行降温处理来达到室内温度要求。具体可以考虑以下两种方式。

2.2.1 直流式空调对室外新风进行降温处理

当土建条件受限无法提供消除余热所需通风量时，可以采用直流式空调机组对室外空气进行降温处理。

由于室内冷负荷基本都是显热负荷，人员散湿量很小，在焓湿图上，热湿比线趋近于垂直。空调机组风量：

式中：V——空调送风量，m3/h；

Q——室内发热量，kW；

tn——室内最高设计温度，℃；

ts——设计送风温度，℃。

空调机组冷却量为：

式中：Iw——夏季室外通风焓值，kJ/kg；

Is——设计送风焓值，kJ/kg。

在冬季室外温度较低的情况下，变配电室仍需通风降温，为了防止机械送风时冷风经过表冷器而冻裂盘管，可泄空盘管中的水，同时设置回风管道，采用自动控制的混风方式，通过调节新风阀和回风阀的开度，保证室内温度在合适的范围，且满足防冻要求。

直流式空调降温有效地解决了大型配电机房无法直接利用室外新风进行通风降温的问题。大型的配电机房发热量往往更大，通过对新风进行制冷处理，消除室内热量，同时也保证了室内仪器、设备的干燥。

在采用此方案时，也需考虑运行能耗，可通过自动控制实现运行节能，当室外空气温度低于送风温度时，关闭空调机组的冷水阀门，直接利用新风自然冷却。

2.2.2 循环风空调机组冷却设计

当土建条件受限无法提供消除余热所需通风量时，也可以采用通风加循环风空调机组联合运行的方式。分别设送、排风机和循环风空调机组，优先采用通风消除余热，剩余部分负荷由循环风空调机组承担。设备的选择计算应按以下方法计算：

夏季通风消除的室内余热量：

循环风空调机组消除室内余热量应为：

因此空调机组风量：

在使用循环风空调机组时，可以根据室内、外的实际情况进行有效的调节，当仅采用通风即可满足室内温度要求时，可不开启循环风空调机组，尽量实现节能运行。

采用此方案相较于全直流空调系统，新风不设水盘管无冻结危险，不需设回风管道。

总之，凡是采用空调方式降温时，均需考虑到中央空调系统采用的冷源型式，如项目采用集中水冷冷源，需考虑到冷源提供的时间段，如只能夏季提供，那么通风量就需要满足过渡季全新风运行时能消除室内余热的需求。如采用风冷冷源，需考虑使用地区的室外温度环境。

3 北京地区设计实例

北京某档案馆建筑的变配电室，位于建筑地下1层，无外墙外窗，仅有一面墙贴着土壤，室内有2台1 600 kVA的变压器，10台高压柜，21台低压柜等设备，现分别采用这3种方案进行比较。

查GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》可知北京室外计算参数：夏季通风室外计算温度29.7℃，夏季通风室外计算相对湿度61%，夏季空调干球温度33.5℃，夏季空调室外湿球计算温度26.4℃。取地下室变配电房室内温湿度参数：37℃，40%。

经计算，变压器的发热量为：

高低压柜的发热量为：

由于围护结构冷负荷仅有地面负荷，忽略不计，变配电室总发热量约为53 kW。

3.1 方案一：通风

通风量：

3.2 方案二：直流式空调机组

送风点取室内状态点的机器露点（室内点等含湿量线与90%相对湿度线交点），查得ts=23.11℃。

则送风量：

3.3 方案三：通风+循环风空调机组

通风量取与方案二相同风量11 300 m3/h，则通风除热量：

循环风机组考虑等湿处理，查得室内状态的机器露点温度为22.88℃。

则循环风机组风量：

从计算数据可看出：

1）采用空调机组降温的方案比采用机械通风的方案通风量可减少接近50%，可较大的减小送排风的风道及竖井尺寸。

2）均采用空调机组降温的两种方案比较，通风加循环风空调机组方式中，只有循环风部分需要用到集中空调冷水，而直流式空调机组全部风量都要用到集中空调冷水处理，前者用到的中央空调冷量较少，且仅在部分时段运行，方案要节能一些。在通风+循环风空调机组方式中，通风量选择的大小也决定了空调机组制冷量的大小，实现较大通风量，有利于减小空调机组的制冷量，也有利于节能。

3）但由于通风方案更为节能，在土建条件允许的情况下，应优先采用利用机械通风实现消除室内余热的目的。

4）在通风方案中，由于民用建筑变配电室内设备的使用情况不同，发热量也不同，而峰值负荷只在部分时段出现，另外室外空气温度在非夏季工况也低于室外通风温度，所以按照峰值负荷计算的通风量就在比较长的时间内处于偏大的状态，所以设置变频或双速风机可以有效地降低风机的运行能耗。

该项目由于竖井面积受限，最后选择了通风+循环风的方案。