變電站通風空調系統設計分析

劉虹 陳全杰 衛璐 劉睿凝 高藝華

摘??要：首先概述了變電站通風空調系統的相關概念及其設計重要性。接著闡述了變電站通風空調系統設計的基本原則，包括節能環保、安全可靠、經濟性及可操作性。然后介紹了變電站通風空調系統的設計方法，包括負荷計算、空調設備選型、風管設計及控制系統設計。此外，探討了變電站通風空調系統的優化設計，包括氣流組織、設備配置及控制系統的優化。最后，通過實例分析說明了變電站通風空調系統設計的具體應用。

關鍵詞：變電站??通風空調系統??設計原則??設計方法

中圖分類號：TU83

Analysis?of?the?Design?of?the?Ventilation?and?Air-Conditioning?System?of?Substations

LIU?Hong??CHEN?Quanjie??WEI?Lu??LIU?Ruining??GAO?Yihua

Economic?and?Technical?Research?Institute?of?State?Grid?Shaanxi?Electric?Power?Company，?Xi'an，?Shaanxi?Province，?710065?China

Abstract：?This?paper?first?summarizes?the?related?concept?of?the?ventilation?and?air-conditioning?system?of?the?substation?and?its?design?importance.?Then，?it?expounds?the?basic?principles?of?its?design，?including?energy?conservation?and?enrironment?protection，?safety?and?reliability，?as?well?as?economy?and?operability.?Next，?it?introduces?its?design?methods，?including?load?calculation，?air-conditioning?equipment?selection，?air?duct?design?and?control?system?design.?In?addition，?it?discusses?its?optimization?design，?including?the?optimization?of?airflow?organization，?equipment?configuration?and?the?control?system.?Finally，?it?explains?the?specific?application?of?its?design?through?case?analysis.

Key?Words：?Substation;?Ventilation?and?air-conditioning?system;?Design?principle;?Design?method

變電站通風空調系統的設計在保證設備正常運行的同時，對于節約能源、提高運行效率及保障工作人員的安全與健康具有重要意義。本文旨在對變電站通風空調系統的設計進行深入分析，以期為相關工程實踐提供有益的參考。

1??變電站通風空調系統設計的相關概述

1.1??變電站通風空調系統概述

變電站通風空調系統是為了保證變電站內部環境的舒適度和設備正常運行而設計的系統。通風系統負責提供新鮮空氣，排除污濁空氣，保持合適的溫度和濕度；空調系統則負責控制溫度和濕度，提供舒適的工作環境[1]。該系統通過循環、過濾和調節空氣，確保變電站內部的空氣質量和溫濕度處于合適的范圍，從而保證變電設備的正常運行和員工的健康。

1.2??變電站通風空調系統設計的重要性

變電站通風空調系統的設計對于變電站的運行效率和設備的壽命具有重要影響。合適的通風和空調系統能夠提供良好的工作環境，保持設備的穩定運行溫度，減少設備故障的發生率。同時，通過控制空氣質量和溫濕度，可以降低設備的腐蝕和老化速度，延長設備的使用壽命[2]。此外，合理的通風空調系統設計還能提高工作人員的工作效率和舒適度，提高工作環境的安全性和可靠性。

2??變電站通風空調系統的設計原則

2.1?節能環保原則

在變電站通風空調系統的設計中，節能環保原則是一個至關重要的考慮因素。通過精確的計算和優化設計，最大限度地減少能源消耗，降低碳排放和環境污染，是實現綠色可持續發展的關鍵。為了達到節能環保的目標，應采用高效節能的空調設備、智能控制系統和能量回收裝置，提高系統能效和環境友好性。通過優化氣流組織和設備配置，可以實現能源的合理利用，進一步提高系統的節能性能[3]。

2.2??安全可靠性原則

充分考慮設備的安全性能、可靠性和耐用性，可以確保系統運行穩定、可靠，滿足變電站的安全要求。同時，還需注意防火、防爆和防雷等安全措施，以確保變電站的安全運行。此外，合理設置安全保護裝置和報警系統，可以實現實時監控和快速響應，及時發現和處理故障，確保系統安全[4]。

2.3??經濟性原則

在經濟性原則的指導下，變電站通風空調系統設計需要在經濟成本和效益之間達到平衡。在設備選型和控制系統設計中，應綜合考慮設備的價格、運維成本和壽命，以及系統的能耗、維護成本和運行效率。通過合理的選型和設計，可以實現經濟效益最大化，提高系統的投資回報率[5]。

