某水电站空调通风系统设计

电站概况

1、电站装机及厂房布置

某水电站装机容量3600MW，共有6台机组，单机容量为600MW，保证出力751MW，多年平均发电量159.6亿Kw·h。

主、副厂房及安装间呈“一”字型布置，安装间设主、副安装间两个，分别布置在主机间的右、左两侧，副厂房布置在主厂房的最左端。进厂交通洞与厂房右端安装间相连，安装间高程与发电机层同高；通风洞布置在厂房的左端，与副厂房顶层相连。地下厂房开挖尺寸：311×28.5×74.9m（长×宽×高），其中主机间长204m，主安装间长60m，副安装间长15m，副厂房长32m；开挖跨度为28.5m，开挖高度74.9m。厂房各层布置高程依次为：尾水管底板高程1661.70m，机组安装高程为1685.50m，水轮机层高程1690.90m，发电机层高程1704.40m，顶拱开挖高程1734.60m。

主厂房通过6条母线洞与主变洞相连，主变开关室开挖尺寸：271×21.5×39m（长×宽×高），上下分为三层，底层主变开关室层，高程1704.40m，与发电机层相同，底层布置19台单相变压器（含一台备用），中层为电缆层，净高5.0m，布置电缆母线管道，顶层为GIS开关层，布置GIS设备。在主变洞左右两端上游侧各设置1条出线洞，出线洞采用竖井与平洞结合的方式。

2、当地气象资料

据统计电站坝址多年平均气温为14.0℃，极端最高气温为35.3℃，极端最低气温为-3.4℃；多年平均降水量为1723.5mm，最大日降水量为116.4mm；多年平均风速为0.8m/s，最大风速为20m/s；多年平均地温16.3℃，平均相对湿度78%，平均气压836.7hpa，最大相对湿度：90%；河水最高水温：20℃，最低水温：6℃，多年平均水温：9.5℃。

据计算夏季通风室外计算温度24.9℃

夏季空调室外计算干球温度：28.4℃

夏季空调室外计算日平均温度：23.6℃

冬季供暖室外计算干球温度：2.2℃

冬季空调室外计算温度：-0.34℃

3、冷负荷情况：

空调系统设计

本水电站空调设计由于冷负荷较大，若采用通风洞引入室外空气冷却后送入发电机层的直流空调方式，引入通风量约为：90104m3/h。因此，空调采用水环热泵系统。同时充分利用通风洞岩壁的自然冷却作用，引入室（洞）外空气，夏季冷却，冬季加热，根据室外空气状况的情况，设定最小新风量，满足地下厂房消防排烟、通风换气的要求，不再将室内冷热负荷与室外空气引入量结合在一起。

地下厂房室内设计计算参数：

空调水系统及设备布置

1、空调冷热源

水环热泵系统冷源就是维持水环系统正常工作温度的冷却水系统。本项目冷却水取自水库中发电用水，水库中低层水温大概为：16℃，水环热泵系统工作温度为：25～35℃，在左端副厂房的地下三层设系统换热水泵房。

在尾水管两侧预埋尾水取水管，一供一回，总水量为：400m3/h，六台机组每台均埋设DN300水管。在水轮机层设供回水水平母管，每组机组取水管设电动关闭阀门。供回母管接至同一层的副厂房的换热水泵房。

在换热水泵房内，设旋流除砂器两台，一备一用，经过除砂器的水再设自动排污过滤器，然后经过加压循环水泵，进入螺旋板换热器，螺旋板换热器选用三台，两用一备。在螺旋板换热器内，电站尾水与水环热泵系统的水进行热交换，尾水进出换热器水温差为：10℃。

机组冬季运行，由于水电站内各机电设备房间仍需要制冷，仅有副厂房中控室等的少数房间需制热，通过水环系统完全能够满足这些供暖房间的供热需求，无需再加供暖热源设备，这也是水环热泵系统的一大优点，即实现同一空调系统内部不同房间的热量转移。

2、空调水系统

整个地下厂房空调水系统设三大支路，一路为主厂房空调管路；一路为副厂房空调管路；另一路为主变洞空调管路。

空调循环水泵房设在左端副厂房地下三层，在泵房内设空调循环水泵，采用恒温压差变频调速给水泵；设水质净化过滤罐两套，一用一备，自动切换；自动软水设备一用一备，自动切换；软化水箱一套；自动定压补水设备一套以及配套的分集水器等设备。

主厂房的空调水环系统由换热循环水泵房引出，沿母线层、水轮机层和蜗壳层下游0+017.25墙线，分别敷设水平供、回水支干管，负担各层空调器的供回水，各层空调器空调冷凝水分别收集后排入各层排水边沟。发电机层及母线层上下游两侧均设置水平供回水干管，发电机层空调器由母线层空调供回水主干管接出，沿边墙埋设至发电机层，接空调机组。其他层仅在下游侧设置。所有水平干管与主管连接处均设平衡阀。

副厂房的空调水环系统用水自水泵房引出后，沿副厂房楼梯间旁管井向上至顶层，每层设水平分支管，与各层房间的空调器相连，每层分支管设平衡阀门。

主变洞空调供回水管自水泵房引出后，经过母线层下游，然后沿左端母线洞直埋管道至主变运输洞楼梯间，在运输通道顶设水平干管，本区域空调采用分体水环热泵机组，主机设在排风排烟机房，以避免水管道对电气设备的影响。水平供回水管送至排烟排风机房，接入水环热泵机组。

