塔贝拉水电站四期工程暖通空调系统设计特点

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都，610072)

1 前言

塔贝拉水电站位于巴基斯坦、印度河干流上，距离首都伊斯兰堡约113km。塔贝拉水电站4期工程为扩建工程，在现有的14台机组上增加3台单机容量为470MW的混流式水轮机，总装机容量增加1410MW。该工程自2013年10月逐步开展技施设计工作，现已全部投产。

塔贝拉水电站4期工程为地面式厂房，当地海拔高度约为347.00m，属于热带季风气候。夏季(4-10月)炎热少雨，冬季(12-2月)寒冷干燥。全年平均温度约27℃，最低气温0℃，最高气温48℃。

在进行该地区水电站工程暖通空调设计时，应充分考虑当地气候特点及电站实际情况，使设计合理化以满足各区域温湿度参数要求、运行的可靠性、布置的可行性及优越性。

2 暖通空调设计方案

开展本项目暖通空调设计前，应充分把握EPC承包商与业主双方签订的合同中的技术条款，确定设计依据的规范和标准(本项目采用美标)，理解合同文件对设计参数、设备材质、系统形式的要求。在此基础上进行计算复核、方案选取、深入规划和布局，以便更好地迎合双方设计理念、达到设计要求、优化设计措施、把握工程成本，同时，尽可能缩短图纸审批流程、保障工程进度。

2.1 空调系统设计方案

根据主合同对厂内各区域的温湿度参数规定，并结合气象条件分析，主厂房及控制楼大部分区域夏季均需设置空调制冷，冬季控制楼需设置空调制热。应严格计算厂内设备和人员发热量，并结合室外气象参数和室内设计参数计算各区域的空调冷热负荷。

主厂房设置风冷单冷冷水机组+组合式空气处理机组+风机盘管系统，由布置在室外空调机房屋面的风冷单冷冷水机组提供冷冻水，主厂房除两层电缆道采用风机盘管作末端设备外，其它区域均由机房内的2台组合式空气处理机组集中送回风并提供新风，组合式空调总送风量为18万m3/h，采用大断面风管布置于厂房下游侧顶部，通过多根分支管预埋入混凝土墙下穿至地面以下各层送风。送风温度为17℃，利用各层吊物孔串联向上回风，由设置在发电机层的回风总管集中回至组合式空气处理机组。

控制楼同时有制冷和制热要求，设置风冷热泵冷热水机组+组合式空气处理机组+风机盘管系统。风冷热泵冷热水机组夏季提供冷冻水、冬季提供热水，组合式空气处理机组集中布置于顶层空调机房，送回风管经风井引至各空调房间，送风温度为24℃。同时，在各空调房间设置风机盘管作为空调末端，组合式空气处理机组与风机盘管两者结合，使空调房间夏季和冬季的室内温湿度、新风量均达到设计要求。

2.2 通风与防排烟设计思路

蓄电池室、电缆夹层、油系统房间排风量均按换气次数不小于6次/h计算。厂内电缆层、油系统等防火区域均考虑了事故排风的排风量。风机与火灾报警系统联锁，一旦发生火灾，风机停运。火灾后，由消防控制中心或现地启动全自动防烟防火阀，并联动排风机进行灾后排烟。以上区域的正常通风系统兼做事故排风系统。

防火区域的进排风口均设置了自动复位防烟防火阀，以达到防止烟火互窜、窒息火情、排走烟气的目的。排风系统中凡有风管穿防火墙与楼板处均设置有自动复位防烟防火阀进行事故隔断。

发电机层设置机械排烟系统。平时通风和事故排烟的转换通过外墙安装的双速排烟风机来实现。副厂房4部封闭楼梯间均设置加压送风系统，满足火灾时人员疏散要求。

2.3 节能措施

厂房屋顶设置隔热材料，降低厂内空调冷负荷。根据厂内外温湿度监测数据自动调节集中空调系统的新回风电动风阀、空调设备运行数量，实现空调制冷量与实时负荷的匹配。风机、水泵基础设组合式减振台座，水泵、风机进出口设柔性软接头。空调、风机采用低噪声设备，按节能要求确定空调设备能效比，防止能源浪费。所有风机、空调机等耗能设备均选用效率高、COP高、污染小、符合能源政策的设备。对主要用能的设备配置计量和控制仪表。

2.4 暖通空调系统的控制

本项目的暖通空调自动监测和控制主要应用于空调系统和防排烟系统，设计目标为提高调节质量、保障安全、减轻管理人员劳动强度。自动监测和控制系统应能实现以下功能：

(1)根据室内温湿度作为边界条件，确定空调设备运行台数和变频离心水泵的运行频率，并按合理的顺序自动依次开启或关闭空调设备及相关附属设备。组合式空气处理机组过滤器设置压差开关报警装置，变频水泵出口设压力开关报警装置；

(2)自动控制系统应与火灾自动报警控制系统相联系，在火灾报警情况下，应能及时切断相应部位的暖通空调设备电源，退出运行状态；

(3)通风系统中的防排烟设备(排烟风机、防火阀等)，应受控于消防报警控制系统，火灾时能及时关闭或投入运行。

3 暖通空调设计的特殊性及难点

3.1 冷水机组制冷剂的选择

对于风冷冷水机组，其冷凝散热面积以及冷却风量一定时，室外温度越高，冷凝器表面温度与环境温度差值越小，冷凝器表面对流传热效率越低，换热量越小，冷凝温度就会上升，机组输出的冷量就会越小。本项目当地夏季炎热，极端最高温度高达48℃，风冷冷水机组的高温运行能力、衰减速率与制冷剂的选择息息相关。

