塔貝拉水電站四期工程暖通空調系統設計特點

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，成都，610072)

1 前言

塔貝拉水電站位于巴基斯坦、印度河干流上，距離首都伊斯蘭堡約113km。塔貝拉水電站4期工程為擴建工程，在現有的14臺機組上增加3臺單機容量為470MW的混流式水輪機，總裝機容量增加1410MW。該工程自2013年10月逐步開展技施設計工作，現已全部投產。

塔貝拉水電站4期工程為地面式廠房，當地海拔高度約為347.00m，屬于熱帶季風氣候。夏季(4-10月)炎熱少雨，冬季(12-2月)寒冷干燥。全年平均溫度約27℃，最低氣溫0℃，最高氣溫48℃。

在進行該地區水電站工程暖通空調設計時，應充分考慮當地氣候特點及電站實際情況，使設計合理化以滿足各區域溫濕度參數要求、運行的可靠性、布置的可行性及優越性。

2 暖通空調設計方案

開展本項目暖通空調設計前，應充分把握EPC承包商與業主雙方簽訂的合同中的技術條款，確定設計依據的規范和標準(本項目采用美標)，理解合同文件對設計參數、設備材質、系統形式的要求。在此基礎上進行計算復核、方案選取、深入規劃和布局，以便更好地迎合雙方設計理念、達到設計要求、優化設計措施、把握工程成本，同時，盡可能縮短圖紙審批流程、保障工程進度。

2.1 空調系統設計方案

根據主合同對廠內各區域的溫濕度參數規定，并結合氣象條件分析，主廠房及控制樓大部分區域夏季均需設置空調制冷，冬季控制樓需設置空調制熱。應嚴格計算廠內設備和人員發熱量，并結合室外氣象參數和室內設計參數計算各區域的空調冷熱負荷。

主廠房設置風冷單冷冷水機組+組合式空氣處理機組+風機盤管系統，由布置在室外空調機房屋面的風冷單冷冷水機組提供冷凍水，主廠房除兩層電纜道采用風機盤管作末端設備外，其它區域均由機房內的2臺組合式空氣處理機組集中送回風并提供新風，組合式空調總送風量為18萬m3/h，采用大斷面風管布置于廠房下游側頂部，通過多根分支管預埋入混凝土墻下穿至地面以下各層送風。送風溫度為17℃，利用各層吊物孔串聯向上回風，由設置在發電機層的回風總管集中回至組合式空氣處理機組。

控制樓同時有制冷和制熱要求，設置風冷熱泵冷熱水機組+組合式空氣處理機組+風機盤管系統。風冷熱泵冷熱水機組夏季提供冷凍水、冬季提供熱水，組合式空氣處理機組集中布置于頂層空調機房，送回風管經風井引至各空調房間，送風溫度為24℃。同時，在各空調房間設置風機盤管作為空調末端，組合式空氣處理機組與風機盤管兩者結合，使空調房間夏季和冬季的室內溫濕度、新風量均達到設計要求。

2.2 通風與防排煙設計思路

蓄電池室、電纜夾層、油系統房間排風量均按換氣次數不小于6次/h計算。廠內電纜層、油系統等防火區域均考慮了事故排風的排風量。風機與火災報警系統聯鎖，一旦發生火災，風機停運。火災后，由消防控制中心或現地啟動全自動防煙防火閥，并聯動排風機進行災后排煙。以上區域的正常通風系統兼做事故排風系統。

防火區域的進排風口均設置了自動復位防煙防火閥，以達到防止煙火互竄、窒息火情、排走煙氣的目的。排風系統中凡有風管穿防火墻與樓板處均設置有自動復位防煙防火閥進行事故隔斷。

發電機層設置機械排煙系統。平時通風和事故排煙的轉換通過外墻安裝的雙速排煙風機來實現。副廠房4部封閉樓梯間均設置加壓送風系統，滿足火災時人員疏散要求。

2.3 節能措施

廠房屋頂設置隔熱材料，降低廠內空調冷負荷。根據廠內外溫濕度監測數據自動調節集中空調系統的新回風電動風閥、空調設備運行數量，實現空調制冷量與實時負荷的匹配。風機、水泵基礎設組合式減振臺座，水泵、風機進出口設柔性軟接頭。空調、風機采用低噪聲設備，按節能要求確定空調設備能效比，防止能源浪費。所有風機、空調機等耗能設備均選用效率高、COP高、污染小、符合能源政策的設備。對主要用能的設備配置計量和控制儀表。

2.4 暖通空調系統的控制

本項目的暖通空調自動監測和控制主要應用于空調系統和防排煙系統，設計目標為提高調節質量、保障安全、減輕管理人員勞動強度。自動監測和控制系統應能實現以下功能：

(1)根據室內溫濕度作為邊界條件，確定空調設備運行臺數和變頻離心水泵的運行頻率，并按合理的順序自動依次開啟或關閉空調設備及相關附屬設備。組合式空氣處理機組過濾器設置壓差開關報警裝置，變頻水泵出口設壓力開關報警裝置；

(2)自動控制系統應與火災自動報警控制系統相聯系，在火災報警情況下，應能及時切斷相應部位的暖通空調設備電源，退出運行狀態；

(3)通風系統中的防排煙設備(排煙風機、防火閥等)，應受控于消防報警控制系統，火災時能及時關閉或投入運行。

3 暖通空調設計的特殊性及難點

3.1 冷水機組制冷劑的選擇

對于風冷冷水機組，其冷凝散熱面積以及冷卻風量一定時，室外溫度越高，冷凝器表面溫度與環境溫度差值越小，冷凝器表面對流傳熱效率越低，換熱量越小，冷凝溫度就會上升，機組輸出的冷量就會越小。本項目當地夏季炎熱，極端最高溫度高達48℃，風冷冷水機組的高溫運行能力、衰減速率與制冷劑的選擇息息相關。