2.4??可操作性原則

可操作性原則是一個重要的考慮因素。在人機界面和操作便利性上，設計應該簡潔明了，以便用戶能夠輕松理解和操作系統。為了實現這一目標，可以采用直觀的圖形界面和簡單易懂的操作流程，減少用戶的學習成本和操作難度。此外，還應該提供清晰的操作指南和提示，以幫助用戶正確操作系統。除了人機界面和操作流程的優化，還應合理設置設備的檢修通道和維護空間。這樣可以方便維護人員進行設備的檢修和維護工作，提高系統的可操作性[6]。例如：可以設置便捷的維護通道和標識，確保維護人員能夠快速到達設備并進行必要的操作。

3??變電站通風空調系統的設計方法

3.1??負荷計算方法

變電站通風空調系統的負荷計算是確保系統高效運行的關鍵步驟。通過準確的負荷計算，可以確定系統所需的制冷量和通風量。負荷計算主要包括熱負荷計算、濕負荷計算和人員負荷計算。熱負荷計算需要考慮變電站內部設備的散熱量和傳熱損失。設備散熱量包括變壓器、開關柜等電氣設備的發熱量，以及室內照明、辦公設備等輔助設施的發熱量。傳熱損失則指由于建筑物圍護結構傳熱產生的熱量。濕負荷計算需要考慮水蒸氣的產生和排除。水蒸氣的產生與室內外溫差、人員活動、設備發熱等因素有關。通過準確的濕負荷計算，可以確保系統能夠有效地控制室內濕度，提高空氣品質。人員負荷計算需要考慮人員的新風需求和代謝熱量。新風需求與人員數量、活動強度、工作環境等因素有關。代謝熱量則與室內人員的年齡、性別、活動狀態等因素有關。

3.2??空調設備選型方法

在變電站通風空調系統設計中，選擇合適的空調設備至關重要。選擇空調設備時，需要綜合考慮多個因素，如設備的制冷效率、噪音水平、可靠性、維護便捷性等。第一，要根據負荷計算結果確定系統所需的制冷量和通風量。第二，要根據變電站的實際情況選擇適合的空調設備類型，如分體式空調、屋頂式空調機組、風機盤管等。第三，在選型過程中，需要關注設備的制冷效率，盡量選擇能效比較高的設備，以降低運行成本和環境影響。第四，還需要考慮設備的噪音水平。變電站通風空調系統的噪音影響著工作人員的環境舒適度和工作效率。因此，在選擇空調設備時，要關注設備的噪音水平，盡量選擇低噪音設備。第五，設備的可靠性和維護便捷性也是選型時需要考慮的重要因素。設備的可靠性影響著系統的穩定性和壽命，而維護便捷性則影響設備的日常維護和管理。在選擇設備時，要權衡這些因素，確保選擇的設備能夠滿足變電站的需求。

3.3?風管設計方法

風管設計需要考慮風速、風阻、噪音和空氣分布等因素。合理的風管設計能夠確保空氣流通暢通，避免過高的風速和風阻，減少噪音產生，并實現合理的空氣分布，保證變電站內部的溫濕度均勻分布。風管尺寸和布置方式的確定需要根據負荷計算結果和空調設備選型。風管尺寸過大會導致空氣流速降低，增加系統能耗；而風管尺寸過小則會導致風速過高，增加噪音和磨損。因此，需要綜合考慮各種因素，合理確定風管尺寸。風管布置方式需要根據變電站的建筑結構、空調設備位置等因素進行優化。合理的風管布置能夠降低風阻，提高空氣流通效率。同時，還需要考慮風管的保溫措施，以降低能量損失和噪音的產生。

3.4??控制系統設計方法

通過合理的控制系統設計，可以實現對空調設備的運行和調節。控制系統設計需要考慮溫濕度傳感器的安裝位置和數量，以及空調設備的控制方式和策略。溫濕度傳感器是控制系統的重要組成部分，其安裝位置和數量對控制系統的性能具有重要影響。溫濕度傳感器的安裝位置需要根據變電站的建筑結構和空調設備布局進行合理布局，以確保系統能夠準確感知室內溫濕度變化。傳感器的數量也需要根據變電站的面積和設備分布進行合理配置，以確保系統能夠全面監測室內環境狀況。空調設備的控制方式和策略是控制系統設計的核心。控制系統需要根據變電站的運行特點和需求，制定合適的控制策略，以實現對空調設備的有效調節。控制方式可以選擇手動控制、自動控制或智能控制等多種方式，以滿足不同場景的需求。此外，還需要考慮系統的自動化程度和人機界面的設計。自動化程度越高，系統越能夠實現對空調設備的自動調節，降低人工干預的程度，提高系統的運行效率。而人機界面的設計則影響著系統的可操作性和便捷性，需要根據變電站的實際需求進行優化，確保系統易于使用和維護。

