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溪洛渡地下水電站通風(fēng)空調(diào)技術(shù)研究

文檔作者：鄧陽兵，趙文貴，陳鵬，代飛文檔來源：溪洛渡水力發(fā)電廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年06月03日
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收稿日期：2014-07-31
作者簡介：鄧陽兵（1989-），男，助理工程師，從事電站暖通空調(diào)系
統(tǒng)維護(hù)及檢修工作。
溪洛渡地下水電站通風(fēng)空調(diào)技術(shù)研究
鄧陽兵，趙文貴，陳鵬，代飛
（溪洛渡水力發(fā)電廠，云南永善657300）
摘要：以溪洛渡地下水電站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)為例，采用整體-局部的設(shè)計理念，對廠房內(nèi)的通風(fēng)及空調(diào)技術(shù)進(jìn)行性
能研究，對日后巨型地下水電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計提供借鑒。
關(guān)鍵詞：水電站；地下空調(diào)；通風(fēng)設(shè)計；天然冷源
中圖分類號：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1672-5387（2014）05-0083-04
0 引言
地下水電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)排除發(fā)電機(jī)組及電氣
設(shè)備產(chǎn)生的熱量，使廠房內(nèi)保持適宜的溫濕度及空
氣流動速度，為廠房內(nèi)機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)行和工作人
員高效率工作提供了條件[1]。通風(fēng)空調(diào)技術(shù)作為地下
水電站廠房內(nèi)空氣與外界空氣交換的重要手段，近
年來隨著我國梯級巨型水電站的建設(shè)而得到了快速
發(fā)展。目前，水電站廠房除了采用傳統(tǒng)的自然通風(fēng)和
機(jī)械通風(fēng)方式外[2]，還利用地下水電站的天然冷源，
比如：深層水庫水和尾水低溫水作為空調(diào)制冷系統(tǒng)
中的一級表冷冷源[3]，這是一種高效節(jié)能的通風(fēng)處理
方式，但目前國內(nèi)對巨型地下水電通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的
理論和應(yīng)用研究較少，缺乏成熟的設(shè)計理論和計算
方法?；诰扌偷叵滤娬就L(fēng)空調(diào)系統(tǒng)缺乏相關(guān)
技術(shù)應(yīng)用案例，筆者介紹目前世界上最大的地下水
電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)--- 溪洛渡電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，
研究溪洛渡電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)如何進(jìn)行設(shè)計計算及
天然冷源的利用，為日后巨型地下水電站通風(fēng)空調(diào)
系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用提供技術(shù)參考。
1 工程設(shè)備概況
溪洛渡電站具有裝機(jī)容量大、機(jī)組臺數(shù)多、電氣
設(shè)備多、發(fā)熱量大，廠房深埋于地下400 多米，地下
洞室錯綜復(fù)雜，通風(fēng)設(shè)計與設(shè)備布置難度極大[4]。通
風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計過程中，以機(jī)電設(shè)備發(fā)熱量、洞室
群壁巖熱濕特性為基礎(chǔ)，采用加壓送風(fēng)和空調(diào)制冷
進(jìn)行廠房內(nèi)通風(fēng)及溫度調(diào)節(jié)，結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖鈪?shù)，確
定了加壓送風(fēng)風(fēng)量及制冷量，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了
通風(fēng)、制冷及控制系統(tǒng)。溪洛渡電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)左
右岸對稱，分別包括了1 套主廠房中央空調(diào)及送風(fēng)
