陳典龍 鄭璇 周玉國 李浪

白鶴灘電站裝機容量16000 MW，多年平均發(fā)電量625.21 億kW·h，保證出力5500 MW。電站水庫總庫容206.27 億m3，調(diào)節(jié)庫容可達104.36 億m3，防洪庫容75.0 億m3。左、右岸地下廠房由主副廠房、主變洞、尾水管檢修閘門室、尾水洞檢修閘門室四大洞室組成。左、右岸出線系統(tǒng)由其自身洞室及與其相通的小洞室組成。地下廠房作為一個相對封閉的空間，不管是對設(shè)備的安全運行，還是人員工作環(huán)境的舒適性和保障性，通風空調(diào)系統(tǒng)都發(fā)揮著極其重要的作用。提供足夠的新風以滿足人員的需要，調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度以保障設(shè)備的運行，同時把熱濕空氣及污濁氣體排放到室外以防聚積產(chǎn)生不良影響，由此可見通風空調(diào)系統(tǒng)是地下廠房不可或缺的重要組成部分。

1 通風空調(diào)設(shè)計參數(shù)的確定

1.1 室外氣象資料

金沙江流域地處亞熱帶季風區(qū)，冬季受西風環(huán)流、夏季受偏南季風影響，季節(jié)變化明顯，且有較明顯的干熱河谷特性。白鶴灘水電站位于云南省巧家縣城下游約42 km 的金沙江峽谷河段上，華東院自1993 年起在巧家縣大寨鄉(xiāng)白鶴灘村設(shè)立氣象站，測站高程675 m，距金沙江約0.5 km，有1994～2009 年較詳細的氣象統(tǒng)計資料。同時，電站所在地巧家縣和寧南縣分別設(shè)有氣象站，也記錄歷年來的氣象統(tǒng)計資料。

白鶴灘電站所在地巧家縣、寧南縣、白鶴灘鎮(zhèn)氣象站的參數(shù)進行統(tǒng)計和分析，據(jù)分析，三個氣象站參數(shù)由于位置差異，氣象參數(shù)略有不同，白鶴灘氣象站的氣象特性更能代表白鶴灘地下廠房及主要進風通道所在金沙江河谷下部區(qū)域的情況。

白鶴灘氣象站1994～2009 年參數(shù)如表1：

表1 白鶴灘氣象站1994～2009 年參數(shù)

1.2 室內(nèi)空氣設(shè)計參數(shù)

白鶴灘地下廠房各場所設(shè)計參數(shù)主要依據(jù)NB/T 35040-2014《水力發(fā)電廠供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》的要求[1]，參照西南地區(qū)大型地下廠房設(shè)計經(jīng)驗和已建地下廠房實際運行情況，并結(jié)合本電站的環(huán)境條件及實際運行要求[2]，確定白鶴灘電站地下廠房各場所采用的空氣設(shè)計參數(shù)，如表2。

表2 地下廠房各場所采用的空氣設(shè)計參數(shù)

2 地下廠房通風方式的確定

白鶴灘電站左右岸的主副廠房洞、母線洞、主變洞土建及機電布置基本相同，左右岸出線洞高度略有不同，右岸出線高度略大于左岸。

2.1 發(fā)熱量計算

由于地下廠房埋件較深，受外界氣候的直接影響較小，廠房內(nèi)的發(fā)熱量主要來自于發(fā)電機、大電流封閉母線、變壓器以及各類配電設(shè)備、照明、電纜等，鑒于白鶴灘本階段還無法獲得詳實的發(fā)熱量計算基礎(chǔ)資料，參照類似電站的經(jīng)驗，對機電設(shè)備發(fā)熱量進行了估算[3]，其結(jié)果見表3。

表3 地下廠房各場所的發(fā)熱量

2.2 壁面?zhèn)鳠崃坑嬎?/h3>

白鶴灘電站地下廠房屬于地下深埋建筑，按地下廠房各洞室的巖體結(jié)構(gòu)和襯砌特點，對左岸各洞室的圍巖傳熱量進行初步計算，左岸各洞室洞壁的傳熱量計算結(jié)果見表4。由于巖體的吸、放熱量受多種因素影響，為一不穩(wěn)定值。特別是在地下廠房運行一段時期后，巖體溫度有一個緩慢上升過程，吸放熱效應(yīng)大為降低，而且，巖體的溫度變化較環(huán)境溫度有一定延時，若不考慮蓄熱效應(yīng)，將導致廠房先冷后熱。因此，在通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時，把巖體的吸、放熱量做為設(shè)計安全余量考慮。