根据研究分析，当室外温度达到48℃时，如使用风冷冷水机组传统冷媒R407C，压缩机所需的冷凝排气饱和温度为63℃，但目前主流品牌冷媒为R407C的压缩机最高运行温度仅为60℃，不能满足当地高温工况，不足以确保机组的正常运行并带走室内冷负荷或达到工艺冷却要求。而采用冷媒R134a的压缩机，在同样环境工况下所需的冷凝排气饱和温度也为63℃，且目前主流品牌冷媒为R407C的压缩机最高运行温度达到70℃，在其稳定运行范围内。此外，根据R134a和R407C风冷冷水机组在各环境温度下的冷量输出对比表可以看出，两者在43℃以下时衰减率基本一致，超出45℃时R407C的机组基本无法投入使用，而R134a的机组在48℃时的衰减率仍较小，输出冷量为名义工况的85%，根据合理的设备选型可满足设计要求。

表1 R134a和R407C风冷冷水机组

3.2 封闭楼梯间平时通风和加压送风系统的结合

厂房下游的4部封闭楼梯间不仅要求火灾时加压送风，还要求夏季或冬季送空调冷风或热风满足人员舒适要求，送风设备采用组合式空气处理机组，加压送风量和平时送风量的比例约为10∶1。

为满足不同工况送风量和送风温度要求，组合式空气处理机组的风机和换热器设置方式非常关键。如采用变频单风机设备，变频电机的频率变化范围一般为5Hz～50Hz，平时小风量工况运行需要的频率几乎低于下限值。电机长时间低频运行，对于低转速高转矩的风机，电机发热量加大，散热功能差，将导致电机过热，造成电机线圈烧毁。此外，换热器仅用于平时小风量送风工况的空气处理，容量较小，如果平时和事故共用1台设备，设备的外形尺寸势必按大风量工况设计，与换热器的设计原则矛盾。

因此，楼梯间送风系统采用一大一小组合式空气处理机组拼装成整机，机组间完全隔离，小机组配套换热器，作平时通风用，大机组作火灾时加压送风用，两者共用1套风管系统。

3.3 空调送回风管布置

主厂房空调总送风量为18万m3/h，主风管断面大，且合同要求除发电机层外，主机间不得设置明装风管。大断面送回风主管均布置于发电机层，为避免影响桥机轨道起吊，送回风主管均布置于桥机轨道以上，屋面作保温，避免日晒影响风温。送风主管引出多根分支立管下至地面，再通过混凝土墙内预埋风管送至发电机层以下空调区域。分支管的风量分配应适宜，保证预埋圆风管的口径在合理范围内。发电机层以下区域无需分散设置回风管，温升后的空调送风通过各层格栅式吊物孔上升至发电机层后通过顶部回风主管集中回风至空调机组，进一步精简了风管系统，节约投资并减少风管与其它管路、电缆桥架冲突的可能性。主机间均为大空间区域，重点发热区域为变压器和盘柜区。采用非均匀送风，送风口集中布置重点发热区域，其它区域仅设置少量送风口满足基本换气要求，有利于提高整个大空间空调区域的温湿度均匀性和减少总空调送风量，使空调系统更具针对性和节能性。

控制楼各区域均设置空调送回风管，布置于房间吊顶内。为减轻风管断面较大对房间层高的影响，分区域设置送回风竖井，将送回风主管在机房内按区域风量需求分支，分支管通过各送回风竖井后，进入各楼层空调房间，从而减小了出竖井后水平风管的断面，保证了各楼层所需净空尺寸。

3.4 暖通空调设备材质和噪声要求

巴基斯坦水电工程项目对暖通空调设备材质和噪声要求通常按照ASTM、ASME、ARI等美国标准执行。

在材质方面，设备钢制外壳及内部部件、螺钉、螺母、螺栓、螺杆等附件均须按照美国标准或相当于美国标准的材料工艺要求制作。经过对规范的深入学习和研究，对于绝大部分设备材质，国标规定档次均不低于美国标准。设备制造可按国内较高等级进行，报送设备材质文件审批时，应将设备各部件的美国标准规定和国标规定作对应表，证明两者的等效性和通用性即可。

合同对暖通空调设备的噪声要求较高，如通风用风机设备要求运行噪声不大于68dB(A)。按照国内生产水平和技术标准，部分风压、风量较大的风机设备设计选型时，即使采用低噪声型设备或在风机设备接口处增设消声装置仍不能满足合同噪声要求。应将以上风机设置为风机箱，且在箱体内层设置足够厚度的吸声材料降噪。电站投运后的现场验收测试中，所有通风空调设备的运行噪声测试值均控制在合同要求范围内。

4 结论

随着国内水电站工程趋于饱和，未来的水电项目必须走向国际。国外EPC项目的暖通空调设计，相对于国内项目，提出了更多不同的要求，具备特殊性，要求暖通设计工程师不仅应具备过硬的专业技术水平，同时对工程执行过程协调能力、国际规范熟悉程度、当地实际环境与设计结合度、风险控制等综合素质也有很高要求。在开展设计工作时应深入研究中外设计咨询工作方式的差异，转变理念和服务方式，因地制宜地开展设计工作，通过实践不断积累经验，提高自身水平，以适应不同市场的发展和要求。