用于产热设备的散热围护结构和风力发电机组的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及散热技术领域，尤其涉及一种用于产热设备的散热围护结构和风 力发电机组。
【背景技术】
[0002] 一、概述
[0003] 风力发电机组的围护结构如塔筒、机舱等内部设有电力传输电缆、变压器、电抗 器、电动机、开关电器设备等产热设备（"产热设备"是从热学角度来命名的），这些产热设 备在工作中会产生热量，由于产生的热量累计"积分"效应，风力发电机组的围护结构塔筒、 机舱内空气温度在一定时间段内会持续上升。
[0004] 除了产热设备产生的热量，风力发电装备的围护结构如塔筒、机舱等从外部自然 环境还接受太阳辐射，也会导致塔筒、机舱内部温度升高。尤其是在中国新疆吐鲁番、托克 逊地区、巴基斯坦地域、中东地区、非洲热带地区、沙漠地带，在夏季强烈的太阳辐射能够导 致风力发电装备内外温度显著升高，影响风力发电装备的正常工作。
[0005] 因此，需要同时投入相应的冷却设备对整机内部环境，也包括塔筒、机舱、轮毂内 腔、变流柜内部等局部环境强行进行主动冷却。
[0006] 二、本实用新型中用到的相关辐射术语
[0007] 吸收：物质将所拦截的辐射能转换为内部热能的过程。
[0008] 吸收率：物质所吸收的投射辐射的份额。
[0009] 黑体：理想的发射体和吸收体。
[0010] 发射：在有限温度下的物质产生辐射的过程。
[0011] 发射率：表示发射的辐射和同温度下的黑体发射的辐射之比。
[0012] 反射：投射在表面上的辐射改变方向的过程。
[0013] 反射率：物质所反射的投射辐射的份额。
[0014] 热辐射：有限温度的物质发射的电磁能，集中在从0. 1~100ym光谱区。
[0015] 三、太阳辐射与环境辐射
[0016] 太阳是一个极接近于球状的辐射源，近似于5800K的黑体。当太阳发出的辐射穿 过空间时，由于通过的球面积不断变大，辐射流密度将降低。太阳常数l= 1353W/m2。对 于水平表面（也即与地球表面相平行），太阳辐射呈近似于平行的射线束，与表面的法线形 成一个0角，称天顶角。对水平面定义的大气层外的太阳辐射密度Gs，o与地理炜度、年和 天的时间有关。可用下述形式的表达式确定Gs，o=SJcos0，式中，f是围绕太阳的地球 轨道的偏心率的一个很小的修正系数（0. 97~1. 03)。
[0017] 太阳辐射可分为直射辐射和散射辐射。所谓直射辐射是指直接来自太阳（圆盘） 表面的辐射。在晴朗无云的天气里，直射辐射占辐射总量的比例可能超过85%。散射辐射 是指经过大气层云层的反射和散射作用以后改变了方向的太阳辐射，所以又被叫做天空辐 射。散射在太阳辐射总量中的比例与天气状况有密切的关系。
[0018] 所谓"环境辐射"是指地球以及大气层中某些具有辐射能力成分的辐射。环境辐 射的长波辐射形式包括地球表面的发射以及来自大气中某些成分的发射。地球表面的发射 功率可按照常规方法计算，g卩：E=e〇T4,式中，e和！1分别为地表面的发射率和热力学 温度。发射率接近于1，温度范围-40~+60°C，发射近似集中在4~40ym光谱区，峰值波 长约发生在10ym。大气福射大部分来自032和H20分子，并集中在5~8ym和13ym以 上的光谱区。来自大气发射的投射辐射可表示为：Gatni= 〇T4sky式中，Tsky称为有效天空温 度。其值与大气条件有关，其值范围可由冷的晴朗天空条件时的230K到暖和时的285K。在 夜间，大气发射是地球表面上唯一的投射福射源。
[0019] 由于太阳辐射是集中在光谱的短波区，而地球表面发射是在长得多的波长区，即 一个地球表面及物质的太阳吸收率可以不同于它的发射率。比值a/e是一个重要的工程 参数，如果希望表面排出热能，就要求低的比值。由表1看出：使用白色漆利于阻热、隔热， 同样条件下，使用黑色漆会造成表面温度明显高于涂白色漆。
[0020] 表1不同材料及涂层的吸收发射比
[0021]
[0022] 四、塔筒机舱围护结构内外热环境