表4 地下廠房各洞室的壁面?zhèn)鳠崃?/p>

2.3 散濕量計算

由于白鶴灘地下洞室群受圍巖裂隙、斷層等影響，巖體的滲水量很難估計，廠房周邊雖有排水設(shè)施，部分廠房壁也做了襯砌和離壁襯砌，要準確計算廠房各部位的散濕量仍相當困難。從已建電站看，盡管都進行了散濕量計算和相應(yīng)的除濕設(shè)計，但實際運行時廠房潮濕問題依舊存在。本階段對各洞室圍護結(jié)構(gòu)散濕量進行了初步計算，各洞室圍護結(jié)構(gòu)表面散濕量計算結(jié)果見表5，表中散濕量僅供廠房除濕系統(tǒng)設(shè)計時參考，而整個地下廠房的防潮和除濕應(yīng)從設(shè)計到施工，從土建到機電，從方案到細節(jié)，全面得到重視。

表5 地下洞室圍護結(jié)構(gòu)表面散濕量

根據(jù)各個場所的工作性質(zhì)和運行規(guī)律，結(jié)合發(fā)熱量、散濕量的分析，確定左岸地下廠房各區(qū)域的通風空調(diào)方式及風量、冷量如表6。

表6 左岸地下廠房各區(qū)域通風空調(diào)方式及風量、冷量場所發(fā)熱量

綜上，全廠采用通風為主、空調(diào)為輔的方式，其中出線洞、主變洞機組段、尾水管檢修閘門室、尾水洞檢修閘門室基本采用通風方式。而主廠房、母線洞、副廠房部分樓層、主變洞南端/北端副廠房等區(qū)域除機械通風外，另輔以空調(diào)制冷。而在操作廊道層、蝸殼下層、蝸殼上層、水輪機層、副廠房底層和壩內(nèi)部分區(qū)域設(shè)置除濕機，強化除濕。

3 通風系統(tǒng)的氣流組織

白鶴灘電站左、右岸廠區(qū)主副廠房洞、主變洞、尾水管檢修閘門室、尾水洞檢修閘門室的主要進風通道共4 條：主副廠房洞的進風通道為1#進風豎井及平洞、通風兼安全洞。主變洞的進風通道為進廠交通洞和2#進風豎井及平洞。尾水管檢修閘門室的進風道為2#進風豎井及平洞。尾水洞檢修閘門室的進風通道為通風兼安全洞。主要排風通道共3 條：主副廠房洞，主變洞和尾水管檢修閘門室排風通道為1#、2#排風豎井及平洞。尾水洞檢修閘門室排風道為尾水洞檢修閘門室通風兼安全洞。以上對于左、右岸地下廠房四大洞室（主廠房洞、主變洞、尾水管檢修閘門室、尾水洞檢修閘門室），形成四進三排的進、排風系統(tǒng)。

左、右岸出線系統(tǒng)的進、排風通道由其自身及與其相通的小洞室解決，主要進風通道共2 條：下段進風取自進廠交通洞，由下層排水廊道銜接吸入。上段進風通道為豎井中部的出線交通洞進風道。主要排風通道共2 條：下段排風通道為豎井中部的出線交通洞排風道，上段排風由豎井頂部排風機直接排至豎井頂部室外。

左岸地下廠房通風空調(diào)系統(tǒng)主要進、出空氣流程如圖1 所示，右岸進、出空氣流程與左岸相同：

圖1 左岸通風空調(diào)系統(tǒng)空氣流程圖

4 空調(diào)系統(tǒng)組成[4]

除利用通風系統(tǒng)降溫除濕外，地下廠房各場所還采用了機械制冷方式。白鶴灘水輪發(fā)電機組采用分層取水方式，空調(diào)水系統(tǒng)采用下游尾水管取水作為冷卻水水源的方案，冷卻水系統(tǒng)采用開式循環(huán)，主廠房組合式空調(diào)器采用一級表冷，空調(diào)主機采用高效螺桿式水源冷水機組，以充分利用水庫水資源，減少損耗。

考慮主廠房左右側(cè)空調(diào)機房距離較遠，空調(diào)末端布置也較為分散，高程差異較大，主副廠房洞空調(diào)水系統(tǒng)采用異程布置，設(shè)置管路平衡閥進行調(diào)節(jié)。由于空調(diào)水系統(tǒng)末端數(shù)量較多，且末端啟停工況受水輪發(fā)電機運行工況制約，從節(jié)能角度出發(fā)，冷卻水及冷凍水系統(tǒng)均采用一次泵變流量運行方式。另外，在副廠房頂部設(shè)置膨脹水箱對空調(diào)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進行高位定壓。全廠空調(diào)系統(tǒng)主要分為4 種類型：

1）地下副廠房人員集中的通信設(shè)備層、主變洞南端/北端副廠房、母線洞和地面中控樓采用直接蒸發(fā)式風冷系統(tǒng)，主廠房中間層采用水冷單元式空調(diào)機組，主副廠房其它區(qū)域采用“水冷冷水機組+臥式組合空調(diào)器（或柜式空調(diào)器）”的中央空調(diào)方式，地面其他單體采用風冷熱泵單元式分體空調(diào)器。