系統(tǒng)、12 套多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)、33 個排風(fēng)系統(tǒng)、1 個送
風(fēng)系統(tǒng)、2 個防排煙系統(tǒng)、3 個加壓送風(fēng)系統(tǒng)、蝸殼層
及尾水管廊道層除濕系統(tǒng)；大壩包括1 套大壩控制
樓多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組、3 個加壓送風(fēng)系統(tǒng)、6 個排風(fēng)系
統(tǒng)、2 個防排煙系統(tǒng)；水墊塘包括1 個排風(fēng)系統(tǒng)。
2 基本原理
溪洛渡電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)廠房內(nèi)熱量收支
平衡為原則進(jìn)行設(shè)計的，在設(shè)計過程中以主體冷風(fēng)
流動降溫為主，結(jié)合多聯(lián)機(jī)制冷系統(tǒng)局部散熱，使整
個廠房溫度分布趨于均勻。其中，廠房主體通風(fēng)是通
過610 m 高程取水口進(jìn)風(fēng)洞吸入空氣，通過一級水
庫水表冷和二級機(jī)械制冷變成冷風(fēng)，并通過組合式
空氣處理機(jī)組加壓送至廠房各層，各設(shè)備和區(qū)域完
成通風(fēng)及冷卻流程后，再由5 個排風(fēng)通道排出，整個
水電站的主要通風(fēng)流程可簡化如下頁圖1 。
在電站通風(fēng)散熱的過程中，以整個通風(fēng)系統(tǒng)為
整體，可以計算出進(jìn)風(fēng)量與排風(fēng)量之間熱量之差，此
熱量之差可以看做是通風(fēng)過程中風(fēng)量帶走洞內(nèi)的熱
量值[5]。
（1）
上述公式適用于計算整個通風(fēng)系統(tǒng)中通風(fēng)散熱
值，地下水電站廠房內(nèi)的一級表冷、冷水機(jī)組制冷及
( )
q
sup
heat sup sup sup
out ply
ply ply ply
T T
Q c
-
= ´ r ´ ´
第37 卷第5 期水電站機(jī)電技術(shù)Vol.37 No.5
2014 年10 月Mechanical &amp;amp; Electrical Technique of Hydropower Station Oct.2014 83
多套多聯(lián)變頻空調(diào)機(jī)組的換熱都是在廠房內(nèi)部完
成，散出的熱量也排送在廠房內(nèi)部，由于整個地下廠
房在冬夏季其壁巖圍護(hù)結(jié)構(gòu)都處于放熱狀態(tài)[6]，因此，
一般來說廠房內(nèi)的排風(fēng)溫度都要大于送風(fēng)溫度。由
于空調(diào)機(jī)組的室外機(jī)都裝設(shè)在拱頂風(fēng)道層，熱量都
在排風(fēng)的時候帶走，對需要制冷區(qū)域影響不大。局部
供冷風(fēng)區(qū)域也可沿用上述散熱計算公式，但必須取
局部區(qū)域為整體進(jìn)行計算，多個局部系統(tǒng)組成一個
整體送風(fēng)系統(tǒng)，流體在流動過程中屬于穩(wěn)態(tài)流動，必
須遵循連續(xù)性方程和能量方程所規(guī)定的[7]。
連續(xù)性方程：
（2）
能量方程：
（3）
3 通風(fēng)空調(diào)技術(shù)
3.1 修正當(dāng)?shù)貧庀髼l件
地下水電站通風(fēng)過程中所需的新風(fēng)一般都取自
室外，因此室外的氣象條件對整個系統(tǒng)影響很大。室
外的氣象條件長年度呈現(xiàn)季節(jié)性變化，需取得該地
季節(jié)性氣象條件。溪洛渡電站處于金沙江下游，該流
域地勢西北高東南低，降雨和氣溫由西北向東南遞
增，區(qū)域內(nèi)氣候根據(jù)雷波、永善和中心場三個氣象站
的氣象參數(shù)進(jìn)行對比分析選擇，以中心場的氣象資
料為主，對比雷波、永善的氣象參數(shù)進(jìn)行修正計算，
確定溪洛渡電站通風(fēng)的當(dāng)?shù)貧庀髼l件。
3.2 查詢溫濕度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
溪洛渡電站室內(nèi)溫、濕度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國家規(guī)
程《水力發(fā)電廠廠房采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)程》
DL/T 5165-2002 確定，并參考國內(nèi)的二灘水電站設(shè)
計標(biāo)準(zhǔn)而制定溪洛渡電站廠房內(nèi)的溫濕度設(shè)計標(biāo)
準(zhǔn)。
3.3 計算廠房內(nèi)熱量
地下水電站廠房內(nèi)的溫濕量與周圍壁巖材料密
切相關(guān)，采用保溫性較好、孔徑較小的材料能有效地
減少壁巖與廠房內(nèi)空氣的熱濕交換。溪洛渡電站壁
巖所裝飾的材料因區(qū)域不同而不同，在機(jī)電設(shè)備較
