民用建筑的变配电机房常设置在建筑物的地下,变压器发热量较大,需设置机械通风消除室内余热。夏季室外温度较高的地区 , 为保证变压器等电气设备正常工作,消除室内余热所需通风量很大,有时土建条件不能满足风道尺寸和室外进排风口面积要求时,常设置空气处理机组对空气进行冷却降温,以减少通风量,而本文主要考虑使用通风消除室内余热。 一、变配电室热量计算 Q
民用建筑的变配电机房常设置在建筑物的地下,变压器发热量较大,需设置机械通风消除室内余热。夏季室外温度较高的地区 , 为保证变压器等电气设备正常工作,消除室内余热所需通风量很大,有时土建条件不能满足风道尺寸和室外进排风口面积要求时,常设置空气处理机组对空气进行冷却降温,以减少通风量,而本文主要考虑使用通风消除室内余热。
一、变配电室热量计算 Q
变配电室内温度太高 , 会影响设备的工作效率。一般要求房间内温度不超过 40 ℃ 。室内得热包括: 1 )变压器的热损; 2 )高压开关柜、低压开关柜、高压电容器柜、低压电容器柜的发热; 3 )电缆损耗功率; 4 )建筑围护结构得热和房间照明散热等。由于室内温度较高,后两种得热相对来说所占份额很小,可忽略不计。其它各自散热量如下:
( 1 )、变压器的发热量 Q1 ( kW )可由设备厂商提供或按以下公式计算(一般为变压器功率的 1.26%~1.52% ):
Q1= ( 0.0126~0.0152 ) W
其中, W 为变压器功率( kV · A );
( 2 )、高压柜、高压电容器柜及低压柜、低压电容器柜 Q2
( 3 )、电缆损耗功率 Q3
电缆的散热量可由载流电缆的损耗求出。损耗功率是以一年最热季节中可能产生的最大损耗进行计算。
由于 Q3 其计算比较繁琐,可以估算如下:交直流母线的热损失按传输功率的 0.25% 计算;各种动力电缆及导线的热损失可取为各传动机械电机功率的 0.5% 计算;
二、变配电室通风量计算
消除室内余热的通风机风量( m3/h )按下式计算:
L= ( 3600 × Q ) / ( C p ×ρ× △ t );
ρ =1.293[273/ ( 273+t ) ] ( B/101.3 );
其中: t 为实际的空气温度,℃; B 为实际的大气压力, kPa ;为空气比定压热容,一般取 1.01kJ/ ( kg · ℃); Q 为室内冷负荷, kW ; ρ 为空气密度, kg/m 3 ;△ t 为室内温度与夏季室外通风计算干球温度之差,℃。工程上, ρ 一般取 1.2kg/m 3 ,则有:
L ≈ ( 1000 × Q ) / ( 0.337 × △ t )
三、变配电室通风机控制
变配电机房设计热负荷很大 , 致使其通风量及风机功率较大,因此可以考虑在设计热负荷减小或室外空气温度较低时减少送风量,可将送、排风机设置为双速风机 , 根据室温控制风机全速、半速或间断运行。作为对温度控制精度要求不高的机房,一般两位控制即可,不考虑采用投资较高、控制复杂的风机变频控制。
当采用自动控制时 , 风机挡位切换临界温度可通过以下风量、热量、温差的基本关系式分析确定。其分析如下:
0.337 × L ≈ ( 1000 × Q ) / (△ t ) = ( 1000 × Q ) / ( t N -t W )
式中,
t N 为室内温度,℃,最高设计温度表示为 t Nj ;
t Wj 为室外新风送风温度,℃,最高设计温度表示为 t Wj ;
△ t 为室内温度与夏季室外通风计算干球温度之差,℃,最不利情况的设计温度表示为△ t j ;
实际运行中 , 降低室温、消除余热所需风量 L 由 100% 变为 50% 的情况有 3 种:
1)t W 不变, Q 减少 50% , 此时如 L 不变 , 实际室温 t N1 =t Nj - ( 1/2 ) × △ t j ,即室温下降了设计温差值的 1/2 ;
2)Q 不变, t W 下降 , 与设计室温 t Nj 的差值增大 1 倍 , 此时如 L 不变 , 实际室内外温差也不会变化 , 实际室温会随之下降 , 即 t N1 =t Nj - △ t j ;
3)L 和 Q 同时下降, t N 也下降;
由于上述 2) 中的 t N1 数值低于 1) 中的数值,因此 3 种情况中 , 实际室温 t N1 最低的最不利假设情况为第 2) 种情况 , 此时按 2) 计算得出的室温 t N1 可定为风机低速半风量运行的 “ 挡位切换临界温度 ” 。为更安全起见 , 把此临界温度采用的室温取值比设计室温 t Nj 降低 2 ℃ , 并称为 “ 转换控制采用的最高设计室温 ”, 表示为 t N0 (t N0 =t Nj -2), 则风机挡位切换临界温度由 t N1 =t Nj - △ t j 改为 t N1 =t N0 - △ t j , 其中关于设计送风温差△ t j 的室外温度取值;
对于深圳地区,其 t Nj 取 40 ℃; t Wj 为 31.2 ℃,则△ t j =40-31.2=8.8 ℃; t N1 =t N0 - △ t j =t Nj -2- △ t j =40-2-8.8= 29.2 ℃;假设室内发热量 Q 不变 , 达到 t N1 时的室外气温 t W 为 t N1 - △ t j =29.2-8.8=21.4 ℃;实际室内发热量经常小于设计最大值 , 则风机半风量或停止运行的时间比例会更大 , 因此变配电机房根据室温采用风量控制的节能潜力还是很大的。