公共建筑地下室变配电房通风空调设计探讨

陶伟

摘要：随着经济的发展，城市化进程加快。公共建筑的规模与档次都在不断提升，建筑物内的用电负荷也随之增加。为了消除电气设备运行而产生的热负荷，保证电气设备稳定运行，降低其故障率，确保建筑内的电力系统高效、稳定可靠地供电，必须采取有效措施消除变配电房内的余热。

关键词：变配电房，室内，余热，通风空调设计

引言

公共建筑的变配电房通常设置在建筑物地下室，是整个大楼的动力中心，因此保证变配电房的正常运行非常重要。一般变配电房主要由变压器室、高压室、低压室组成。变配电房发热量大，尤其是变压器的发热量。为维持变配电房中设备正常运行，需要消除室内余热。通常我们消除室内余热的方法为直接利用室外新风作为冷源进行通风换热降温，或者利用空气处理机组对室外新风冷却处理后送入变配电房进行通风换热降温。这两种方法原理相同，均是通过通风换热进行降温，不同点在于通风换热冷源风的温度不同而导致所需要的通风量的不同。对于这两种方法，我们一般在满足消除室内余热的要求的前提下，结合建筑所处地方的室外新风的气象参数以及对通风运行能耗控制的综合分析来选择不同的方案。

1变配电房热负荷计算

变配电房室内热负荷主要由电气设备散热量，房间照明散热量和建筑围护结构的传热量组成。根据电气规范要求，高、低压成套开关设备和控制设备的周围空气温度不得超过+40℃，且在24h内其平均温度不超过+35℃。为了满足电气设备的运行要求，将变配电房的室内设计温度设定为35℃，相对湿度不要求。变配电房四周为地下车库，车库内均设有机械通风系统，可认为车库内的室温为夏季通风室外计算温度。相较于电气设备的散热量，房间照明的散热量和建筑围护结构散失的热量所占比例很少，可以忽略不计，所以变配电房的热负荷主要是电气设备散热量，即变压器散热量和高、低压开关柜散热量。

2变配电房通风量计算

由于变配电房的热负荷全为显热负荷，当采用通风方式消除室内余热时，通风量应按下式确定：

公式中：L为通风换气量，m3/h;Q为室内显热发热量，W;tp为室内排风设计温度，℃;ts为送风温度，℃。在深圳地区，夏季通风室外计算温度为31.2℃，通风系统的送、排风温差仅有3.8℃。由于变配电房的发热量很大，仅采用通风方式消除室内余热时，系统的通风量会很大，这就给通风系统的设计带来了不少困难。面对地下室变配电房层高受限且地下室空间紧张的情况，通风方案已不再适用。

为了减少通风量，可利用空调机组将空气进行冷却处理后再送入室内进行换热。目前变配电房内均设有气体灭火系统，气体灭火后的室内应设置机械排风，通风换气次数应不少于每小时5次。为节省成本，提高通风系统的利用率，变配电房的通风空调系统应同时兼顾气体灭火后的排风。因此，变配电房空调系统的最小风量应满足不少于5次/h换气次数要求。

3工程概况

某大厦位于深圳市南山后海中心区，是一栋超高层办公楼，总建筑面积7.2万m2。变配电房设在负二层，由商业配电房、公共及低区办公配电房，空调机房配电房和高压室组成。变配电房总面积440m2，层高4.0m。当采用通风方式消除室内余热时，根据式可得出变配电房的通风量为46353m3/h，室内换气次数为26次/h。根据计算结果可知，深圳地区采用通风方式消除变配电房内余热时，所需土建风井的面积、通风机房的大小、安装通风管道的空间都难以满足要求。

4变配电房空气处理过程

由于空调系统兼顾事故后排风，空调机组的风量需满足不小于5次/h的换气要求，所以选用额定风量为9000m3/h的空调机组。变配电房内因经常无人停留，可不考虑最小新风量，空调系统可按全新风工况或全回风工况两种模式运行。深圳市夏季室外空气计算参数如下：空调室外计算干球温度33.7℃，空调室外计算湿球温度27.5℃，通风室外计算温度31.2℃。