多的發(fā)電機(jī)層、電氣夾層、水輪機(jī)層采用了防潮隔
墻，可不考慮上述區(qū)域的熱濕交換；而蝸殼層、尾水
管廊道層等區(qū)域未采用防潮隔墻，在水電站夏季汛
期或秋季蓄水的過程中易形成山體滲漏水，同時這
些區(qū)域冷水管較多，水管上會形成一定的冷凝水，造
成該區(qū)域濕度加大，影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，因此
在這些區(qū)域添加適量的除濕機(jī)。除濕機(jī)除濕過程中
有一定熱量產(chǎn)生，供水管內(nèi)冷水流動過程中會帶走
一部分熱量，考慮這部分熱量較少，可將山體壁巖與
廠方內(nèi)空氣之間熱交換值忽略為0。根據(jù)電氣、水機(jī)
等專業(yè)提供設(shè)備熱量資料，按照《水力發(fā)電廠廠房采
暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)程》和《采暖通風(fēng)與空調(diào)》
標(biāo)準(zhǔn)，對廠房內(nèi)相關(guān)的機(jī)電設(shè)備發(fā)熱量進(jìn)行了計算，
確定廠房內(nèi)各主要區(qū)域發(fā)熱量，如下頁表1。
3.4 計算廠房內(nèi)通風(fēng)量
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《水力發(fā)電廠廠房采暖通風(fēng)與空
圖1 溪洛渡地下水電站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)流程圖
0
d
dt
dm = ò rdt = t dt
Q =W + DU
送風(fēng)
系統(tǒng)
制冷
系統(tǒng)
排風(fēng)
系統(tǒng)
84 水 電 站 機(jī) 電 技 術(shù) 第37卷
表1 全廠發(fā)熱量表
部 位 發(fā)熱量(109J/h)
發(fā)電機(jī)層 6.23
電氣夾層 2.12
水輪機(jī)層 0.80
蝸殼層 0.62
尾水管層廊道 0.22
母線洞 5.80
主變洞 1.92
GIS 層 0.60
出線豎井 3.16
副廠房 1.05
全廠房發(fā)熱量2.49×1010J/h
氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)程》DL/T 5165-2002 中規(guī)定可知，水
力發(fā)電廠規(guī)定廠房內(nèi)溫度最低的位置是蝸殼層和副
廠房電氣設(shè)備房間內(nèi)，都要求低于26 ℃。因副廠房
內(nèi)有多聯(lián)變頻空調(diào)機(jī)組，可以局部調(diào)控房間內(nèi)的溫
度，現(xiàn)只需考慮并計算蝸殼層的通風(fēng)量及溫度。根據(jù)
廠房內(nèi)的主要通風(fēng)流程圖知，該過程中發(fā)電機(jī)層的
散熱量最大，成為通風(fēng)過程中的主要溫升原因。查閱
相關(guān)資料，發(fā)電機(jī)層約有30%的熱量通過水系統(tǒng)散
熱，其余熱量以通風(fēng)方式散出，計算得出發(fā)電機(jī)層、
電氣夾層、水輪機(jī)層、蝸殼層的溫升分別是3.0 ℃、
1.2 ℃、1.7 ℃、0.8 ℃。新風(fēng)經(jīng)一級水庫水表冷和二級
機(jī)械制冷后，出風(fēng)溫度約為18 ℃，考慮到通過廠房
拱頂風(fēng)口送風(fēng)約有2 ℃的溫升，因此在拱頂送風(fēng)口
送風(fēng)溫度為20 ℃，蝸殼層溫度為25.7 ℃，且是在9
臺機(jī)組完全滿發(fā)的狀況下才能達(dá)到的，完全滿足水
電廠廠房通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，計算得出主廠房的通風(fēng)量是80
萬m3/h。同理，基于廠房內(nèi)主變洞各部位的發(fā)熱量進(jìn)
行計算，得出進(jìn)場交通洞到主變室和主廠房發(fā)電機(jī)
層的風(fēng)量共87.9 萬m3/s。
3.5 計算通風(fēng)及空調(diào)制冷量
廠房內(nèi)空調(diào)制冷系統(tǒng)包括了一級水庫水表冷系
統(tǒng)、二級機(jī)械制冷系統(tǒng)及多聯(lián)變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)，一
級表冷和二級機(jī)械制冷用以冷卻新風(fēng)，多聯(lián)變頻空
調(diào)用以局部溫度調(diào)節(jié)，主要包括副廠房多聯(lián)變頻空
調(diào)和母線洞多聯(lián)變頻空調(diào)。
一級表冷和二級機(jī)械制冷的處理風(fēng)量為80 萬
m3/h，考慮到室外風(fēng)經(jīng)過進(jìn)風(fēng)平洞及豎井的冷卻作
用，初始新風(fēng)處理溫度為23 ℃，經(jīng)過組合式空氣處
理機(jī)組以及水庫水表冷和二級機(jī)械制冷后，冷風(fēng)溫
