龙滩水电站通风空调设计

摘要： 通过对龙滩水电站机组运行方式，水库水温分析，夏季厂内冷负荷计算，厂内散湿量计算等结果来拟定通风空调系统方案，进行详细的经济技术对比分析。

1. 概述

龙滩水电站位于华南西北地区广西天峨县境内，距南宁、柳州、贵阳约260Km，于西江上游红水河上，库区多年平均气温20.1℃，历年最高月平均气温 27.1℃，多年平均相对湿度80%，极端最高气温38.9%，极端最低气温-2.9%，多年平均降雨量1343.5mm，降雨主要集中在4~10 月，6~8月为大暴雨季节，属付热带季风气候区。

电站正常蓄水位375m（后期400m），死水位330m（后期340m），水库总库容162.1亿m3（后期272.2亿m3），为年调节型水库（后期 为多年调节型），总装机容量5400MW，共装设单机容量600MW水轮发电机组9台（包括后期预留2台），设于左岸地下厂房内。

地下厂房由主机洞、主变洞及母线洞组成。主机洞长388.5m，宽28.5m，高31.0m，主变洞长388.5m，宽18.0m，高18.0m。中控楼副厂房及全厂开关站均设于地面。

2. 设计依据

2.1 室外冬夏气温资料

室外气象参数根据天峨县水文站1977年~1986年气象统计资料确定见表2.1-1及2.2-2。

表2.1-1室外气温资料

表2.2—2 室外月平均气象参数统计表

注：表中后三项查大气压为993.25mbar的焓湿图而得。

2.3 室内设计参数

本电站主要地区确定室内设计参数见表2.3—1。

表2.3—1 室内设计参数

3. 机组运行方式

龙滩水电站装机共9台,不可能随时都满负荷运行, 机组运行方式直接影响到厂内热负荷的大小,也就是直接影响到通风空调系统容量的设置.对于地下厂房,大家过去一直有一种错误的认识,以为热负荷估算的偏 大,则系统风量偏大,是偏于安全的设计。实际上,对于不同的地区,情况是不一样的,比如龙滩水电站，属于高热高湿地区，而其水库又是高坝大库，水库深层水 温较低，全年大部分时间（冬季除外）室外空气进到厂内，遇到表面温度低的水机管道就会结露，在这种情况下，通风量越大，则结露越厉害，厂内越潮湿，即通风 量大，对厂内降温有利，却对除湿不利。另外，通风量大，相应通风空调系统容量也大，设备初投资及运行费用也大。所以我们应根据机组运行方式，合理制定厂内 热负荷。

由于电站机组运行台数由电网调度确定，现在只能根据规划确定一个大概的范围。规划处提供的本电站1~12月多年平均等效开机台数见表3—1。

表3—1 各月多年平均等效开机台数

4. 水库水温分析

水电站水库深层低温水是空调最佳冷源，简便易得，经济实惠。龙滩水电站水库水温究竟能否对空气进行降温除湿处理将对制定系统方案起着重要作用。

根据天峨县水文站水文气象资料统计及电站水库调节性能，本电站水库深层水温分析如下：

1）龙滩水电站水库库容为162.1亿m3（后期272.2亿m3）,水库水温结构采用径流与库容比值α及洪水量与库容比值β来判别。正常蓄水位375m 时，α和β值分别为3.18和0.46（后期400蓄水位时，α和β值分别为1.88和0.27）。由α值小于10，β值小于0.5，可知龙滩水库为稳定 的分层型水库，洪水对库内水温结构没有影响，全年均能获得深层低温水作空调冷源。

2）根据库区多年气象参数统计资料分析，库区最冷月平均气温为11.8℃，水库的深层水体，是冬季流入水库的低温水，扰动较少，受气候影响小，全年水温变 化幅度不大。根据水库结构及库容对水库水温分析可得水温分析曲线，当采用压力钢管取水时，水温大约为15℃。

