大功率電氣柜節(jié)能理論研究

0 前言

隨著電氣柜在建材、電力、機(jī)械、冶金等行業(yè)的普遍應(yīng)用，大功率電氣柜存在的問(wèn)題也得到了暴露，如在運(yùn)行過(guò)程中大功率電氣柜本身會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，造成柜內(nèi)溫度升高，使溫度敏感的元器件加速老化，縮短使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)燒毀和損壞，造成安全事故和經(jīng)濟(jì)損失

。因此，需優(yōu)化柜內(nèi)的設(shè)備和散熱方式，以便有良好的工作環(huán)境。

第3步：在軟件Matlab 2012b中通過(guò)編程求得該預(yù)測(cè)方法的相對(duì)誤差，并且與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接預(yù)測(cè)法的相對(duì)誤差進(jìn)行對(duì)比分析。

1 電氣柜的散熱形式

電氣柜的熱量主要來(lái)源于變壓器、功率單元和控制系統(tǒng)，其中以變壓器和功率單元為甚。散熱設(shè)計(jì)可從兩方面考慮：第一是內(nèi)部因素，即柜內(nèi)設(shè)備盡量選用功耗小、耐熱性和穩(wěn)定性好的元器件，盡量減少元器件數(shù)量，優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率等，以提高允許工作溫度和減少發(fā)熱量

。第二是外部因素，即采取合適的散熱或冷卻方式將柜內(nèi)產(chǎn)生的熱量快速散發(fā)，快速降低環(huán)境溫度，保證電氣柜的安全穩(wěn)定運(yùn)行

。

目前國(guó)內(nèi)的研究也主要集中在這兩方面。由于電氣柜的苛刻環(huán)境要求屬性，使大多數(shù)電氣柜須安裝在室內(nèi)，其散熱也在室內(nèi)，靠空調(diào)系統(tǒng)與室內(nèi)環(huán)境換熱來(lái)帶走所產(chǎn)生的熱量，因此增加了空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。本文為此從外部因素這一方向探討了一種新模式，使電氣柜的散熱無(wú)需與室內(nèi)環(huán)境交換，而是通過(guò)獨(dú)立設(shè)計(jì)的排風(fēng)系統(tǒng)直接排至室外，使熱量不過(guò)多地停留在柜內(nèi)而造成設(shè)備損壞。新模式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝和維修、可靠性強(qiáng)，在散熱和能耗上都優(yōu)于傳統(tǒng)模式。

國(guó)際市場(chǎng)：上周國(guó)際氯化鉀價(jià)格基本平穩(wěn)。巴西方面，大豆儲(chǔ)量增加，農(nóng)民種植積極性增強(qiáng)；亞洲方面，新貨源少量補(bǔ)充，潛在需求正在啟動(dòng)。相比前周，加拿大、俄聯(lián)邦、約旦、東南亞氯化鉀高端價(jià)格上漲1-5美元/噸，分別為254-306美元/噸、234-318美元/噸、268-292美元/噸、300-320美元/噸；巴西氯化鉀低端價(jià)格上漲5美元/噸，為350-360美元/噸；以色列氯化鉀價(jià)格保持穩(wěn)定，為272-323美元/噸。

2 兩種模式的物理模型

EER取值3，將式（1）和（8）代入式（9），即得

2.1 傳統(tǒng)模式

傳統(tǒng)模式下（見(jiàn)圖1），室內(nèi)冷空氣從變頻器底部進(jìn)入，經(jīng)變頻器后上升至變頻器頂部，再由頂部排風(fēng)扇排至室內(nèi)，室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)熱交換將熱量排至室外。假設(shè)變頻器持續(xù)運(yùn)行，如要保持房間溫度的恒定，根據(jù)能量守恒定律，空調(diào)帶走的熱量Q

為：

由上可知，變頻器的散熱直接排放到室內(nèi)時(shí)將增加空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷和耗電。為此，本文提出了一種室外直排新模式，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的系統(tǒng)（見(jiàn)圖2），即在變頻器頂部出風(fēng)口增設(shè)獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng)，新增設(shè)備包括風(fēng)罩、風(fēng)管、風(fēng)閥、排風(fēng)機(jī)。與傳統(tǒng)模式不同的是，匯集至頂部風(fēng)罩的風(fēng)在排風(fēng)機(jī)的作用下排至室外，達(dá)到了不與室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行換熱的目的。排風(fēng)系統(tǒng)為可拆卸形式，冬季室內(nèi)溫度較低時(shí)可將排風(fēng)系統(tǒng)與變頻器分離，使變頻器的散熱提升室內(nèi)溫度，從而節(jié)約采暖費(fèi)用。

EER為空調(diào)能效比，指空調(diào)在制冷時(shí)，制冷量與有效輸入功率之比，本文取中位數(shù)3。根據(jù)式（1）、（2）、（3），即可得到空調(diào)用電量P

：

2.2 新模式

這部分熱負(fù)荷增加的空調(diào)用電量P

為：

根據(jù)決策者在決策時(shí)所處的條件，有學(xué)者將決策分為確定型決策和風(fēng)險(xiǎn)決策。所謂確定型決策是指決策者對(duì)決策問(wèn)題的條件、性質(zhì)、后果都有充分了解，各個(gè)備選方案只能有一種結(jié)果。［10］確定型決策首先要求決策者完全了解決策問(wèn)題的所有條件，各個(gè)決策方案可以進(jìn)行明確的量化，各個(gè)方案的結(jié)果都是一致的。很顯然，這種確定型決策在實(shí)際決策過(guò)程中是很少出現(xiàn)的。

