长江三峡左岸电站通风空调系统设计分析

　　 1、概述
　　三峡工程是我国最大的跨世纪工程，三峡电站是连接华中、华东电网及对川东地区供电的关键性电站。搞好三峡电站厂房的通风、空调设计，对于保证发电机组的安全运行，改善运行人员的身心健康起着重要的作用。
　　左岸电站厂房的通风、空调系统分别在1992年和1994年进行了初步设计和单项工程技术设计，1996年9月，中国长江三峡开发总公司正式行文我委，将厂房改为封闭式厂房。针对这一改变，原来的空调方案要作较大的修改，1998年8月，我委提出了《长江三峡水利枢纽电站厂房通风、空调专题报告》，在该报告中对原来的设计方案作了以下较大的修改：
　　①提高了厂内空气环境的设计标准。三峡电站举世闻名，又滨临著名的三峡风景区，建成后必然成为中外旅游参观的热点。所以，厂内空气环境的设计宜采用较高标准进行；
　　②主厂房发电层的送回风方式由原来的上游送、下游排的“直流式”改为现在的上、下游对送，中间搭接的分层空调送风方式；
　　③由于新一代电子计算机设备对环境温湿度的要求不太严格，所以对中控室、电算室等房间采用了一般的舒适性空气调节设计标准；
　　④考虑到整个厂房的建设周期很长，机电设备要分期投入使用的特点，特别是布置在厂内的励磁变压器室、单元控制室等部位，是机组发电的关键部位，设备发热量大，对环境温湿度要求高，在这些部位设置了能同期投入运行的2号中央空调系统，并设置了能远程监控的感温探头；
　　⑤由于国家对消防的要求越来越严格，根据新的规范，对全厂所有需要防、排烟的部位，均设置了机械防、排烟系统或自然排烟系统；
　　⑥空调主机取消了原来的水冷式冷水机组，改用先进的电脑全自动控制风冷式冷水机组，省去了冷却塔和冷却水管路，简化了系统；
　　⑦全厂通风、空调系统采用计算机监控，按无人值班，少人值守的原则，所有通风、空调设备的运行均能远程观测、启、停。
　　专题设计报告于1998年10月、1999年12月由三峡总公司技委会、机电工程部分别在北京和宜昌三峡总公司大楼组织有关专家进行了审查并获得通过。主厂房发电机层的分层空调设计方案经重庆建筑大学进行热态模型模拟实验，证明设计是先进的，与全室空调相比，可以节省冷量约30%以上。以后施工图阶段的设计工作均是按照专题报告的设计内容、模型实验的结论及专家审查意见执行的。


　　 2、设计原则和基本参数的选择
　　2.1 设计原则
　　在总结以往水电站建设暖通设计的经验基础上，结合三峡工程的实际情况，从改善三峡电站工作环境，确保设备的安全运行，提高人员的工作效率，电站厂房通风、空调的设计遵循以下设计原则：
　　①值班人员短期巡逻，内设一般机械、仪表的房间，如主厂房水轮机层，下游副厂房各层等，采用机械通风（加辅助冷源）的方案；
　　②主厂房发电机层采用分层空调，以节约冷量；
　　③值班人员经常工作以及内有对环境要求较高的机电设备房间，如中控室、单元控制室、励磁变压器室、通讯室、办公室等，采用一般舒适性空调方案；
　　④油库、GIS室、蓄电池室、气体灭火器瓶存放室等特殊部位，采用单独排风系统。


　　2.2 室外空气计算参数选择
　　三斗坪坝区位于宜昌和巴东之间，其河谷地形也介于二者之间，参照宜昌和巴东二地的气象参数统计资料，确定坝区的各项室外空气计算参数，作为三峡电站通风、空调的设计条件，如表－1所示。

序号	名 称	单 位	数 值
1	年平均空气温度	℃	17.3
2	夏季空调室外计算干球温度	℃	35.9
3	夏季空调室外计算湿球温度	℃	27.9
4	夏季空调室外计算日平均温度	℃	32
5	夏季通风室外计算温度	℃	33
6	夏季通风室外计算相对湿度	%	59
7	夏季室外计算大气压力	hPa	987.9
8	冬季空调室外计算干球温度	℃	-2
9	冬季空调室外计算相对湿度	%	70
10	冬季采暖室外计算温度	℃	1
11	冬季室外计算大气压力	hPa	1007.9

　　2.3 室内空气设计参数选择
　　按照厂房各部位的功能，工作场所的重要性及工作人员、机电设备的运行需要，依据国家有关规范，考虑到三峡电站的特殊性，确定厂房各部位的室内空气设计参数如表－2.

