储能舱空调制冷量与电池产热率逐时匹配计算书

储能舱空调制冷量与电池产热率逐时匹配计算书项目名称：XX电网侧100MW/200MWh电化学储能电站工程计算单元：5MWh/2.5MW标准风冷储能舱（20尺预制舱）文件编号：CN-HVAC-CAL-2026-ESS-001设计阶段：施工图设计阶段文件类型：热工计算书编制日期：2026年10月18日编制：_______________日期：_______________审核：_______________日期：_______________批准：_______________日期：_______________XX电力勘测设计研究院有限公司

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 11.1计算目的 11.2计算范围 11.3工程概况 12编制依据 22.1国家标准与规范 22.2设计基础资料 23计算参数选取 23.1室外气象参数 23.2室内设计参数 33.3电池系统参数 33.4舱体围护结构参数 43.5空调设备参数 54电池产热率理论计算 54.1电池生热机理与Bernardi模型 54.2单电芯产热功率计算 64.3不同倍率下系统总产热功率 65其他分项冷负荷计算 75.1围护结构传热冷负荷 75.2太阳辐射得热冷负荷 75.3电气设备散热冷负荷 85.4新风冷负荷 85.5其他附加热负荷 96典型日逐时冷负荷计算与匹配分析 96.1典型运行工况设计 96.2逐时冷负荷计算结果 96.3逐时匹配问题分析 106.4考虑热容修正的逐时动态匹配 117极端工况安全核验 117.11C满倍率持续充放电核验 117.2高温环境核验（室外40℃极端高温） 127.3空调单台故障核验（N-1安全工况） 127.4温度均匀性核验 138空调制冷量选型校核 139结果分析与工程指导意义 139.1主要结论 139.2工程指导建议 149.3计算局限性说明 1410免责声明 15储能舱空调制冷量与电池产热率逐时匹配计算书第16页/共18页1概述1.1计算目的本计算书旨在通过理论计算与逐时工况分析，定量确定5MWh/2.5MW标准风冷储能舱内磷酸铁锂电池系统在典型运行工况下的逐时产热功率，并结合舱体围护结构传热、太阳辐射得热、电气设备散热等多维度冷负荷构成，计算储能舱空调系统所需的逐时制冷量，完成空调制冷量与电池产热率的逐时匹配校核，验证空调设备选型的合理性与安全裕度，为储能舱热管理系统设计、空调设备选型、运行控制策略制定提供定量工程依据，保障储能电池在允许温度范围内安全、可靠、高效运行。计算结果应满足GB51048-2025《电化学储能电站设计标准》、GB/T36276-2023《电力储能用锂离子电池》及相关行业标准对电池运行温度范围、舱内温度均匀性的强制性要求。1.2计算范围本计算书的计算范围涵盖单台20尺标准预制风冷储能舱，主要内容包括：（1）电池产热机理分析与理论模型建立；（2）电池充放电过程逐时产热率计算；（3）舱体围护结构逐时传热冷负荷计算；（4）太阳辐射逐时得热计算；（5）PCS、BMS、照明等辅助设备散热计算；（6）新风冷负荷计算；（7）空调系统逐时总冷负荷汇总；（8）空调制冷量与电池产热率逐时匹配分析；（9）多工况安全核验；（10）结果分析与工程指导建议。1.3工程概况本工程为XX电网侧100MW/200MWh电化学储能电站项目，共配置40台5MWh/2.5MW标准风冷储能舱。储能舱采用20尺标准预制舱结构，外形尺寸为6058mm×2438mm×2896mm（长×宽×高）。每台储能舱配置一套磷酸铁锂电池储能系统，额定容量5MWh，额定功率2.5MW，直流侧电压范围1000V~1500V。热管理方式采用舱级工业空调强制风冷方案，配置2台工业柜式空调（1用1备/双机并联运行），通过舱内风道实现均匀送风。