逆變器室自然通風設計分析

呂 立 進

(龍源(北京)太陽能技術有限公司，北京 100000)

逆變器室自然通風設計分析

呂 立 進

(龍源(北京)太陽能技術有限公司，北京 100000)

從通風量計算、進風與排風面積計算、進風過濾等方面，介紹了太陽能光伏電站內逆變器室的自然通風設計方案，并結合實例，利用Airpak軟件，對逆變器室內環境進行了仿真模擬，指出自然通風方案節能效果明顯，可靠性高。

逆變器，自然通風，光伏電站，仿真模擬

隨著我國新能源戰略不斷深化，太陽能光伏電站得到了大規模發展建設，電站中逆變器、變壓器和電容器等發熱量大的電氣設備房間在高溫季節散熱問題較為突出。以光伏發電的核心設備逆變器為例，設備散熱量大，1 MWp逆變器室散熱達到25 kW，根據廠家資料顯示，當環境溫度超過45 ℃時，轉換效率出現下降并影響使用壽命。因此必須采取有效的通風散熱措施，保障設備正常安全運行，滿足設備滿負荷工作要求。電氣設備用房散熱常規設計有自然通風、機械通風和空調制冷三種形式。其中空調制冷效果最好，但是維護費用也最高，自然通風和機械通風易帶來室內沙塵，但是維護費用低，可靠性好，被經常采用。本文重點討論了逆變器室自然通風設計。

1 逆變器室自然通風設計

自然通風是利用自然能源而不依靠動力維持適宜的室內環境，具有較高的可靠性，是首選的通風方式。逆變器室自然通風設計主要考慮因素為設備散熱量、圍護結構形式、室外通風計算溫度、海拔高度和消防要求等，其他因素為室外風速、風沙影響、防止動物進入、自動化控制和便于維護清潔。

1.1 通風量計算

逆變器室通風以消除余熱的換熱通風為主，通風量取廠家資料中的設備散熱量(如太陽透過玻璃窗入射得熱較大時也應一并計算)為依據計算的通風量與相關規范中給出的換氣次數法確定的通風量的較大值。

設計通風量根據式(1)計算：

(1)

其中，Gp為逆變器室通風量，m3/h；Q為設備散熱量，W；c為空氣比熱容，取1.01 kJ/(kg·℃)；ρav為進排風平均密度，kg/m3；Δt為進排風溫差，℃。

夏季通風室外設計溫度應采用工程所在歷年最熱月14時的月平均溫度的平均值，不宜采用室外極端最高溫度，以免造成設計浪費。

1.2 進、排風面積計算

進風裝置主要采用對開窗、推拉窗、旋窗、進風百葉窗等。在夏熱冬冷和夏熱冬暖地區，宜采用固定式進風百葉窗。在嚴寒地區和寒冷地區，可設置電動或手動可調節式進風百葉窗，以便冬季關閉進風口進行房間保溫。

排風裝置主要有天窗和屋頂通風器。

天窗和固定屋頂通風器面積根據式(2)和式(3)計算確定。屋頂旋流式通風器利用風壓和熱壓綜合作用，結構簡單，重量輕，不用電力，增大了通風量，體形相對天窗小，可根據室內排風溫度與室外溫度差、排風口中心與中和面的高度差以及室外溫度進行選擇計算，但上述設備均需注意防雨。

(2)

(3)

其中,Gj，Gp分別為進風量及排風量，kg/h；hj，hp分別為進風口及排風口中心與中和面的高差，m；ρwf為夏季通風室外計算溫度下的空氣密度，kg/m3；ρp為排風溫度下的空氣密度，kg/m3；ρnp為室內空氣的平均密度，按作業地帶和排風口處空氣密度的平均值采用；ζj，ζp分別為進、排風口的局部阻力系數；g為重力加速度，9.81 m/s2。

