烟岗水电站厂房通风方案探讨

张 伟

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

烟岗水电站地处四川省凉山彝族自治州木里县境内，电站共装机2台，单机容量为60 MW，总装机120 MW，多年平均发电量5.5亿kW·h，同时兼有防洪等综合功能。厂房整体分为主、副厂房，主变洞室和尾水闸室等三部分，引水发电系统主要由六个部分组成，分别为尾水隧洞、进水口、尾水闸门室、压力管道、主变室和主副厂房[1]。

为结合项目所在地气象特征及建筑特点，同时充分利用尾水洞天然冷源。经测试及计算，夏季无压尾水洞引风方案对设计空间的降温除湿效果良好。该方案的基本原理为空气、尾水表面及洞壁面的三者间的热湿交换作用使空气被处理，以达到降温除湿作用。因此，尾水洞作为天然冷源对尾水洞引风的水电站通风空调系统来说，具有节能、环保和可再生的优点。

鉴于此，在该项目空调及通风系统方案设计中，处理地下空间热湿环境的主体方向确定为利用尾水洞引风。

1 电站厂房基本情况

1.1 室外气象参数

气象参数见表1。

表1 电站所在地气象参数（木里气象站）

1.2 厂房室内设计参数

根据《水力发电厂供暖通风与空气调节设计规范》（NB/T35040-2014），室内设计参数见表2。

表2 地下厂房室内设计参数

1.3 地下厂房发热量分布

根据发电机组及配套设备运行状态，厂内设备总发散量为200kW，具体散热量见表3。

表3 地下厂房发热量

2 地下厂房通风空调方案

由于厂房结构复杂，因此烟岗电站设置串连系统对厂房通风。以送风洞为分割点，引风分为两路：分别送入主厂房及主变洞。主厂房侧引风流向由拱顶下送至发电机层；主变洞和电缆层侧引风流向从主变洞排风竖井排出厂外。发电机层空气流向为发电机层→水轮机层→水泵室→排风竖井→室外；其余空气流向为电气夹层→母线洞→变洞排风竖井→室外。其通风原理如图1所示。

图1 地下厂房通风系统结构示意图

初步设计方案厂房总通风量为13万m3/h，主厂房为9.2万m3/h，主变洞和电缆层为3.8万m3/h，送风参数为18℃，RH=90%。副厂房空调方式采用风机盘管加新风的系统，冷水机组提供其冷源。

由于尾水引风出口空气接近尾水温度的饱和状态。因此初设方案中，引入的低温高湿空气送入主厂房后，将导致发电机层相对湿度偏高；可为避免母线洞的温度偏高，送风量不得过小。因此，该电站厂房通风空调系统的设计重点即是有效平衡发电机层和母线洞内的参数以达到设计要求。基于此，本文在初设方案基础上提出三种改进通风方案进行比对，以期提供借鉴与参考。

2.1 方案一：直接蒸发多联机供冷与通风方案

该方案如系统原理如图2所示，保持厂房送风参数不变，减小主厂房送风量，降低发电机层的相对湿度，通过制冷剂直接蒸发供冷系统的方式来消除母线洞的余热负荷，从而保证母线洞的温度设计要求；地下副厂房也同样采用制冷剂直接蒸发加新风系统的方式[2]。

图2 液泵供液直接蒸发多联机供冷系统原理图

水电站的低温尾水作为直接蒸发供冷系统的制冷剂，经气液分离后输配至各终端进行蒸发吸热，形成蒸发供冷。该系统未设置压缩机，而是采用耗功小的液泵代替，室内外机循环压差形成的供冷循环，提高了系统能效比，降低了系统总能耗。

相对初设方案而言，该方案同时控制了各区域设计参数，减小了约22%总送风量，各风机能耗得到降低。该方案的缺点为母线洞内所需室内机盘管面积较大。

2.2 方案二：水源热泵机组变温通风方案

该方案利用热泵机组冷凝热对厂房风系统进行预热处理，降低送风相对湿度，控制发电机层的相对湿度。该方案中热泵机组的热量主要来自厂房余热和尾水盘管的吸热。热泵机组停机工况下，可利用换热制备冷水对副厂房进行供冷，系统原理如图3所示[1]。

图3 水源热泵机组升温方案系统原理图

该方案为余热回收方式，送风参数易于控制。其缺点是随着送风温度的升高，厂房的通风量约增加23%，风机能耗大大提高。

2.3 方案三：水源热泵机组温湿处理方案

与方案二相比，该方案中热泵机组冷量主要用于两部分，分别为副厂房的供冷和对厂房送风的表冷除湿。经表冷除湿后的空气再利用热泵机组的冷凝热加热调温后送入主厂房，而热泵机组富余的冷凝热则通过尾水盘管排至尾水中，方案的系统原理如图4所示[3]。

图4 水源热泵机组除湿调温系统原理图

该方案中，热泵机组对送入主厂房的空气进行的除湿、调温控制过程中，送风量保持不变，使各区域室内设计参数的控制达到要求。该方案利用水源热泵机组制备冷水（37℃/32℃）并通过分、集水器分成两路，分别对送风进行加热及将富余热量释放至尾水。由于过冷度的增加可提高制冷量，因此，在热泵机组中加设过冷器以提高机组的运行效率。热泵机组运行时，从尾水盘管回水先后经过过冷器和冷凝侧集水器。在蒸发一侧，热泵机组制备的冷量分别用于副厂房的供冷和表冷除湿器对空气的表冷除湿[4]。

与初设方案相比，该方案的优点在于主厂房送风量保持不变，通过控制和调节送风参数，达到对各区域设计参数的控制，同时机组设备运行效率高，系统调节简便、灵活，送风参数可控性强，但该系统形式较为复杂。

表4 烟岗水电站通风空调方案比较

2.4 方案比选

方案一所需设备安装空间较大，现有地质条件无法满足该方案所需的设备安装空间，且该一技术有待进一步开发与研究，因此放弃该方案的实施。

方案二所需的总风量较大，安装的大功率风机较多。同时所需送风隧洞的断面尺寸需增大20%，需增加投资10%，同时应项目所在地有关部门对节能要求的考虑，放弃该方案的实施。

通过比较分析，同时结合工程布局特点的可实施性，为达到对各区域设计参数控制要求，并考虑方案的总体实际特征，在烟岗电站地下厂房通风空调方案中，方案三比较适用。在实际的使用过程中，达到了设计的要求，得到了适宜的夏季温度条件。但该系统形式及控制较为复杂，需配备良好的操作团队进行操作。

3 结语

烟岗水电站项目选址为高山地区，为地下式电站厂房，整体结构为多洞室群结构，设备发热量较大，总体通风量大。现有新建中小型电站设计中，由于受气候条件制约，常规设计无法满足越来越严格的使用条件及应用体验。同时为满足最新的节能设计标准及中小型水电站绿色建筑设计的要求，水源热泵机组除湿调温通风方案这一方案为今后的具体实施提供了较好的借鉴作用。