公共建筑地下室變配電房通風(fēng)空調(diào)設(shè)計探討

陶偉

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程加快。公共建筑的規(guī)模與檔次都在不斷提升，建筑物內(nèi)的用電負(fù)荷也隨之增加。為了消除電氣設(shè)備運行而產(chǎn)生的熱負(fù)荷，保證電氣設(shè)備穩(wěn)定運行，降低其故障率，確保建筑內(nèi)的電力系統(tǒng)高效、穩(wěn)定可靠地供電，必須采取有效措施消除變配電房內(nèi)的余熱。

關(guān)鍵詞：變配電房，室內(nèi)，余熱，通風(fēng)空調(diào)設(shè)計

引言

公共建筑的變配電房通常設(shè)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(shè)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(fēng)作為冷源進行通風(fēng)換熱降溫，或者利用空氣處理機組對室外新風(fēng)冷卻處理后送入變配電房進行通風(fēng)換熱降溫。這兩種方法原理相同，均是通過通風(fēng)換熱進行降溫，不同點在于通風(fēng)換熱冷源風(fēng)的溫度不同而導(dǎo)致所需要的通風(fēng)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(jié)合建筑所處地方的室外新風(fēng)的氣象參數(shù)以及對通風(fēng)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(fù)荷計算

變配電房室內(nèi)熱負(fù)荷主要由電氣設(shè)備散熱量，房間照明散熱量和建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量組成。根據(jù)電氣規(guī)范要求，高、低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的周圍空氣溫度不得超過+40℃，且在24h內(nèi)其平均溫度不超過+35℃。為了滿足電氣設(shè)備的運行要求，將變配電房的室內(nèi)設(shè)計溫度設(shè)定為35℃，相對濕度不要求。變配電房四周為地下車庫，車庫內(nèi)均設(shè)有機械通風(fēng)系統(tǒng)，可認(rèn)為車庫內(nèi)的室溫為夏季通風(fēng)室外計算溫度。相較于電氣設(shè)備的散熱量，房間照明的散熱量和建筑圍護結(jié)構(gòu)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(fù)荷主要是電氣設(shè)備散熱量，即變壓器散熱量和高、低壓開關(guān)柜散熱量。

2變配電房通風(fēng)量計算

由于變配電房的熱負(fù)荷全為顯熱負(fù)荷，當(dāng)采用通風(fēng)方式消除室內(nèi)余熱時，通風(fēng)量應(yīng)按下式確定：

公式中：L為通風(fēng)換氣量，m3/h;Q為室內(nèi)顯熱發(fā)熱量，W;tp為室內(nèi)排風(fēng)設(shè)計溫度，℃;ts為送風(fēng)溫度，℃。在深圳地區(qū)，夏季通風(fēng)室外計算溫度為31.2℃，通風(fēng)系統(tǒng)的送、排風(fēng)溫差僅有3.8℃。由于變配電房的發(fā)熱量很大，僅采用通風(fēng)方式消除室內(nèi)余熱時，系統(tǒng)的通風(fēng)量會很大，這就給通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)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(fēng)方案已不再適用。

為了減少通風(fēng)量，可利用空調(diào)機組將空氣進行冷卻處理后再送入室內(nèi)進行換熱。目前變配電房內(nèi)均設(shè)有氣體滅火系統(tǒng)，氣體滅火后的室內(nèi)應(yīng)設(shè)置機械排風(fēng)，通風(fēng)換氣次數(shù)應(yīng)不少于每小時5次。為節(jié)省成本，提高通風(fēng)系統(tǒng)的利用率，變配電房的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)同時兼顧氣體滅火后的排風(fēng)。因此，變配電房空調(diào)系統(tǒng)的最小風(fēng)量應(yīng)滿足不少于5次/h換氣次數(shù)要求。