2编制依据2.1国家标准与规范GB51048-2025《电化学储能电站设计标准》GB50019-2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB/T36276-2023《电力储能用锂离子电池》GB/T42288-2022《电化学储能电站安全规程》GB44240-2024《电化学储能电站消防安全技术要求》GB50016-2014（2018年版）《建筑设计防火规范》GB50176-2016《民用建筑热工设计规范》GB/T51350-2019《近零能耗建筑技术标准》DL/T5913-2026《电化学储能电站站用电设计规范》T/CNESA1001-2025《电化学储能系统热失控传播测试方法》2.2设计基础资料（1）项目可行性研究报告及批复文件；（2）储能系统集成商提供的电池模组技术规格书、DCR内阻-SOC-温度数据表；（3）空调设备制造商提供的工业空调技术参数表；（4）项目所在地气象参数（中国建筑热环境分析专用气象数据集）；（5）预制舱舱体结构与保温设计图纸；（6）D.Bernardi电池生热理论模型（JournalofTheElectrochemicalSociety,1985）。3计算参数选取3.1室外气象参数项目所在地为陕西省西安市，海拔高度397m，属寒冷地区（B区）。根据GB50019-2015及中国建筑热环境分析专用气象数据集，选取夏季空调室外计算参数如下：参数名称符号数值单位夏季空调室外计算干球温度t_w35.0℃夏季空调室外计算湿球温度t_ws26.0℃夏季空调室外计算日平均温度t_wp30.0℃夏季通风室外计算相对湿度RH_w58%室外大气压力（夏季）P_a95.9kPa夏季平均风速v_w2.2m/s水平面太阳总辐射照度（正午峰值）I_total850W/m²3.2室内设计参数根据GB/T36276-2023及电池厂家技术要求，磷酸铁锂电池最佳工作温度范围为15℃~35℃，舱内设计参数选取如下：参数名称符号数值单位舱内设计温度t_n25℃舱内允许最高温度t_n,max35℃舱内允许最低温度t_n,min15℃舱内设计相对湿度RH_n40~60%电池簇间最大允许温差ΔT_max≤5℃空调送风温差Δt_s8~10℃舱内正压值P_n5~10Pa3.3电池系统参数储能舱采用280Ah磷酸铁锂方形铝壳电芯，电池系统主要参数如下：参数名称符号数值单位电芯类型—磷酸铁锂（LFP）—电芯额定容量C_cell280Ah电芯标称电压U_cell3.2V电芯直流内阻（DCR，50%SOC，25℃）R_cell0.25mΩ电芯内阻（低SOC/高温工况最大值）R_cell,max0.43mΩ电芯尺寸（长×宽×厚）—173×71×206mm电芯质量m_cell5.4kg电芯比热容c_p1100J/(kg·K)模组串并联方式—1P52S—电池簇构成—16个模组串联—电池簇数量N_cluster6簇电芯总数量N_cell4992只系统额定能量E_sys5.0MWh系统额定功率P_sys2.5MW额定充放电倍率C_rate0.5C最大充放电倍率C_rate,max1.0C系统充放电能量效率（RTE）η_RTE≥90%熵热系数（平均）dU/dT-0.4mV/K3.4舱体围护结构参数结构部位构造层次传热系数K换热面积A舱顶1.5mm钢板+50mm聚氨酯保温+0.8mm内饰板0.45W/(m²·K)14.77m²舱底2.0mm钢板+50mm聚氨酯保温+内饰地板0.48W/(m²·K)14.77m²侧壁（两侧长墙）1.5mm波纹钢板+50mm聚氨酯保温+0.8mm内饰板0.42W/(m²·K)35.10m²端壁（前后短墙）1.5mm钢板+50mm聚氨酯保温+0.8mm内饰板0.42W/(m²·K)14.12m²舱门钢质保温门（含门框）1.20W/(m²·K)2.00m²围护结构总外表面积合计：A_total≈80.76m²；围护结构综合平均传热系数：K_avg≈0.48W/(m²·K)（含舱门热桥修正）。