鄭明權

大型公共建筑的變配電房通常設置在建筑物地下室，是整個大樓的動力中心，因此保證變配電房的正常運行非常重要。一般變配電房主要由變壓器室、高壓室、低壓室組成。變配電房發(fā)熱量大，尤其是變壓器的發(fā)熱量。為維持變配電房中設備正常運行，需要消除室內(nèi)余熱。通常我們消除室內(nèi)余熱的方法為直接利用室外新風作為冷源進行通風換熱降溫(方案一)，或者利用空氣處理機組對室外新風冷卻處理后送入變配電房進行通風換熱降溫(方案二)。這兩種方法原理相同，均是通過通風換熱進行降溫，不同點在于通風換熱冷源風的溫度不同而導致所需要的通風量的不同。對于這兩種方法，我們一般在滿足消除室內(nèi)余熱的要求的前提下，結合建筑所處地方的室外新風的氣象參數(shù)以及對通風運行能耗控制的綜合分析來選擇不同的方案。

1 變配電房主要電氣設備的發(fā)熱量的計算

變配電房室內(nèi)余熱一般由變壓器室的變壓器發(fā)熱量、高壓配電室發(fā)熱量、低壓配電室發(fā)熱量、建筑物圍護結構得熱和房間照明散熱等組成，后兩種得熱量相對來說所占份額很少，可以忽略不計。

變壓器發(fā)熱量Q(kW)由設備廠商提供，當資料條件不足時，可以按下式計算［1］:

其中，Q為變壓器發(fā)熱量，kW;η1為變壓器的效率，一般取98%;η2為變壓器的負荷率，一般取70%～80%;φ為變壓器的功率因數(shù)，一般取0.90～0.95;W為變壓器的功率，kW。

高低壓配電設備的發(fā)熱量較難計算，在沒有相關發(fā)熱量資料時，可以采用按照變壓器發(fā)熱量總和的30%考慮，或者按照如下估算:

高壓開關柜發(fā)熱量——按照每臺200 W估算;高壓電容器柜——按照3 W/kvar估算;低壓開關柜發(fā)熱量——按照每臺300 W估算;低壓電容器柜——按照4 W/kvar估算。

2 消除室內(nèi)余熱所需的通風量計算

消除室內(nèi)余熱所需的通風量按照以下簡化公式計算［1］:

其中，Q為變配電房余熱負荷，kW;tp為室內(nèi)排風設計溫度，一般不大于40℃;ts為送風溫度，℃;0.337為空氣比熱(1 010 J/(kg·℃))和標準狀態(tài)下密度(1.2 kg/m3)的乘積，再除以3 600 s/h的換算系數(shù)。

3 通風空調(diào)設計方案的分析選擇

3.1 工程概況

某變配電房:內(nèi)設3臺變壓器，單臺變壓器容量為1 600 kVA，要求地下室變配電房溫度不大于40℃(取38℃);現(xiàn)以同一變配電房處于廣東廣州和四川會理兩個不同地區(qū)為例對兩種方案進行計算分析。兩地區(qū)夏季室外空氣計算參數(shù)見表1。

表1 廣州、會理地區(qū)夏季室外空氣計算參數(shù)［2］

根據(jù)式(1)Q=0.015 2W，計算得變壓器室的發(fā)熱量為72.96 kW，高低壓配電室各為變壓器室的發(fā)熱量總和的30%，可以估算出本工程變配電房的總發(fā)熱量為116.7 kW。

3.2 方案計算分析

根據(jù)式(1)及式(2)進行計算得出以上兩種不同地區(qū)同一標準的變配電房兩種方案所需通風量和供冷量計算結果，進行簡單分析。

3.2.1 方案一:直接利用室外空氣進行的換熱所需通風換氣量

由式(2)可以計算出，為滿足變配電房在室溫為38℃的條件下運行，廣州地區(qū)變配電房通風量L=56 786 m3/h，會理地區(qū)通風量L=25 463 m3/h。根據(jù)計算的結果可知，會理地區(qū)完全利用室外新風通風換熱降溫，土建風井的面積、通風機房大小、安裝通風風管所需的內(nèi)走道的寬度及高度要求，比較容易滿足。從節(jié)能的角度來說，方案一是值得大力推廣的，完全沒有必要采用對室外新風降溫后進行通風換熱;而廣州地區(qū)，對于此種規(guī)模的變配電房完全利用室外新風通風換熱的方式降溫，所需的風管截面積很大，通風機房面積和土建風井的面積要求都很大，這給設計也帶來了不少困難，對現(xiàn)在設備房及土建的空間緊張情況，這一方案卻不是很實用。

3.2.2 方案二:室外新風經(jīng)冷卻處理后對變配電房直流通風降溫

直流式通風降溫，就是將室外空氣經(jīng)冷卻處理降溫后送入變配電房室內(nèi)，然后經(jīng)熱交換后直接排出室外的方式。根據(jù)方案一的計算分析，很明顯，大型的變配電房發(fā)熱量大，使用方案一進行通風換熱降溫，會給設計造成相當大的困難，為減少通風量，需采用將室外空氣降溫后再進行通風換熱，達到室內(nèi)電房的工作要求。地下室變配電房，設備只有發(fā)熱量，沒有散濕量，基本也不存在人員散濕和圍護結構得濕。所以變配電房空氣處理過程為等濕過程，室內(nèi)含濕量沒有變化。如果同時進行除濕處理，既沒有必要，還要消耗更多的冷量。室內(nèi)電氣設備多，需保持干燥，為防止風口結露，首先應將室外空氣處理到室內(nèi)狀態(tài)點等濕度線與機械露點φ=90%的交點上。空氣處理機組在理論干工況下運行時，最佳的機械露點送風狀態(tài)點為S1，其狀態(tài)參數(shù)為ts1=27.7℃，露點溫度t=25.9℃，根據(jù)空氣處理機組干工況處理狀態(tài)，可在焓濕圖上找到溫度為38℃時的室內(nèi)狀態(tài)點的相對濕度φn=50.4%。

