风力发电场变电所通风空调设计分析

2008年09月04 00:00:00 来源：中国制冷空调技术网

引言

据估计，世界风能资源高达53万亿千瓦时，而到2020年，全球风力发电装机容量将达到12亿千瓦，年发电量3万亿千瓦时，能够满足世界电力需求总量的12%。中国是风能富矿，按照规划，届时中国的风力发电装机容量将达到2000万千瓦，占全球风电总量的1.7%。1986年我国第一个风电场在山东荣城发电后，全国各地陆续引进机组建设风电场，装机容量逐年增加。本文主要针对南方地区，根据已完成设计的几个风电场，对风力发电场变电所通风空调设计进行简析。

专业设计依据

现暂无针对风力发电场变电所暖通空调设计的国家规范，因此，主要参照以下设计规范、规定进行设计：

a. 《10kV及以下变电所设计规范》GB50053-94

b. 《35～110KV变电所设计规范》GB50059-92

c. 《220～500KV变电所设计技术规程》DL/T5218-2005

d. 《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003

e. 《火力发电厂与变电所设计防火规范》GB50229-2006

f. 《建筑设计防火规范》GB50016-2006

变电所通风空调设计思路

风力发电场变电所主要生产、生活场所主要包括主变室、电缆层、开关柜室、GIS室或电容器室、继保室、中控室、通信机房、蓄电池室、气瓶间、电气实验室、办公室、会议室、值班室、宿舍、仓库等。

主变室

主变主要分户内和户外两种布置方式。户外变不言而喻为自然通风，以下内容主要针对户内变。变压器的散热量计算本文在此不再赘述。主变室通风方式主要分自然通风和机械通风两种。

