楊 銘

（中國電力工程顧問集團東北電力設(shè)計院有限公司，長春 130021）

常規(guī)島是核電廠的汽輪發(fā)電機組及其配套設(shè)施所在廠房的統(tǒng)稱，其廠房暖通空調(diào)設(shè)計是核電廠設(shè)計的重要內(nèi)容之一。引進機組的汽機房以熱風采暖為主，多為機械進風；國產(chǎn)機組以散熱器采暖為主，采用機械通風方式。根據(jù)不同機型的布置特點、機組系統(tǒng)配置情況，在核電文化設(shè)計理念和不同廠址氣候條件差異的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)功能、安全等級及采暖、通風系統(tǒng)設(shè)計特點進行介紹及分析。

1 廠房布置特點及暖通空調(diào)設(shè)計依據(jù)

1.1 廠房布置特點

常規(guī)島廠房多為單臺機布置，包括汽機房、除氧間，以及凝結(jié)水精處理間、潤滑油儲存?zhèn)魉烷g、電氣、熱控、暖通設(shè)備間等輔助設(shè)備間。由于核電機組的介質(zhì)溫度、壓力較低，相應的設(shè)備容量較大，管道散熱面積較多，汽機房體積大于火力發(fā)電廠的汽機房。汽機房含除氧間的跨距約55 m 或59 m，長約120 m，高度約40m，除氧器平臺高出汽機房運轉(zhuǎn)層平臺，輔助設(shè)備間多布置在除氧間，或在廠房邊上增加偏屋，偏屋的尺寸未包含在上面統(tǒng)計的廠房尺寸內(nèi)。

汽機房包括底層、中間層和運轉(zhuǎn)層，又分為全地上布置和半地下布置。受冷端優(yōu)化后的凝汽器下沉式布置的影響，半地下布置分為整體降標高和局部降標高。整體降標高是常規(guī)島廠房的底層整體降到地下布置，地下部分和地上部分的面積相同。局部降標高只是將凝汽器降到地下布置，地下部分小于地上部分。常規(guī)島廠房也有采用地下二層布置的。AP1000機型的常規(guī)島廠房內(nèi)布置了為核島服務的14個系統(tǒng)，主要布置在第1跨內(nèi)，少量在第2跨。與暖通專業(yè)有關(guān)的系統(tǒng)為中央冷凍水系統(tǒng)、熱水加熱系統(tǒng)、風管穿越汽機房的核島非放射性通風系統(tǒng)。

1.2 設(shè)計依據(jù)

常規(guī)島廠房暖通空調(diào)設(shè)計，在可行性研究階段遵循NB/T 20034—2010《核電廠可行性研究報告內(nèi)容深度規(guī)定》編寫報告和節(jié)能專篇。初步設(shè)計階段遵循中國核工業(yè)總公司1998.11.26發(fā)布實施的《核電廠初步設(shè)計文件內(nèi)容與深度規(guī)定》，包括設(shè)計說明書、圖紙、設(shè)備和主要材料清冊、主要設(shè)計參數(shù)、法規(guī)標準清單、職業(yè)安全專篇、職業(yè)衛(wèi)生專篇、消防專篇、初步安全分析報告（PSAR）、系統(tǒng)手冊的第一階段、設(shè)備技術(shù)規(guī)范書等。施工圖設(shè)計階段包括設(shè)計施工說明、施工圖紙、設(shè)備材料清冊、系統(tǒng)手冊的第2階段和第3階段、設(shè)備標牌清單及計算書，最終安全分析報告（FSAR）。