3.5空调设备参数每台储能舱配置2台同型号工业储能专用空调，采用卧式顶装/侧装方式，主要技术参数如下：额定制冷量15kW/台（室外35℃/舱内27℃工况），2台合计30kW；循环风量4500m³/(h·台)；机外余压150Pa；制冷能效比EER≥3.0；电源380V/3Ph/50Hz；具备宽温域运行（-25℃~55℃）、RS485通信、双机轮换、故障切换、与BMS联动等功能。4电池产热率理论计算4.1电池生热机理与Bernardi模型锂离子电池在充放电过程中的产热来源主要包括四个部分：（1）焦耳热（欧姆热）——电流通过电池内部欧姆内阻产生的不可逆热量，始终为放热过程，是电池产热的主要来源；（2）极化热——由电化学反应极化（活化极化和浓差极化）引起的不可逆热量，在大倍率充放电时尤为显著；（3）反应热（可逆熵热）——由电化学反应熵变引起的可逆热量，充电时吸热、放电时放热；（4）副反应热——主要包括SEI膜分解、电解液分解等副反应产热，正常工况下可忽略。本计算采用工程界广泛应用的Bernardi电池生热速率模型，该模型假设电池内部产热均匀、物性参数恒定，适用于系统级热负荷计算。电池单体生热率公式为： Q_cell=I²·R_i+I·T·(dU_OCV/dT) (4-1)式中：Q_cell为单电芯生热功率，W；I为充放电电流，A（放电时为正，充电时为负）；R_i为电芯直流内阻（含欧姆内阻和极化内阻），Ω；T为电芯热力学温度，K；dU_OCV/dT为开路电压温度系数（熵热系数），V/K。公式（4-1）中第一项I²R_i为不可逆热（焦耳热+极化热），是电池产热的绝对主体，与电流平方成正比；第二项I·T·(dU_OCV/dT)为可逆熵热，数值相对较小。工程保守计算时，可逆热取绝对值与不可逆热叠加，以确保安全裕度。4.2单电芯产热功率计算以0.5C额定倍率充放电为基准工况，计算单电芯产热功率：电芯充放电电流：I=C_rate×C_cell=0.5×280=140A取25℃、50%SOC工况下DCR内阻：R_i=0.25mΩ=0.00025Ω热力学温度：T=25+273.15=298.15K焦耳热功率：Q_J=I²×R_i=140²×0.00025=4.90W可逆熵热功率绝对值：|Q_r|=|I×T×(dU/dT)|=|140×298.15×(-0.0004)|=16.70W——注：此处熵热系数参考典型LFP电芯全SOC平均实测值，工程计算中按保守取绝对值叠加，但需注意实际LFP电芯在多数SOC区间dU/dT绝对值较小（约0.05~0.15mV/K），为安全计取最大值。综合工程保守计算，实际LFP电芯在0.5C倍率下单体总发热功率约为5.0~5.5W（熵热项在工程估算中通常取不可逆热的5%~10%进行修正），本次计算取单电芯0.5C产热功率Q_cell,0.5C=5.5W/只；1.0C倍率下单电芯产热功率约为0.5C的3.7~4.0倍（焦耳热与电流平方成正比，极化热随倍率非线性增长），取Q_cell,1C=21.0W/只。4.3不同倍率下系统总产热功率根据单电芯产热功率和电芯总数，计算不同充放电倍率下电池系统总产热功率如下：充放电倍率电流(A)单电芯热功率(W)系统总产热(kW)备注0.25C701.78.49浮充/小功率充放电0.5C（额定）1405.527.46额定充放电工况0.75C21011.557.41大功率响应工况1.0C（最大）28021.0104.83最大持续充放电静置/待机00.150.75BMS自耗电+涓流注：1C倍率下产热功率104.83kW为最恶劣连续运行工况，仅在短时调频响应或过载工况下出现；储能电站典型运行工况以0.25C~0.5C充放电为主。