夏热冬冷地区换流站主、辅控楼二次设备间冬季制冷方案研究

李慧

中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司 湖北 武汉 430071

摘要：本文结合湖北黄石市的气象参数和换流站主、辅控楼二次设备间室内设计温度，对冬季制冷提出空调和通风两种方案，并对这两种方案的系统形式、设备布置、技术要点等方面进行详细的介绍，在对各方案的优缺点分析比较后，最终确定一个合理的制冷方案。

关键词：湖北地区、换流站、二次设备间、冬季制冷

1. 引言

位于夏热冬冷地区的换流站，其主、辅控楼内绝大部分电气设备间在夏季需制冷降温，冬季加热升温，以满足设备正常运行所需要的室内温湿度环境要求。但仍有部分二次设备间由于其设备发热量巨大，冬季时，室内余热仅仅通过围护结构散发不能完全消除，此时需要对这些二次设备间进行制冷降温。

以往工程中，主、辅控楼空调系统一般采用传统的变频多联空调系统，空调系统夏季制冷、冬季制热。但是传统的多联空调机组只能实现在室外环境温度为15℃以上时进行制冷，低于此温度时空调机组将无法制冷^[1]，故二次设备间要实现冬季制冷降温，有以下两种方式：

1. 空调方案。主、辅控楼其他电气设备间仍沿用原来的传统多联空调系统，将二次设备间从原空调系统中脱开，独立设置一套低温环境下能制冷的空调机组，该空调机组全年365天不间断制冷。

2. 通风方案。冬季利用室外新风排除室内余热，夏季仍与其他的电气设备间共用一套传统的多联空调系统。

2. 室内外设计参数

以湖北黄石市为例，主要气象参数为：极端最高气温：40.6℃，极端最低气温：-10.0℃，冬季通风室外计算温度：4.5℃，冬季空调室外计算温度：-1.4℃，累年平均相对湿度：78%。

二次设备间室内设计温度为：夏季：26～28℃，冬季：16～18℃。

3．冬季制冷系统形式

3.1冷负荷计算

主、辅控楼二次设备间冷负荷计算公式可简化为：

Q=Q₁+Q₂

其中：Q₁—照明散热量；Q₂—设备发热量；

设备发热量由电气专业提资获得，照明散热量计算获得。应根据各项得热量的种类和性质以及围护结构的蓄热特性，根据上述各项分别逐项逐时的进行冷负荷计算^[2]。

3.2 空调方案

传统的多联空调机组只能实现在室外环境温度为15℃以上时进行制冷，低于此温度时，空调系统的冷凝温度过低，高压压力过低，高低压差无法建立，液态冷媒通过膨胀阀时无法汽化，大量液态冷媒回流至压缩机，使压缩机温度过低，冷冻机油润滑不良，导致液态冷媒无法压缩，产生液击现象，损坏压缩机。

主、辅控楼二次设备间要实现冬季制冷降温，需各自独立设置一套低温环境下能制冷的多联空调机组。该低温空调系统可以实现室外温度-15℃时超低温运行，48℃时超负荷运行，保证全年365天24小时可靠运行制冷，被广泛运用于手术室、食品加工、科学实验室等领域。

低温环境下制冷的多联空调机组的运行原理同传统的多联空调机组，不同之处在于，低温机组将风冷冷凝器及冷凝风机安装在一个封闭的保温良好的箱体中，在箱体上风冷冷凝器的进风位置及冷凝风机的出风位置预留进风口及出风口，在进风口及出风口安装电动风阀。在风冷冷凝器上安装冷凝压力控制器，通过监测比较冷凝压力运行值与设计值，来调节冷凝风机的启停及冷凝器风量，使得低温情况下仍然有较高的冷凝压力，能够正常的实现制冷循环。

图1 冷凝器保温箱体 图2 空调系统图

低温多联空调系统室内机布置在吊顶内，室外机放置在主、辅控楼屋面基础上，室内外机之间通过低温制冷剂管进行连接。

3.3 通风方案

通过室外低温空气消除室内设备的发热量时，风量的计算公式为：

L_j = (3.6Q) / (ρ_j·C·(t_P – t_j) )

L_P = (3.6Q) / (ρ_P·C·(t_P – t_j) )

其中：

Q—室内余热量 (W)； t_j ─ 进风温度 (℃)； t_P ─ 排风温度 (℃)； C ─ 空气比热 ( kJ/kg·℃)

ρ_j ─ 进风密度( kg/m³)； ρ_P ─ 排风密度( kg/m³)

二次设备间通风降温的运行方式为：夏季时，关闭通风系统，通过传统的多联空调系统制冷降温，如图2所示。冬季时，关闭空调系统，开启通风系统，将室外低温空气送入房间内部，如图3所示。

以往工程，主、辅控楼二次设备间内均设有机械排风机，排风机主要用于排除室内余热余湿，同时兼做平时检修前的通风换气。通风降温方案是在原排风机的基础上，再增设一台送风机，当室外气温低于室内设计温度时，关闭空调系统，启动送风机对室外新风进行过滤处理、加热处理（进风温度低于室内露点温度时）后送入室内。排风则通过二次设备间原有轴流风机进行，避免室内送风量过大导致的室内正压。

图3 送风机机械送风

通风系统有手动和自动两种控制方式，自动控制方式以5个温度设定值(最高室内温度、最低室内温度、最高室外温度、最低室外温度、室内露点温度)为基准^[3]，通过安装在通风系统上的温度传感器，联锁控制风机、电加热器的启停，风机转速、风阀开度调节等，合理的控制进入室内的进风量和进风温度。

4. 结论

根据上文对空调、通风方案的介绍分析，得出各系统的优缺点为：

空调方案：

优点：室内运行温度稳定，设备噪声低；缺点：投资高，压缩机和风机全年运行，耗电量大不节能，空调寿命短，增加了后期空调运行维护工作量和改造频率。

通风方案：优点：投资低，冬季空调系统停运，只开启通风机，使得耗电量小更节能，空调寿命长。缺点：室内温度稳定性不如空调方案，设备噪声大。

以上两种方案均能实现对二次设备间制冷降温的目的，通过表1室内设计参数可知，主、辅控楼二次设备间冬季室内温度波动控制在2℃即可，采用通风降温方案可靠性能够保障。

综上分析，换流站主、辅控楼二次设备间冬季制冷方案推荐采用通风方案。

参考文献：

[1].张勇. 浅谈机房专用空调机的冬季制冷运行. 信息通信, 2014(7).

[2].陆耀庆. 实用供热空调设计手册[M]. 2 版. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3].逄孝勇, 武福友, 王伟. 冬季新风机房新风节能系统的应用.山东通信技术, 2007年3月.

作者简介：

李慧（1988-），女，工程师，湖北人，华中科技大学能源学院制冷及低温工程专业硕士研究生。

E-mail : 122238214@qq.com