水電站主廠房高度一般可達(dá)20多m，寬度為20～30m，大型電站的長(zhǎng)度達(dá)數(shù)百m。水電站氣流組織主要是為了解決廠房的通風(fēng)、各個(gè)區(qū)域的溫度和濕度調(diào)節(jié)、設(shè)備降溫、廢臭氣排除及消防滅火后的煙氣排除，以保障廠房?jī)?nèi)有良好的工作環(huán)境。水電站地下發(fā)電機(jī)主廠房主要的氣流組織形式有以下幾種。
1 發(fā)電機(jī)層廠房分層氣流組織
近年來(lái)我國(guó)一些水電站采用了分層空調(diào)氣流組織。對(duì)于水電站發(fā)電機(jī)層這樣的大空間，實(shí)際需要空調(diào)的往往僅為下部2～3m高的工作區(qū)域，因此，可以采用分層空調(diào)方式，即利用一道空氣幕，將廠房在高度上一分為二：空氣幕下方為空調(diào)區(qū)，利用合理的氣流組織對(duì)其進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)工藝和人員所需要的溫濕度；空氣幕的上方為非空調(diào)區(qū)，可根據(jù)該區(qū)域熱負(fù)荷酌情采取一般通風(fēng)排熱措施或者不采取任何排熱措施。分層空調(diào)氣流組織主要利用了混合通風(fēng)和熱壓浮力控制通風(fēng)原理，可以節(jié)約14％～50％的冷量。葛洲壩水電站發(fā)電機(jī)層采用分層空調(diào)方式，有效地抵擋主廠房上部的熱量向工作區(qū)轉(zhuǎn)移，取得了良好的節(jié)能效果；長(zhǎng)江三峽左岸水電站發(fā)電機(jī)層和巖灘水電站等也采用了分層空調(diào)方式。典型的分層空調(diào)在大空間兩側(cè)或單側(cè)腰部設(shè)置送風(fēng)噴口，下部同側(cè)均勻設(shè)置回風(fēng)口，運(yùn)用多股平行非等溫射流將空間隔斷為上下兩部分。
水電站分層空調(diào)氣流組織具有以下特點(diǎn)：
1）與全室空調(diào)相比，節(jié)能顯著，冷負(fù)荷可減少14％～50％，并且送風(fēng)氣流直接送至空調(diào)區(qū)，空調(diào)區(qū)的換氣次數(shù)增加，單位體積的新風(fēng)量增大，室內(nèi)空氣品質(zhì)有所改善。因此，在高大廠房中，當(dāng)廠房高度H≥10 m，廠房容積V≥1 000 m3，空調(diào)區(qū)高度h1與廠房高度H之比h1／H≤1／2時(shí)，這種空調(diào)方式尤其值得推薦采用。
2）水電站寬度較大時(shí)（超過(guò)18 m）建議采取雙側(cè)送風(fēng)，這樣送風(fēng)氣流的射程較短，射流落差及分層高度要小一些，可以節(jié)省能量，空調(diào)區(qū)的溫度場(chǎng)也比較均勻。
3）只要送風(fēng)氣流能夠在水電站廠房的中間搭界（雙側(cè)送風(fēng)）或者能從廠房的一端到達(dá)另一端（單側(cè)送風(fēng)），就可以利用送風(fēng)氣流直接對(duì)廠房進(jìn)行上、下分區(qū)，而不必專(zhuān)門(mén)設(shè)置空氣幕，這樣可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。當(dāng)空調(diào)區(qū)分層高度僅為整個(gè)主廠房發(fā)電機(jī)層總高度的1／5左右時(shí)，節(jié)能效果比較顯著。
4）對(duì)于冬、夏兩用的分層空調(diào)系統(tǒng)，由于主廠房發(fā)電機(jī)層的空間特別高，在冬季，非空調(diào)區(qū)排熱系統(tǒng)的進(jìn)排風(fēng)口如果關(guān)閉不嚴(yán)，下部空調(diào)區(qū)的煙囪效應(yīng)就特別明顯，容易造成下部的熱空氣往上跑，形成上熱下冷的現(xiàn)象。
在分層空調(diào)設(shè)計(jì)中，合理設(shè)計(jì)和組織空氣幕是實(shí)現(xiàn)分層空調(diào)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，從而最大限度減少非空調(diào)區(qū)向空調(diào)區(qū)的熱轉(zhuǎn)移?？諝饽坏膶?shí)施同橫向高速射流相似，但其風(fēng)口應(yīng)布置得更密更多一些，同橫向送風(fēng)射流一樣，需要在廠房下部或中部設(shè)置貫穿全廠的風(fēng)道和很多送風(fēng)口。這種氣流組織主要用于以夏季降溫為主要目的的高大廠房（廠房上部熱負(fù)荷較大）空調(diào)設(shè)計(jì)中。
