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空调电动设备散热量计算的几个问题
杨云锦
　　摘要　文中在指出有关空调设计手册、高等学校空气调节教材及空调专著中，电动设备散热量计算普遍存在的问题，即指出将电动设备消耗的全部电能都转换成热量的观念是片面的观念之后；继而提出电动设备散热量的分类及其相应的计算方法。
　　关键词　设备,电动机,散热量计算
1　现有计算方法综述
　　第四机械工业部第十设计研究院主编《空气调节设计手册》[1](中国建筑工业出版社，1983年5月第一版)，是我国最早出版的空调设计手册。1995年11月原主编和出版单位(四机部改名为电子工业部)再版第二版。
　　该手册关于电动设备散热量的计算，主要差别：一是第一版热量单位用kcal/h，第二版用kW/h；二是第一版较第二版多乘一个0.8～0.95蓄热系数n4。
　　现将文献[1]第二版关于电动设备散热量计算抄录如下：
　　(1)电动设备的散热量
　　电动设备系指由电动机带动的工艺设备。按下列方法计算：
　　a.电动机和工艺设备均在空调房间内时，
　　　　　　　　　　　　　　　(1)
　　式中：
　　Q1—电动设备散热量(W)；
　　N—电动设备的安装功率(kW)；
　　n1—安装系数。电动设备设计轴功率与安装功率之比,一般可取0.7～0.9；
　　n2—负荷系数。电动设备小时的平均实耗功率与设计轴功率之比，根据设备运转的实际情况而定。例如机床，设计轴功率是最大进刀量时的轴功率，在加工中有安装工件停转、空载、小进刀量、大进刀量几种，小时平均实耗功率较设计轴功率小。对精密机床可取0.15～0.4，对普通机床可取0.5左右；
　　n3—同时使用系数。房间内电动设备同时使用的安装功率与总安装功率之比。根据工艺过程的设备使用情况而定；
　　η—电动机效率。与电机型号、负荷情况有关，可由电动机产品样本查得或参照有关资料。
　　b. 工艺设备在空调房间内，而电机不在空调房间内时，
　　　　　　　　　　　　　　　(2)
　　c.工艺设备不在空调房间内，而电动机在空调房间内时，
　　　　　　　　　　　　　　(3)
　　文献[2]与文献[1]第二版的计算公式相当，只是用a代替文献[1]的。文献[3]与文献[1]第二版的公式形式一样，前者只泛指室内，后者指明空调室内。文献[4]与文献[1]的第二版的计算公式形式一样，只是系数n的下标不一样，也是泛指室内。文献[5]～[7]的计算公式形式与文献[1]第二版一样，也是泛指室内。文献[8]的计算公式形式与文献[1]第二版的形式一样，仅是(1)式，未指明是否室内。文献[9]的公式形式与文献[1]第一版相同，但热量的单位与文献[1]的第二版相同，也只有式(1)，是否室内也没有指明。
2　现有计算方法存在的问题
2.1　电动设备能量转换的类型
　　电动设备系指电动机拖动的设备，其所消耗的电能转换的形式有三种。
2.1.1　全部转换成热能
　　金属切削机床类(包括车、磨、刨、铣、铲、镗等)切削的能量，全部都转换为热能。因此，切削热由切削过程中产生的弹塑性变形功，即刀具—切削间磨擦功和刀具—工件间磨擦转换形成的。所生成的切削热向切削工件、刀具和周围介质(空气和切削液)中传散[11]。
2.1.2　有效功转换成改变物体的位置，损耗功转换为热能
　　矿山、工厂、码头等场所的各类卷扬机(提升机)、起重机(吊车)、运输机、建筑物内的电梯、自动扶梯等主要是将货物、人员输送某一段路程。
　　各类泵与管道连接在一起，将水、砂浆、泥浆、炉渣等输送至至一处。
　　离心式、轴流式风机广泛用在工厂、矿山、建筑物内，通过管道(井巷)将室外新鲜空气送至有关场所。罗茨鼓风机用于输送粮食、水泥、砂等，也用于煤矿的瓦斯抽放。
　　这类电动设备的特点是电动设备的有效机械能变换为该类物体的能量，使物体获得动能或势能，其损耗部分转换为热能。
2.1.3　有效功转换为源动力，损耗功转换为热能
　　空气压缩机是矿山掘进、铁道隧道、水电站坝址、溢流道等施工用风动工具的原动力；在机械制造厂、金属结构厂铆接的原动力。高压水泵是井下水力采煤水花的原动力；高压油泵是液压传动的原动力，煤矿井下有液压绞车。其有效功转换为源动力；其损耗部分转换为热能。
2.2　现有电动设备散热计算存在的问题
　　现有电动设备散热计算方法，在文献[1]～[9]中，当设备及其电动机都放在空调房间内，其计算公式如本文式(1)所示。
　　笔者指出，该式的物理意义，就是电动设备所消耗的电能全部转换成热能。