序号	部 位	夏 季	冬 季
温度℃	相对湿度%	温度℃	相对湿度%
1	主厂房发电机层	≤28	≤70	≥12	≤70
2	水轮机层及下游副厂房各层	≤28	≤75	≥12	≤70
3	上游副厂房各层	≤30	—	≥12	—
4	变压器室、母线室、电抗器室、GIS室	≤35	—	≥12	—
5	电算室、中控室、通讯室、单元控制室、其它房间（办公室）等	≤27	40～60	16～20	40～60

　 　3、负荷计算经计算
　　全厂通风、空调总热负荷约为753.16×104kcal/h，总余湿量约为355.0kg/h.见表－3.

序号	部 位	热负荷 （×104kcal/h）	余湿量 （356.2kg/h）
1	67.00m层主厂房水轮机层	24.59	20.0
2	67.00m层上游副厂房（励磁变压器）	84.28
3	75.30m层上游副厂房	74.56
4	93.60m层上副GIS室	129.88
5	75.30m层安Ⅱ下副机修间	19.75	8.0
6	75.30m层主厂房发电机层	304.1	12.0
7	82.00m层安Ⅱ上副中控室	4.75	1.2
8	82.00m层安Ⅱ上副电算室、辅助盘室	3.67	1.2
9	82.00m层安Ⅱ上副交接班室、大厅	5.59	2.4
10	89.25m层安Ⅱ上游副厂房	12.28	12.0
11	87.80m层安Ⅲ上游副厂房	9.83	12.0
12	93.60m层安Ⅱ上副至大坝110.4m层观光扶梯	12.6	4.0
13	75.30m层上副单元控制室	61.18	6.0
14	82.00m层安Ⅲ上副保护盘室	6.1	1.2
15	67.00m层下游副厂房		125.0
16	61.24m层及以下各层下游副厂房、水车室		150.0
17	合计	753.16	355.0

　 　4、设计方案全厂设有3个中央空调系统、1个主厂房水轮机层及下游副厂房各层通风空调系统、3个单独空调系统、9个单独排风系统和4个防、排烟系统以及厂内除湿系统。
　　4.1 中央空调系统
　　4.1.1 1号中央空调系统
　　主要负责对主厂房发电机层、上、下游副厂房75.30m层等部位进行空调，兼顾向水轮机层上游侧的柜式风机盘管机组提供冷源以及向上游副厂房75.30m层的单元控制室、67.00m层励磁变压器室少量送冷风。
　　本系统的冷源分别设在上游厂坝平台和安Ⅲ段水轮机层。其中上游厂坝平台布置6组模块式风冷冷水机组，负责生产和供应本系统空调设备所需的冷冻水，还兼顾向布置在主厂房水轮机层上游墙处的立柜式风机盘管机组供应冷冻水。冷冻水供、回水水池和水泵房设在安Ⅲ段主厂房水轮机层，水泵房内设有管道离心式水泵14台。
　　在上游副厂房82.00m层的3号、5号、9号、13号机组段、下游副厂房75.30m层的1号、4号、7号、11号机组段各设有1个空调机房，每个空调机房内布置1组组合式空气处理机组，每组组合式空气处理机组均由“新风回风混合初效过滤段”、“表冷段”、“风机段”、“均流段”、“中效过滤段”、“消声段”、“送风段”共7个功能段组成。上述8组组合式空气处理机组所需的冷冻水由安Ⅲ段水泵房水泵从冷冻水供水池抽取，然后通过管道供给，回水通过管道直接回到安Ⅲ段冷冻水回水池。组合式空气处理机组对主厂房发电机层的回风和新风进行处理后，通过上、下游副厂房75.30m层顶部纵贯全厂的空调送、回风道向主厂房发电机层送风和回风。
　　另外，在上游副厂房75.30m层每个机组段发电机制动开关室上游左侧，布置有一个送风竖井，送风竖井上部接上游侧顶部送风道，左侧开送风口向单元控制室送冷风；下部在67.00m层顶部安装送风口，向下面励磁变压器送冷风。
　　1号中央空调系统的新风源是廊道风，通过安Ⅲ段、14号机组段2条引风廊道从大坝廊道引入，在下游75.30m层4个组合式空气处理机房内与回风混合，经组合式空气处理机组处理后送入厂房。