如果冷卻器表面溫度低于空氣露點溫度，則空氣不但被冷卻，而且其中所含水蒸氣也將部分凝結出來，并在冷卻器的肋片管表面上形成水膜［3］。由于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的供回水溫度為7℃/12℃，新風經(jīng)過冷卻處理的過程中必定要除濕，無法在理論干工況下運行，但空調(diào)廠家的空氣處理機組的性能參數(shù)必須滿足在假定要達到的室內(nèi)空氣狀態(tài)點和推算出相關的送風狀態(tài)點所計算出來的所需的空氣處理機組的風量和空氣處理機組制冷量，其基本計算公式如下:

空氣處理機組風量L(m3/h):

空氣處理機組制冷量Q(kW):

其中，hw為室外空氣狀態(tài)點的焓值，kJ/kg;hs為送風狀態(tài)點的焓值，kJ/kg。

假定變配電房室內(nèi)空氣溫度38℃，相對濕度在30%～50%之間進行反算，找到合適的室內(nèi)空氣狀態(tài)點，確定相應的空調(diào)送風量和制冷量。通風換熱空氣處理過程焓濕圖見圖1，空調(diào)送風量和制冷量計算結果見表2。

圖1 通風換熱空氣處理過程程焓濕圖

表2 廣州地區(qū)變配電房在設定室內(nèi)參數(shù)空氣處理機組所需風量和制冷量計算表

經(jīng)查閱常規(guī)的空調(diào)樣本，推算一般空調(diào)處理機組在供回水溫度為7℃/12℃運行時，其處理顯熱和潛熱的能力的比例特征可知，室內(nèi)空氣狀態(tài)點參數(shù)為38℃，相對濕度φn=35%時，才能選到合適的空氣處理機組型號。根據(jù)計算的結果，選用能滿足送風量L=21 115 m3/h，制冷量Q=212 kW的空氣處理機組對變配電房進行直流式降溫，既能滿足變配電房的工作環(huán)境，同時解決了風量過大，風管截面積，風機房面積，風井面積過大帶來的設計困難。

利用空調(diào)處理機組進行通風換熱，定要消耗不必要的新風濕負荷，不利用空氣處理機組進行通風換熱，又無法很好解決設計中帶來的困難，因此采用方案二進行通風換熱時，為運行節(jié)能，降低損耗，可對通風系統(tǒng)設定以下控制運行原則:空調(diào)處理器吸入口應設有溫度探測器，當室外空氣溫度小于送風狀態(tài)點溫度時，空調(diào)處理器的冷水閥關閉，直接利用空調(diào)處理器通風換熱;變配電房室內(nèi)設置溫度傳感器，當只有空調(diào)處理器風機運行，室內(nèi)溫度高于設定值或者高于設定值的偏差范圍時，空調(diào)處理器的冷水閥打開對空氣進行冷卻降溫處理。一般的變配電房的消防均采用了氣體滅火系統(tǒng)，氣體滅火時，其變配電房要密閉，氣體滅火完成后，需要快速有效的排出氣體滅火后的有害氣體。因此，變配電房的通風空調(diào)設計，也應考慮與消防氣體滅火系統(tǒng)的配合。我們可以在通往電房內(nèi)的送排風支管上設置70℃電動防火閥，當發(fā)生火災時，變配電房氣體滅火系統(tǒng)啟動時，支管上的電動防火閥電動關閉，當氣體滅火系統(tǒng)結束后，電動防火閥二次電動打開或者手動打開，通風系統(tǒng)啟動進行強排風，排出有害氣體。

4 結語

1)大型公共建筑地下室變配電房室內(nèi)設計溫度在滿足電氣設備正常運行的情況下，不宜過低，為提倡節(jié)能，應優(yōu)先選用夏季室外新風不經(jīng)過降溫處理的機械通風方式消除室內(nèi)余熱。2)當土建條件不能滿足機械通風風量的要求時，可以根據(jù)計算分析確定合適的室內(nèi)設計參數(shù)，采用直流式空氣處理機組對變配電房進行冷卻降溫。但需要對其運行控制采取相應的節(jié)能控制策略，以節(jié)省運行能耗。3)變配電房通風空調(diào)設計應考慮氣體滅火系統(tǒng)的要求，其通往電房內(nèi)的送排風支管上應設置70℃電動防火閥，當發(fā)生火災時，變配電房氣體滅火系統(tǒng)啟動時，支管上的電動防火閥電動關閉，當氣體滅火系統(tǒng)結束后，電動防火閥二次電動打開或者手動打開，通風系統(tǒng)啟動進行強排風，排出有害氣體。

［1］ 住房和城鄉(xiāng)建設部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施·暖通空調(diào)·動力［M］.北京:中國計劃出版社，2009:56，60.

［2］ 中國氣象局氣象信息中心氣象資料室，清華大學建筑技術科學系.中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005:140，147.

［3］ 連之偉.熱值交換原理與設備［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001:150.