2）主廠房發(fā)電機層空調(diào)采用“水冷冷水機組+組合式空調(diào)器”的方式，冷源由水冷冷水機組提供。主廠房中間層的空調(diào)采用單元式水冷空調(diào)機組的空調(diào)方式，其冷卻水由全廠冷卻水系統(tǒng)統(tǒng)一提供。

3）副廠房各層功能各不相同，根據(jù)設(shè)備室、電氣室、二次監(jiān)視室、辦公會議室等不同工作特性，副廠房壓氣機層、照明變配電層、公用變配電層分別設(shè)置柜式空調(diào)器，其冷源由空調(diào)冷水機組提供，而在人員較為集中通信設(shè)備層及其它辦公場所單獨設(shè)置變冷媒流量多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，其冷熱源由布置在副廠房拱頂?shù)目照{(diào)室外機提供。

4）主變洞副廠房和母線洞單獨設(shè)置變冷媒流量多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，其冷源則由布置在主變拱頂?shù)氖彝鈾C提供。

其它各區(qū)域設(shè)置的水冷除濕機的冷卻水均由全廠冷卻水循環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)一提供。

5 地下廠房防潮除濕措施

根據(jù)地下廠房散濕量的計算與分析結(jié)果，以及參考其它國內(nèi)類似地下廠房的測試及運行情況[4]，通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)對地下廠房的潮濕問題引起充分重視。白鶴灘電站除濕系統(tǒng)擬從控制散濕源、減少散濕途徑以及設(shè)置機械除濕等方面綜合進行全廠防潮除濕設(shè)計。分別采取了以下措施進行防濕：

1）施工區(qū)采取合理的通風系統(tǒng)可使施工余水盡量在施工期間散發(fā)。

2）主廠房水輪機層及其以上各層、副廠房各層、主變洞各層均設(shè)置了離壁防潮墻，同時，地下廠房各區(qū)域襯砌內(nèi)均設(shè)置了圍巖滲漏排水系統(tǒng)，有效減少圍護結(jié)構(gòu)向廠房內(nèi)部的散濕。

3）各類低溫載體水管及設(shè)備擬設(shè)置保溫措施，防減少低溫管/設(shè)備壁產(chǎn)生的凝結(jié)水造成的工藝設(shè)備及地面散水散濕。

4）選擇進風口位置和通風空調(diào)方案控制外部空氣水分帶入洞內(nèi)。

根據(jù)計算結(jié)果和擬定的通風空調(diào)方案，結(jié)合已有電站的經(jīng)驗，在僅運行全廠通風空調(diào)系統(tǒng)的工況下，主廠房水輪機層及其以下層、副廠房底層、尾水管檢修閘門室、尾水洞檢修閘門室以及壩內(nèi)其它泵房等區(qū)域仍相對較為潮濕，因此，在上述各場所分別設(shè)置了水冷或風冷除濕機進行強化機械除濕，以保證廠內(nèi)各個場所空氣相對濕度控制在設(shè)計范圍。

6 冬季、過渡季通風空調(diào)措施

本地下廠房通風空調(diào)系統(tǒng)的季節(jié)轉(zhuǎn)換與調(diào)節(jié)將采用分季節(jié)定風量運行的方式[5]。在冬季全部為通風系統(tǒng)運行，一般風機在低速狀態(tài)下工作，風量約為總風量的一半，經(jīng)計算并參考已建電站的實際運行經(jīng)驗，可以滿足地下廠房環(huán)境要求。進入春季或初夏季后，根據(jù)各場所的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)發(fā)熱量較大區(qū)域的通風量，使雙速風機投入高速運行。當通風不能滿足溫度和濕度要求時，可部分啟動空調(diào)系統(tǒng)進行降溫除濕。當進入夏季及初秋季節(jié)可根據(jù)進風的露點溫度部分或全部啟動機械制冷系統(tǒng)。由于地下廠房洞室群熱效應(yīng)作用及延時作用，進入秋季后，廠內(nèi)溫度仍可能較高，為減少冷水機組的開啟時間，節(jié)約廠用電，一般發(fā)熱量較大的場所通風機均可作高速運行，其余場所風機可根據(jù)具體情況作低速運行。

7 結(jié)論及分析

白鶴灘水電站地下廠房通風空調(diào)設(shè)計滿足了機電設(shè)備正常運行對環(huán)境溫度的要求、人員的衛(wèi)生要求和安全要求，總體設(shè)計方案簡捷、有效，具有較好的經(jīng)濟性。白鶴灘電站通風空調(diào)系統(tǒng)通風空調(diào)方式以機械通風為主，空調(diào)除濕為輔。充分利用已有的洞室和通道織通風流程。盡量減少專用通風通道和豎井的開挖，充分利用進風通道的自然降溫去濕效應(yīng)。具備夏季及冬季兩種運行方式。白鶴灘電站正處于建設(shè)期，待電站通風空調(diào)系統(tǒng)投運后，可再根據(jù)廠房各場所的實際溫度與設(shè)計溫度做對比分析，優(yōu)化運行方式。