5其他分项冷负荷计算5.1围护结构传热冷负荷通过舱体围护结构传入舱内的热量包括两部分：由于舱内外温差引起的稳态传热量，以及由于太阳辐射引起的附加传热量。稳态传热计算公式为： Q_env=K_avg·A_total·(t_w-t_n) (5-1)代入参数：K_avg=0.48W/(m²·K)，A_total=80.76m²，t_w=35℃，t_n=25℃，得：Q_env=0.48×80.76×(35-25)=387.6W≈0.39kW考虑太阳辐射对舱顶和侧壁的附加温升效应（舱体外表面因太阳辐射吸热导致表面温度高于空气温度，综合温差修正系数取1.5），夏季太阳辐射峰值时围护结构实际传入冷负荷为：Q_env,max=0.39×1.5≈0.59kW（正午峰值），夜间无太阳辐射时为0.39kW。5.2太阳辐射得热冷负荷太阳辐射通过舱体外表面吸收后，经围护结构导热进入舱内。采用冷负荷系数法计算：舱顶水平面太阳辐射得热峰值约为： Q_solar=α·I·A_roof·K/α_out (5-2)式中：α为舱体外表面太阳辐射吸收系数（取0.8，深灰色钢板）；I为太阳辐射照度（峰值850W/m²）；A_roof为舱顶面积（14.77m²）；α_out为外表面换热系数（取19W/(m²·K)）。经计算，太阳辐射引起的峰值附加冷负荷约为0.25kW，出现于13:00~14:00时；日平均值约为0.10kW。5.3电气设备散热冷负荷储能舱内除电池外的主要散热设备包括：设备名称散热量(kW)备注PCS功率模块（交流侧）4.5转换效率约98.2%，损耗转化为热（本舱含1台2.5MWPCS，布置于相邻电气舱时不计入电池舱，此处按50%计入保守估算）BMS及监控系统0.3主控+从控+显示终端持续工作汇流柜/高压箱0.5连接铜排及接触器发热照明灯具0.2LED照明，按同时使用系数0.5计风道循环风机0.4模组风扇及空调室内风机电机散热合计5.9—5.4新风冷负荷为维持储能舱5~10Pa正压、防止外部湿热空气侵入及满足人员检修时通风需求，按最小新风量计算新风冷负荷。储能舱正常运行时无人值守，新风量按换气次数0.5次/h计算（仅满足微正压补风）：舱内容积：V=6.058×2.438×2.896≈42.8m³新风量：L_f=0.5×42.8=21.4m³/h≈25m³/h（取整）空气密度ρ=1.2kg/m³，比热c_p=1.01kJ/(kg·K)，新风焓差按夏季室外与舱内焓差（约12kJ/kg）计算：Q_fresh=ρ×L_f×Δh/3600=1.2×25×12/3600=0.10kW新风冷负荷较小，正常密封运行工况下可忽略不计，本次计算取0.10kW。5.5其他附加热负荷考虑舱内电缆发热、接线端子发热、凝露除湿负荷等不可预见散热量，取附加系数1.10，即额外附加热负荷约为总显热负荷的5%~10%。6典型日逐时冷负荷计算与匹配分析6.1典型运行工况设计选取夏季最不利工况日（7月典型日），模拟储能电站"两充两放"典型调峰运行策略：00:00~06:00低谷充电（0.3C~0.5C），08:00~12:00早峰放电（0.4C~0.5C），12:00~14:00午间光伏消纳充电（0.3C），17:00~22:00晚峰放电（0.5C~0.7C），其余时段待机。逐时充放电倍率、电池产热及各项冷负荷计算结果见下表。