采用HP-EP軟件分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)配電室總冷熱負(fù)荷的影響

何文皓

【摘 要】以一已建成電廠獨(dú)棟配電室建筑為模型，采用鴻業(yè)全年負(fù)荷計(jì)算及能耗分析軟件（HP-EP）對(duì)其在不同墻體和屋面形式下的自然室溫進(jìn)行模擬，通過(guò)對(duì)哈爾濱、樂(lè)山、廣州三個(gè)地區(qū)全年總冷熱負(fù)荷的模擬分析得出，對(duì)于室內(nèi)設(shè)備發(fā)熱量較大的配電室，采用熱阻較小的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，有利于減少全年總冷熱負(fù)荷。

【關(guān)鍵詞】自然室溫模擬;全年負(fù)荷計(jì)算;配電室;圍護(hù)結(jié)構(gòu);

中途分類號(hào)：TF

隨著我國(guó)城市化的加速發(fā)展，建筑所消耗的能源比重越來(lái)越大。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能越來(lái)越受到國(guó)家和人們的重視，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)成為工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，能耗模擬作為節(jié)能設(shè)計(jì)的重要手段，在民用建筑設(shè)計(jì)中被大量的研究和應(yīng)用，然而工業(yè)建筑中能耗模擬研究相對(duì)滯后，例如對(duì)電廠配電室等室內(nèi)布置有大量發(fā)熱設(shè)備房間的全年能耗分析幾乎是空白。筆者下面就配電室設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并以一棟獨(dú)立的配電室建筑為對(duì)象進(jìn)行全年能耗模擬，研究不同傳熱系數(shù)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)置遮陽(yáng)與否對(duì)配電室室內(nèi)溫度和總負(fù)荷的影響。

1 配電室設(shè)計(jì)特點(diǎn)

配電室等布置有大量設(shè)備的房間通風(fēng)及空調(diào)設(shè)計(jì)，不同于民用建筑設(shè)計(jì)。前者設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)，創(chuàng)造合適的室內(nèi)環(huán)境以滿足設(shè)備正常運(yùn)行和延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，后者的空調(diào)設(shè)計(jì)以滿足大部分人員的舒適性為設(shè)計(jì)目標(biāo)。電廠配電室的主要特點(diǎn)是室內(nèi)有連續(xù)穩(wěn)定的室內(nèi)發(fā)熱源，如發(fā)熱量較大的廠用變壓器等設(shè)備。同時(shí)冬夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度范圍較大、規(guī)范規(guī)定設(shè)置在其他建筑的廠用配電裝置室夏季室內(nèi)環(huán)境溫度不高于40℃，冬季室內(nèi)環(huán)境溫度不低于5℃[1]。配電室的通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)能及時(shí)排除電氣設(shè)備產(chǎn)生的熱量，在通風(fēng)不能滿足室內(nèi)環(huán)境要求時(shí)，設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)排出房間余熱。[2]

2 模擬軟件

能耗模擬軟件有很多，比較知名的有DOE-2、Energyplus、DeST以及最近幾年推出的鴻業(yè)HP-EP等。鴻業(yè)全年負(fù)荷計(jì)算及能耗分析軟件（HP-EP）以Energyplus為模擬引擎，提供全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算及能耗模擬分析，用以優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，相比于國(guó)外設(shè)計(jì)軟件，具有易用性，可直觀生成計(jì)算報(bào)表，對(duì)于國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)人員使用起來(lái)比較方便和習(xí)慣。本文將采用HP-EP進(jìn)行研究。

3 模型建立

以四川省樂(lè)山市福華通達(dá)農(nóng)藥科技有限公司鹽磷化工循環(huán)產(chǎn)業(yè)熱電系統(tǒng)擴(kuò)能技改項(xiàng)目供水設(shè)備間為例建立建筑模型。本建筑為一棟獨(dú)立的單層建筑，層高為4.5m，建筑及設(shè)備布置如圖1所示。

房間電氣設(shè)備包括：1000KVA干式變壓器1臺(tái)，進(jìn)線柜2面，低壓開關(guān)柜7面，熱控柜2面。電氣設(shè)備散熱量計(jì)算采用《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]推薦值。設(shè)備總散熱量如表1所示：

圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻采用三種傳熱系數(shù)的墻體：即普通磚外墻，傳熱系數(shù)2.31W/（㎡·K）。加氣混凝土砌塊墻體，傳熱系數(shù)0.99W/（㎡·K）。聚合物加強(qiáng)面層保溫外墻，傳熱系數(shù)0.6W/（㎡·K）。屋面同樣采用三種屋面：預(yù)制現(xiàn)澆屋面，傳熱系數(shù)2.43W/（㎡·K）。保溫砂漿屋面，傳熱系數(shù)1.49W/（㎡·K）。加氣混凝土砌塊加聚苯板保溫屋面，傳熱系數(shù)0.58W/（㎡·K）。外窗為塑鋼推拉窗，傳熱系數(shù)4.7 W/（㎡·K）。門采用全板平開門，傳熱系數(shù)3.05W/（㎡·K）。

氣象參數(shù)選用CSWD氣象庫(kù)，按嚴(yán)寒、夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)分別選取哈爾濱、樂(lè)山及廣州的全年氣象參數(shù)，在設(shè)置房間設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，計(jì)算總負(fù)荷時(shí)夏季室內(nèi)溫度取上限40℃，冬季室內(nèi)溫度取下限5℃。模擬方案時(shí)僅改變單一變量，其他變量不變。具體組合形式見下節(jié)方案介紹。

根據(jù)以上設(shè)定條件，采用HP-EP軟件建立建筑模型，如圖2所示。

4 模擬結(jié)果及分析

4.1 方案一，改變外墻材料+預(yù)制現(xiàn)澆屋面+采用樂(lè)山氣象參數(shù)。

模擬結(jié)果如圖3和表2所示，分析可得，樂(lè)山地區(qū)隨著墻體傳熱系數(shù)減小，配電室室內(nèi)溫度整體升高，不滿足設(shè)計(jì)要求的總天數(shù)（即室溫大于40℃的天數(shù)）增多，空調(diào)和風(fēng)機(jī)開啟的時(shí)間變長(zhǎng)，全年設(shè)備總能耗增加。全年總冷負(fù)荷值也隨著墻體傳熱系數(shù)減小而增大。

4.2 方案二，改變屋頂材料+普通磚外墻+采用樂(lè)山氣象參數(shù)。

由表3可得，對(duì)于樂(lè)山地區(qū)隨屋頂傳熱系數(shù)減小，全年總冷負(fù)荷增大，不滿足設(shè)計(jì)要求的總天數(shù)增多。

通過(guò)分析樂(lè)山地區(qū)配電室在不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)下的負(fù)荷和不滿足設(shè)計(jì)室溫的總小時(shí)數(shù)分析可得，選擇外墻和屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量選擇傳熱系數(shù)較大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，這樣有利于室內(nèi)設(shè)備排熱通過(guò)傳熱排出室外，減少空調(diào)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間，減少能耗。

4.3 方案三，改變外墻材料+預(yù)制現(xiàn)澆屋面+采用哈爾濱氣象參數(shù)。

由表4分析可得，對(duì)于哈爾濱地區(qū)，隨著墻體傳熱系數(shù)減少，夏季總冷負(fù)荷增大，冬季總熱負(fù)荷減少。綜合來(lái)看，墻體對(duì)總冷負(fù)荷的影響大于總熱負(fù)荷。

4.4 方案四，改變外墻材料+預(yù)制現(xiàn)澆屋面+采用廣州氣象參數(shù)。

由表5分析可得，對(duì)于廣州地區(qū)，隨著墻體傳熱系數(shù)減少，夏季負(fù)荷總冷負(fù)荷增大，在廣州地區(qū)不滿足室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的總小時(shí)數(shù)咱全年小時(shí)數(shù)的比重很大，配電室在大部分時(shí)間都需要開啟通風(fēng)和空調(diào)設(shè)備，以維持室內(nèi)溫度在設(shè)定參數(shù)以下。

5 結(jié) 論

1）采用全年負(fù)荷軟件HP-EP可以進(jìn)行房間自然室溫的計(jì)算，統(tǒng)計(jì)不滿足設(shè)計(jì)室溫的總小時(shí)數(shù)，總小時(shí)數(shù)越大，空調(diào)和通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間也就越長(zhǎng)，可以判斷相應(yīng)設(shè)備的能耗也就越高。

2）對(duì)于室內(nèi)有全年運(yùn)行發(fā)熱量較大的設(shè)備的配電室，圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱比保溫更重要，采用傳熱系數(shù)較大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)有利于減少全年總負(fù)荷。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T5035-2016發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2016.

[2]李善華等，火力發(fā)電廠及變電所供暖通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[3]任元會(huì)等，工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，北京：中國(guó)電力出版社，2005.

（作者單位：四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司）