空调设备布置

1）主厂房区设备布置

发电机层的发电机区及主副安装间区的上游及下游边墙内，暗装立式水环热泵机组，机组风压全压值不应小于150Pa，出风口与机组采用风管连接，出风口风速及高度需计算确定，初定出风口高度为距地10米，采用小型喷口送风，送风距离不小于15米。

机组单台制冷量为：17.5Kw，制热量：16.2Kw，风量：3300m3/h，上游机组数量28台，下游机组23台，电压：380v；

母线层冷负荷为：330Kw，在整各楼层均布卧式暗装水环热泵机组共18台，采用侧送下回气流组织方式，机组单台制冷量为：17.5Kw，制热量：16.2Kw，风量：3300m3/h，机组数量18台，电压：380v；

水轮机层、蜗壳层均同母线层布置，采用卧式安装，其中水轮机层12台，蜗壳层12台，空调器单台制冷量：9.5Kw，制热量：10Kw，风量：2000m3/h，电压：220v；

廊道层总冷负荷为：20Kw，6台空调器均布，采用卧式安装型，其功能以制冷除湿为主，单台制冷量：4.1Kw，制热量：4.2Kw，风量：1000m3/h，电压：220v。

2）副厂房区设备布置

在副厂房中控室、交接班室、计算机室、走廊、卫生间等人员房间内根据负荷大小布置暗装吊顶型水环热泵机组；其他如高压盘室，蓄电池室、电缆层、通信设备室、照明盘室等不宜有水管进出的房间采用分体水环热泵机组；在楼层小室内设分体空调主机，采用多联机方式，室内机设置于各房间内，仅冷媒管道及冷凝水管进出相关房间，避免水管道对电气设备的运行影响。

3）主变洞各层设备布置

主变洞内共分为三层，主变室及主变运输洞为一层，二层为电缆层，三层为GIS开关室层。在一层主变压器室旁设有六个通风机房，电缆层和GIS层的两端楼梯间旁均设有通风机房，在房间内设置分体水环热泵主机，将室内机按各自区域的冷负荷大小均匀布置，室内机采用侧送下回（或后部回风）的方式，冷凝水穿内衬墙排至排水沟内。

空调风系统

地下厂房的通风系统尤其重要。由于地下厂房不能够自然换气，不论采用何种空调方式，都应对通风系统引起足够的重视，采取合理的技术措施，满足厂房正常运行及非正常期间的通风需求。

当空调系统采用水环热泵系统后，机电设备发热量和其它热负荷由各自的空调机组就地处理，不再由室外风系统解决，减小对室外新风的依赖程度。通风量的大小就可以根据厂房内空气品质的优劣而调节，这也是水环热泵空调系统节能降耗的重要方面和优势所在。

在寒冷地区以及夏热冬暖地区的地下厂房就可以采用最小的新风量，而在春秋季节或温和地区就可以采用最大的新风量。

对于水电站的地下厂房空调通风系统的最小新风量的大小尚无定论，鉴于目前各水电站越来越偏重于无人值守的运行模式，笔者以为应以满足消防排烟补风的要求为最小值来确定，其他可根据具体项目情况自行确定。以最大限度利用室外优良的气候条件和通风洞等冷却（加热）能力为基本原则。

本项目夏季空调室外计算干球温度：28.4℃，冬季空调室外计算温度：-0.34℃。

气候条件比较好，因此采用较大的新风值，最小新风量采用16x104m3/h，最大新风值采用34x104m3/h，经计算最大新风时经过通风洞冷却（夏季）或加热（冬季）后，到达地下厂房时的空气温度为：

夏季：t=20.4℃;冬季：t=9℃

主厂房新风由来通风洞引入，在主厂房左、右端高处设通风机房，通风机房内设四台加压风机，分别根据空气条件状况，开启一台或多台。室外新风经通风机加压后由发电机层吊顶内的送风口送入发电机层，再通过预埋管和吊物孔等依次送入母线层、水轮机层、蜗壳层以及廊道层，在各层设排风机，通风换气后排入母线洞，进入母线洞的空气温度为：28℃，母线洞通风换气后排入通风竖井，最后排出室外，通风总量为：18x104m3/h。

副厂房新风全部采用风机直接送入房间，通风换气后排入通风竖井，由竖井排出室外。蓄电池室按8次/h换气量，机电设备房间按6次/h换气量，其它中控室、交接班室、计算机室、走廊等房间，按3次/h换气量，通风总量为：6x104m3/h。

主变洞通风，通过设在各层的排风排烟风机，通过引入交通洞室外新风，分别经各主变室、电缆层和GIS层通风换气后排入通风竖井，经竖井排出室外，其风量为：10104m3/h。

空调自控系统基本要求

随着水电站管理水平的提高，特别是自动化程度的提高，为水电设备提供服务的空调通风设备的自控水平也应提高。本项目自动控制系统采用DDC数字控制系统，其具体设备根据本专业要求，由专业公司配合电气专业完成。

本项目水环系统水温为：25~35℃，由设在换热器出口的循环水传感器测得整个系统的水温，随着温度的升高，当水温度升高到35℃时，启动尾水加压水泵，进行热交换，当水温降低到25℃时，停止尾水加压水泵，换热停止。

水环系统循环水泵采用压差变频控制，由于每台水环热泵空调机组进出口管道的出水管上均设有电动两通阀，并随机关开，因此，随分集水器压力差的变化调整水泵的流量，达到节能的要求。

水环系统定压采用自动补水定压设备，通过压力传感器，自动启停补水定压设备。

水环热泵空调设备均配有水流电动调节阀，机组的启停完全由室内温度状况自行启动或停机，正常情况下，自动完成。同时，当发电机组停机检修时，水路电动阀关闭。