3工程概況

某大廈位于深圳市南山后海中心區(qū)，是一棟超高層辦公樓，總建筑面積7.2萬m2。變配電房設(shè)在負(fù)二層，由商業(yè)配電房、公共及低區(qū)辦公配電房，空調(diào)機房配電房和高壓室組成。變配電房總面積440m2，層高4.0m。當(dāng)采用通風(fēng)方式消除室內(nèi)余熱時，根據(jù)式可得出變配電房的通風(fēng)量為46353m3/h，室內(nèi)換氣次數(shù)為26次/h。根據(jù)計算結(jié)果可知，深圳地區(qū)采用通風(fēng)方式消除變配電房內(nèi)余熱時，所需土建風(fēng)井的面積、通風(fēng)機房的大小、安裝通風(fēng)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(diào)系統(tǒng)兼顧事故后排風(fēng)，空調(diào)機組的風(fēng)量需滿足不小于5次/h的換氣要求，所以選用額定風(fēng)量為9000m3/h的空調(diào)機組。變配電房內(nèi)因經(jīng)常無人停留，可不考慮最小新風(fēng)量，空調(diào)系統(tǒng)可按全新風(fēng)工況或全回風(fēng)工況兩種模式運行。深圳市夏季室外空氣計算參數(shù)如下：空調(diào)室外計算干球溫度33.7℃，空調(diào)室外計算濕球溫度27.5℃，通風(fēng)室外計算溫度31.2℃。

4.1按全新風(fēng)工況運行

地下室變配電房內(nèi)只有顯熱負(fù)荷，基本沒有濕負(fù)荷，所以變配電房內(nèi)的空氣處理過程為等濕處理過程。空調(diào)機組按全新風(fēng)工況運行時，室外新風(fēng)經(jīng)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(nèi)，承擔(dān)室內(nèi)全部熱負(fù)荷。

室內(nèi)設(shè)定溫度tN=35℃，需要消除的余熱量Q=59.36kW，根據(jù)傳熱公式，可求得室內(nèi)送風(fēng)溫度tO=15.4℃。tO等溫線與φ=95%線的交點O為機器露點送風(fēng)狀態(tài)點，其參數(shù)為tO=15.4℃、hO=42.1kJ/kg。因室內(nèi)空氣處理過程為等濕過程，可確定室內(nèi)狀態(tài)點參數(shù)為tN=35℃、hN=62.3kJ/kg。選用空調(diào)機組的制冷量為137.4kW，其中78.04kW的冷量用于處理新風(fēng)，占空調(diào)機組制冷量的56.8%。

4.2按全回風(fēng)工況運行

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

5結(jié)果分析

5.1計算結(jié)果驗證

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

5.2變配電房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行策略

當(dāng)室外空氣焓值小于室內(nèi)空氣焓值時，將室外新風(fēng)經(jīng)空調(diào)機組冷卻除濕處理后送入室內(nèi)，空調(diào)機組不僅不承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷，新風(fēng)還將負(fù)擔(dān)部分室內(nèi)熱濕負(fù)荷。為了降低變配電房空調(diào)系統(tǒng)的全年耗冷量，應(yīng)對其運行策略進行優(yōu)化設(shè)計。當(dāng)變配電房的室內(nèi)溫度高于35℃時，空調(diào)機組的冷凍水閥關(guān)閉，空調(diào)機組按通風(fēng)模式運行。當(dāng)室內(nèi)溫度升高到40℃時，冷凍水閥開啟，空調(diào)機組根據(jù)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(diào)機組應(yīng)按全新風(fēng)工況模式運行。室外空氣焓值大于51.5kJ/kg時，空調(diào)機組應(yīng)按全回風(fēng)工況模式運行。

結(jié)語

總之，公共建筑地下室變配電房室內(nèi)設(shè)計溫度在滿足電氣設(shè)備正常運行的情況下，不宜過低，為提倡節(jié)能，應(yīng)優(yōu)先選用夏季室外新風(fēng)不經(jīng)過降溫處理的機械通風(fēng)方式消除室內(nèi)余熱。當(dāng)土建條件不能滿足機械通風(fēng)風(fēng)量的要求時，可以根據(jù)計算分析確定合適的室內(nèi)設(shè)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(yīng)的節(jié)能控制策略，以節(jié)省運行能耗。

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