4.1按全新风工况运行

地下室变配电房内只有显热负荷，基本没有湿负荷，所以變配电房内的空气处理过程为等湿处理过程。空调机组按全新风工况运行时，室外新风经表冷器冷却减湿处理到机器露点（相对湿度为95%）后送入室内，承担室内全部热负荷。

室内设定温度tN=35℃，需要消除的余热量Q=59.36kW，根据传热公式，可求得室内送风温度tO=15.4℃。tO等温线与φ=95%线的交点O为机器露点送风状态点，其参数为tO=15.4℃、hO=42.1kJ/kg。因室内空气处理过程为等湿过程，可确定室内状态点参数为tN=35℃、hN=62.3kJ/kg。选用空调机组的制冷量为137.4kW，其中78.04kW的冷量用于处理新风，占空调机组制冷量的56.8%。

4.2按全回风工况运行

空调机组按全回风工况运行时，由于表冷器表面温度低于室内空气的露点温度，空气中的部分水蒸气会不断凝结，在表冷器的外壁面上形成冷凝水膜，室内空气的含湿量会不断降低，直至室内空气达到某个稳定状态点，此时表冷器转为干工况运行。常规空调系统的冷冻水供回水温度为7/12℃，且空气与盘管内水的流动方式为逆交叉流，空调机组的出风始终与管内水温恒定为7℃的盘管壁面接触。当室内空气达到稳定状态时，空调机组出风的露点温度应为7℃（忽略管壁热阻的影响）。因室内空气处理过程为等湿过程，可确定室内状态点参数为tN=35℃、hN=51.5kJ/kg，送风状态点参数为tS=15.4℃、hS=31.4kJ/kg。此时，空调机组的制冷量为59.36kW。

5结果分析

5.1计算结果验证

盘管选型结果表明，对地下室变配电房室内空气处理过程的理论分析是正确的。按全新风工况运行时，空调机组的制冷量为141.7kW。按全回风工况运行时，空调机组的制冷量为60.13kW。为了节省空调系统的耗冷量，空调机组在夏季则应按全回风工况模式运行。

5.2变配电房通风空调系统节能运行策略

当室外空气焓值小于室内空气焓值时，将室外新风经空调机组冷却除湿处理后送入室内，空调机组不仅不承担新风负荷，新风还将负担部分室内热湿负荷。为了降低变配电房空调系统的全年耗冷量，应对其运行策略进行优化设计。当变配电房的室内温度高于35℃时，空调机组的冷冻水阀关闭，空调机组按通风模式运行。当室内温度升高到40℃时，冷冻水阀开启，空调机组根据室外空气的焓值选择合理的运行模式。室外空气焓值小于等于51.5kJ/kg时，空调机组应按全新风工况模式运行。室外空气焓值大于51.5kJ/kg时，空调机组应按全回风工况模式运行。

结语

总之，公共建筑地下室变配电房室内设计温度在满足电气设备正常运行的情况下，不宜过低，为提倡节能，应优先选用夏季室外新风不经过降温处理的机械通风方式消除室内余热。当土建条件不能满足机械通风风量的要求时，可以根据计算分析确定合适的室内设计参数，采用直流式空气处理机组对变配电房进行冷却降温。但需要对其运行控制采取相应的节能控制策略，以节省运行能耗。

参考文献

[1]GB7251.1-2005低压成套开关设备和控制设备（第1部分）：型式试验和部分型式试验成套设备[S].北京：中国标准出版社，2005.

[2]GB/T11022-2011高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求[S].北京：中国标准出版社，2011.

[3]张勇.地铁车站电气设备发热量分析计算[C]//2014中国青岛城市轨道交通管理和技术创新研讨会论文集.2014.

[4]GB50370-2005气体灭火系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2005.