煙崗水電站廠房通風方案探討

張 偉

（陜西省水利電力勘測設計研究院，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，電站共裝機2臺，單機容量為60 MW，總裝機120 MW，多年平均發電量5.5億kW·h，同時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，引水發電系統主要由六個部分組成，分別為尾水隧洞、進水口、尾水閘門室、壓力管道、主變室和主副廠房[1]。

為結合項目所在地氣象特征及建筑特點，同時充分利用尾水洞天然冷源。經測試及計算，夏季無壓尾水洞引風方案對設計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，以達到降溫除濕作用。因此，尾水洞作為天然冷源對尾水洞引風的水電站通風空調系統來說，具有節能、環保和可再生的優點。

鑒于此，在該項目空調及通風系統方案設計中，處理地下空間熱濕環境的主體方向確定為利用尾水洞引風。

1 電站廠房基本情況

1.1 室外氣象參數

氣象參數見表1。

表1 電站所在地氣象參數（木里氣象站）

1.2 廠房室內設計參數

根據《水力發電廠供暖通風與空氣調節設計規范》（NB/T35040-2014），室內設計參數見表2。

表2 地下廠房室內設計參數

1.3 地下廠房發熱量分布

根據發電機組及配套設備運行狀態，廠內設備總發散量為200kW，具體散熱量見表3。

表3 地下廠房發熱量

2 地下廠房通風空調方案

由于廠房結構復雜，因此煙崗電站設置串連系統對廠房通風。以送風洞為分割點，引風分為兩路：分別送入主廠房及主變洞。主廠房側引風流向由拱頂下送至發電機層；主變洞和電纜層側引風流向從主變洞排風豎井排出廠外。發電機層空氣流向為發電機層→水輪機層→水泵室→排風豎井→室外；其余空氣流向為電氣夾層→母線洞→變洞排風豎井→室外。其通風原理如圖1所示。

圖1 地下廠房通風系統結構示意圖

初步設計方案廠房總通風量為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，送風參數為18℃，RH=90%。副廠房空調方式采用風機盤管加新風的系統，冷水機組提供其冷源。

由于尾水引風出口空氣接近尾水溫度的飽和狀態。因此初設方案中，引入的低溫高濕空氣送入主廠房后，將導致發電機層相對濕度偏高；可為避免母線洞的溫度偏高，送風量不得過小。因此，該電站廠房通風空調系統的設計重點即是有效平衡發電機層和母線洞內的參數以達到設計要求。基于此，本文在初設方案基礎上提出三種改進通風方案進行比對，以期提供借鑒與參考。

2.1 方案一：直接蒸發多聯機供冷與通風方案

該方案如系統原理如圖2所示，保持廠房送風參數不變，減小主廠房送風量，降低發電機層的相對濕度，通過制冷劑直接蒸發供冷系統的方式來消除母線洞的余熱負荷，從而保證母線洞的溫度設計要求；地下副廠房也同樣采用制冷劑直接蒸發加新風系統的方式[2]。

圖2 液泵供液直接蒸發多聯機供冷系統原理圖

水電站的低溫尾水作為直接蒸發供冷系統的制冷劑，經氣液分離后輸配至各終端進行蒸發吸熱，形成蒸發供冷。該系統未設置壓縮機，而是采用耗功小的液泵代替，室內外機循環壓差形成的供冷循環，提高了系統能效比，降低了系統總能耗。

相對初設方案而言，該方案同時控制了各區域設計參數，減小了約22%總送風量，各風機能耗得到降低。該方案的缺點為母線洞內所需室內機盤管面積較大。

2.2 方案二：水源熱泵機組變溫通風方案

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

圖3 水源熱泵機組升溫方案系統原理圖

該方案為余熱回收方式，送風參數易于控制。其缺點是隨著送風溫度的升高，廠房的通風量約增加23%，風機能耗大大提高。

2.3 方案三：水源熱泵機組溫濕處理方案

與方案二相比，該方案中熱泵機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的表冷除濕。經表冷除濕后的空氣再利用熱泵機組的冷凝熱加熱調溫后送入主廠房，而熱泵機組富余的冷凝熱則通過尾水盤管排至尾水中，方案的系統原理如圖4所示[3]。

圖4 水源熱泵機組除濕調溫系統原理圖

該方案中，熱泵機組對送入主廠房的空氣進行的除濕、調溫控制過程中，送風量保持不變，使各區域室內設計參數的控制達到要求。該方案利用水源熱泵機組制備冷水（37℃/32℃）并通過分、集水器分成兩路，分別對送風進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，在熱泵機組中加設過冷器以提高機組的運行效率。熱泵機組運行時，從尾水盤管回水先后經過過冷器和冷凝側集水器。在蒸發一側，熱泵機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]。

與初設方案相比，該方案的優點在于主廠房送風量保持不變，通過控制和調節送風參數，達到對各區域設計參數的控制，同時機組設備運行效率高，系統調節簡便、靈活，送風參數可控性強，但該系統形式較為復雜。

表4 煙崗水電站通風空調方案比較

2.4 方案比選

方案一所需設備安裝空間較大，現有地質條件無法滿足該方案所需的設備安裝空間，且該一技術有待進一步開發與研究，因此放棄該方案的實施。

方案二所需的總風量較大，安裝的大功率風機較多。同時所需送風隧洞的斷面尺寸需增大20%，需增加投資10%，同時應項目所在地有關部門對節能要求的考慮，放棄該方案的實施。

通過比較分析，同時結合工程布局特點的可實施性，為達到對各區域設計參數控制要求，并考慮方案的總體實際特征，在煙崗電站地下廠房通風空調方案中，方案三比較適用。在實際的使用過程中，達到了設計的要求，得到了適宜的夏季溫度條件。但該系統形式及控制較為復雜，需配備良好的操作團隊進行操作。

3 結語

煙崗水電站項目選址為高山地區，為地下式電站廠房，整體結構為多洞室群結構，設備發熱量較大，總體通風量大。現有新建中小型電站設計中，由于受氣候條件制約，常規設計無法滿足越來越嚴格的使用條件及應用體驗。同時為滿足最新的節能設計標準及中小型水電站綠色建筑設計的要求，水源熱泵機組除濕調溫通風方案這一方案為今后的具體實施提供了較好的借鑒作用。