1.3 進風過濾

進風過濾根據機房潔凈度要求、室外環境含塵量和塵粒特征，選擇合適的過濾設備。電氣機房進風過濾常用方法是在進風百葉窗內側安裝空氣過濾器。

西北地區風沙較大，宜選擇國標初效過濾器，對于粒徑大于5 μm塵粒，效率為20%～80%。

2 工程實際應用及仿真模擬

2.1 工程實際應用

西北地區某50 MWp光伏發電項目中的1 MWp逆變器室，采用側墻加裝空氣過濾器的進風百葉窗進行自然進風，屋面自然排風，利用風壓與熱壓綜合作用，進行室內通風。經采用上節方法計算后，確定側墻安裝2套進風百葉窗(規格2.3 m×0.9 m)，屋面安裝3套QM800屋頂旋流自然通風器。逆變器室為鋼筋混凝土框架結構，200 mm厚加氣混凝土外墻，外部貼50 mm厚擠塑聚苯板保溫，屋面結構層120 mm厚，上方為80 mm厚擠塑聚苯板保溫。平面尺寸為4.5 m×11.9 m，高度3.6 m。逆變柜2.2 m×0.8 m，高度2.3 m，共2套；進風百葉窗尺寸為2.3 m×0.9 m，共2套；屋面設置QM800屋頂旋流自然通風器3套。

2.2 Airpak軟件進行仿真模擬

隨著CFD技術的發展成熟,模擬結果對實際工程有較強的參考意義。下面以面向HVAC領域的Airpak軟件為模擬仿真工具,對逆變器室夏季不利工況下通風系統進行仿真模擬,分析其通風效果。

該項目自然條件為室外夏季通風計算溫度為26.4 ℃，大氣壓力845.5 hPa，室外平均風速2.2 m/s。

室內散熱量為25 kW，所需通風量為6 847m3/h。因本工程主要是模擬室內空氣流動，故選用Airpak軟件里的Indoor零方程湍流模型，該模型簡單可靠，計算收斂速度快，收斂穩定性好，適用于自然流動。相關參數設置如下：

松弛因子：壓力0.3，動量為0.7，溫度為1.0，速度為1.0，k=0.5，ε=0.5。

收斂準則：連續性方程變量為1×10-3，能量變量為1×10-6，各速度分量變量為1×10-3。

采用穩態算法，開啟默認的S2S輻射模型運算，并開啟了室內空氣質量/室內舒適性控制可計算解決流場(流速和壓力)和溫度問題。設置環境溫度為26.4 ℃，室內初始溫度為環境溫度，室內初始風速為0，設置默認流體為空氣。逆變器室通風系統幾何模型見圖1，工作區溫度矢量圖見圖2。

3 結語

1)通過對逆變器室內環境仿真模擬可知，夏季不利工況下室內溫度為21.8 ℃～31.6 ℃，采用自然通風完全能夠達到設備正常工作所需要的溫度環境。根據工程實際反饋該自然通風設計效果滿足預想要求。2)考慮到西北地區風沙較大，為保持逆變器室內潔凈，應注意在進風百葉窗內側安裝初效空氣過濾器，并且應便于拆卸清洗和更換。3)為保證室內電氣設備運行安全，屋面天窗或自然通風器應注意做好防雨措施。4)光伏電站逆變器室數量較多，進風百葉窗在冬季需關閉，進行室內保溫，建議選用電動百葉窗，并宜有遠程控制功能。5)逆變器室采用自然通風設計，節能效果明顯，可靠性提高。

[1] GB 50019—2003，采暖通風與空氣調節設計規范[S].

[2] 實用供熱通風與空調設計手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3] 黃 輝.06K105《屋頂自然通風器選用與安裝》圖集[J].暖通空調，2006(12)：4.

Analysis of natural ventilation design for inverter room

Lv Lijin

(Longyuan(Beijing)SolarEnergyTechnologyLimitedCompany,Beijing100000,China)

From the ventilation amount calculation, air intake and exhaust area calculation, air filtering and other aspects, this paper introduced the natural ventilation design scheme of solar photovoltaic power generation inverter room, and combining with the examples, using Airpak software to simulate the inverter indoor environment, pointed out that the natural ventilation scheme had obvious energy-saving effect and high reliability.

inverter, natural ventilation, photovoltaic power generation, simulation

1009-6825(2017)01-0151-02

2016-10-25

呂立進(1985- )，男，工程師

TU834.1

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