某水电站暖通空调系统设计技术研究

乔 琪，石 峰

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

苏布雷水电站是科特迪瓦国家能源平衡战略的核心项目，是该国最大的水电站，被誉为“科特迪瓦的三峡电站”；该电站位于萨桑德拉河著名景点纳瓦(Nawa)瀑布附近，总装机容量275 MW。该工程自2013年10月逐步开展技施设计工作，所有机组已于2018年全部投产运行。

苏布雷水电站为地面式厂房，地处低纬度地区，受赤道低气压带影响，属于热带季风气候，其主要特征为高温多雨。每年2～4月气温最高，平均为24～32 ℃；8月气温最低，大部分地区年平均气温22～28 ℃；全年平均温度约26.5 ℃。一年分为两个雨季，分别为3～6月和9～10月，雨季雨量大。

在进行该地区水电站工程的暖通空调设计技术研究时，应充分考虑当地炎热、多雨的地域特点和电站实际布置情况，使设计合理化以满足各区域温湿度的参数要求，以及运行的可靠性和布置的优越性。

1 暖通空调设计技术

境外开展EPC项目暖通空调设计的首要依据是：EPC承包商与业主双方签字认可的合同中的所有技术条款，它是具有法律效力的。合同内设计标准通常采用美标及欧标系列，某些规定与国标尚存在一定差异，如室内空气设计温湿度参数、换气次数、通风量及排烟量计算、设备噪声及材质要求等，需要特别重视并在设计研究中考虑。

1.1 空调系统设计

1.2 通风与防排烟设计

蓄电池室、电缆夹层、油系统房间排风量均按规范要求，采用换气次数不小于6 次/h计算。厂内电缆层、油系统等防火区域按规范要求均考虑了事故排风。风机与火灾集中报警系统联锁，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有自动复位防烟防火阀进行事故隔断。

主厂房主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。副厂房两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。

1.3 环保及节能措施

主厂房屋顶设置隔热材料，大大减少空调能耗，并降低厂内所需的空调冷负荷。根据厂内外温湿度探头监测的数据自动调节集中空调系统的新回风电动风阀的开度比例、制冷机及水泵运行的数量，实现空调制冷量与实时负荷的匹配，实现了节能减排的技术要求。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、噪声小而且符合能源政策的设备，对主要用能设备配置计量器和控制仪表。空调冷却塔溢流水及空调冷凝水集中排放于室外排水沟，避免滋生军团菌，满足环保要求。

1.4 暖通空调系统的控制

为满足电厂设备运行的需要，减少运行管理的工作量，满足无人值班的要求，本电站设置了通风空调设备的自动监测和控制系统，设计原则为：可靠、实用和简单。自动监测和控制系统应能实现以下功能。

(1)暖通空调系统中的大型设备及重要设备(如离心风机、组合式空调机组、风冷冷水机组、冷冻循环水泵等)均设置自动监测与控制系统，对设备工作状态及时反馈，对故障能及时报警；能现地及远方控制设备的启停，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。

统计两组患者治疗前后血流变学指标（血小板计数PLT、血小板平均容积MPV、血小板分布宽度PDW、红细胞沉降率）和血小板参数（血浆黏度、全血黏度、血小板黏附率）变化情况[3-4]。

(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，能及时切断相应部位的通风空调设备电源，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。

2 全厂暖通空调系统设计

基于暖通空调系统设计研究，本工程暖通空调系统的主要设计采取如下思路。主厂房采用集中空调系统，将室外空气过滤、冷却、除湿处理后，经送风管送至主厂房各层，再通过主副厂房隔墙进入地下副厂房，被送至主副厂房的空调冷风部分回风经厂内吊物孔和楼梯间上升至发电机层后，进入空调机组总回风管，部分回风经排风机和预埋风管排出厂外。集中空调系统冷源、水系统设备及管路、送风设备设置于厂房上游专用空调机房内。全厂各区域按合同规定的换气次数计算通风量，厂内电缆层、油系统房间等防火重点区域的正常通风系统兼作事故后排风系统。地面副厂房办公室、中控室、会议室等人员办公区域，设置独立局部空调系统来保证自动化元件运行和人员舒适度要求。对于有防爆要求的蓄电池室、油系统房间等区域的通风空调设备采用防爆型设备。按照合同要求，发电机层采用机械排烟，封闭楼梯间设置机械加压送风系统。由于当地全年室外温度较高，故主副厂房均不需设计采暖系统。