3）根据东北勘测设计院经验公式对水库水温分析计算,可知水深70m处水温几乎等于库底水温。

4）根据我们掌握的国内外已建成的同类型相近纬度的水库实测资料也可从侧面证明这一点。

5．夏季厂内冷负荷

根据室内设计参数及一次专业提供的电气设备型号规格计算设备传热，同时按规划处提供的机组运行方式，多年平均等效开机台数最多为9月4.6台，考虑到一定的安全系数，取n=6 计算设备传热。

综合全厂设备传热及围护结构传热，夏季厂内冷负荷见表5.1-1。

表5.1-1 夏季厂内冷负荷

注:主变洞及出线洞未计围护结构吸热。

6. 厂内散湿量

电站厂房防潮除湿设计和运行中的重要课题, 厂房湿度过大,会给设备运行及工作人员健康带来严重危害。根据国内已建成水电站的实际经验，地下厂房最可能潮湿的地方是主厂房，母线洞及主变洞由于其发热 量大，室内温度较高，一般不存在潮湿问题。地下厂房围岩即是围护结构散湿面,根据水工及地质专业提供的资料, 本电站主厂房围护结构类型可统一按板岩无衬砌考虑,经计算, 主厂房围护结构散湿量见表6-1。

表6-1 主厂房围护结构散湿量

根据上述计算数值，我们可以得出本电站主厂房内空气热湿比约为9000kcal/kg。洞外空气（假设不经过任何处理）进到洞内，将升温加湿（相对湿度 减少，绝对湿度增加），但根据空气热湿比查焓湿图可知，加湿幅度极其有限，几乎可以忽略，因为在焓湿图上，热湿比线ε几乎是一根垂直线。

龙滩水电站究竟将来是否存在潮湿问题呢？由上计算可知厂内散湿量可忽略不计，也就是说厂内是否潮湿将取决于新风品质。我们通常用相对湿度来衡量空气品质， 对舒适性空调，相对湿度一般控制在40%~60%，按《水力发电厂采暖通风和空气调节设计技术规定》，水电站厂房室内相对湿度一般控制在75%以下。然 而，在许多已建电站中，虽然厂房室内相对湿度并未超出上述标准，而且室外空气品质也较好,但厂房内仍然很潮湿,比如湖南的东江水电站,凤滩水电站等,究其 原因,其实是绝对湿度的影响。水电站有一个特点，就是水力机械管道遍布全厂，而这些管道里为了保证取水的可靠，都是取自水库深层的水，对于一些象东江水电 站及凤滩水电站这样的高坝大库，水库深层水温很低，远远低于空气露点温度，所以水机管道壁面不可避免的要结露，新风源源不断地进入厂内,管道不停地结露, 造成了厂房内的潮湿。在这种情况下，就不能单纯地用相对湿度来衡量了,只有降低室内空气的绝对湿度（也就是降低其露点温度），才能从根本上解决厂内潮湿问 题。

在国内已建水电站中，大都采用在供排水管道外包扎保温材料的办法来解决水机管道结露问题。外层包扎也的确能减少管道外表面结露,但由于水机管道上有许多形 状不规则的管件，如阀门、滤水器等等，所以无论怎样包扎，都不能保证管道表面跟外部空气完全隔绝，这就是说管道与保温层之间仍然存在结露问题,所以过一段 时间后,启开保温层,水管表面大部分均已锈蚀,结露问题又转化为锈蚀问题。龙滩水电站坝前取水水温夏季约为15℃左右，而从表2.2-1可以看到，夏季 5~9月室外空气露点温度均远远大于15℃，这就意味着龙滩水电站将来也必定存在管道结露问题。考虑到目前许多已建的有管道结露题问题的电站都在进行空调 改造，对于龙滩水电站这样的大型电站，我们决定采用治本的办法，即采用具有良好除湿效果的空调设备，对进入厂房的新风进行降温去湿，从而从根本上消除结露 和潮湿现象，达到改善工作环境的目的。