　　4.1.2 2号中央空调系统
　　主要负责对上游副厂房75.30m层的单元控制室、7号机组段的电梯机房、67.00m层励磁变压器室以及安Ⅲ段82.00m层保护盘室、载波机室、安Ⅲ段及7号机组段87.80m层上游副厂房、安Ⅱ段82.00m层大厅、交接班室、安Ⅱ段及1号机组段89.25m层上游副厂房等部位进行空调。
　　本系统的冷源是5台风冷热泵式冷（热）水机组，其中4台布置在安Ⅱ段左端头的上游副厂房屋顶，1台布置在14号机组段右端头的上游副厂房屋顶。每台冷（热）水机组配带2台循环水泵（1用1备），负责供应上述各部位空调设备所需的冷（热）水。
　　单元控制室、励磁变压器室、层保护盘室、电梯机房的末端空调设备是吊顶式或立柜式风机盘管机组，布置在上述各部位的空调房内处理室内空气，这些立柜式风机盘管机组对其所在部位的室内空气进行处理后，再送入室内，消除室内冷（热）负荷。
　　1号机组段上游副厂房89.25m层和安Ⅲ段87.80m层上游副厂房各设有一个空调机房，每个空调机房内布置2台立柜式风机盘管机组，通过风管、风道对副厂房各个房进行空调送风和回风。
　　安Ⅱ段上游副厂房82.00m层的交接班室、大厅和安Ⅲ段上游副厂房82.00m层的载波机室布置卧式暗装风机盘管，处理室内空气。


　　4.1.2 安Ⅰ段上副扩建中央空调系统
　　主要负责对安Ⅰ段上游副厂房扩建部分进行空调。
　　本系统的冷源是1台风冷热泵式冷（热）水机组，布置在安Ⅰ段扩建的上游副厂房屋顶，冷（热）水机组配带2台变频循环水泵（1用1备），负责供应安Ⅰ段上副扩建各层空调设备所需的冷（热）水。
　　三、四、五层在每一层走廊左侧端头附近吊顶内各布置一台吊顶式风机盘管机组，通过风管向每层的各个房间送、回风，新风通过新风管从左侧墙外吸取。
　　一层保卫值班室、二层工作间布置卧式暗装风机盘管，就近处理室内空气。
　　一层配电房设二台轴流风机进行通风换气，发生火灾时可进行排烟。轴流风机布置在右侧砖墙上部。


　　4.2 主厂房水轮机层及下游副厂房各层通风空调系统
　　本系统主要负责对主厂房水轮机层、下游副厂房各层进行通风、空调。
　　在主厂房水轮机层靠上游墙处，每个机组段布置2台立柜式明装风机盘管机组，共28台，冷冻水由1中央空调系统供给，负责对主厂房水轮机层的空气进行降温去湿处理。
　　在上游副厂房67.00m层的1号、6号、7号、11号机组段各设有1个送风机房，每个送风机房内设有1个引风室，1个风机室。引风室与风机室之间用初效平板式空气过滤器（整面墙布设）分隔。且通过1条引风廊道从大坝廊道引风，出风口处设置防火阀；风机室内布置1台离心式送风机。
　　廊道风在送风机的抽吸作用下，经引风廊道进入到引风室，再经空气过滤器过滤后，进入到送风机房，由送风机送入到上游侧纵贯全厂的送风道，在送风道里，每个机组段通过1根风管向44.00m层交通廊道少量送风，其余绝大部份空气均通过每个机组段4根送风管送往主厂房水轮机层。送风气流除一部分被送入水轮机室外，其余部分在吸取了主厂房水轮机层的热、湿负荷后，横穿主厂房水轮机层，通过下游承重墙的门洞进入到下游副厂房67.00m层，继续吸取该部位的热、湿负荷后，进入该层顶部的排风道。
　　每台发电机组的水轮机室设有1台轴流送风机，布置在主厂房水轮机层发电机围墙外附近上游侧，抽取主厂房水轮机层的空气，通过预埋风管向水轮机室送风，再通过预埋风管（钢管）、明装风管（玻璃钢风管）向下游副厂房49.72m、55.48m、61.24m各层排风。排出的空气继续吸取上述各层副厂房的湿负荷，然后经下游防潮墙上排风口、排风管进入到下游副厂房67.00m层顶部纵贯全厂的排风道。
　　在下游副厂房75.30m层的3号、6号、9号、13号机组段各设有1个排风机房，每个排风机房内布置1台离心式排风机。排风机通过排风道、排风口收集下游副厂房67.00m层及以下各层的空气后，再通过下游尾水平台的排风窗排出厂外。