4??變電站通風空調系統的優化設計

4.1??優化氣流組織

合理設置通風口和回風口的位置、數量和尺寸，可以實現空氣的均勻流動和循環。通風口應該布置在恰當的位置，以保證空氣能夠有效地進入和流通到各個區域。回風口的設置也需要考慮到空氣流動的方向和路徑，以確保空氣能夠順暢地回流到空調設備中進行處理。除了通風口和回風口的設置，還可以采用適當的氣流調節裝置來進一步優化氣流組織。例如：可以使用風道隔板來引導氣流，使其沿著預定的路徑流動，避免出現死角和局部通風不暢的問題。另外，還可以使用風幕等技術手段來控制氣流的速度和方向，以達到更好的氣流組織效果。通過優化氣流組織，可以有效地提高空氣的均勻性和流通性，避免出現局部通風不暢的問題。這不僅可以提高系統的通風效果，還可以降低能耗和提高系統的工作效率。

4.2??優化設備配置

優化變電站通風空調系統設備配置，有助于提高系統效能與經濟性。在設備配置方面，應綜合考慮系統負荷需求、能耗要求及空間限制等因素。通過合理選擇和布置制冷設備、通風設備及空氣處理設備，實現系統的高效運行與節能降耗。此外，可考慮采用新型節能設備與技術，如換熱器、變頻器等，以優化設備配置。

4.3??優化控制系統

通過應用先進的控制技術及設備，如傳感器、執行器與控制器等，可對系統運行狀態進行實時監測與調節。優化控制系統可根據變電站負荷變化、室內環境條件及能耗要求等因素，自動調整制冷量、通風量與濕度等參數，以達到最佳舒適度與能效。此外，可實現遠程監控與管理，提高系統可靠性與運行效率。

5??變電站通風空調系統設計實例分析

在某變電站的通風空調系統設計中，先根據變電站的負荷情況和環境要求，采用熱負荷計算軟件進行負荷計算，確定了系統所需的制冷量和通風量。然后，在空調設備選型方面，選擇了具有高能效比、低噪音和可靠性的空調設備，以滿足變電站的制冷需求。在風管設計方面，根據變電站的空間布局和風量要求，采用風管設計軟件確定了風管的尺寸、布置和支撐方式，以保證系統的氣流均勻分布和風道的氣密性。最后，在控制系統設計方面，選擇了溫濕度傳感器、風機變頻器和集中控制器等設備，設計了合理的控制邏輯和參數設置，以實現系統的穩定運行和能耗優化。通過以上設計方法和原則的應用，該變電站通風空調系統設計達到了節能環保、安全可靠、經濟性和可操作性強的要求，提高了系統的性能和效果。

6??結語

變電站通風空調系統的設計涉及多個方面，包括設計原則、方法、優化措施等。通過本文的探討，可以更好地理解變電站通風空調系統設計的關鍵點，從而為實現節能、高效和可靠的系統提供支持。在未來的研究中，將繼續關注變電站通風空調系統設計的發展趨勢，以適應日益復雜的工程需求。

參考文獻

[1]鄔振武.新型變電站暖通設計分析及優化[J].暖通空調，2022，52（11）：74-78.

[2]趙博文.組合式變電站損耗及溫升問題研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2020.

[3]劉洋帆.濕熱地區變電站建筑節能設計研究[D].廣州：華南理工大學，2021.

[4]朱超，王永慶，傅金柱，等.基于Icepak的戶內變電站通風換熱過程模擬及優化[J].電力科學與工程，2020，36（4）：65-69.

[5]何娜萍，肖國鋒.地下變電站通風空調系統設計探討[J].建筑熱能通風空調，2019，38（10）：56-59.

[6]秦文慧.110kV戶內變電站通風散熱的數值模擬及優化研究[D].南京：東南大學，2020.