3 暖通空调重点设计及难点分析

3.1 厂用电IT系统模式下通风空调设备的设置

西非国家水电工程项目的厂用电源普遍采用三相三线(IT)系统，即指在电源中性点不接地系统中，将所有设备的外露可导电部分均经各自的保护线PE分别直接接地。IT 方式供电系统在供电距离不长时，可靠性高、安全性好，一般用于不允许停电或要求连续供电的场所，与国内传统的三相四线(TT)系统相比，主要区别在于IT系统缺少零线(N)。

IT配电系统对于通风空调设备的适应性无疑提出了更高的要求，某些设备如按国内常规配置，接线完毕后将无法运行。如电压等级为380 V的3P家用空调柜机或多联空调主机，其制冷压缩机为220 V单相负荷，电源与负荷之间就必须有中性线。IT系统缺少零线，因而不具备保护中性线，导致设备无法正常启动。设计中采用电压等级为380 V的家用空调柜机或多联机时，需单独配置变压器将IT系统转化为常规的TT系统，使电源与负荷之间具备中性线作为以上空调设备的专用用电回路。因此，对于西非国家异于常规的厂用电供电系统与通风空调设备的兼容问题，应具备超前意识，做好市场调查工作，合理进行设备选型，并加强设备厂商技术交流，强化与电气接口专业的沟通协调，精细把控设计细节，确保通风空调设备在规定的厂用电系统环境中正常运转。

3.2 大空间主厂房集中空调系统

电站当地炎热潮湿，厂内电气盘柜及水泵电机等发热量大，合同对主厂房、电气房间等均规定“室内环境温度不超过27 ℃”，因此需设置空调系统对进入厂内的空气进行冷却除湿处理。结合以上各因素进行可行性分析后，本项目主厂房集中空调系统采用“冷却塔+冷水机组+组合式空气处理机组”的常规方式。空调系统集中布置与厂房上游空调机房内，通过风管向厂内各区域送风，副厂房经主机间串联进风，利用各层之间的吊物孔和楼梯间串联回风，设计送风温度为17 ℃。

发电机层为高大空间，为节约能源采用分层空调，即下部人员活动及设备区域采用空调风道配置球形喷口远程送风，气流组织形式为上送下回。发电机层上部为非空调区域，采用排风机排出上部聚集的热量，保证了厂房必要的换气要求。经电站投运后测试，该分层空调系统工作区温湿度及风速满足设计要求，下部空调区与上部非空调区分层明显，具有巨大的节能意义，适合于西非地区太阳得热负荷大、室外气温高的地区。

集中空调采用部分回风、部分排风的方式。将部分空调冷风经各层主机间区域温升后直接引入相邻的副厂房区域，再经副厂房温升后排出厂外，不作为空调机组的回风。该设计方式具有以下优越性和必要性。

(1)利用空间串联送回风，可大大减少风管布置，节约投资，减少风管与其他管路、电缆桥架冲突的可能性。

(2)主合同对电气房间、油系统房间等均有换气次数要求，即通风量有最低下限要求。副厂房利用主厂房温升后的空调冷风作为进风源，其计算排风温度基本与设计要求吻合，避免了在满足相同换气次数的通风量和进风温度前提下，排风温度远低于设计值的能源浪费问题。

