抽水蓄能电站通风空调设计中若干问题的探讨
摘要：结合广州、惠州抽水蓄能电站对抽水蓄能电站通风空调设计中存在的问题进行了探讨。
随着国家电力事业的蓬勃发展，火电、水电以及核电等多种形式能源的开发，社会总装机容量的扩大，使得供电峰谷平衡的难题日益显露出来。因此近十年以来，全国新建了许多抽水蓄能电站，如北京十三陵、浙江天荒坪以及广州抽水蓄能电站等，目前即将建设的还有山东省的泰安、广东省的惠州和深圳抽水蓄能电站等。广东省水利水电勘测设计研究院作为广州抽水蓄能电站的设计单位，在设计及运行过程中得到一些经验教训，现介绍如下。
1通风系统设计对地下洞室群枢纽布置的影响
抽水蓄能电站大多深埋在地下几百米处，主要建筑由主、副厂房，主变洞和母线洞，以及进厂交通洞、出渣洞、施工支洞等洞室群组成（见图1）。
对一般通风系统设计而言，最简单、最经济的是只采用交通洞进风，出渣洞排风的方式。这种方式的缺点是新风的空气质素无法保证，因为交通洞承担交通任务，每日车辆不断，汽车尾气和灰尘很大。目作者的健康不利。
根据这种情况，在惠州抽水蓄能电站的设计中，不采用交通洞进风，而采用一种方式是出渣洞进风，专用竖井排风；另一种是将出渣洞分隔成3部分，两进一出。第一种方式通风效果最好，且存在自然通风的可能，但需另开挖一条竖井，投资较大及工期长；后一种虽然通风效果没有第一种好，但技术经济比较均衡。初步设计采用了后一种方式。
2新风经地下隧道的温度变化
由于新风都要经过较长的隧道进入，一般的地下厂房隧道长度均在数百米到上千米，洞外空气流经地下隧道必然与岩石壁面进行热、湿交换，空气参数会发生变化。
表1为惠州抽水蓄能电站通风计算时在几种风量下的末端空气温度。
从表中可以看出，隧道的长度越长，末端空气温度越接近岩石温度，而且在室外10℃～32℃的温度变化中，室内温度基本处于恒定。
实际上，根据对广州抽水蓄能电站的一些测试，空气通过隧洞岩壁的温度变化也证实了上面的计算成果，表2为通风量180000m3／h、隧道截面积47m2时的实测数据。
通风隧洞岩石温度测点布置如图2：
3关于通风空调工况转换的判定
由前面的新风经地下隧道的温度变化可以看出，经过较长洞室的温升或温降，进入洞内的温度和湿度基本都处于恒定状态（26℃，95％）；而地下厂房的发热量仅为机电设备及照明发热量，不受洞外季节变化影响，仅与运行方式有关。如采用洞外温度作为工况转换标准（目前大多数电站都采用温度控制），则没有意义，因为洞内端部入口温度基本恒定，而且在通风季节冷水机组不开，而所有发电机组全开时无法保证厂房的温、湿度要求；如采用发电机机组运行台数作为工况转换标准，虽然与负荷变化相一致，可以降低空调能耗，但由于发电机机组运行方
式不恒定，波动较大，会造成空调系统频繁的开停，影响空调系统正常运行。考虑到每年5～9月发电机组全开的可能性较大，为空调系统运行平稳，控制方便，每年5～9月定为空调季节，其余为通风季节。为保证在通风季节里厂房的温、湿度都能达到要求，发热量较大的地点设置自带冷源的空调机组，在达不到要求时投入运行。
4气流组织
由于地下建筑的特殊情况，气流组织不像地面建筑，形式可以多样，归纳起来有以下几种。
（1）顶部天花矩形送风口下送、多层串联，回风通过几层间的楼梯或吊物孔再由最上一层的天花排风口排走。其特点是上一层的排风为下一层的送风，这种形式的好处是送风管可以布置在天花上，布置容易方便；而且冷空气下送，吸收发电机层的发热量，这样发电机层的排风温度较低，其温、湿度标准也较其余层高；缺点是送风量较第二种方式的大，设备容量和管路系统也变大，这种形式的典型电站有天荒坪抽水蓄能电站（见图3）。
（2）各层矩形送风口横向侧送，回风通过几层间的楼梯或吊物孔再由最上一层的天花排风口排走。其特点是空调风直接送至各层，好处是送风量较小，但风管布置不易，容易与机电其他专业管线打架；而且发电机层的温、湿度标准较第一种方式的高，这种形式的电站有广州抽水蓄能电站一期工程（见图4）。
（3）各层端部矩形送风口纵向侧送，回风通过各层另一端排风口排走。其特点是形成纵向风，好处是容易布置，但只限于交通洞一侧进风，副厂房一侧排风，因为交通洞一般是不作为排风使用的；缺点是在纵向气流的末端空气温度较高，温度场不均匀，这种形式的电站有广州抽水蓄能电站二期工程（见图5）。
以上几种气流组织都经过模型试验或实际运行的验证，效果都较好。但在最近对电厂的回访中发现，电厂为改善 厂房内的噪音条件，将几层间的楼梯或吊物孔全部堵死，这样就将回风的通路也堵死了。因此在惠州抽水蓄能电站的设计中，在综合考虑了通风枢纽和管路布置等因素后采用顶部天花矩形送风口下送，多层串联方式，回风通过各层的回风口由风道集中回至空调机房。
5防排烟设计