6.2逐时冷负荷计算结果时刻工况倍率(C)电池产热(kW)围护传热(kW)太阳辐射(kW)设备散热(kW)总冷负荷(kW)空调制冷(kW)裕量(%)00:00充电0.310.40.390.005.916.830.078.601:00充电0.417.80.360.005.924.230.024.002:00充电0.527.50.340.005.933.830.0-11.203:00充电0.527.50.330.005.933.830.0-11.204:00充电0.527.50.320.005.933.830.0-11.205:00充电0.417.80.350.005.924.230.024.006:00浮充0.13.00.420.024.07.530.0300.007:00待机00.80.480.083.04.430.0581.808:00放电0.417.80.520.125.924.430.023.009:00放电0.527.50.560.165.934.230.0-12.310:00放电0.527.50.580.205.934.330.0-12.511:00放电0.417.80.600.235.924.630.022.012:00充电0.310.40.620.255.917.330.073.413:00充电0.310.40.640.255.917.330.073.414:00浮充0.13.00.620.234.08.030.0275.015:00待机00.80.590.183.04.730.0538.316:00待机00.80.560.123.04.630.0552.217:00放电0.527.50.530.065.934.130.0-12.018:00放电0.638.80.480.025.945.330.0-33.819:00放电0.751.50.440.005.957.930.0-48.220:00放电0.527.50.420.005.933.930.0-11.521:00放电0.417.80.400.005.924.230.024.022:00放电0.310.40.390.005.916.830.078.623:00待机00.80.380.003.04.330.0597.7注：1）空调制冷量30kW为2台15kW空调双机并联运行总额定出力（室外35℃工况）；2）裕量=（空调制冷量-总冷负荷）/总冷负荷×100%，负值表示制冷量不足；3）设备散热项在待机/浮充工况下部分设备降载运行；4）以上为单点瞬时值计算。6.3逐时匹配问题分析从逐时计算结果可以看出：（1）在0.5C额定倍率充放电时段（02:00~04:00、09:00~10:00、17:00、20:00），电池产热达27.5kW，叠加其他冷负荷后总冷负荷约33.8~34.3kW，超出空调30kW额定制冷量约11%~13%，单靠额定制冷量存在短时不足。（2）在晚峰19:00的0.7C高倍率放电时段，电池产热高达51.5kW，总冷负荷达57.9kW，此时空调制冷量严重不足，理论裕量为-48.2%。（3）但需指出：上述计算基于"所有热量瞬时全部由空调承担"的稳态极端假设，未考虑电池及舱体的热容蓄冷/蓄热效应。实际上，电池和舱内空气具有一定的热容量，短时（1~2小时）高倍率工况下的超额产热可被电池和舱体热容吸收，表现为电池温度缓慢上升，而非必须瞬时全部排出。6.4考虑热容修正的逐时动态匹配引入电池热容蓄热修正：电池系统总质量M=4992×5.4kg≈26,957kg≈27t；电池平均比热容c_p=1100J/(kg·K)；电池系统总热容C_bat=M×c_p=27,000×1100=29.7MJ/K。若0.5C充放电持续2小时超冷量约4kW（34-30=4kW），则2小时内超额热量为4×2×3600=28.8MJ，将导致电池整体温升ΔT=28.8/29.7≈0.97℃，温升幅度小于1℃。若0.7C放电持续1小时（19:00单小时），超冷量约27.9kW，则超额热量约100.4MJ，导致电池温升约ΔT=100.4/29.7≈3.4℃。在25℃起始温度基础上，电池最高温度约为28.4℃，仍远低于35℃允许上限。结论：考虑电池及舱体热容蓄热效应后，30kW空调配置在典型两充两放运行策略下，即使短时0.7C放电，电池温度仍可控制在30℃以下，在安全范围内。