逆变器室自然通风设计分析

吕 立 进

(龙源(北京)太阳能技术有限公司，北京 100000)

逆变器室自然通风设计分析

吕 立 进

(龙源(北京)太阳能技术有限公司，北京 100000)

从通风量计算、进风与排风面积计算、进风过滤等方面，介绍了太阳能光伏电站内逆变器室的自然通风设计方案，并结合实例，利用Airpak软件，对逆变器室内环境进行了仿真模拟，指出自然通风方案节能效果明显，可靠性高。

逆变器，自然通风，光伏电站，仿真模拟

随着我国新能源战略不断深化，太阳能光伏电站得到了大规模发展建设，电站中逆变器、变压器和电容器等发热量大的电气设备房间在高温季节散热问题较为突出。以光伏发电的核心设备逆变器为例，设备散热量大，1 MWp逆变器室散热达到25 kW，根据厂家资料显示，当环境温度超过45 ℃时，转换效率出现下降并影响使用寿命。因此必须采取有效的通风散热措施，保障设备正常安全运行，满足设备满负荷工作要求。电气设备用房散热常规设计有自然通风、机械通风和空调制冷三种形式。其中空调制冷效果最好，但是维护费用也最高，自然通风和机械通风易带来室内沙尘，但是维护费用低，可靠性好，被经常采用。本文重点讨论了逆变器室自然通风设计。

1 逆变器室自然通风设计

自然通风是利用自然能源而不依靠动力维持适宜的室内环境，具有较高的可靠性，是首选的通风方式。逆变器室自然通风设计主要考虑因素为设备散热量、围护结构形式、室外通风计算温度、海拔高度和消防要求等，其他因素为室外风速、风沙影响、防止动物进入、自动化控制和便于维护清洁。

1.1 通风量计算

逆变器室通风以消除余热的换热通风为主，通风量取厂家资料中的设备散热量(如太阳透过玻璃窗入射得热较大时也应一并计算)为依据计算的通风量与相关规范中给出的换气次数法确定的通风量的较大值。

设计通风量根据式(1)计算：

(1)

其中，Gp为逆变器室通风量，m3/h；Q为设备散热量，W；c为空气比热容，取1.01 kJ/(kg·℃)；ρav为进排风平均密度，kg/m3；Δt为进排风温差，℃。

夏季通风室外设计温度应采用工程所在历年最热月14时的月平均温度的平均值，不宜采用室外极端最高温度，以免造成设计浪费。

1.2 进、排风面积计算

进风装置主要采用对开窗、推拉窗、旋窗、进风百叶窗等。在夏热冬冷和夏热冬暖地区，宜采用固定式进风百叶窗。在严寒地区和寒冷地区，可设置电动或手动可调节式进风百叶窗，以便冬季关闭进风口进行房间保温。

排风装置主要有天窗和屋顶通风器。

天窗和固定屋顶通风器面积根据式(2)和式(3)计算确定。屋顶旋流式通风器利用风压和热压综合作用，结构简单，重量轻，不用电力，增大了通风量，体形相对天窗小，可根据室内排风温度与室外温度差、排风口中心与中和面的高度差以及室外温度进行选择计算，但上述设备均需注意防雨。

(2)

(3)

其中,Gj，Gp分别为进风量及排风量，kg/h；hj，hp分别为进风口及排风口中心与中和面的高差，m；ρwf为夏季通风室外计算温度下的空气密度，kg/m3；ρp为排风温度下的空气密度，kg/m3；ρnp为室内空气的平均密度，按作业地带和排风口处空气密度的平均值采用；ζj，ζp分别为进、排风口的局部阻力系数；g为重力加速度，9.81 m/s2。

1.3 进风过滤

进风过滤根据机房洁净度要求、室外环境含尘量和尘粒特征，选择合适的过滤设备。电气机房进风过滤常用方法是在进风百叶窗内侧安装空气过滤器。

西北地区风沙较大，宜选择国标初效过滤器，对于粒径大于5 μm尘粒，效率为20%～80%。

2 工程实际应用及仿真模拟

2.1 工程实际应用

西北地区某50 MWp光伏发电项目中的1 MWp逆变器室，采用侧墙加装空气过滤器的进风百叶窗进行自然进风，屋面自然排风，利用风压与热压综合作用，进行室内通风。经采用上节方法计算后，确定侧墙安装2套进风百叶窗(规格2.3 m×0.9 m)，屋面安装3套QM800屋顶旋流自然通风器。逆变器室为钢筋混凝土框架结构，200 mm厚加气混凝土外墙，外部贴50 mm厚挤塑聚苯板保温，屋面结构层120 mm厚，上方为80 mm厚挤塑聚苯板保温。平面尺寸为4.5 m×11.9 m，高度3.6 m。逆变柜2.2 m×0.8 m，高度2.3 m，共2套；进风百叶窗尺寸为2.3 m×0.9 m，共2套；屋面设置QM800屋顶旋流自然通风器3套。

2.2 Airpak软件进行仿真模拟

随着CFD技术的发展成熟,模拟结果对实际工程有较强的参考意义。下面以面向HVAC领域的Airpak软件为模拟仿真工具,对逆变器室夏季不利工况下通风系统进行仿真模拟,分析其通风效果。

该项目自然条件为室外夏季通风计算温度为26.4 ℃，大气压力845.5 hPa，室外平均风速2.2 m/s。

室内散热量为25 kW，所需通风量为6 847m3/h。因本工程主要是模拟室内空气流动，故选用Airpak软件里的Indoor零方程湍流模型，该模型简单可靠，计算收敛速度快，收敛稳定性好，适用于自然流动。相关参数设置如下：

松弛因子：压力0.3，动量为0.7，温度为1.0，速度为1.0，k=0.5，ε=0.5。

收敛准则：连续性方程变量为1×10-3，能量变量为1×10-6，各速度分量变量为1×10-3。

采用稳态算法，开启默认的S2S辐射模型运算，并开启了室内空气质量/室内舒适性控制可计算解决流场(流速和压力)和温度问题。设置环境温度为26.4 ℃，室内初始温度为环境温度，室内初始风速为0，设置默认流体为空气。逆变器室通风系统几何模型见图1，工作区温度矢量图见图2。

3 结语

1)通过对逆变器室内环境仿真模拟可知，夏季不利工况下室内温度为21.8 ℃～31.6 ℃，采用自然通风完全能够达到设备正常工作所需要的温度环境。根据工程实际反馈该自然通风设计效果满足预想要求。2)考虑到西北地区风沙较大，为保持逆变器室内洁净，应注意在进风百叶窗内侧安装初效空气过滤器，并且应便于拆卸清洗和更换。3)为保证室内电气设备运行安全，屋面天窗或自然通风器应注意做好防雨措施。4)光伏电站逆变器室数量较多，进风百叶窗在冬季需关闭，进行室内保温，建议选用电动百叶窗，并宜有远程控制功能。5)逆变器室采用自然通风设计，节能效果明显，可靠性提高。

[1] GB 50019—2003，采暖通风与空气调节设计规范[S].

[2] 实用供热通风与空调设计手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3] 黄 辉.06K105《屋顶自然通风器选用与安装》图集[J].暖通空调，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

吕立进(1985- )，男，工程师

TU834.1

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