2 廠房暖通空調(diào)系統(tǒng)功能及安全等級

安全島廠房暖通空調(diào)系統(tǒng)為整個廠房提供供暖（位于集中供暖區(qū)），以維持適于人員進入、設(shè)備存放及設(shè)備正常運行的環(huán)境條件；維持汽機廠房、電氣熱控房間等區(qū)域的環(huán)境溫度，保證設(shè)備正常運行和滿足運行人員舒適的要求；維持蓄電池室、潤滑油室、酸堿儲存間、加藥間和消防鋼瓶間等負壓，防止腐蝕性氣體滲入相鄰房間；為常規(guī)島廠房所有區(qū)域提供消防排煙和正壓送風系統(tǒng)；為了確保各種儀器、儀表及控制元件可靠運行，保證控制房間內(nèi)的電子元件的環(huán)境溫度、濕度，常規(guī)島廠房內(nèi)的熱控電子設(shè)備間等設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)。系統(tǒng)的安全等級為非安全級。

3 采暖系統(tǒng)

3.1 供暖換熱站

常規(guī)島廠房的供暖熱源與輔助、附屬建筑的供暖熱源的介質(zhì)參數(shù)和運行狀態(tài)相同，宜合用同一熱源。設(shè)置集中供暖的核電廠，由于兩個系統(tǒng)的熱媒參數(shù)和運行工況不同，保護區(qū)內(nèi)的常規(guī)島和核島的供熱熱源宜分開設(shè)置。

核島供暖系統(tǒng)，又稱熱水加熱系統(tǒng)，可按單元機組設(shè)置，也可以合設(shè)，系統(tǒng)為特定的輔助、附屬及放射性廢物廠房的非安全級空氣處理機組、單元式加熱器、風管加熱盤管及在天氣寒冷時電廠檢修期間為安全殼循環(huán)冷卻機組提供熱水。室外溫度低于25 ℃時，系統(tǒng)要投入運行，此時熱負荷較小。核島系統(tǒng)通常采用的熱媒供回水溫度為95/60 ℃或91/46 ℃。核島供暖系統(tǒng)的熱交換器和熱水循環(huán)泵按設(shè)計熱負荷2×100%容量配置。當縱深防御要求此系統(tǒng)運行時，電源應接應急電源。

常規(guī)島廠房、輔助、附屬建筑的供暖熱媒供回水溫度通常為95/70 ℃。

保護區(qū)內(nèi)換熱站的加熱熱媒為汽輪機抽汽，多為二回路蒸汽，2臺汽輪機之間應互為備用，事故狀態(tài)或冷停堆工況時，應由輔助鍋爐提供蒸汽作為備用。保護區(qū)內(nèi)供暖換熱站通常布置在常規(guī)島廠房或輔助鍋爐房內(nèi)。

非集中供暖的核電廠，當核島換熱站設(shè)在汽機房及輔助設(shè)備間內(nèi)時，由于多為集中空調(diào)的加熱盤管需要熱源，用熱負荷小，且在封閉的管道內(nèi)，因此汽機房及輔助設(shè)備間的熱源宜與核島熱源共有一個熱源系統(tǒng)。

保護區(qū)外宜單獨設(shè)置集中供暖換熱站，其加熱熱媒不應是2回路的蒸汽，而是保護區(qū)內(nèi)常規(guī)島換熱系統(tǒng)的熱水。

3.2 汽機房供暖

汽機房供暖熱負荷按維持室內(nèi)溫度5 ℃計算，計算時不計設(shè)備、管道散熱量。可行性研究設(shè)計和初步設(shè)計的供暖熱負荷按照容量1 000MW 單座汽機房72 680 W/℃進行估算，施工圖應對每個房間或區(qū)域進行熱負荷計算。

汽機房供暖應以散熱器為主、暖風機為輔。嚴寒、寒冷地區(qū)廠房經(jīng)常開啟的大門，宜設(shè)置熱空氣幕。國內(nèi)的常規(guī)做法為：散熱器采暖系統(tǒng)占汽機房總供暖熱負荷的60%，暖風機占40%，熱空氣幕抵消外門冷風侵入耗熱量。暖風機宜布置在地上一層。