主变室自然通风设计

首先，根据经验，初步布置主变室的面积、高度、进风窗、排风窗、喉口等。详见下图。

自然通风量G确定：

（1）

式中β————进风窗标高系数，由进风窗距地坪高度查图得到；

m1————面积系数，根据热源占地面积Ar与地板面积Ad之比值查《水电站机电设计手册》得到；

m2————高度系数，根据热源热源距地高度查《手册》得到；

m3————辐射系数，根据热源的辐射散热量qf与总热量q之比值查《手册》得到；

q————室内余热量（kcal/h）；

tn————厂内工作地点温度（oC）；

twf————夏季通风室外计算温度（oC）。

排风温度tp的确定：

（2）

中界位置的确定：

（3）

式中hp————排风窗中心至中和界高度差（m）；

hj————进风窗中心至中和界高度差（m）；

Apc————排风窗初定面积（m2）；

Ajc————进风窗初定面积（m2）。

由进风窗中心至排风窗中心高度差可得hj和hp的值。

主变室内热浮力计算：

变压器室内空气由于受热而使其温度高于室外空气温度，从而产生热浮升力，热浮升力Pf可按下式计算：

（4）

式中g—& mdash;——重力加速度（m/s2），取g=9.81；

h————进风窗中心至排风窗中心高度差（m）；

ρj————进风口空气密度（kg/m3）；

ρp————排风口空气密度（kg/m3）。

空气密度按下式计算：

（5）

式中ρ0————空气在0oC时的密度（kg/m3），ρ0=1.29；

t————一定状态下的空气温度（oC）。

气流阻力损失计算：

气流阻力损失包括气流沿程阻力损失、进风口局部阻力损失、喉口局部阻力损失和排风口局部阻力损失。

沿程阻力损失可按下式计算：

（6）

式中λ————摩擦阻力系数，对混凝土风道，λ=0.03；

i————空气流程长度（m）；

d————当量直径（m）；

v————空气流速（m/s），空气流速可按式（7）计算；

；（7）

ρ————空气密度（kg/m3）。

局部阻力损失可按下式计算：

（8）

式中ξ————局部阻力系数；

ρ————空气密度（kg/m3）；

v————空气流速（m/s），按式（7）计算得到。

由式（8）分别算得进风口、喉口、排风口的局部阻力损失Pj1、Pj2、Pj3，再根据式（6）算得的沿程阻力损失，然后可得总局部阻力损失：

计算结果分析：

根据上述计算结果，若

————其中，k为安全系数，k=1.1。

则说明：在假定的主变室面积、高度、进风窗、排风窗、喉口的条件下，热浮力足以克服自然通风时的气流阻力损失，形成有效的自然通风过程，自然通风方案可行。

若

则应重新调整主变室面积、高度、进风窗、排风窗、喉口等参数，然后重新进行计算，直到满足为止。

主变室机械通风设计（三级）

在条件允许情况下，主变室建议采用自然通风方式。若土建或电气布置条件限制，则可采用自然进风、机械排风的机械通风方式。机械通风量可按式（9）计算，排风机可兼事故后排风，排风机宜选用消防高温排烟风机。

（9）

式中G————机械通风量（kg/h）；

q————室内余热量（w）；

c————空气比热容[kcal/(kg*oC)]；

Δt———进排风温差（oC）。

电缆层、气瓶间（二级）

地面以上电缆层内若无气体自动灭火装置，则宜采用自然通风的方式。电缆层内有气体自动灭火装置或电缆层为地下/半地下布置，则应采用自然进风、机械排风的通风方式，机械通风量可按式（9）计算。

若电缆层内有气体自动灭火装置，则应根据《气体灭火系统设计规范》（GB50370-2005）的要求设置排风系统，具体要求如下：

a. 火灾时，防护区内风口、阀门、风机应自动关闭，并应切断风机电源；

b. 防护区排风系统应可兼事故后排风系统，火灾后，防护区内的风口、阀门、风机应可远方手动或自动打开；

c. 地下气瓶间应设机械排风装置，排风口应设在下部，可通过排风管排出室外。

配电装置室

配电装置室（如开关柜室、GIS室、电容器室、电抗器室等）和蓄电池室等宜采用机械通风的方式，以满足规范对上述房间的温度要求。

对于含有SF6设备的房间（如GIS室），根据《工业企业设计卫生标准》的规定，应设置上部和下部排风系统，下部排风口距地面高度不宜大于20cm。室内宜设置SF6智能化监控系统，实现排风系统自动启停；若条件受限，则排风系统应与SF6设备压力报警装置联动。

蓄电池室和含油的配电装置室（如电容器室等）宜采用自然进风、机械排风的通风方式，室内空气不应再循环，排风口高空排放，排风机应选用防爆风机。

其它办公场所

其它办公场所（办公室、会议室、电气实验室、值班室等）和对室内温湿度要求较高的设备间（如中控室、继保室、通信机房等），为了设备的正常运行和为工作人员创造舒适的工作环境，宜采用单元式空调或中央空调系统。空调的冷热负荷计算在此不再赘述。空调设备布置时，应与建筑装修配合，尤其是室外机和凝结水管的布置，应尽量不破坏建筑装修立面。

生活场所

生活场所（如宿舍）宜采用单元式空调方式。

消防设计

消防设计主要参照《火力发电厂与变电所设计防火规范》（GB50229-2006）和《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）执行。设计过程中应注意如下问题：

a. 火灾时，应以密闭房间、防止火灾扩大、烟雾蔓延为主，因此，主要的配电装置室和电子设备间宜采用可自动关闭的进排风口。

b. 配电装置室通风系统可兼事故后排风机，事故后排风量不宜小于6次/h。排出余热的排风量应与事故后排风量校核，两者取其大值。

变电所通风空调设计其它注意事项

a. 若变电所无人值班、少人值守，宜在机械通风和空调场所布置温湿度探头，根据温湿度信号自动、变频启动风机或空调，以达到节能的目的。

b. 采用自然通风方式时，进风口尽量朝向当地主导风向，提高通风效果。

c. 尽量选用噪声低、效率高的设备。其中，根据《公共建筑节能设计标准》的规定，名义制冷量在7100w以上的单元式空调机其能效比（EER）应满足表4-1的要求。

疑点及存在问题

a. 风力发电场变电所一般都地处偏远，所内一般都会建有生产场所和生活场所，其消防防排烟系统宜区分设置。生活场所可根据相关民用建筑防排烟系统设计；生产场所火灾初期时，由于运行工作人员较少，应以密闭房间、防止火灾扩大、保护主要设备为主，但这条与人员疏散存在一定矛盾。