[0023]《建筑工程建筑面积计算规范》GB/T50353-2005中规定：围护结构（envelop enclosure)是指围合建筑空间四周的墙体、门、窗等。构成建筑空间，抵御环境不利影响的 构件（也包括某些配件）。围护结构分透明和不透明两部分：不透明围护结构有墙、屋顶和 楼板等；透明围护结构有窗户、天窗和阳台门等。根据在建筑物中的位置，围护结构分为外 围护结构和内围护结构。内围护结构如隔墙、楼板和内门窗等，起分隔室内空间作用，应具 有隔声、隔视线以及某些特殊要求的性能。围护结构通常是指外墙和屋顶等外围护结构。 外围护结构包括外墙、屋顶、侧窗、外门等，用以抵御风雨、温度变化、太阳辐射等，应具有保 温、隔热、隔声、防水、防潮、耐火、耐久等性能。外围护结构的材料有砖、石、土、混凝土、纤维 水泥板、钢板、铝合金板、玻璃、玻璃钢和塑料等。外围护结构按构造可分为单层的和多层复 合的两类。单层构造如各种厚度的砖墙、混凝土墙、金属压型板墙、石棉水泥板墙和玻璃板 墙等。多层复合构造围护结构可根据不同要求和结合材料特性分层设置。通常外层为防护 层，中间为保温或隔热层（必要时还可设隔蒸汽层），内层为内表面层。各层或以骨架作为 支承结构，或以增强的内防护层作为支承结构。
[0024] 建筑"阳面（侧）"主要指向阳的南面（北半球），其次是指有日照条件的东西面， "背阴面"主要是指无日照条件的北面（北半球）。在风力机塔筒本体传热过程中，辐射换 热是重要的一个传热路线，它包括太阳辐射在塔筒表面的传递和在塔筒内表面间的热辐射 交换。它虽然也直接影响着人的冷热感觉，却不像空气温度那样容易被人觉察。
[0025] 太阳辐射以直射、散射两种方式到达塔筒本体外表面。在表面发生能量性质的转 化：辐射能转化成热能，在经热传导方式传递到塔筒内壁防腐涂层。如果温度高于塔筒内 空气温度，表面就会将热量释放到空气里。更重要的是：塔筒内有各种电力设备，电力传输 电缆、变压器、变流器以及电力补偿设备等各种产热热源。塔筒内封闭围护结构具备蓄热能 力，在夏季，塔筒内壁会对其内空气沿着上升高度方向以自然对流换热方式持续加热。没有 外界驱动力但仍然存在运动的情况，称之为自然对流或自由流动。引起流体这种运动的内 在力量是温度差或者（组分的）浓度差。后者属于传质问题。在夏季，塔筒内部空气接受 塔筒内壁持续加热、或接受内热源加热，将在塔筒内部造成空气温度差。引起自然对流的浮 升力实际上来自流体的密度梯度以及与该密度梯度成正比的体积力的联合作用。在地球引 力场范围内，最普遍存在的体积力是重力。在塔筒内不存在旋转运动导致的离心力，造成空 气密度梯度的原因就是温度差。
[0026] 太阳辐射热量在下午两、三点钟达到全天的最高值，此后气温又随太阳辐射热的 减小而下降，到下一个凌晨四、五点又达最低值。显然，在一段时间内，可以认为气温的热变 化是以24小时为周期的周期性波动。塔筒在中午时段持续接受太阳辐射加热，同时空气温 度较高，空气与塔筒外壁通过对流换热散失的热量较小，塔筒外壁有效吸收的热能较大。
[0027] 塔筒壁正午、正午后时段向阳侧持续接受太阳高辐射加热，经过塔筒传递到内壁， 造成内壁温度升高，内壁与塔筒内空气之间热交换，塔筒内壁温度越高，内部受热源加热后 的空气温度会越高。塔筒内的电气设备温升会超过上限，电器安全运行受到威胁。
[0028] 五、现有技术的问题
[0029] 现有技术公开了用包括压缩机组及蒸发器的冷却系统或者风扇进行冷却的技术。
[0030] 但是，现有技术都仅仅涉及机舱内散热，未涉及包含塔筒借助阳面与背阴面两侧 有温差，阻止两面之间的热传递在内的整机散热，因此，塔筒内在内部产热设备及外部太阳 辐射传热双重作用下被加热的空气上升，对机舱底部与塔筒对接环节起到"封堵"作用，夏 季运行必然在午后持续满功率发电时报出过温故障、请求停机或自动降低发电机出力。并 且现有技术中散热系统结构复杂，制造及运行成本高，需要消耗附加能量。 【实用新型内容】
[0031] 本实用新型的实施例提供一种用于产热设备的散热围护结构，以在不借助外界动 力、环保、无噪声、零能耗条件下主动降低围护结构内环境的空气温度，有效解决围护结构 内热量蓄积造成的空气温度超过产热设备允许的正常工作环境温度的技术问题。
[0032] 本实用新型的实施例还提供一种具有这种散热围护结构的风力发电机组。