國外設(shè)計中，當廠房容積大于1 000 m3時，采用熱風采暖。在實際運行中，散熱器系統(tǒng)正常情況下滿負荷運行，暖風機則根據(jù)室外氣溫的變化調(diào)節(jié)運行數(shù)量，熱風幕只在事故及停機檢修的非正常情況下，大門經(jīng)常開啟，防止冷風侵入情況下運行。為保證常規(guī)島廠房采暖效果及運行調(diào)節(jié)，采暖系統(tǒng)劃分大小要適中，遵循汽機廠房與輔助房間、散熱器與暖風機、散熱器與熱風幕采暖分開的原則。

3.3 輔助房間采暖

滿足工藝設(shè)備的運行環(huán)境溫度要求，設(shè)置散熱器采暖系統(tǒng)。全年需要運行的通風系統(tǒng)，如蓄電池室或酸堿庫等，冬季考慮熱風補償；電氣和熱控盤柜設(shè)備間，當設(shè)備散熱量無法滿足室內(nèi)環(huán)境溫度要求時，設(shè)置熱風采暖或電熱采暖。

4 通風系統(tǒng)

4.1 汽機房的通風

為保證高熱和高大容量汽機房工作區(qū)的環(huán)境條件，汽機房的通風設(shè)計更為重要。部分運行和建設(shè)中的核電的汽機房通風方式匯總見表1。

運行和在建的核電站汽輪機房通風多采用自然與機械通風相結(jié)合或機械通風方式。

4.1.1 設(shè)備散熱量的估算值

汽機房設(shè)備散熱量，是指汽機房內(nèi)的汽輪發(fā)電機組及其輔機、汽水管道等，從其外表面散發(fā)到室內(nèi)的熱量，還包括電纜及照明等。

已建核電廠的運行情況、國外資料，以及華東電力設(shè)計院《核電站汽機房通風方式研究》對汽機房散熱量的計算及模擬試驗的結(jié)果表明，1 000 MW 汽機房散熱量宜取火電廠的數(shù)值，即汽輪機房設(shè)備散熱量估算值4.7MW，散濕量估算值1 400kg/h；除氧間設(shè)備散熱量為汽機房設(shè)備散熱量的30%～40%，除氧間設(shè)備散熱量估算值1.65 MW。

表1 運行和在建的核電汽機房通風方式

在夏季通風計算中，應對設(shè)備散熱量進行附加，附加系數(shù)可根據(jù)工程實際情況確定，一般為10%。

4.1.2 通風量及進排風溫度的計算

汽機房通風量的計算公式：

式中：G為汽機房通風量；Q為汽機房設(shè)備散熱量；c為空氣比熱，取1.01kJ/（kg·℃）；tin為汽機房的進風溫度；tex為汽機房的排風溫度。

室外空氣未經(jīng)過加熱、冷卻處理，夏季通風室外計算溫度即是汽機房通風進風溫度（tw）。如果室外空氣經(jīng)過加熱、冷卻處理，處理后的溫度即是汽機房通風進風溫度。

汽機房的排風溫度：tex1＝tw＋（8～10）℃，不宜低于39 ℃；

除氧間的排風溫度：tex2＝tw＋（10～11）℃，不宜低于40 ℃。

4.1.3 通風量及通風方式的選擇

室外空氣未經(jīng)過加熱、冷卻處理，設(shè)備散熱量的附加系數(shù)取10%，不同溫差下汽機房的通風量見表2。

表2 不同溫差下汽機房的通風量 kg/h

汽機房屬于熱車間，熱強度一般都在23 W/m3以上。為有效排除汽機房和除氧間的余熱量和余濕量，設(shè)置全面的通風設(shè)施。

進風方式有自然進風、機械進風、自然進風和機械進風相結(jié)合3種，自然進風設(shè)施為建筑外窗或百葉窗，機械進風可根據(jù)廠址氣象條件，在機械進風設(shè)備中加設(shè)加熱、蒸發(fā)冷卻裝置對進風進行處理。當汽機房采用凝汽器下臥布置方案時，地下部分應采用機械進風；采用局部降標高布置，地下部分送風量占總風量的20%。地上部分包括地上一層、中間層和運轉(zhuǎn)層；采用整體降標高布置，地下部分送風量占總風量的40%。

