1、变配电室降温方式简述中国电子工程设计院 那 恺摘要 阐述了变配电室降温方式,分析了各种方式的利弊,举例说明了对于不同建筑类型的变配电室,应根据其特点进行降温设计。关键词 变配电室 降温 机械通风 送风温差ModesforcoolingelectricsubstationsByNaKaiAbstract Expoundsthesemodesandtheiradvantagesanddisadvantages,andillustratesthatcoolingmodeselectionshouldbebasedonthebuildingfeaturesforelectricsubstationso
2、fdifferenttypesofbuildings.Keywords electricsubstation,cooling,mechanicalventilation,supplyairtemperaturedifference ChinaElectronicsEngineeringDesignInstitute,Beijing,China 变配电室的作用是把高压电转变为可供生活、生产使用的低压电并向用电点输送。要确保变配电室内设备正常工作,一般要求其室内温度不超过 35或 40。对于这一要求, 从暖通空调专业来讲并没有什么难度,因为既没有特殊的温度基数要求,也没有严格的温度精度要求,有多种
3、降温方式可以采用。不同的降温方式有各自的特点及适用性,系统简单的也许效果不是很好,而系统复杂的又可能导致运行费用及造价高等种种问题,本文对几种典型的降温方式进行分析比较。1 全面机械通风降温方式通风降温可以说是最节能的处理方式,它只需要用风机将室外的自然冷风同室内热空气进行交换即可达到降温的目的。由于室内负荷为显冷负荷,故通风量的计算公式为(1)式中 G 为通风量,m3/h;Q 为室内冷负荷,kW;cp 为空气比定压热容,一般为 1kJ/(kg#); 为空气密度, 一般为 1.2kg/m3; t 为室内温度与夏季室外通风计算干球温度之差,度。由于室内温度较高,因此围护结构冷负荷可以忽略不计,
4、即室内冷负荷就是变配电室室内设备的发热量,其值通常由供电或电气专业提供。通风系统的形式可以是机械送排风或者机械送(排)风加自然排( 补)风。由于是靠室外自然冷风降温的, 进排风温差很小 ,因此室内的气流组织就尤其重要,一定要让进入室内的新风流经发热设备后再排出室外,且进/ 排风口之间距离不能过近,防止气流短路影响通风降温的效果。该方式的优点是节能、系统简单,耗电设备只有风机,既可以通过风管进行通风以达到较好的气流组织,也可以采用直接在外墙上安装壁式风机的方式。不建议采用屋顶风机,因为在屋面开洞, 一旦防水没有做好的话,对室内电气设备的安全是很大的隐患。该方式的弊端是当室外温度很高时,通风降温的
5、效果会急剧变差,以至于无法满足降温的要求。式(1)中的夏季室外通风计算干球温度通常是从手册中查询得到的,而每年中都会有室外气温高于该计算温度的时期, 即使在设计时对计算所得的通风量考虑一定的富余系数,也很难保证全年均能满足要求。如果室内温度长时间偏高则会影响电气设备的工作效率及使用寿命。2 空调降温方式可以为变配电室降温的空调方式有很多,如变制冷剂空调、空气 水空调、全空气空调等等。变制冷剂空调的特点是自成系统、使用方便,运行人员可以根据室内温度的高低自行启闭空调,不受其他系统的影响, 需要注意的是 ,室内机尽量不要选取吊顶式的, 因为在送风温度较低时,吊顶式室内机风口凝露产生的滴水会给室内设
6、备带来安全隐患。对于空气 水空调系统,则最好不要采用卧式风机盘管,因为同样存在滴水带来的安全隐患,使用立式风柜送风是个不错的选择。全空气空调系统的降温效果是最好的,因为送回风管可以提供良好的气流组织,将冷风直接送至发热设备处进行降温,但是相对来讲系统会更复杂一些。3 实例分析两种降温方式各有优劣,全面机械通风降温方式系统简单但效果不佳,且通风量较大;空调降温方式可以很好地降温但能耗较大。为了使系统更加合理优化,通常情况下是将该空调系统同机械通风方式结合起来使用,以充分利用二者的特点, 达到更好的效果。下面结合实例分析变配电室降温的合理方式。某工业厂房位于北京,其变配电室设备发热量为 500kW
7、,要求室温控制在 35以下。当地相关气象参数分别为:夏季空调计算干球温度 33.2,湿球温度 26.4,夏季通风计算温度 30。基于控制精度的考虑,室内设计温度按 34计算,那么在此温度下的围护结构冷负荷及人员、照明等负荷均可以忽略不计,即室内负荷就是设备自身发热量(500kW)。为消除此负荷,单独采用机械通风方式时,根据式(1) 计算得到的通风量为 375000m3/h,风量很大,风机的选用和安装以及风管布置都不方便,且风机耗电量较大。而如果改用空调方式降温,虽然送风温差可以增大,进而风量会小很多,但是在过渡季节无法利用室外的天然冷源,很显然在经济上是不合算的。合理的降温方案为:夏季采用空调