度為18℃，空氣共吸收一級表冷和二級制冷所產(chǎn)生
冷量：
=5.18×109J/h
一級水庫水取于水庫524.6 m 高程，因水庫日
均水位不同而導(dǎo)致取水溫度不同，綜合考慮各種因
素后，水庫水取水溫度暫定為20 ℃，取水水量為
800 m3/h，經(jīng)水處理設(shè)備處理后進(jìn)入空調(diào)機(jī)組。處理
后的水分進(jìn)入一級表冷，然后經(jīng)板式換熱器進(jìn)行熱
交換。水量約為780 m3/h。
一級表冷換熱量：
=9.58×109 J/h
主廠房采用的機(jī)械制冷系統(tǒng)，選用4 臺制冷機(jī)，
單機(jī)冷量1 470 kW，其額定制冷量：
2.12×1010 J/h
取得的水庫水另一部分在板式換熱器中進(jìn)行熱
交換，其帶走熱量是冷水機(jī)組冷卻器所散發(fā)出來的
熱量，而冷水機(jī)組的低溫水又通過組合式空氣處理
機(jī)組的二級機(jī)械制冷傳遞冷量至冷空氣中，因此，組
合式空氣處理機(jī)組空氣散失的熱量都通過水庫水帶
走。考慮到春、秋、冬季冷水機(jī)組不工作，只需進(jìn)場交
通洞及一級表冷進(jìn)行通風(fēng)散熱，組合式空氣處理機(jī)
組節(jié)能量要大于11 萬kW/d。
根據(jù)局部設(shè)計理念，按產(chǎn)生熱量對副廠房和母
線洞安裝多聯(lián)變頻空調(diào)，以實現(xiàn)局部溫度控制，其中
母線洞共增加冷量2.65×109 J/h。
電站主變洞散熱主要依靠進(jìn)場交通洞通風(fēng)散
熱，按夏季作為最高負(fù)荷進(jìn)行計算，經(jīng)過交通洞供風(fēng)
溫度為26.3 ℃，風(fēng)量為87.9 萬m3/h，其制冷量：
=8.72×109 J/h
4 結(jié)論
（1）巨型地下水電站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)極其復(fù)雜，
僅從整體部分考慮設(shè)計會造成系統(tǒng)調(diào)溫濕度失衡，
需考慮整體- 局部設(shè)計理念，即整體理念設(shè)計空調(diào)
主設(shè)備及通風(fēng)量，局部理念設(shè)計多聯(lián)變頻空調(diào)。
（2）廠房內(nèi)通風(fēng)需控制溫度時，必須從溫度控制
要求最低的主場所開始計算溫升，如本例的蝸殼層
溫度核算。
（3）要充分利用水電站的天然冷源系統(tǒng)，如一級
水庫水表冷及進(jìn)場交通洞溫降原理，合理應(yīng)用具有
良好的節(jié)能效益。
Q C V T air = D air r
Q C V T water = D water r
Q = NPt =
Q C V T air = D air r
淵下轉(zhuǎn)第89 頁冤
第 5 期 鄧陽兵，等：溪洛渡地下水電站通風(fēng)空調(diào)技術(shù)研究 85
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淵上接第85 頁冤
6 結(jié)論
（1）建立了數(shù)值模型，通過計算自由出流時水泵
出口處的壓力值，并與實際運(yùn)行值進(jìn)行了對比，驗證
了所建立的模型能有效地反映出管路系統(tǒng)的主要特
性。
（2）在穩(wěn)態(tài)計算基礎(chǔ)上，分析了汛期長軸深井泵
的運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)水泵的運(yùn)行工況雖然偏離額定工
況，但基本在最高效率點附近運(yùn)行，具有較強(qiáng)的排水
能力。
（3）在瞬態(tài)計算基礎(chǔ)上，分析了水泵控制閥的關(guān)
閥規(guī)律，為現(xiàn)場調(diào)試提供了依據(jù)。發(fā)現(xiàn)閥門關(guān)閉時間
大于6 s 時，水泵控制閥能有效地消減停泵時管路
中的高壓，保證系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。
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圖10 三泵同時停機(jī)、水泵控制閥6 s 關(guān)閉時管路沿程最大
最小壓力包絡(luò)線
0 10 20 30 40 50 60
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
p2,valve (MPa)
t (s)
圖11 三泵同時停機(jī)、60 s 內(nèi)水泵控制閥后壓力變化，6 s 關(guān)閥
0 100 200 300 400
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
p (MPa)
x (m)
最 大
最 小
何保民，等：溪第 5 期 洛渡電站廠房滲漏排水系統(tǒng)水力特性數(shù)值分析 89

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