排風方式有汽機房和除氧間自然排風、汽機房自然排風和除氧間機械排風、汽機房和除氧間機械排風。為有效排除汽機房內(nèi)的通風死角，以及散熱強度大設(shè)備的散熱量，在汽機房底層和中間層按氣流的流動方向設(shè)置擾動風機。在散熱強度大的汽輪機、除氧器、高低壓加熱器及管道層等設(shè)備周圍和順著氣流方向合理設(shè)置通風格柵，有利于余熱量的排出，通風格柵設(shè)置應避免進排風短路。

4.1.4 汽輪機房通風注意事項

a.從節(jié)能降耗考慮，汽輪機房首選自然通風方式。

b.汽機房第一跨布置核島設(shè)備單獨封閉時，受室外變壓器布置距離的影響，汽機房的外墻有可能不能開設(shè)進風口，汽機房周圍的輔助廠房，也會影響進風口的設(shè)置。當上述附屬建筑物占用汽輪機房外墻的長度超過外墻全長的30%，且多設(shè)在汽機房的迎風面上時，不建議汽機房采用自然通風方式。

c.當國內(nèi)核電廠參加國際核保險時，汽機房通風設(shè)計，需要滿足現(xiàn)行國家規(guī)范的要求，還要考慮美國防火協(xié)會標準（NFPA）和法國壓水堆核電站防火設(shè)計和建造規(guī)則（RCC－I）等要求。汽機房是否設(shè)置機械排煙裝置，根據(jù)工程具體情況確定。

d.設(shè)有散熱器集中供暖系統(tǒng)的汽機房，不宜采用活動百葉窗進風。

e.處于多臺風和暴雨的地區(qū)，需要采用防雨百葉窗進風，有效防止雨水滲入。

f.對汽機房、除氧間為輕型屋面時，其屋面上的通風設(shè)備需要考慮定期檢查和設(shè)備維修的平臺。

g.在沿海核電廠，與室外空氣接觸的通風設(shè)備，需要考慮鹽霧的腐蝕。

4.2 潤滑油室及化學房間的通風

a.潤滑油室和潤滑油傳送間采用機械通風方式，通風換氣次數(shù)不少于10次/h。通風系統(tǒng)維持室內(nèi)負壓，室內(nèi)空氣不允許再循環(huán)。

b.酸堿儲存間、酸堿庫、汽水化驗站、化學加藥間、藥品儲存間、汽水取樣間和凝結(jié)水再生間等化學房間的通風與常規(guī)火電廠設(shè)計相同。

4.3 電氣房間、消防鋼瓶間及輻射監(jiān)測間的通風

配電間、電纜夾層、勵磁小間、直流配電間、蓄電池室和電梯機房的通風與常規(guī)火電廠設(shè)計原則相同。

消防鋼瓶間設(shè)有事故通風，事故通風量按換氣不少于12次/h；正常通風時，在房間上部吸風，鋼瓶發(fā)生泄漏時，在房間下部吸風。

輻射監(jiān)測間沒有外窗時，設(shè)置通風換氣不少于2次/h。

4.4 樓梯間及合用前室防煙設(shè)施的通風

樓梯間的地下部分或沒有外窗的防煙樓梯間設(shè)機械加壓送風的防煙設(shè)施，以防止火災期間的煙氣侵入。地上部分利用建筑外窗進行自然排煙。

沒有外窗的防煙樓梯間和合用前室，分別設(shè)有機械加壓送風的防煙設(shè)施。

正壓送風系統(tǒng)的送風機將由消防控制系統(tǒng)直接控制，在火災期間投入運行。

4.5 設(shè)有氣體滅火消防設(shè)施房間的通風

配電間等房間設(shè)有全淹沒式氣體滅火消防設(shè)施時，此房間設(shè)置機械排風機。房間內(nèi)的進排風設(shè)施需配電動型風閥或防煙防火閥，并與消防信號連鎖。發(fā)生火災時，在氣體滅火系統(tǒng)啟動以前，氣體滅火區(qū)域內(nèi)的通風設(shè)施需自動關(guān)閉，保證房間的密閉性以防造成泄壓。當火被撲滅后，自動開啟通風設(shè)施排除氣體，恢復正常運行工況。