关于地下厂房的防排烟设计，主要存在4大问题：一是主厂房的排烟；二是加压送风的确定；三是主变搬运道的排烟；四是排烟量的确定，其他房间可参照《高层民用建筑设计防火规范》（以下简称《高规》）和《人民防空工程设计防火规范》（以下简称《人防规范》）执行。
以前的地下封闭式厂房只有发电机层排烟，以下各层不考虑排烟，因为各层间有吊物孔、楼梯相通。现在各层间封闭以后，以下几层是否要排烟，规范中没有说明，各地的消防单位也没有一致的意见，如天荒坪抽水蓄能电站后期在中间层增加了排烟设施，而广州抽水蓄能电站以下几层都未设置排烟，因此对设计人员来说，做还是不做，全做还是只做中间层，造成很大的困扰。在惠州抽水蓄能电站的初步设计中，中间层做排烟，以下几层暂时不做，但都预留设置排烟系统的可能。
对于地下建筑楼梯间加压送风的问题，同样在《水力水电工程设计防火规范》中未有规定，而在《高规》和《人防规范》中规定地下二层或以上的楼梯间需要设置加压送风系统。在十三陵抽水蓄能电站、天荒坪抽水蓄能电站以及广州抽水蓄能电站一期工程中，主、副厂房的楼梯间均未设置加压送风系统，目前只有广州抽水蓄能电站二期工程主厂房的楼梯间（四层）设置了加压送风系统，但副厂房的楼梯间（七层）仍未设置加压送风系统。由此看出没有一个统一的标准，而广蓄二期设置加压送风系统，最初也是德国咨询公司的意见，而非消防局的意见。最近在《水力发电厂厂房采暖通风和空气调节设计规程》中规定：只在建筑高度超过32m的副厂房楼梯间按防烟要求设计，而建筑高度只从发电机层地面算起。从目前已建的蓄能电站来看，副厂房楼梯间建筑高度都没有超过32m。而现在的抽水蓄能电站都是无人或少人值班，只有个别维修人员和参观人员，而参观人员是禁止进入发电机层以下几层和副厂房的，另外现在的蓄能电站副厂房内可燃物并不多，因此副厂房楼梯间完全可以不做加压送风，而主厂房的楼板如果封闭了，楼梯间就做加压送风，不封闭就不做。但现在在惠州抽水蓄能电站的设计中，为保险起见，主、副厂房楼梯间仍然考虑了加压送风系统。
主变搬运道的排烟问题，在《水力发电厂厂房采暖通风和空气调节设计规程》中规定，主变搬运道要设置排烟设施。以前各个电站的主变搬运道都没有排烟，只主变压器室设置事故通风。原来认为主变压器室是封闭的，主变搬运道不会有烟气，因此不需要排烟；但主变压器起火时，有可能发生爆炸，由于地下建筑的封闭性，气浪会把主变压器室的房门冲开，高温烟气扩散出来，给人员疏散、火灾扑救和恢复生产带来很大的困难，因此主变搬运道设置排烟设施是应该的，也是必需的。
另外，地下厂房排烟量的确定也是个问题，在《水力水电工程设计防火规范》中未有规定，只在原《水力发电厂厂房采暖通风和空气调节技术规定》第4．1．5条中规定：事故排烟风机的工作能力按厂房面积不小于1m3／（m2·min）计算确定，这与《高规》和《人防规范》中的一般规定是相一致的，但对于大空间建筑的排烟来说，是否采用这种计算方式，目前仍未有定论。目前有3种方式：一是《高规》第8．4．2．1条，担负一个防烟分区排烟或净空高度大于6m的不划防烟分区的房间时，按不少于60m3／（m2·h）计算；二是《高规》第8．4．2．3条，中庭体积V＜17000m3时排烟风量按其体积的6次／h换气计算，V＞17000m3时排烟风量按其体积的4次／h换气计算，但最小排烟量不应小于102000m3／h；三是在《水力发电厂厂房采暖通风和空气调节设计规程》中规定：按一台发电机组段面积不少于120m3／（m2·h）计算，这是参照国外资料确定的，以广州抽水蓄能电站为例，发电机层面积为2500m2，体积为37500m3，一台发电机组段面积为483m2，分别按以上3种方式计算排烟量，第一种为150000m3／h，第二种为150000m3／h，第三种为57960m3／h，可以看出第一种和第二种一样且最大，第三种约为前两种的1／3多。对于目前的形势，国内各设计院大多还是采用按正常计算的通风量确定排烟量，因为大多数情况下正常通风量大于按1m3／（m2·min）计算的排烟量，问题是以前各层不封闭时只考虑发电机层排烟，管路布置较为容易，现在封闭楼层后每层作排烟，管路布置非常困难，系统也复杂，因此对于水力发电厂房，特别是地下厂房而言，合理确定排烟量是非常重要的。
6结语
抽水蓄能电站是个庞大而复杂的工程，有着较多与一般民用建筑不同的特点，比如空调冷负荷与外界变化无关，随之对工况转换的判定就不能与民用建筑舒适性空调一样，以及空气经过较长洞室会有较为明显的温升或温降效果等，这都应在设计中加以注意。另外，现在业主的要求越来越高，从中也需要注意新出现的问题，如对空气质素的要求高，在设计中就应该尽量不要采用交通洞进风；对消防问题也要引起高度重视，主厂房各层楼板如果封闭了，楼梯间就要作加压送风，各层也都要考虑排烟；如没有封闭，则只对发电机层排烟，而副厂房楼梯间如无特殊要求，建议不设置加压送风系统。