　　4.3 单独空调系统
　　观光扶梯空调系统：安Ⅱ段上副93.60m层设有通往大坝110.40m层的观光自动扶梯，在安Ⅰ段上副扩建部分？93.60m层的空调机房内布置2台带余压的分体热泵式空调室内机，室外机布置在安Ⅰ段上副扩建部分的屋顶。室内机通过二侧与扶梯平行的风管向观光自动扶梯的通道大厅、玻璃罩扶梯空间送风，并通过吊顶回风。
　　中控室空调系统：中控室、计算机及辅助盘室、监控系统主机及工程师站机房设在安Ⅱ段上副82.00m层，作为一个单独的空调系统设有空调机房。在空调机房内布置2台带余压的分体热泵式空调机，通过风管向上述部位各房间送、回风。
　　电梯机房空调系统：在下游副厂房尾水平台及上游副厂房屋顶的各个电梯机房内，布置分体空调机进行空调。


　　4.4 单独排风系统
　　GIS室排风系统：按排除下部泄漏的SF6气体和排除室内上部热空气二方面考虑，排风系统分排SF6系统和排热系统。排SF6系统的风机房设在上游副厂房82.00m层的6号、8号机组段，各布置1台离心风机，通过布置在GIS室下游侧楼板上的铝合金排风口和楼板下纵贯全厂的排风道，吸取室内地面附近的含SF6空气，然后由竖直砖砌风道排至上游副厂房屋顶排出；排热风机布置在GIS室上游墙上部，每个机组段布置3台轴流风机，全厂共48台。抽取聚集在室内上部的热空气，直接排至室外。进风口布置在GIS室上游墙下部，沿厂房纵向均匀布置，直接从上游厂外进风。
　　油库排风系统：油库排风机房设在安Ⅰ段72.60m层的油库内，布置1台防爆离心风机。室内排风管在房间上部和地面附近设置排风口，以兼顾平时排风和事故排烟的需要，排风管采用无机不燃型玻璃钢风管。风机出风口处和油库进风口处均设置防火阀。
　　另外，在中控室照明夹层、上副安Ⅱ段89.25m层电源室、7号机组段82.00m层蓄电池室、上副82.00m层电抗器、厂内厕所、污水处理控制柜室、气体灭火器瓶存放室等部位也设置了单独的排风系统。


　　4.5 厂内事故防排烟系统
　　主厂房发电机层事故排烟系统：在主厂房发电机层上游承重墙上部和下游屋顶各布置17台轴流风机和17台屋顶风机，用来排除火灾时聚集在厂房上部的烟气。
　　上游副厂房封闭楼梯间、电梯间防烟系统：在上游副厂房的安Ⅱ段、7号机组段的左端和14号机组段的右端分别设有5号、9号、10号楼梯，与6号、7号、8号电梯之间有共用前室。其中，安Ⅱ、14号机组段的楼梯、电梯从67.00m～108.00m层，总提升高度为41m；7机组段的楼梯、电梯从67.00m～93.60m层，总高度为26.6m.根据消防要求，应设防烟系统。在每个封闭楼梯间或楼梯、电梯的合用前室内，设有从顶到底的通风竖井。每个竖井各布置1台防烟轴流风机。另在竖井上对应每一个站点的前室和封闭楼梯间各设1个板式排烟口（当送风口用）。发生火灾时，烟感器给出信号，所有的板式排烟口开启，防烟轴流风机启动，从室外抽风并通过通风竖井、板式排烟口送入前室和封闭楼梯间，使整个前室、楼梯间形成正压，防止外面烟气侵入，便于人员逃生。
　　下游副厂房排沙孔启闭机房及机修间排烟系统：在启闭机房和机修间内布置排烟风管，并接入设在下游副厂房75.30m层顶部的排烟主风道。排烟风机为混流式排烟风机，安装在安Ⅱ左端附近主排烟风管上，抽排的烟气排至安Ⅱ段尾水平台。
　　上游副厂房？75.3m层、？67.0m层排烟系统：排风竖井布置在上游副厂房每个发电机制动开关室内，平时排风，发生火灾时排烟。当烟气温度超过280℃时，防火阀排风口关闭，并给出电信号，排烟风机停止。排风竖井穿过82.00m层楼板，在86.00m层处封顶，且在85.00m层处侧墙上安装1台轴流排风机，共14台，平时将厂内的排风引至母线处排放，对母线进行冷却，发生火灾时，可用来排除烟气。排风竖井上在75.30m层发电机制动开关室屋顶附近和楼板附近处、右侧直流盘室屋顶附近以及上副70.80m层电缆廊道顶部排风管道上和上副75.30m层配电盘室等处分别设防火阀排风口，对上述部位进行排风和排烟。


　　4.6 厂内除湿系统
　　厂内下游副厂房各层布置有水处理设备，比较潮湿，需要除湿。在下游副厂房的49.72m、55.48m、61.24m、67.0m层的每2个机组段，以及安Ⅲ段高、低压空压机室等部位，各布置1台移动式除湿机，共30台，对上述部位进行除湿，凝结水用软管就近接排水沟。