　　也许文献[1]～[9]的编著认为，该公式专指机床类的电动设备，只是在文字上的疏忽而已，那么在文献[1]第一版中关于通风机、水泵的温升计算公式的推导及计算结果也是表达为全部电能转换为热能。在文献[1]的第二版中，未列出公式的推导过程，只有计算结论的公式及计算结果表，只是它用的单位与第一版不同，若换算成相同的单位，其数值是一样的。文献[4]对于通风机、水泵的温升计算公式与文献[1]第一版相同，计算结果表与文献[1]的第二版相同，文献[9]中有“充分考虑风机、水泵的电动机等由机械能转化为热能。”这就表明这些文献[1]～[9]确实把水泵、风机类电动设备所消耗的电能全部转换成热能。笔者不禁要问，这类设备将水从低标高输送至高标高所消耗的能量是从何而来？
3　提出电动设备散热量分类的计算法
　　根据电动设备消耗电能转换的三种类型，电动设备散热量计算应分为二类。
3.1　机床类电动设备散热量的计算
　　该类型电动设备散热量的计算按照文献[1]、[2]的方法，也就是本文中的式(1)～(3)。笔者认为，在这里指出注意的二点。
　　一是一般的机床类，电动机就在机床内，个别重型的、大型的机床例外。
　　二是电动机的效率，应从机床上用到的电动机的型号、极数、功率，从电动机产品样本中查出相应电动机的效率η的数值。该数值是指电动机在额定功率时的效率，当电动机不是额定功率运行时，其效率的计算见国家标准[12]。
3.2　电动设备有效功改变物体的位置或作为原动力时，只是损耗部分转换为热能的散热量的计算。
3.2.1　电动机和设备均在空调房间内时
　　　　　　　　　　　　　　　(4)
　　式中：
　　Qs—电动设备散热量　kW/h。
　　Kf─单台电动设备的负荷系数，它是单台电动机的计算轴功率与电动机额定功率之比；应由计算确定。
　　N─单台电动设备的额定总功率　kW；
　　η—电动机效率；
　　ηi─电动设备的机械效率；
ηi=ηc.ηS　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(5)
　　其中：ηC─机械的传动效率，可取文献[13]中的数值。
　　提升机一般是圆柱齿轮传动，风机、空气压缩机一般是皮带传动，自动扶梯一般是链轮传动。水泵一般是与电动机靠背轮直接传动，即它的ηc=1。
　　ηs─机械运行状况时效率,其中风机、水泵类的效率是风机、水泵的机械特性，即运行的工况点与之对应的效率曲线上的效率。
3.2.2　设备在空调房间内，而电动机不在空调房间内时。
　　　　　　　　　　　　　　　(6)
3.2.3　设备不在空调房间，而电动机在空调房间内时。
　　　　　　　　　　　　　　　(7)
　　在同一空调房间内，相同类型的电动设备且其负荷系数Kf,效率η、ηj很相近时,可利用式(4)～(7)，N按其实际最大可能开动台数的电动机额定功率之和计算。当然逐台计算更为准确,不同类型的，则必须逐台计算。然后，将该空调房间内所计算出的Qs相加，则为该房间内电动设备散热量的总和(亦即)。
　　由式(4)与式(1)相比较，式(6)与式(2)相比较，笔者提出的计算式比现有电动设备散热量的计算，其数值要少得多。
　　本文所提出之计算方法，其基本要点是：只有机床类的电动设备其消耗的电能全部转换为热量，其余类型的电动设备，仅仅是其机械损耗和电动机的损耗部分的能量转换为热量。在没有空调设备的房间，对该房间有最高允许温度限制时，需要装置机械通风设备，可应用本方法计算单位时间所需要的风量来选择通风机的单位时间内的风量(m3/h)。
作者单位：煤炭部长沙设计研究院
参考文献
　[1]第四机械工业部第十设计研究院主编.空气调节设计手册.中国建筑工业出版社,1983年第一版电子工业部第十设计研究院主编.空气调节设计手册.中国建筑工业出版社,1995年11月第二版
　[2]陆耀庆主编.实用供热空调设计手册.中国建筑工业出版社,1993年6月第一版
　[3]黄素逸,林秀诚,叶志瑾编.采暖空调设计手册.机械工业出版社,1996年1月第一版
　[4]建设部建筑设计院编著,顾兴蓥主编.民用建筑暖通空调设计技术措施.中国建筑工业出版社,1996年2月第二版
　[5]薛殿华主编.空气调节.清华大学出版社,1991年6月第一版
　[6]赵荣义,范存养,薛殿华,钱川明编.空气调节.中国建筑工业出版社,1994年11月第三版
　[7]清华大学,同济大学,西安冶金建筑工程学院,重庆建筑工程学院编.空气调节.中国建筑工业出版社,1986年第二版
　[8]钱以明.高层建筑空调与节能.同济大学出版社,1990年2月第一版
　[9]柴慧娟等.高层建筑空调设计.中国建筑工业出版社,1995年8月第一版
　[10]北京有色冶金设计研究总院.采暖通风与空气调节设计规范,GBJ19—87,建筑设备规范大全.1994年3月第一版
　[11]陆建中,周志明主编.金属切削原理.机械工业出版社,1991年10月第一版
　[12]国家标准《三相异步电动机经济运行》(GB12497—1995).中国标准出版社,1995年8月第一版
　[13]机械设计手册联合编写组.《机械设计手册》上册第一分册.化学工业出版社,1979年10月第二版