5 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

5.1 空調(diào)冷源

提到常規(guī)島的空調(diào)系統(tǒng)，其空調(diào)冷源主要有分散式風冷空調(diào)機和來自制冷站的冷水。冷媒溫度宜取7/12 ℃。設(shè)置僅為常規(guī)島廠房提供冷水的制冷站，其冷水供組合式空調(diào)機組和通風降溫機組使用。設(shè)置大容量中央冷水系統(tǒng)，為無安全等級和非抗震等級的核島、常規(guī)島通風空調(diào)系統(tǒng)提供冷源。制冷站的制冷機采用風冷型或水冷型，冷卻水來自冷卻塔或用海水。核電中會出現(xiàn)非標的制冷機。

5.2 空調(diào)系統(tǒng)

為確保各種儀器、儀表及控制元件可靠運行，常規(guī)島廠房內(nèi)的繼電器室、熱控電子設(shè)備間等設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，控制房間內(nèi)的電子元件的環(huán)境溫度、濕度，滿足室內(nèi)空氣設(shè)計參數(shù)要求，實現(xiàn)電廠的安全、可靠、正常運行。

5.2.1 分散空調(diào)系統(tǒng)

當常規(guī)島的電氣和熱控主要設(shè)備布置在電氣廠房的主控室時，常規(guī)島廠房的空調(diào)負荷較小，采用風冷電制冷方式。單元式空調(diào)機自帶的控制器控制其室內(nèi)的溫度，滿足房間的空氣參數(shù)要求。通常設(shè)有空調(diào)的房間包括：凝結(jié)水處理控制室、汽水取樣間的儀表間、暖通控制室、熱控配電間、電梯機房和輻射監(jiān)測間。

5.2.2 集中空調(diào)系統(tǒng)

集中空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計范圍包括熱控電子設(shè)備間、暖通控制室、熱控配電間、工程師站及資料室等房間。上述房間共用一套空調(diào)系統(tǒng)，選用2臺組合式空調(diào)機組，1臺運行，1臺備用。

空調(diào)系統(tǒng)采用一次回風系統(tǒng)，過渡季大量使用室外新風的運行模式，冬季室外空調(diào)溫度低時，新風需要先預熱，再與回風混合。

空調(diào)系統(tǒng)氣流組織采用上送上回系統(tǒng)，處理后的空氣經(jīng)消音器、風管、散流器等空調(diào)部件送入空調(diào)房間，而回風經(jīng)回風口、回風管、消音器回到空調(diào)機組。送回風管設(shè)置在吊天棚內(nèi)，送回風管均需保溫。

6 結(jié)論

通過對核電常規(guī)島暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計進行較為全面的解析，建議按如下原則設(shè)計：核島供暖系統(tǒng)、常規(guī)島及輔助建筑供暖系統(tǒng)、保護區(qū)外供暖系統(tǒng)需要分開設(shè)置，保護區(qū)外供暖系統(tǒng)宜采用熱水作熱源，不應采用二回路蒸汽；常規(guī)島廠房采暖系統(tǒng)以散熱器系統(tǒng)為主，熱風系統(tǒng)為輔；汽機房的地下部分應采用機械進風，優(yōu)先選用機械排風的通風方式；常規(guī)島廠房內(nèi)有空調(diào)集中冷源時，宜采用集中空調(diào)系統(tǒng)，否則，按分散空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。