变电站通风空调系统设计分析

刘虹 陈全杰 卫璐 刘睿凝 高艺华

摘  要：首先概述了变电站通风空调系统的相关概念及其设计重要性。接着阐述了变电站通风空调系统设计的基本原则，包括节能环保、安全可靠、经济性及可操作性。然后介绍了变电站通风空调系统的设计方法，包括负荷计算、空调设备选型、风管设计及控制系统设计。此外，探讨了变电站通风空调系统的优化设计，包括气流组织、设备配置及控制系统的优化。最后，通过实例分析说明了变电站通风空调系统设计的具体应用。

关键词：变电站  通风空调系统  设计原则  设计方法

中图分类号：TU83

Analysis of the Design of the Ventilation and Air-Conditioning System of Substations

LIU Hong  CHEN Quanjie  WEI Lu  LIU Ruining  GAO Yihua

Economic and Technical Research Institute of State Grid Shaanxi Electric Power Company， Xi'an， Shaanxi Province， 710065 China

Abstract： This paper first summarizes the related concept of the ventilation and air-conditioning system of the substation and its design importance. Then， it expounds the basic principles of its design， including energy conservation and enrironment protection， safety and reliability， as well as economy and operability. Next， it introduces its design methods， including load calculation， air-conditioning equipment selection， air duct design and control system design. In addition， it discusses its optimization design， including the optimization of airflow organization， equipment configuration and the control system. Finally， it explains the specific application of its design through case analysis.

Key Words： Substation; Ventilation and air-conditioning system; Design principle; Design method

变电站通风空调系统的设计在保证设备正常运行的同时，对于节约能源、提高运行效率及保障工作人员的安全与健康具有重要意义。本文旨在对变电站通风空调系统的设计进行深入分析，以期为相关工程实践提供有益的参考。

1  变电站通风空调系统设计的相关概述

1.1  变电站通风空调系统概述

变电站通风空调系统是为了保证变电站内部环境的舒适度和设备正常运行而设计的系统。通风系统负责提供新鲜空气，排除污浊空气，保持合适的温度和湿度；空调系统则负责控制温度和湿度，提供舒适的工作环境[1]。该系统通过循环、过滤和调节空气，确保变电站内部的空气质量和温湿度处于合适的范围，从而保证变电设备的正常运行和员工的健康。

1.2  变电站通风空调系统设计的重要性

变电站通风空调系统的设计对于变电站的运行效率和设备的寿命具有重要影响。合适的通风和空调系统能够提供良好的工作环境，保持设备的稳定运行温度，减少设备故障的发生率。同时，通过控制空气质量和温湿度，可以降低设备的腐蚀和老化速度，延长设备的使用寿命[2]。此外，合理的通风空调系统设计还能提高工作人员的工作效率和舒适度，提高工作环境的安全性和可靠性。

2  变电站通风空调系统的设计原则

2.1 节能环保原则

在变电站通风空调系统的设计中，节能环保原则是一个至关重要的考虑因素。通过精确的计算和优化设计，最大限度地减少能源消耗，降低碳排放和环境污染，是实现绿色可持续发展的关键。为了达到节能环保的目标，应采用高效节能的空调设备、智能控制系统和能量回收装置，提高系统能效和环境友好性。通过优化气流组织和设备配置，可以实现能源的合理利用，进一步提高系统的节能性能[3]。

2.2  安全可靠性原则

充分考虑设备的安全性能、可靠性和耐用性，可以确保系统运行稳定、可靠，满足变电站的安全要求。同时，还需注意防火、防爆和防雷等安全措施，以确保变电站的安全运行。此外，合理设置安全保护装置和报警系统，可以实现实时监控和快速响应，及时发现和处理故障，确保系统安全[4]。

2.3  经济性原则

在经济性原则的指导下，变电站通风空调系统设计需要在经济成本和效益之间达到平衡。在设备选型和控制系统设计中，应综合考虑设备的价格、运维成本和寿命，以及系统的能耗、维护成本和运行效率。通过合理的选型和设计，可以实现经济效益最大化，提高系统的投资回报率[5]。