(3)油系统房间、污水泵房、蓄电池室等区域的送风温升后直接排走，不作为回风，避免了对厂房造成整体环境污染。

(4)厂房为无人值班、少人值守。室内设计温度主要确定原则为满足设备及自动化元件运行环境要求，空调送风温度较常规系统取值高，制冷机组蒸发温度高，有利于提高空调系统能效比。但是，如果送风温度取值太高，则厂内通风量需求增大，风管断面将增大，这将给该地区紧凑式厂房设计带来布置困难、成本增加的不利因素。本工程经综合权衡，将集中空调送风温度取值确定为17 ℃，总空调送风量为24万m3/h。

(5)空调系统无需在厂内分散设置回风管，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，集中回风至空调机组，进一步精简了风管系统。

(6)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，其他区域仅设置少量送风口满足基本换气要求，这有利于提高整个大空间空调区域的温湿度均匀性，减少总空调送风量，使空调系统更具针对性和节能性。

3.3 风口及风机防雨设计

由于电站当地暴雨时期多，雨量大，若无防御设施，极易导致地面副厂房外墙上的风口进水和露天布置的风机受损，影响室内装修，损坏电气设备和风机电机。

设计中，外墙设置的进风口和排风口应统一设置为防雨百叶风口，风口材质采用铝合金或不锈钢。当遭遇暴雨天气时，百叶叶片铺集的雨水不宜直接由叶片表面往下径流排出，应在叶片设置导水沟槽将铺集的雨水导入两侧封闭的支撑竖料后汇集排出，叶片在0°～105°间可调。同时，百叶风口应具备遮阳、通风、防雨、防风及防尘作用，关闭后可实现完全封闭。通风系统设计中应充分考虑防雨百叶风口有效面积小、阻力大的特点，相应地增大与风口连接的风机设备的风压，确保风机按设计风量出力。墙体和风井对外的风口底边安装高度应在500 mm以上，避免雨水溅入。

外墙安装的轴流风机应在室外侧设置45°防雨弯头，送排风机尽量避免露天布置，应设置在专用风机房内。如果露天布置不可避免，风机设备应采用风机箱，将电机内置，箱体内离心风机采用0°或180°出风型，减少雨水直接渗入的风险，并于进风口处设置防雨罩，风机电机的防护等级应在IP55以上。

3.4 通风空调设备材质选型和防噪声技术

西非国家水电工程项目中，通风空调设备材质和噪声通常按照ASTM、ANSI、DIN、AFNOR等欧美标准执行。

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欧美标准或相当于欧美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，国标要求均不低于欧美标准规定。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，应将设备各部件的欧美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。

欧美标准对通风空调设备的噪声要求较高，如轴流风机、斜流风机等小型风机设备要求运行噪声不大于70 dB(A)，大型离心风机设备要求运行噪声不大于80 dB(A)。按照国内生产水平和技术标准，小型风机设备设计和选型时，选择低噪声型设备或在风机设备接口处增设消声装置通常能满足“噪声不大于70 dB(A)”的规定。但对于工业建筑常用的大风量、高风压的离心风机设备，将运行噪声控制在80 dB(A)较为困难。因此在设计中，通风空调系统中的离心风机均应设置风机箱，且在箱体内层设置足够厚度的吸声材料降噪。集中空调系统中的组合式空气处理机组除应在箱体采取降噪措施以外，还应在常规配置基础上加大消声段和送风均流段的长度。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

苏布雷水电站暖通空调设计，应充分考虑当地潮湿、炎热、多雨的气候条件，以及设备发热量大、厂房布局紧凑、设备材质及噪声要求高的特点，合理选用气流组织形式、通风空调系统方式、设备形式及布局，并做好厂用电与暖通设备的协调配合工作，在满足全厂温湿度、风速、换气次数、设备及管路布置等要求的基础上实施节能优化措施。

西非国家EPC水电站工程暖通设计工作要求工程师应具备过硬的专业技术水平和执行协调能力，熟知国际规范，并具有将实际环境与设计高度结合的能力以及风险控制能力。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，为中国企业“走出去”做好技术支持。