预制舱系统热平衡分析.docxVIP

摘?要：

预制舱内设备集成程度较高，要维持内部环境在一个适宜的温度就不得不配置一定数量的空调，空调的选择不仅关乎设备运行的可靠性，还影响预制舱整体的能耗和经济性。鉴于此，通过逐项对预制舱热平衡的分析，提出了一种预制舱系统受热分析的思路和方法，以确定预制舱所需的制冷负荷大小。

关键词：

预装式变电站；预制舱；受热分析；传热系数；制冷负荷；发热估算

中图分类号：TM63

0

引言

预装式变电站是将变电站电气系统中的主要设备在工厂内完成相关配线、调试后装入预制舱模块内，通过物流运输至工程现场进行拼接组建成变电站的新型电站。其具有建设周期短，集成化高，可靠度高等诸多优势，在电力行业已成为一种受认可并广泛使用的产品，广泛运用于10、35、110、220kV等电压等级变电站的建设。预制舱和预制舱内部如图1、图2所示。

在预装式变电站中，由于电网企业对电能损耗不敏感，并且预制舱的热量分析和暖通设计理论目前也比较少，常规预制舱单体能耗往往非常高，其中占最大比例的就是暖通系统的能耗。传统建筑行业，目前国家已出台多项规范指导性文件，详细描述了民用与工业建筑的暖通如何设计与计算，但在预制舱行业仍是一片空白，业内人员很多还在采用多少瓦每平米制冷负荷指标来选择预制舱的空调配置。本文提出了一种预制舱使用情况下系统热平衡分析的条件设定和计算路径，并提供对应的计算和取值方法供大家一起探讨。

1

预制舱系统热平衡分析的条件设定

1.1?预制舱系统的热扰特性和分析方法的选取

现行的GB50019、GB50176和GB50189规范分别针对工业建筑、民用建筑和公共建筑提供了相对应的热平衡计算方法，但预制舱系统和上述三类建筑还是有一定的差别，某些特性对系统整体的影响很小，如果完全按规范的计算方法，所得结果将大大超出实际情况，因此本文对某些差异特性将进行简化，只对核心的围护结构换热、新风传热、设备发热量做计算。预制舱系统热平衡如图3所示，其简化分析如下：

1）太阳辐射扰量：通过采光窗等透明围护结构进入的太阳辐射热量。预制舱通常不设或少设对外的窗户，故此热源忽略。

2）人体潜热和显热扰量：预制舱通常为无人值守，且运维人员进入舱内的人数和次数往往有限，常规预制舱可忽略，若预制舱为人员集中的中控室等位置，可额外增加一定的制冷负荷。

3）照明灯具辐射扰量：预制舱已全面要求采用LED灯具，辐射热量很低，其次预制舱内灯具在运维时开启的时长较短，且往往开启的时段（阴天或夜晚）并不在本文所讨论的极端情况下，故此热源忽略。

4）食物或物料搬运扰量：预制舱运行时较少有食品或物料进出，故此热源忽略。

5）领室扰量：预制舱大多数时候均为一舱一用，较少在一个预制舱内设置大量的格室和楼层，且各房间均采用保温隔断，因此领室扰量较小，可忽略。

6）空气渗透扰量：预制舱密闭性良好，且工作中通常是不打开门的，所有进出线孔洞均以防火泥等防火措施封堵，以防止火情蔓延和小动物进入，故此热源忽略。

7）空气、人员等引起的湿量扰量：预制舱稳定运行时，舱内湿度已相对稳定，相变现象极少，故此热源忽略。

1.2?预制舱系统热量计算条件的假定

实际生活中，自然条件下一个物体的得热和耗热通常是动态的，如空气流动速度、光照强度等条件不是恒定不变的，在保证系统热量计算量与精度合理的前提条件下，必要的受热条件设定及参数简化是不可避免的，同时也需保证计算方法具备必要的通用性，因此将计算条件假定为：

1）环境条件：夏季气温最热、太阳辐照最强的月份，所有设备全天候运行的情况下；

2）导热条件：预制舱围护结构为热惰性的保温外墙且室内温度允许一定的波动值，可视为内部环境已稳定，其换热过程可简化为线性稳态换热，保温结构如图4所示；

3）热表面条件：通常预制舱同一结构具备相同的保温结构体系，而同质材料表面具备一致的热物理性能，如反射系数、传热系数等，因此放弃面积加权算法；

4）热源分布：预制舱内设备在稳定运行后经内部空气对流和辐射耦合，已经形成一个温度均匀的整体，可简化为一个均匀分布的面热源。

2

通过围护结构传入的热量计算

★

通过围护结构传入的热量为预制舱从环境中获得热量的主要来源，这一热源主要影响因素为围护结构的材料热阻、内外温差与换热面积。首先需要计算出围护结构不同换热面的综合传热系数，再通过对每个换热面计算热量进行累加，就可得到围护结构从环境中吸收的热量估值。需要注意的是，综合传热系数可以将多层墙体简化为单层墙体进行热分析，大幅度减少计算工作量，其计算结果对墙体内外表面方向换热量大小的准确性影响较小。但将实际的多层墙体简化成单层墙体后，计算得到的各分界面温度分布严重失真。对关注多层结构内部温度分布问题的情况，不能使用综合传热系数法进行简化分析，即不能通过减少一两层传热系数的计算而得到传递前层的温度。

2.1?综合传热