2.4  可操作性原则

可操作性原则是一个重要的考虑因素。在人机界面和操作便利性上，设计应该简洁明了，以便用户能够轻松理解和操作系统。为了实现这一目标，可以采用直观的图形界面和简单易懂的操作流程，减少用户的学习成本和操作难度。此外，还应该提供清晰的操作指南和提示，以帮助用户正确操作系统。除了人机界面和操作流程的优化，还应合理设置设备的检修通道和维护空间。这样可以方便维护人员进行设备的检修和维护工作，提高系统的可操作性[6]。例如：可以设置便捷的维护通道和标识，确保维护人员能够快速到达设备并进行必要的操作。

3  变电站通风空调系统的设计方法

3.1  负荷计算方法

变电站通风空调系统的负荷计算是确保系统高效运行的关键步骤。通过准确的负荷计算，可以确定系统所需的制冷量和通风量。负荷计算主要包括热负荷计算、湿负荷计算和人员负荷计算。热负荷计算需要考虑变电站内部设备的散热量和传热损失。设备散热量包括变压器、开关柜等电气设备的发热量，以及室内照明、办公设备等辅助设施的发热量。传热损失则指由于建筑物围护结构传热产生的热量。湿负荷计算需要考虑水蒸气的产生和排除。水蒸气的产生与室内外温差、人员活动、设备发热等因素有关。通过准确的湿负荷计算，可以确保系统能够有效地控制室内湿度，提高空气品质。人员负荷计算需要考虑人员的新风需求和代谢热量。新风需求与人员数量、活动强度、工作环境等因素有关。代谢热量则与室内人员的年龄、性别、活动状态等因素有关。

3.2  空调设备选型方法

在变电站通风空调系统设计中，选择合适的空调设备至关重要。选择空调设备时，需要综合考虑多个因素，如设备的制冷效率、噪音水平、可靠性、维护便捷性等。第一，要根据负荷计算结果确定系统所需的制冷量和通风量。第二，要根据变电站的实际情况选择适合的空调设备类型，如分体式空调、屋顶式空调机组、风机盘管等。第三，在选型过程中，需要关注设备的制冷效率，尽量选择能效比较高的设备，以降低运行成本和环境影响。第四，还需要考虑设备的噪音水平。变电站通风空调系统的噪音影响着工作人员的环境舒适度和工作效率。因此，在选择空调设备时，要关注设备的噪音水平，尽量选择低噪音设备。第五，设备的可靠性和维护便捷性也是选型时需要考虑的重要因素。设备的可靠性影响着系统的稳定性和寿命，而维护便捷性则影响设备的日常维护和管理。在选择设备时，要权衡这些因素，确保选择的设备能够满足变电站的需求。

3.3 风管设计方法

风管设计需要考虑风速、风阻、噪音和空气分布等因素。合理的风管设计能够确保空气流通畅通，避免过高的风速和风阻，减少噪音产生，并实现合理的空气分布，保证变电站内部的温湿度均匀分布。风管尺寸和布置方式的确定需要根据负荷计算结果和空调设备选型。风管尺寸过大会导致空气流速降低，增加系统能耗；而风管尺寸过小则会导致风速过高，增加噪音和磨损。因此，需要综合考虑各种因素，合理确定风管尺寸。风管布置方式需要根据变电站的建筑结构、空调设备位置等因素进行优化。合理的风管布置能够降低风阻，提高空气流通效率。同时，还需要考虑风管的保温措施，以降低能量损失和噪音的产生。

3.4  控制系统设计方法

通过合理的控制系统设计，可以实现对空调设备的运行和调节。控制系统设计需要考虑温湿度传感器的安装位置和数量，以及空调设备的控制方式和策略。温湿度传感器是控制系统的重要组成部分，其安装位置和数量对控制系统的性能具有重要影响。温湿度传感器的安装位置需要根据变电站的建筑结构和空调设备布局进行合理布局，以确保系统能够准确感知室内温湿度变化。传感器的数量也需要根据变电站的面积和设备分布进行合理配置，以确保系统能够全面监测室内环境状况。空调设备的控制方式和策略是控制系统设计的核心。控制系统需要根据变电站的运行特点和需求，制定合适的控制策略，以实现对空调设备的有效调节。控制方式可以选择手动控制、自动控制或智能控制等多种方式，以满足不同场景的需求。此外，还需要考虑系统的自动化程度和人机界面的设计。自动化程度越高，系统越能够实现对空调设备的自动调节，降低人工干预的程度，提高系统的运行效率。而人机界面的设计则影响着系统的可操作性和便捷性，需要根据变电站的实际需求进行优化，确保系统易于使用和维护。