8、方式、过渡季节采用机械通风方式、冬季采用自然冷却方式。对于实例项目,夏季采用全空气空调系统降温时, 由于室内冷负荷基本上都是显热负荷,人员及围护结构渗透散湿量很小,在 h d 图中,热湿比线趋近于垂直, 因此仍可以使用式(1)来计算通风量,只是此时 t 为室内温度与送风温度之差。由于室内设计温度很高,机组的回风与室外新风的区别也只是湿球温度的高低,系统虽无除湿要求,但机组已近似于全新风工况运行,因此对于供回水温度为 7/12的冷水,其机器露点不易设定得过低。设计时机器露点按15计算,考虑 1的风机管道温升,则送风温度为 16, t=34-16=18,从而可计算得风量G 为 84000m3/h。
9、空调机组的功能段设置如图 1 所示,之所以如此设置,是因为对变配电室降温时不需要新风。在空调系统运行时,关闭新风阀、开启回风阀,保持全回风工况运行。过渡季节采用机械通风降温时,关闭回风阀、开启新风阀, 此时空调机组相当于送风机,排风方式既可以为单独设置排风机机械排风,也可以为在外墙设防雨百叶风口靠室内正压自然排风。在冬季室外温度较低的情况下,变配电室仍需通风降温, 将新风段置于表冷段后,是为了防止机械送风时冷风经过表冷器而冻裂盘管。因为盘管内的水通常是放不干净的,底部总是会积聚一些,冬季运行不当则很容易结冰, 从而胀裂盘管。即便如此,为防止长时间运行后盘管温度过低, 也应考虑将回风段风阀开启一
10、定角度, 让少量的回风回至机组,以保证表冷器不会有结冰的危险。对于该系统,由于空调、通风使用同一台风机, 空调和通风的风量相同,因此通风时的送风温度也可以按 16考虑,即当过渡季节室外温度降至 16左右时就可以调整相应风阀、关闭表冷器水阀切换至机械通风工况。而随着室外气温降至更低、进入冬季时,可以考虑间断运行甚至完全关闭通风系统,依靠自然冷却降温。该项目所采取的降温方式在实际运行中已经取得较好的效果,可以满足室内的降温要求。当然这也要视项目情况而定,此工程为工业厂房建筑,一方面厂区内基本上全年需要供冷, 制冷系统负荷波动不大;另一方面生产用电功率比较恒定,变配电室内设备的同时使用情况及发热量为
11、定值, 在同等的发热量与送风量下,送风温差也相同。而对于写字楼、酒店等公共建筑,用电设备主要为两部分空调制冷系统和室内照明等,二者用电功率基本相当, 受季节性负荷变化的影响变配电设备发热量全年波动很大,当空调制冷系统停运时变配电室设备输出功率会减小一半左右,从而发热量及送风温差也会相应减小。空调系统运行时 18的送风温差此时为 9左右即可, 即无需再等到室外气温降至很低后才从空调工况切换至通风工况。例如同样在北京地区,舒适性空调通常在 9 月底停止运行(商场等内区发热量大的场合除外 ),而此时室外温度为 25左右,室内外温差正好为 9左右, 即当空调制冷系统停止运行时切换至通风工况就基本可以满
12、足室内温度要求了。以上是以华北地区为例,如果在华东、华南地区, 空调运行时间会久一些,从而切换至通风工况的时间也会相应晚些。如果夏季变配电室采用的是空气 水空调系统,例如立式风柜,由于送、回风基本为无组织形式,在过渡季节无法利用其进行通风而需要单独设置一套机械通风系统。此时机械通风的风量或者说从空调向通风切换的温度就很难确定,如果设定高了,虽可以减少空调系统运行费用但通风系统的初投资、风机管道体积等都会偏大;而设定低了,利弊两方面又会相反。因此笔者建议,对于全年用电负荷较为稳定的变配电室,设计通风工况送风温差可以按当地夏季室外通风计算温度与室内设计温度之差的 23 倍来考虑, 例如本项目,按室
13、外计算温度计算的通风温差为 4,按 3 倍温差考虑通风工况送风温差为 12,即室外温度降至34-12=22时切换至通风工况,这样通风管道、风机等设备的规模、初投资都会减少 2/3;而对于公共建筑中受季节性负荷影响较大的变配电室,实际通风温度可以按空调制冷系统关闭时的室外温度计算,这样一方面可以减小通风设备规格,另一方面也便于建筑内空调系统的整体运行管理。但这个室外温度在手册、规范中是查不到的,可以向项目业主咨询或查阅相关气象资料。其实,对于变配电室采取何种降温方式, 需要考虑的影响因素还会有很多,不同的项目特点不同,绝不会局限于以上所举的典型实例, 因此在考虑方案时最主要的是从实际出发,以可靠、合理的方式来满足要求的效果;在实际生产中更需要运行维护人员精心操作,确保系统正常运行。
