公共建筑地下室變配電房通風空調設計探討

陶偉

摘要：隨著經濟的發展，城市化進程加快。公共建筑的規模與檔次都在不斷提升，建筑物內的用電負荷也隨之增加。為了消除電氣設備運行而產生的熱負荷，保證電氣設備穩定運行，降低其故障率，確保建筑內的電力系統高效、穩定可靠地供電，必須采取有效措施消除變配電房內的余熱。

關鍵詞：變配電房，室內，余熱，通風空調設計

引言

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。變配電房發熱量大，尤其是變壓器的發熱量。為維持變配電房中設備正常運行，需要消除室內余熱。通常我們消除室內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，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。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變配電房熱負荷計算

變配電房室內熱負荷主要由電氣設備散熱量，房間照明散熱量和建筑圍護結構的傳熱量組成。根據電氣規范要求，高、低壓成套開關設備和控制設備的周圍空氣溫度不得超過+40℃，且在24h內其平均溫度不超過+35℃。為了滿足電氣設備的運行要求，將變配電房的室內設計溫度設定為35℃，相對濕度不要求。變配電房四周為地下車庫，車庫內均設有機械通風系統，可認為車庫內的室溫為夏季通風室外計算溫度。相較于電氣設備的散熱量，房間照明的散熱量和建筑圍護結構散失的熱量所占比例很少，可以忽略不計，所以變配電房的熱負荷主要是電氣設備散熱量，即變壓器散熱量和高、低壓開關柜散熱量。

2變配電房通風量計算

由于變配電房的熱負荷全為顯熱負荷，當采用通風方式消除室內余熱時，通風量應按下式確定：

公式中：L為通風換氣量，m3/h;Q為室內顯熱發熱量，W;tp為室內排風設計溫度，℃;ts為送風溫度，℃。在深圳地區，夏季通風室外計算溫度為31.2℃，通風系統的送、排風溫差僅有3.8℃。由于變配電房的發熱量很大，僅采用通風方式消除室內余熱時，系統的通風量會很大，這就給通風系統的設計帶來了不少困難。面對地下室變配電房層高受限且地下室空間緊張的情況，通風方案已不再適用。

為了減少通風量，可利用空調機組將空氣進行冷卻處理后再送入室內進行換熱。目前變配電房內均設有氣體滅火系統，氣體滅火后的室內應設置機械排風，通風換氣次數應不少于每小時5次。為節省成本，提高通風系統的利用率，變配電房的通風空調系統應同時兼顧氣體滅火后的排風。因此，變配電房空調系統的最小風量應滿足不少于5次/h換氣次數要求。

3工程概況

某大廈位于深圳市南山后海中心區，是一棟超高層辦公樓，總建筑面積7.2萬m2。變配電房設在負二層，由商業配電房、公共及低區辦公配電房，空調機房配電房和高壓室組成。變配電房總面積440m2，層高4.0m。當采用通風方式消除室內余熱時，根據式可得出變配電房的通風量為46353m3/h，室內換氣次數為26次/h。根據計算結果可知，深圳地區采用通風方式消除變配電房內余熱時，所需土建風井的面積、通風機房的大小、安裝通風管道的空間都難以滿足要求。

4變配電房空氣處理過程

由于空調系統兼顧事故后排風，空調機組的風量需滿足不小于5次/h的換氣要求，所以選用額定風量為9000m3/h的空調機組。變配電房內因經常無人停留，可不考慮最小新風量，空調系統可按全新風工況或全回風工況兩種模式運行。深圳市夏季室外空氣計算參數如下：空調室外計算干球溫度33.7℃，空調室外計算濕球溫度27.5℃，通風室外計算溫度31.2℃。

4.1按全新風工況運行

地下室變配電房內只有顯熱負荷，基本沒有濕負荷，所以變配電房內的空氣處理過程為等濕處理過程。空調機組按全新風工況運行時，室外新風經表冷器冷卻減濕處理到機器露點（相對濕度為95%）后送入室內，承擔室內全部熱負荷。

室內設定溫度tN=35℃，需要消除的余熱量Q=59.36kW，根據傳熱公式，可求得室內送風溫度tO=15.4℃。tO等溫線與φ=95%線的交點O為機器露點送風狀態點，其參數為tO=15.4℃、hO=42.1kJ/kg。因室內空氣處理過程為等濕過程，可確定室內狀態點參數為tN=35℃、hN=62.3kJ/kg。選用空調機組的制冷量為137.4kW，其中78.04kW的冷量用于處理新風，占空調機組制冷量的56.8%。

4.2按全回風工況運行

空調機組按全回風工況運行時，由于表冷器表面溫度低于室內空氣的露點溫度，空氣中的部分水蒸氣會不斷凝結，在表冷器的外壁面上形成冷凝水膜，室內空氣的含濕量會不斷降低，直至室內空氣達到某個穩定狀態點，此時表冷器轉為干工況運行。常規空調系統的冷凍水供回水溫度為7/12℃，且空氣與盤管內水的流動方式為逆交叉流，空調機組的出風始終與管內水溫恒定為7℃的盤管壁面接觸。當室內空氣達到穩定狀態時，空調機組出風的露點溫度應為7℃（忽略管壁熱阻的影響）。因室內空氣處理過程為等濕過程，可確定室內狀態點參數為tN=35℃、hN=51.5kJ/kg，送風狀態點參數為tS=15.4℃、hS=31.4kJ/kg。此時，空調機組的制冷量為59.36kW。

5結果分析

5.1計算結果驗證

盤管選型結果表明，對地下室變配電房室內空氣處理過程的理論分析是正確的。按全新風工況運行時，空調機組的制冷量為141.7kW。按全回風工況運行時，空調機組的制冷量為60.13kW。為了節省空調系統的耗冷量，空調機組在夏季則應按全回風工況模式運行。

5.2變配電房通風空調系統節能運行策略

當室外空氣焓值小于室內空氣焓值時，將室外新風經空調機組冷卻除濕處理后送入室內，空調機組不僅不承擔新風負荷，新風還將負擔部分室內熱濕負荷。為了降低變配電房空調系統的全年耗冷量，應對其運行策略進行優化設計。當變配電房的室內溫度高于35℃時，空調機組的冷凍水閥關閉，空調機組按通風模式運行。當室內溫度升高到40℃時，冷凍水閥開啟，空調機組根據室外空氣的焓值選擇合理的運行模式。室外空氣焓值小于等于51.5kJ/kg時，空調機組應按全新風工況模式運行。室外空氣焓值大于51.5kJ/kg時，空調機組應按全回風工況模式運行。

結語

總之，公共建筑地下室變配電房室內設計溫度在滿足電氣設備正常運行的情況下，不宜過低，為提倡節能，應優先選用夏季室外新風不經過降溫處理的機械通風方式消除室內余熱。當土建條件不能滿足機械通風風量的要求時，可以根據計算分析確定合適的室內設計參數，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能控制策略，以節省運行能耗。

參考文獻

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