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為了早日達(dá)到“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)，全國(guó)各地正在火熱地建設(shè)智能電網(wǎng)。儲(chǔ)能作為智能電網(wǎng)的中間調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷，提高電力設(shè)備的利用率和電網(wǎng)穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的安全可靠。隨著儲(chǔ)能設(shè)備需求的旺盛，定制化的要求也越來(lái)越多。如何快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，以價(jià)格更低、性能更可靠的儲(chǔ)能設(shè)備提高市場(chǎng)的占有率越發(fā)顯得重要。目前，儲(chǔ)能市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，降本增效勢(shì)在必行。儲(chǔ)能設(shè)備散熱系統(tǒng)的合理化設(shè)計(jì)，仍是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)難題。本文運(yùn)用熱仿真軟件分析對(duì)比了散熱系統(tǒng)的3種送、回風(fēng)方式的散熱效果，并通過(guò)高溫箱模擬高、低溫進(jìn)行熱測(cè)試，熱仿真與熱測(cè)試相結(jié)合，以最快的速度、最低的成本實(shí)現(xiàn)散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 高防護(hù)戶外儲(chǔ)能柜散熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及對(duì)比

本文所提及的產(chǎn)品是容量為100kW·h的高防護(hù)戶外儲(chǔ)能柜，其防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP55。該柜創(chuàng)新地采用組合式散熱系統(tǒng)，其中對(duì)溫度和環(huán)境敏感度高的電池艙采用空調(diào)散熱系統(tǒng)，對(duì)溫度和環(huán)境敏感度低的配電艙采用風(fēng)冷散熱系統(tǒng)。由于風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)較為成熟，且成本已壓縮到極限，因此此次組合式散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)只針對(duì)電池艙的空調(diào)散熱系統(tǒng)進(jìn)行。電池艙優(yōu)化共設(shè)計(jì)出3種方案，通過(guò)熱仿真軟件Flotherm進(jìn)行分析對(duì)比，擇優(yōu)選用。

方案一為電池艙空調(diào)的出風(fēng)和回風(fēng)均為自由進(jìn)出風(fēng)；方案二在電池艙空調(diào)的出風(fēng)口加裝專用風(fēng)道；方案三是在方案二的基礎(chǔ)上，局部加上風(fēng)機(jī)輔助出風(fēng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)離空調(diào)的柜體能夠均分空調(diào)吹出的冷風(fēng)。3種方案的示意圖如圖1所示。其中方案三風(fēng)機(jī)的理論選型設(shè)計(jì)如下:電池艙內(nèi)空調(diào)出風(fēng)口均分為三路，其內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為380m³/h，則每一路出風(fēng)口的平均風(fēng)量約為130m³/h，由風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓理論推導(dǎo)公式可得出，單個(gè)風(fēng)機(jī)壓力損失P=12.7Pa，據(jù)此初步選擇型號(hào)為8030的直流風(fēng)機(jī)。根據(jù)其P－Q性能曲線圖可知，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的自由風(fēng)量相加為160m³/h，且在壓力為10～15Pa時(shí)，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的有效風(fēng)量為120～140m³/h，理論估算出的風(fēng)量和風(fēng)壓均滿足設(shè)計(jì)需求，故風(fēng)機(jī)選型符合設(shè)計(jì)要求。

高防護(hù)儲(chǔ)能柜的組合式散熱系統(tǒng)理論上是風(fēng)冷組合式散熱系統(tǒng)，采用Flotherm軟件進(jìn)行熱仿真，軟件中Model Setup設(shè)置時(shí)，需考慮到熱傳導(dǎo)和對(duì)流換熱，選用Flow and transfer解決方案，選擇湍流模型中的Automatic Algebraic選項(xiàng)，軟件可自動(dòng)計(jì)算出湍動(dòng)黏度，適用于小空間風(fēng)冷電子設(shè)備散熱仿真的絕大多數(shù)情況。流體特性定義為:海平面1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下40℃空氣的物性參數(shù)，并定義缺省的環(huán)境溫度為40℃。打開(kāi)輻射開(kāi)關(guān)，根據(jù)儲(chǔ)能柜建設(shè)地的經(jīng)緯度定義太陽(yáng)輻射的角度和強(qiáng)度。設(shè)置Solver Control時(shí)，選擇多網(wǎng)格求解器，迭代步數(shù)為500步，F(xiàn)anRelaxation選用0.7，并選用usedoubleprecisionsolver選項(xiàng)，這樣設(shè)置有助于計(jì)算結(jié)果的收斂。自由對(duì)流風(fēng)速、監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度和壓力等其他參數(shù)采用軟件默認(rèn)參數(shù)。

網(wǎng)格劃分時(shí)，對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)格進(jìn)行全局約束，在考慮計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的基礎(chǔ)上，需全力確保網(wǎng)格的質(zhì)量。為了確保能夠掃描到最小模型上的最小網(wǎng)格，設(shè)置網(wǎng)格最小尺寸為1mm，最大尺寸為30mm，并打開(kāi)smooth按鈕，調(diào)整平滑過(guò)渡參數(shù)，使得網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比無(wú)劇烈的變化。同時(shí)對(duì)風(fēng)扇和空調(diào)進(jìn)、出風(fēng)口等流場(chǎng)變化劇烈的地方局部加密和網(wǎng)格膨脹，風(fēng)扇的長(zhǎng)、寬方向網(wǎng)格膨脹距離為25%，厚度方向?yàn)?00%，并確保風(fēng)扇長(zhǎng)、寬方向不少于25個(gè)網(wǎng)格，膨脹區(qū)域不少于6個(gè)網(wǎng)格，風(fēng)扇厚度方向和膨脹區(qū)域各不少于15個(gè)網(wǎng)格。經(jīng)以上設(shè)置，劃分好的系統(tǒng)網(wǎng)格在300萬(wàn)個(gè)左右，最大長(zhǎng)寬比在20以內(nèi)，網(wǎng)格質(zhì)量較好。其中重點(diǎn)關(guān)注的流體域電池模組的網(wǎng)格劃分如圖2所示。

該儲(chǔ)能柜應(yīng)用在安徽蕪湖，所處地為北緯31°，設(shè)備前門朝南，時(shí)間設(shè)置為7月下旬中午1點(diǎn)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為904W/㎡，圖2中箭頭為太陽(yáng)輻照角度。環(huán)境溫度設(shè)為40℃，空調(diào)停止制冷溫度設(shè)置為25℃，制冷量為1.5kW。儲(chǔ)能柜內(nèi)發(fā)熱元器件建模后，參照表1進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

原標(biāo)題：高防護(hù)戶外儲(chǔ)能柜散熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)