煙崗水電站廠房通風(fēng)方案探討

張 偉

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001）

煙崗水電站地處四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi)，電站共裝機(jī)2臺(tái)，單機(jī)容量為60 MW，總裝機(jī)120 MW，多年平均發(fā)電量5.5億kW·h，同時(shí)兼有防洪等綜合功能。廠房整體分為主、副廠房，主變洞室和尾水閘室等三部分，引水發(fā)電系統(tǒng)主要由六個(gè)部分組成，分別為尾水隧洞、進(jìn)水口、尾水閘門室、壓力管道、主變室和主副廠房[1]。

為結(jié)合項(xiàng)目所在地氣象特征及建筑特點(diǎn)，同時(shí)充分利用尾水洞天然冷源。經(jīng)測試及計(jì)算，夏季無壓尾水洞引風(fēng)方案對設(shè)計(jì)空間的降溫除濕效果良好。該方案的基本原理為空氣、尾水表面及洞壁面的三者間的熱濕交換作用使空氣被處理，以達(dá)到降溫除濕作用。因此，尾水洞作為天然冷源對尾水洞引風(fēng)的水電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)來說，具有節(jié)能、環(huán)保和可再生的優(yōu)點(diǎn)。

鑒于此，在該項(xiàng)目空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，處理地下空間熱濕環(huán)境的主體方向確定為利用尾水洞引風(fēng)。

1 電站廠房基本情況

1.1 室外氣象參數(shù)

氣象參數(shù)見表1。

表1 電站所在地氣象參數(shù)（木里氣象站）

1.2 廠房室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)《水力發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（NB/T35040-2014），室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 地下廠房室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3 地下廠房發(fā)熱量分布

根據(jù)發(fā)電機(jī)組及配套設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，廠內(nèi)設(shè)備總發(fā)散量為200kW，具體散熱量見表3。

表3 地下廠房發(fā)熱量

2 地下廠房通風(fēng)空調(diào)方案

由于廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此煙崗電站設(shè)置串連系統(tǒng)對廠房通風(fēng)。以送風(fēng)洞為分割點(diǎn)，引風(fēng)分為兩路：分別送入主廠房及主變洞。主廠房側(cè)引風(fēng)流向由拱頂下送至發(fā)電機(jī)層；主變洞和電纜層側(cè)引風(fēng)流向從主變洞排風(fēng)豎井排出廠外。發(fā)電機(jī)層空氣流向?yàn)榘l(fā)電機(jī)層→水輪機(jī)層→水泵室→排風(fēng)豎井→室外；其余空氣流向?yàn)殡姎鈯A層→母線洞→變洞排風(fēng)豎井→室外。其通風(fēng)原理如圖1所示。

圖1 地下廠房通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

初步設(shè)計(jì)方案廠房總通風(fēng)量為13萬m3/h，主廠房為9.2萬m3/h，主變洞和電纜層為3.8萬m3/h，送風(fēng)參數(shù)為18℃，RH=90%。副廠房空調(diào)方式采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的系統(tǒng)，冷水機(jī)組提供其冷源。

由于尾水引風(fēng)出口空氣接近尾水溫度的飽和狀態(tài)。因此初設(shè)方案中，引入的低溫高濕空氣送入主廠房后，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)層相對濕度偏高；可為避免母線洞的溫度偏高，送風(fēng)量不得過小。因此，該電站廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)即是有效平衡發(fā)電機(jī)層和母線洞內(nèi)的參數(shù)以達(dá)到設(shè)計(jì)要求?；诖耍疚脑诔踉O(shè)方案基礎(chǔ)上提出三種改進(jìn)通風(fēng)方案進(jìn)行比對，以期提供借鑒與參考。

2.1 方案一：直接蒸發(fā)多聯(lián)機(jī)供冷與通風(fēng)方案

該方案如系統(tǒng)原理如圖2所示，保持廠房送風(fēng)參數(shù)不變，減小主廠房送風(fēng)量，降低發(fā)電機(jī)層的相對濕度，通過制冷劑直接蒸發(fā)供冷系統(tǒng)的方式來消除母線洞的余熱負(fù)荷，從而保證母線洞的溫度設(shè)計(jì)要求；地下副廠房也同樣采用制冷劑直接蒸發(fā)加新風(fēng)系統(tǒng)的方式[2]。

圖2 液泵供液直接蒸發(fā)多聯(lián)機(jī)供冷系統(tǒng)原理圖

水電站的低溫尾水作為直接蒸發(fā)供冷系統(tǒng)的制冷劑，經(jīng)氣液分離后輸配至各終端進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，形成蒸發(fā)供冷。該系統(tǒng)未設(shè)置壓縮機(jī)，而是采用耗功小的液泵代替，室內(nèi)外機(jī)循環(huán)壓差形成的供冷循環(huán)，提高了系統(tǒng)能效比，降低了系統(tǒng)總能耗。

