采用HP-EP軟件分析圍護結構對配電室總冷熱負荷的影響

何文皓

【摘 要】以一已建成電廠獨棟配電室建筑為模型，采用鴻業全年負荷計算及能耗分析軟件（HP-EP）對其在不同墻體和屋面形式下的自然室溫進行模擬，通過對哈爾濱、樂山、廣州三個地區全年總冷熱負荷的模擬分析得出，對于室內設備發熱量較大的配電室，采用熱阻較小的圍護結構形式，有利于減少全年總冷熱負荷。

【關鍵詞】自然室溫模擬;全年負荷計算;配電室;圍護結構;

中途分類號：TF

隨著我國城市化的加速發展，建筑所消耗的能源比重越來越大。為實現可持續發展，節能越來越受到國家和人們的重視，建筑節能設計成為工程建設中的重要環節，能耗模擬作為節能設計的重要手段，在民用建筑設計中被大量的研究和應用，然而工業建筑中能耗模擬研究相對滯后，例如對電廠配電室等室內布置有大量發熱設備房間的全年能耗分析幾乎是空白。筆者下面就配電室設計的特點進行分析，并以一棟獨立的配電室建筑為對象進行全年能耗模擬，研究不同傳熱系數的圍護結構、設置遮陽與否對配電室室內溫度和總負荷的影響。

1 配電室設計特點

配電室等布置有大量設備的房間通風及空調設計，不同于民用建筑設計。前者設計的目的是設計空調、通風系統，創造合適的室內環境以滿足設備正常運行和延長設備使用壽命，后者的空調設計以滿足大部分人員的舒適性為設計目標。電廠配電室的主要特點是室內有連續穩定的室內發熱源，如發熱量較大的廠用變壓器等設備。同時冬夏季室內設計溫度范圍較大、規范規定設置在其他建筑的廠用配電裝置室夏季室內環境溫度不高于40℃，冬季室內環境溫度不低于5℃[1]。配電室的通風系統的設計應能及時排除電氣設備產生的熱量，在通風不能滿足室內環境要求時，設置空調系統排出房間余熱。[2]

2 模擬軟件

能耗模擬軟件有很多，比較知名的有DOE-2、Energyplus、DeST以及最近幾年推出的鴻業HP-EP等。鴻業全年負荷計算及能耗分析軟件（HP-EP）以Energyplus為模擬引擎，提供全年動態負荷計算及能耗模擬分析，用以優化設計方案，相比于國外設計軟件，具有易用性，可直觀生成計算報表，對于國內設計人員使用起來比較方便和習慣。本文將采用HP-EP進行研究。

3 模型建立

以四川省樂山市福華通達農藥科技有限公司鹽磷化工循環產業熱電系統擴能技改項目供水設備間為例建立建筑模型。本建筑為一棟獨立的單層建筑，層高為4.5m，建筑及設備布置如圖1所示。

房間電氣設備包括：1000KVA干式變壓器1臺，進線柜2面，低壓開關柜7面，熱控柜2面。電氣設備散熱量計算采用《工業與民用配電設計手冊》[3]推薦值。設備總散熱量如表1所示：

圍護結構外墻采用三種傳熱系數的墻體：即普通磚外墻，傳熱系數2.31W/（㎡·K）。加氣混凝土砌塊墻體，傳熱系數0.99W/（㎡·K）。聚合物加強面層保溫外墻，傳熱系數0.6W/（㎡·K）。屋面同樣采用三種屋面：預制現澆屋面，傳熱系數2.43W/（㎡·K）。保溫砂漿屋面，傳熱系數1.49W/（㎡·K）。加氣混凝土砌塊加聚苯板保溫屋面，傳熱系數0.58W/（㎡·K）。外窗為塑鋼推拉窗，傳熱系數4.7 W/（㎡·K）。門采用全板平開門，傳熱系數3.05W/（㎡·K）。

氣象參數選用CSWD氣象庫，按嚴寒、夏熱冬冷、夏熱冬暖地區分別選取哈爾濱、樂山及廣州的全年氣象參數，在設置房間設計參數時，計算總負荷時夏季室內溫度取上限40℃，冬季室內溫度取下限5℃。模擬方案時僅改變單一變量，其他變量不變。具體組合形式見下節方案介紹。

根據以上設定條件，采用HP-EP軟件建立建筑模型，如圖2所示。

4 模擬結果及分析

4.1 方案一，改變外墻材料+預制現澆屋面+采用樂山氣象參數。

模擬結果如圖3和表2所示，分析可得，樂山地區隨著墻體傳熱系數減小，配電室室內溫度整體升高，不滿足設計要求的總天數（即室溫大于40℃的天數）增多，空調和風機開啟的時間變長，全年設備總能耗增加。全年總冷負荷值也隨著墻體傳熱系數減小而增大。

4.2 方案二，改變屋頂材料+普通磚外墻+采用樂山氣象參數。

由表3可得，對于樂山地區隨屋頂傳熱系數減小，全年總冷負荷增大，不滿足設計要求的總天數增多。

通過分析樂山地區配電室在不同圍護結構下的負荷和不滿足設計室溫的總小時數分析可得，選擇外墻和屋面圍護結構時應盡量選擇傳熱系數較大的圍護結構，這樣有利于室內設備排熱通過傳熱排出室外，減少空調和風機運行時間，減少能耗。

4.3 方案三，改變外墻材料+預制現澆屋面+采用哈爾濱氣象參數。

由表4分析可得，對于哈爾濱地區，隨著墻體傳熱系數減少，夏季總冷負荷增大，冬季總熱負荷減少。綜合來看，墻體對總冷負荷的影響大于總熱負荷。

4.4 方案四，改變外墻材料+預制現澆屋面+采用廣州氣象參數。

由表5分析可得，對于廣州地區，隨著墻體傳熱系數減少，夏季負荷總冷負荷增大，在廣州地區不滿足室內設計溫度的總小時數咱全年小時數的比重很大，配電室在大部分時間都需要開啟通風和空調設備，以維持室內溫度在設定參數以下。

5 結 論

1）采用全年負荷軟件HP-EP可以進行房間自然室溫的計算，統計不滿足設計室溫的總小時數，總小時數越大，空調和通風設備運行的時間也就越長，可以判斷相應設備的能耗也就越高。

2）對于室內有全年運行發熱量較大的設備的配電室，圍護結構散熱比保溫更重要，采用傳熱系數較大的圍護結構有利于減少全年總負荷。

參考文獻：

[1]DL/T5035-2016發電廠供暖通風與空氣調節設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2016.

[2]李善華等，火力發電廠及變電所供暖通風空調設計手冊[M]，北京：中國電力出版社，2001.

[3]任元會等，工業與民用配電設計手冊[M]，北京：中國電力出版社，2005.

（作者單位：四川電力設計咨詢有限責任公司）