4  变电站通风空调系统的优化设计

4.1  优化气流组织

合理设置通风口和回风口的位置、数量和尺寸，可以实现空气的均匀流动和循环。通风口应该布置在恰当的位置，以保证空气能够有效地进入和流通到各个区域。回风口的设置也需要考虑到空气流动的方向和路径，以确保空气能够顺畅地回流到空调设备中进行处理。除了通风口和回风口的设置，还可以采用适当的气流调节装置来进一步优化气流组织。例如：可以使用风道隔板来引导气流，使其沿着预定的路径流动，避免出现死角和局部通风不畅的问题。另外，还可以使用风幕等技术手段来控制气流的速度和方向，以达到更好的气流组织效果。通过优化气流组织，可以有效地提高空气的均匀性和流通性，避免出现局部通风不畅的问题。这不仅可以提高系统的通风效果，还可以降低能耗和提高系统的工作效率。

4.2  优化设备配置

优化变电站通风空调系统设备配置，有助于提高系统效能与经济性。在设备配置方面，应综合考虑系统负荷需求、能耗要求及空间限制等因素。通过合理选择和布置制冷设备、通风设备及空气处理设备，实现系统的高效运行与节能降耗。此外，可考虑采用新型节能设备与技术，如换热器、变频器等，以优化设备配置。

4.3  优化控制系统

通过应用先进的控制技术及设备，如传感器、执行器与控制器等，可对系统运行状态进行实时监测与调节。优化控制系统可根据变电站负荷变化、室内环境条件及能耗要求等因素，自动调整制冷量、通风量与湿度等参数，以达到最佳舒适度与能效。此外，可实现远程监控与管理，提高系统可靠性与运行效率。

5  变电站通风空调系统设计实例分析

在某变电站的通风空调系统设计中，先根据变电站的负荷情况和环境要求，采用热负荷计算软件进行负荷计算，确定了系统所需的制冷量和通风量。然后，在空调设备选型方面，选择了具有高能效比、低噪音和可靠性的空调设备，以满足变电站的制冷需求。在风管设计方面，根据变电站的空间布局和风量要求，采用风管设计软件确定了风管的尺寸、布置和支撑方式，以保证系统的气流均匀分布和风道的气密性。最后，在控制系统设计方面，选择了温湿度传感器、风机变频器和集中控制器等设备，设计了合理的控制逻辑和参数设置，以实现系统的稳定运行和能耗优化。通过以上设计方法和原则的应用，该变电站通风空调系统设计达到了节能环保、安全可靠、经济性和可操作性强的要求，提高了系统的性能和效果。

6  结语

变电站通风空调系统的设计涉及多个方面，包括设计原则、方法、优化措施等。通过本文的探讨，可以更好地理解变电站通风空调系统设计的关键点，从而为实现节能、高效和可靠的系统提供支持。在未来的研究中，将继续关注变电站通风空调系统设计的发展趋势，以适应日益复杂的工程需求。

参考文献

[1]邬振武.新型变电站暖通设计分析及优化[J].暖通空调，2022，52（11）：74-78.

[2]赵博文.组合式变电站损耗及温升问题研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2020.

[3]刘洋帆.湿热地区变电站建筑节能设计研究[D].广州：华南理工大学，2021.

[4]朱超，王永庆，傅金柱，等.基于Icepak的户内变电站通风换热过程模拟及优化[J].电力科学与工程，2020，36（4）：65-69.

[5]何娜萍，肖国锋.地下变电站通风空调系统设计探讨[J].建筑热能通风空调，2019，38（10）：56-59.

[6]秦文慧.110kV户内变电站通风散热的数值模拟及优化研究[D].南京：东南大学，2020.