相對初設(shè)方案而言，該方案同時(shí)控制了各區(qū)域設(shè)計(jì)參數(shù)，減小了約22%總送風(fēng)量，各風(fēng)機(jī)能耗得到降低。該方案的缺點(diǎn)為母線洞內(nèi)所需室內(nèi)機(jī)盤管面積較大。

2.2 方案二：水源熱泵機(jī)組變溫通風(fēng)方案

該方案利用熱泵機(jī)組冷凝熱對廠房風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱處理，降低送風(fēng)相對濕度，控制發(fā)電機(jī)層的相對濕度。該方案中熱泵機(jī)組的熱量主要來自廠房余熱和尾水盤管的吸熱。熱泵機(jī)組停機(jī)工況下，可利用換熱制備冷水對副廠房進(jìn)行供冷，系統(tǒng)原理如圖3所示[1]。

圖3 水源熱泵機(jī)組升溫方案系統(tǒng)原理圖

該方案為余熱回收方式，送風(fēng)參數(shù)易于控制。其缺點(diǎn)是隨著送風(fēng)溫度的升高，廠房的通風(fēng)量約增加23%，風(fēng)機(jī)能耗大大提高。

2.3 方案三：水源熱泵機(jī)組溫濕處理方案

與方案二相比，該方案中熱泵機(jī)組冷量主要用于兩部分，分別為副廠房的供冷和對廠房送風(fēng)的表冷除濕。經(jīng)表冷除濕后的空氣再利用熱泵機(jī)組的冷凝熱加熱調(diào)溫后送入主廠房，而熱泵機(jī)組富余的冷凝熱則通過尾水盤管排至尾水中，方案的系統(tǒng)原理如圖4所示[3]。

圖4 水源熱泵機(jī)組除濕調(diào)溫系統(tǒng)原理圖

該方案中，熱泵機(jī)組對送入主廠房的空氣進(jìn)行的除濕、調(diào)溫控制過程中，送風(fēng)量保持不變，使各區(qū)域室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的控制達(dá)到要求。該方案利用水源熱泵機(jī)組制備冷水（37℃/32℃）并通過分、集水器分成兩路，分別對送風(fēng)進(jìn)行加熱及將富余熱量釋放至尾水。由于過冷度的增加可提高制冷量，因此，在熱泵機(jī)組中加設(shè)過冷器以提高機(jī)組的運(yùn)行效率。熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)，從尾水盤管回水先后經(jīng)過過冷器和冷凝側(cè)集水器。在蒸發(fā)一側(cè)，熱泵機(jī)組制備的冷量分別用于副廠房的供冷和表冷除濕器對空氣的表冷除濕[4]。

與初設(shè)方案相比，該方案的優(yōu)點(diǎn)在于主廠房送風(fēng)量保持不變，通過控制和調(diào)節(jié)送風(fēng)參數(shù)，達(dá)到對各區(qū)域設(shè)計(jì)參數(shù)的控制，同時(shí)機(jī)組設(shè)備運(yùn)行效率高，系統(tǒng)調(diào)節(jié)簡便、靈活，送風(fēng)參數(shù)可控性強(qiáng)，但該系統(tǒng)形式較為復(fù)雜。

表4 煙崗水電站通風(fēng)空調(diào)方案比較

2.4 方案比選

方案一所需設(shè)備安裝空間較大，現(xiàn)有地質(zhì)條件無法滿足該方案所需的設(shè)備安裝空間，且該一技術(shù)有待進(jìn)一步開發(fā)與研究，因此放棄該方案的實(shí)施。

方案二所需的總風(fēng)量較大，安裝的大功率風(fēng)機(jī)較多。同時(shí)所需送風(fēng)隧洞的斷面尺寸需增大20%，需增加投資10%，同時(shí)應(yīng)項(xiàng)目所在地有關(guān)部門對節(jié)能要求的考慮，放棄該方案的實(shí)施。

通過比較分析，同時(shí)結(jié)合工程布局特點(diǎn)的可實(shí)施性，為達(dá)到對各區(qū)域設(shè)計(jì)參數(shù)控制要求，并考慮方案的總體實(shí)際特征，在煙崗電站地下廠房通風(fēng)空調(diào)方案中，方案三比較適用。在實(shí)際的使用過程中，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，得到了適宜的夏季溫度條件。但該系統(tǒng)形式及控制較為復(fù)雜，需配備良好的操作團(tuán)隊(duì)進(jìn)行操作。

3 結(jié)語

煙崗水電站項(xiàng)目選址為高山地區(qū)，為地下式電站廠房，整體結(jié)構(gòu)為多洞室群結(jié)構(gòu)，設(shè)備發(fā)熱量較大，總體通風(fēng)量大?，F(xiàn)有新建中小型電站設(shè)計(jì)中，由于受氣候條件制約，常規(guī)設(shè)計(jì)無法滿足越來越嚴(yán)格的使用條件及應(yīng)用體驗(yàn)。同時(shí)為滿足最新的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及中小型水電站綠色建筑設(shè)計(jì)的要求，水源熱泵機(jī)組除濕調(diào)溫通風(fēng)方案這一方案為今后的具體實(shí)施提供了較好的借鑒作用。