李威峰 李京润
[ 作者简介 ]
李威峰，男，河南上蔡人，北京市建筑设计研究院有限公司，助理工程师，本科，研究方向：暖通空调。
李京润，男，辽宁沈阳人，北京市建筑设计研究院有限公司，本科，研究方向：暖通空调。
[ 摘要 ]
变配电室作为电力网中的线路连接点，对室内温度有单独要求，室内排风温度一般不高于40℃，在设计中存在多种计算方式，但在设计中往往存在偏差。综合考虑造价和效果方面，在夏热冬暖的地区，优先采用夏季直流新风降温处理与冬季混风的形式，在除上述两个区域外，优先采用直接通风降温的方式降低变配电室温度。
[ 关键词 ]
变配电室;降温;方案
中图分类号：TM
文献标识码：A
DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.04.058
1 变配电室降温方式选择注意要点
（1）在计算变配电室实际散热负荷时，应通过理论计算，避免实际计算与估算偏差较大。
（2）在前期与建筑结构等配合方案时，应充分考虑平面布局，处理好室外送风与取风口之间的关系，避免室外气流短路，同时注意室内气流死角。变配电室内经常会散发有毒有害气体，如气流组织设置不当，死角区域会积聚有毒有害气体。
（3）有些变配电室内设置了气体灭火设施，通风系统需考虑灾后排风问题，灭火气体比空气重，气灭后会积聚在地面附近，灾后排风口需设置在距地0.30m处。
（4）为降低变配电室内的灰尘对房间内设备的影响，常在变配电室内的送风机出口处设置空气过滤装置。
（5）同时要考虑当地的特殊要求，如北京地区要求夹层单设排风机。
在充分考虑各方面影响时候，应以计算为准，避免估算指标与实际运行情况差别太大。
2 消除余热计算方法
2.1 根据《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力》（2009版）以及《实用供热空调设计手册》，变配电室散热量计算公式如下：
热平衡计算
Q =（1-η1）·η2·Φ·W=（0.0126～0.0152）W （1）
其中 η1——变压器效率，一般取0.98;
η2——变压器负荷率，一般取0.70-0.80;
Φ——变压器功率因数，一般取0.90-0.95;
W——变压器功率（Kv·A）。
2.2 换气次数法
根据《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力》（2009版）所要求的，在变配电室室内通风设计阶段，尤其是在初步设计阶段，往往因资料不全，难以确定变压器功率及散热量，此时可采用换气次数法确定风量，一般按5～8次/h进行计算。不同标准的换气次数的规定往往不同，如《实用供热空调设计手册》中显示，其推荐换气次数为10次/h。
但是在实际情况中，以估算指标进行估算时，常造成估算不准。如公建和住宅，在设计面积相同、层高相近的变配电室，采用换气次数估算时，其结果相近，但是当采用热平衡计算时，其室内散热量差别较大。
因此只有在初步设计或者当变配电室资料不全时，才会使用此方法。在实际施工图设计阶段，不建议采用此方法。
2.3 热平衡与换气次数对比分析
变配电室设置机械通风的目的主要是消除室内余热，使设备在合适的运行温度下运行，根据《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力》（2009版）所要求的，变配电室的排风温度不宜≥40℃。
通风量的計算大小主要是与其本身的发热量有关。本身的发热量主要是由室内设备产生，与房间的容积无确定关系。在运用热平衡方式计算变配电室的通风量时，常常因为参数取值的不同，造成计算结果会出现一定的差异。其主要因素是变热平衡计算公式中的数值的选取，在本文实际案例计算时取值变电室发热量Q为0.0152W。在使用热平衡法计算时，因综合考虑了变压器负荷率、变压器功率因素、室内外温度等参数，相对于换气次数计算，其计算结果更接近实际需求，计算结果相对准确。
3 三种变配电室通风方式计算及对比
变配电室基本无散湿量，热湿比ε=∞，因此在计算时，无需考虑湿负荷的影响。在变配电室设计中，电气设备散热量占相当大的一部分，而围护结构负荷较小，在实际计算时，常忽略不计。
3.1 直接通风法
夏季新风不经过降温处理，设送、排风机通风。其通风量计算公式如下：
（2）
式中L——通风换气量（m3/h）;
Q——室内散热量（W）;