7. 通风空调系统方案拟定

龙滩水电站是我国目前已建和在建水电站中居前列的大型电站,虽然现在水电站都在向无人值班方向发展,但由于本电站机组台数多,检修任务必然比一般中、小型 水电站繁重,常年有不少维修人员 及一定数量的值守人员在厂内工作,需要有一个良好的工作环境；另外，现在的电气设备大量采用计算机自控技术，设备对环境的 要求也较过去有所提高。为此，决定主机洞采用全空调方案，利用专用进风洞送风到主厂房拱顶，母线洞重复使用主机洞来风，通过专用风道将热风排出厂外；主变 洞由于设备对温度的要求标准低一点，加上考虑到由交通洞自然进风可以有较好的进风参数，所以采用自然进风、机械排风的通风方式，利用主变拱顶施工支洞作为 排风洞。

7.1 通风空调气流通道

通风空调气流通道对地下厂房来说是相当重要的，其设置必须满足通风空调的需要，在实际开挖中又必须可行，且应该尽量跟已有的施工洞室结合，以便减少开挖， 节省工程量。按照龙滩水电站厂房结构特点,经与水工及施工专业反复磋商,最后确定本电站通风空调气流通道如下：全厂设二条进风洞，六条排风洞。一条进风洞 为与主厂房拱顶垂直，高程为261.00m，主空调设备设在洞内；另一条进风洞为进厂交通洞，自然进风，洞口设进风楼，内设除尘设施，同时控制交通洞内风 速在3m/s以下，以避免人的吹风感及避免扬起灰尘。排风洞一条设在主机洞与主变洞之间，高程为255.70m，并与该二洞平行，该排风洞有九个小竖井分 别与九条母线洞相通，排风机设在洞口排风机室内，正常排风与事故排烟兼用；另一条排风洞为主变拱顶施工支洞，在主变拱顶端头，排风机设在洞口排风机室内， 正常排风与事故排烟兼用；第三条设在主机洞上游侧231.00m高程，与主机洞平行，为发电机排烟廊道兼紧急出口廊道（中间隔开）；其余三条排风洞为电缆 出线廊道，有少量通风排除电缆余热，排风机设在廊道末端。

为实现预期风路和气流走向，主要靠送排风机及辅助风机控制风量，少数地方靠阀门调节及设密闭门的措施来实现，还有的地方靠风口面积来分配。

7.2 主机洞全空调系统

在拟定本电站房主机洞空调方案时，可研阶段曾进行了多方案的比选,后决定采用水库深层水表冷器降温除湿集中空调方案。可研补充阶段经进一步优化论证，并吸 取了其他己建电站的经验教训，以及听取了国内水电暖通专家的意见，最后决定采用水库深层水一级表冷器降温除湿、机械制冷二级进一步降温除湿的方案。该方案 虽然较原方案耗能,但具有更高的可靠性。对于龙滩水电站这样的大型电站，毕竟可靠性是应摆在第一位的。如果不增加机械制冷，由于水库深层水温是一个分析 值，假如实际水温在15℃以下，则厂内将存在严重的结露问题；假如实际水温在15℃以上，则厂内温度将高于设计值。由此可见，增加机械制冷是非常有必要 的。

夏季主机洞所需冷负荷为1134kW，母线洞所需冷负荷为1503kW。如果将室外空气处理到20℃，考虑0.5℃的风机温升，经计算需要 600000m3/h；同样，如果将室外空气处理到22℃，经计算需要680000m3/h。两种方案均按4台组合机组设计,单台设备有关参数见表 7.2-1。

表7.2-1单台组合式空调机组设计参数

续表表7.2-1

由上表可以看出，方案一与方案二均能满足设计要求。方案一比方案二节能经济，方案二比方案一系统参数更使人舒适，考虑到现在电站向无人值班方向发展，由此设备运行可靠和节能更显的重要，最终决定选择方案一。

7.3 主变洞通风系统

夏季主变洞所需冷负荷为1832kW，出线洞所需冷负荷为647kW，经计算交通洞末端夏季最高温度变化值为28.1℃，主变洞需要自然进风量为960000m3/h。