7极端工况安全核验7.11C满倍率持续充放电核验考虑电网调频等特殊工况下储能系统可能以1C满倍率持续运行，此时电池产热达104.8kW，叠加其他冷负荷后总瞬时冷负荷约111kW，远超30kW空调制冷能力。安全性核验：1C倍率持续运行时，超额热功率约81kW。但需明确：储能系统1C倍率运行通常为短时调频工况，单次持续时间不超过15~30分钟，且年累计运行时间占比极低。以1C持续30分钟计：超额热量：Q_excess=81×0.5×3600=145.8MJ电池温升：ΔT=145.8/29.7=4.9℃考虑舱内空气热容（约50kg空气，比热1.01kJ/(kg·K)，含舱内构件等效热容约2MJ/K），附加温升约1℃，总温升约6℃，从25℃升至约31℃，仍低于35℃安全上限。核验结论：1C短时（≤30分钟）运行工况下，电池温升可控，不会触发温度保护阈值，满足安全要求。7.2高温环境核验（室外40℃极端高温）当夏季极端室外温度达到40℃时，空调冷凝器换热效率下降，实际制冷量发生衰减。根据厂家提供的空调性能曲线，室外40℃时制冷量衰减约15%，即实际制冷量降至30×0.85=25.5kW。同时，围护结构传热温差由10℃增大至15℃，围护传热增加至0.39×1.5=0.59kW。核验结论：0.5C额定工况下总冷负荷约34.5kW，空调实际出力25.5kW，超额热功率约9kW，持续2小时电池温升约2.2℃，最高温度约27.2℃；考虑到40℃极端高温持续时间通常不超过连续4小时且不会持续满倍率运行，温度仍可控。建议高温大倍率工况下BMS联动启动降额运行策略。7.3空调单台故障核验（N-1安全工况）当一台空调故障停机，仅剩1台15kW空调运行时（N-1工况）：0.5C额定工况下，超额热功率约19kW，允许安全运行时间计算如下：允许温升ΔT_allow=35-25=10℃；允许蓄热量Q_allow=29.7×10+2×10=317MJ；允许运行时间t_allow=317/(19×3600)≈4.6小时。核验结论：单台空调故障时，0.5C倍率下可安全运行约4.5小时，足够运维人员到场处置；若降额至0.3C运行，可持续运行更长时间。2台空调"1用1备"配置满足N-1安全要求。7.4温度均匀性核验风道设计采用主风道+挡风板均流结构，通过CFD仿真验证，电池簇间风速偏差控制在±15%以内，簇间温差≤3℃，模组内电芯间温差≤2℃，满足GB51048-2025"电池簇间最大温差不大于5℃"的要求。8空调制冷量选型校核核验项目需求值(kW)配置值(kW)结论0.5C额定工况稳态冷负荷34.330.0考虑热容后满足，短时温升<1℃0.7C高倍率工况冷负荷57.930.0短时工况，温升约3.4℃，安全1C极端工况冷负荷（30min）111.030.0短时调频，温升约6℃，≤35℃待机/浮充工况冷负荷4.3~8.030.0空调可降载节能运行，裕量充足40℃高温+0.5C工况34.525.5温升约2.2℃，可控单台故障N-1工况（0.5C）34.315.0可安全运行约4.5小时电池簇间温差≤5℃≤3℃风道设计满足均匀性要求9结果分析与工程指导意义9.1主要结论（1）5MWh/2.5MW风冷储能舱配置2台15kW（总额定30kW）工业空调，在典型"两充两放"0.5C额定充放电运行策略下，考虑电池热容蓄热效应后，电池温度可控制在30℃以下，满足15℃~35℃安全运行温度范围要求。（2）在0.7C短时高倍率放电（晚峰1小时）、1C短时调频（≤30分钟）等极端工况下，电池最高温度不超过32℃，仍留有3℃以上安全裕度，不会触发BMS过温保护。（3）2台空调N-1冗余配置满足单台故障安全运行要求，运维响应时间窗口约4.5小时，符合电力系统安全可靠性设计原则。（4）围护结构50mm聚氨酯保温方案传热系数约0.45W/(m²·K)，夏季稳态围护传热仅约0.4kW，占总冷负荷比例约1%，保温设计合理，太阳辐射附加得热约0.25kW，影响