tp——室内排风设计温度（℃）;
ts——送风温度（℃）;
采用本方法，其优点为节能、系统较为简单，运行时只有风机耗能。
主要缺点为，在夏热冬暖地区，计算时，室外通风计算温度与室内设计温度差值较小，计算风量较大，通风降温效果较差，有时无法满足室内降温的要求。电气设备在一定环境温度下效率较高，若室内温度一直偏高时，会影响电气设备的工作效率及使用寿命。
3.2 夏季采用直流新风降温处理，冬季混风
采用上述方法时，其运行状态在焓湿图上的表示如图1所示：
由图可见，变配电室基本无散湿量，热湿比ε=∞。
室内温度由设计者根据相关规范及经验自己选择确定点。
空调机组基本为干工况运行，不对室外空气进行除湿，室内含湿量与室外相同，可满足室内的湿度要求并不因去湿消耗更多的制冷量，理想的空气变化过程如上图实线所示。在实际工程中，送风状态点温度与机器露点温度相近，但不相等，实际计算时，可采用机器露点加1℃来表达送风状态点。
采用直流式新风降温形式，在冬季室外温度较低时运行有些许缺点，那就是需考虑盘管冻胀的风险。一般大型的变配电室因发热量较大，常采用这种形式。通过对新风进行降温处理，即消除了室内余热，又保证室内仪表设备的干燥。但是选择此方案时，应考虑运行能耗及初投资。
3.3 采用循环风降温处理加通风形式，限定通风量
在设计阶段，如遇到变配电室因土建条件和室外温度影响，无法直接消除室内余热时，也可以采用循环风降温处理和通风形式联合运行的方式，在变配电室分别设计送风、排风、循环风，当设备运行时，应优先采用通风形式消除室内余热。设备的通风量应按以下方法计算：
夏季通风承担的室内余热量：
Q1 =1.2×1.013×V1×（tn-tw）/3 600 kW （3）
其中Q1——通风量，取值采用方案二;
tn——室内温度;
tw——室外通风计算温度;
Q =Q1+Q2 （4）
Q2 =1.2×1.013×V2×（tn-ts）/3 600 （5）
其中Q——计算余热，采用热平衡计算得;
Q1——循环风机组消除的余热;
t2——循环风机组风量;
ts——送风状态点;
采用循环风降温处理加通风形式的优点：能有效减少室外通风竖井的面积，减少送排风风道截面。在实际设计中，设置变频风机或者双速风机更能有效降低风机的运行能耗。
4 实例
4.1 项目概况
本项目位于北京市怀柔区雁栖湖，建筑类型为商业、办公、住宅多功能类型的综合用地。建筑面积为198 446.140 m2（其中住宅部分为60 846.08 m2），地上建筑面积为117 825m2（其中住宅部分为35 347.50 m2），地下建筑面积为80 621.14 m2（其中住宅部分为25 498.58 m2）。变配电室位于地下一层（带夹层），面积为300 m2，层高为5.80 m，根据电气提资，内部布置变配电装置功率为2 000 kV·A。
查《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012可知，北京的室外参数见表1：
4.2 通风量计算值
采用上述方法计算，计算结果见表2：
根据现场实际情况，地下建筑面积相对紧张，无机房区域，故经方案对比后，选择方案1，实际计算通风量为12 894 mm2/h。考虑气体灭火装置，灾后排风次数按12次/h计算，计算通风量不小于300×5.8×12=20 880 mm2/h，因此計算通风量不小于20 880 mm2/h，排风量等于通风量的80 %。
根据供电设计相关要求室内设计送排风管道。根据《北京市电力公司配电网工程典型设计——配电设计》的要求，首层和夹层的排风需要单独设置。
5 结束语
本文罗列了国内常用变配电室的计算方法，并罗列各个优缺点及注意事项，但在实际设计中，对于变配电室的降温方式的选择，要考虑的因素有很多，需要从实际出发，选择经济合理的方案。综合考虑造价和效果方面，在夏热冬暖的地区，优先采用夏季直流新风降温处理和冬季混风形式，在除了上述两个区域外，优先采用直接通风降温的方式降低变配电室的温度。
参考文献
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[2]黄季宜，孙敏生. 变配电机房通风空调节能方案选择和控制策略[J]. 暖通调，2008（09）：35-39.
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