根據研究分析，當室外溫度達到48℃時，如使用風冷冷水機組傳統冷媒R407C，壓縮機所需的冷凝排氣飽和溫度為63℃，但目前主流品牌冷媒為R407C的壓縮機最高運行溫度僅為60℃，不能滿足當地高溫工況，不足以確保機組的正常運行并帶走室內冷負荷或達到工藝冷卻要求。而采用冷媒R134a的壓縮機，在同樣環境工況下所需的冷凝排氣飽和溫度也為63℃，且目前主流品牌冷媒為R407C的壓縮機最高運行溫度達到70℃，在其穩定運行范圍內。此外，根據R134a和R407C風冷冷水機組在各環境溫度下的冷量輸出對比表可以看出，兩者在43℃以下時衰減率基本一致，超出45℃時R407C的機組基本無法投入使用，而R134a的機組在48℃時的衰減率仍較小，輸出冷量為名義工況的85%，根據合理的設備選型可滿足設計要求。

表1 R134a和R407C風冷冷水機組

3.2 封閉樓梯間平時通風和加壓送風系統的結合

廠房下游的4部封閉樓梯間不僅要求火災時加壓送風，還要求夏季或冬季送空調冷風或熱風滿足人員舒適要求，送風設備采用組合式空氣處理機組，加壓送風量和平時送風量的比例約為10∶1。

為滿足不同工況送風量和送風溫度要求，組合式空氣處理機組的風機和換熱器設置方式非常關鍵。如采用變頻單風機設備，變頻電機的頻率變化范圍一般為5Hz～50Hz，平時小風量工況運行需要的頻率幾乎低于下限值。電機長時間低頻運行，對于低轉速高轉矩的風機，電機發熱量加大，散熱功能差，將導致電機過熱，造成電機線圈燒毀。此外，換熱器僅用于平時小風量送風工況的空氣處理，容量較小，如果平時和事故共用1臺設備，設備的外形尺寸勢必按大風量工況設計，與換熱器的設計原則矛盾。

因此，樓梯間送風系統采用一大一小組合式空氣處理機組拼裝成整機，機組間完全隔離，小機組配套換熱器，作平時通風用，大機組作火災時加壓送風用，兩者共用1套風管系統。

3.3 空調送回風管布置

主廠房空調總送風量為18萬m3/h，主風管斷面大，且合同要求除發電機層外，主機間不得設置明裝風管。大斷面送回風主管均布置于發電機層，為避免影響橋機軌道起吊，送回風主管均布置于橋機軌道以上，屋面作保溫，避免日曬影響風溫。送風主管引出多根分支立管下至地面，再通過混凝土墻內預埋風管送至發電機層以下空調區域。分支管的風量分配應適宜，保證預埋圓風管的口徑在合理范圍內。發電機層以下區域無需分散設置回風管，溫升后的空調送風通過各層格柵式吊物孔上升至發電機層后通過頂部回風主管集中回風至空調機組，進一步精簡了風管系統，節約投資并減少風管與其它管路、電纜橋架沖突的可能性。主機間均為大空間區域，重點發熱區域為變壓器和盤柜區。采用非均勻送風，送風口集中布置重點發熱區域，其它區域僅設置少量送風口滿足基本換氣要求，有利于提高整個大空間空調區域的溫濕度均勻性和減少總空調送風量，使空調系統更具針對性和節能性。

控制樓各區域均設置空調送回風管，布置于房間吊頂內。為減輕風管斷面較大對房間層高的影響，分區域設置送回風豎井，將送回風主管在機房內按區域風量需求分支，分支管通過各送回風豎井后，進入各樓層空調房間，從而減小了出豎井后水平風管的斷面，保證了各樓層所需凈空尺寸。

3.4 暖通空調設備材質和噪聲要求

巴基斯坦水電工程項目對暖通空調設備材質和噪聲要求通常按照ASTM、ASME、ARI等美國標準執行。

在材質方面，設備鋼制外殼及內部部件、螺釘、螺母、螺栓、螺桿等附件均須按照美國標準或相當于美國標準的材料工藝要求制作。經過對規范的深入學習和研究，對于絕大部分設備材質，國標規定檔次均不低于美國標準。設備制造可按國內較高等級進行，報送設備材質文件審批時，應將設備各部件的美國標準規定和國標規定作對應表，證明兩者的等效性和通用性即可。

合同對暖通空調設備的噪聲要求較高，如通風用風機設備要求運行噪聲不大于68dB(A)。按照國內生產水平和技術標準，部分風壓、風量較大的風機設備設計選型時，即使采用低噪聲型設備或在風機設備接口處增設消聲裝置仍不能滿足合同噪聲要求。應將以上風機設置為風機箱，且在箱體內層設置足夠厚度的吸聲材料降噪。電站投運后的現場驗收測試中，所有通風空調設備的運行噪聲測試值均控制在合同要求范圍內。

4 結論

隨著國內水電站工程趨于飽和，未來的水電項目必須走向國際。國外EPC項目的暖通空調設計，相對于國內項目，提出了更多不同的要求，具備特殊性，要求暖通設計工程師不僅應具備過硬的專業技術水平，同時對工程執行過程協調能力、國際規范熟悉程度、當地實際環境與設計結合度、風險控制等綜合素質也有很高要求。在開展設計工作時應深入研究中外設計咨詢工作方式的差異，轉變理念和服務方式，因地制宜地開展設計工作，通過實踐不斷積累經驗，提高自身水平，以適應不同市場的發展和要求。