通過(guò)以上的分析和研究，淡水養(yǎng)殖工作中，為了確保效益的獲取和提升，需要在各個(gè)流程與發(fā)展下，保證工作的嚴(yán)格控制和完善化，在這種情況下，不僅能為養(yǎng)殖行業(yè)發(fā)展提供保障，也能促進(jìn)工作的科學(xué)開(kāi)展。

從上可看出，傳統(tǒng)模式和新模式下，變頻器散熱導(dǎo)致的空調(diào)用電量的數(shù)學(xué)模型分別為式（4）和式（10）。

第四階段 考核與評(píng)估、檢驗(yàn)、持續(xù)改進(jìn)。學(xué)院內(nèi)部本科教學(xué)質(zhì)量保障體系年度評(píng)估,基于考核結(jié)果、學(xué)生對(duì)話、利益相關(guān)者反饋、外審員反饋等各方結(jié)果反饋信息與培養(yǎng)目標(biāo)和預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果的分析比較,制定改進(jìn)措施。

式中，m為新風(fēng)質(zhì)量，ρ為空氣密度，c為空氣比熱容，V為新風(fēng)體積，T

為變頻器頂部出風(fēng)溫度，T

室內(nèi)環(huán)境溫度，將（6）代入（7）并變換等式，得到新風(fēng)體積：

式中，Tsur為室外環(huán)境溫度。

本文以變頻器為典型設(shè)備，根據(jù)熱力學(xué)和傳熱學(xué)定律建立空調(diào)能耗熱物理模型。根據(jù)變頻器功率P

、轉(zhuǎn)換效率η、散熱量Q

，得到：

式中，Q

為排出至室外空氣的熱量，即

當(dāng)排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)的冷卻空氣經(jīng)過(guò)變頻器不斷被排至室外，導(dǎo)致氣壓降低，需等量新風(fēng)補(bǔ)充以維持壓力平衡。因變頻器與室內(nèi)環(huán)境溫度絕對(duì)值和溫差都很小，因此變頻器的熱輻射可忽略不計(jì)。假設(shè)變頻器的散熱均由排放至室外的空氣帶走，熱量平衡方程為：

3 理論能耗計(jì)算及經(jīng)濟(jì)性分析

理論計(jì)算前，先確定相關(guān)參數(shù)取值。由于地域和時(shí)間段氣象參數(shù)的差異，本文選取了5個(gè)典型城市作基準(zhǔn)分析。南方城市選取廣州、長(zhǎng)沙，中部城市西安，北方城市北京、哈爾濱。各個(gè)城市室外環(huán)境氣象參數(shù)見(jiàn)表1。

假定高壓變頻器功率為1 000 kW，根據(jù)國(guó)標(biāo)，高壓變頻器轉(zhuǎn)換效率η不得低于95%，而廠家標(biāo)準(zhǔn)通常不低于96%，故本文以96%為基準(zhǔn)。電氣配電室室內(nèi)環(huán)境溫度為25℃，變頻器頂部出風(fēng)溫度為38℃。假定在這兩個(gè)溫度下空氣的比熱和密度相同，代入公式后，兩種模式下空調(diào)的能耗見(jiàn)表2。

由表2可知，當(dāng)變頻器采用新模式時(shí)，在選取的5個(gè)城市中均取得了良好的節(jié)能效果，且北方城市優(yōu)于南方城市，以哈爾濱最為顯著。由（10）式可知，變頻器進(jìn)出口風(fēng)溫差值越大，空調(diào)能耗越小，即節(jié)能效果越好。因此，在不影響變頻器效率時(shí)，應(yīng)盡量增大變頻器出口風(fēng)溫。

各城市電能和電費(fèi)的節(jié)約如表3，其中，北方城市、中部城市空調(diào)運(yùn)行時(shí)間按2個(gè)月計(jì)算，南方城市按5個(gè)月計(jì)算，工業(yè)用電按電價(jià)0.7元/kWh計(jì)算。

由表3可知，新模式在夏季產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效果更好，南方城市由于夏季更長(zhǎng)，年度節(jié)能高于北方城市，但從月均經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，北方城市要優(yōu)于南方城市。

本套系統(tǒng)主要成本是設(shè)備費(fèi)和安裝費(fèi)，以10 m距離為例，總成本大約2萬(wàn)元，投資回收期最多2.7年。

真沒(méi)想到阿爸對(duì)付山豬的招數(shù)，拿來(lái)對(duì)付鬼子也很管用。長(zhǎng)沙會(huì)戰(zhàn)時(shí)，底柱的毒簽陷阱就讓進(jìn)攻長(zhǎng)沙的鬼子吃盡了苦頭。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文所提出的新模式在不對(duì)原系統(tǒng)作大幅改動(dòng)的情況下，僅簡(jiǎn)單增加外部設(shè)備便可將電氣柜產(chǎn)生的熱量排至室外，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，且降低了空調(diào)容量。本文選取的5個(gè)城市中，當(dāng)1 000 kW變頻器采用該技術(shù)后，均取得了良好效益，最大節(jié)電量達(dá)29 000 kWh，節(jié)約電費(fèi)20 300元。該技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低、安裝簡(jiǎn)易、投資回收期短等優(yōu)點(diǎn)，帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有普遍的適用性，可廣泛推廣。

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