2 廠房上（頂）送風(fēng)氣流組織
該氣流組織包括上送下排、橫向射流、端部射流等氣流組織形式，在水電站得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)水電站中如北京十三陵水電站、彭水水電站、二灘水電站和劉家峽水電站等均采用了頂送風(fēng)方式。水電站地下主廠房的送風(fēng)量很大，頂送風(fēng)將送風(fēng)管設(shè)于吊頂或側(cè)墻內(nèi)，避免大量占用有用空間，包括吊頂送風(fēng)和側(cè)送風(fēng)（兩端側(cè)送和一端側(cè)送）。龍羊峽水電站采用縱向端部射流，布置簡(jiǎn)便易行；二灘水電站采用頂拱多孔射流方式，劉家峽水電站采用雙排機(jī)布置頂部高速射流方式，都取得了較好的效果。
廠房上（頂）送風(fēng)氣流組織具有以下特點(diǎn)：
1）對(duì)于高大廠房，采用廠房上（頂）送風(fēng)氣流組織，在送風(fēng)量、出風(fēng)面積不變條件下，使用不同形式的風(fēng)口如圓形風(fēng)口、矩形風(fēng)口或正方形風(fēng)口對(duì)氣流組織最后的效果影響很小。
2）無(wú)論頂部送風(fēng)還是上側(cè)送風(fēng)，由于混合通風(fēng)的稀釋、摻混作用，發(fā)電機(jī)層空間上下溫差不大，即各高度上平均溫度比較接近。這兩種上送風(fēng)方式的送風(fēng)射流與熱射流在上部空間相遇，在相遇流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行混合和能量交換，所以，在整個(gè)空間內(nèi)溫度分布比較均勻，這也是上部送風(fēng)能量利用系數(shù)偏低的主要原因。
3）無(wú)論是頂部送風(fēng)還是側(cè)送風(fēng)，其工作區(qū)溫度的不均勻系數(shù)較小，即這兩種方式水電站廠房工作區(qū)的溫度分布都比較均勻。
4）吊頂送風(fēng)時(shí)常采用單排或雙排送風(fēng)方式，這兩種送風(fēng)方式的溫度、速度分布均可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。但建議優(yōu)先選用雙排送風(fēng)形式，雙排送風(fēng)可以使發(fā)電機(jī)層的空氣速度、溫度分布更均勻。
3 廠房下送風(fēng)氣流組織
在我國(guó)已完成的水電站工程中，較少采用下送風(fēng)形式，在黃河小浪底水電站和古田一級(jí)水電站卻采用了這種送風(fēng)形式。廠房下送風(fēng)氣流組織具有以下特點(diǎn)：
1）良好的空氣品質(zhì)。由于下送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)口位于廠房的下部，送入的新風(fēng)首先進(jìn)入人的呼吸區(qū)，因而可以提高工作區(qū)的空氣品質(zhì)。
2）較大的節(jié)能潛力。下送風(fēng)時(shí)僅考慮室內(nèi)工作區(qū)的熱濕負(fù)荷，無(wú)需顧及房間上部的熱環(huán)境，因此，相當(dāng)于降低了廠房熱（冷）負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。
3）需要架空地板設(shè)置送風(fēng)管道或送風(fēng)靜壓箱，可能造成空間浪費(fèi)。此外，架空地板的管理與清潔是目前存在的一個(gè)較大問(wèn)題，如果管理不善，架空地板得不到及時(shí)清潔，可能會(huì)對(duì)室內(nèi)呼吸區(qū)的環(huán)境產(chǎn)生影響。
準(zhǔn)置換通風(fēng)氣流組織——豎壁貼附通風(fēng)氣流組織（見(jiàn)圖1）在某些場(chǎng)合可以替代傳統(tǒng)“滿(mǎn)堂灌”混合通風(fēng)。豎壁貼附通風(fēng)氣流組織是一種介于混合通風(fēng)、置換通風(fēng)之間的通風(fēng)模式，利用豎壁送風(fēng)／射流的貼附效應(yīng)，將送風(fēng)直接輸送到工作區(qū)，并沿地板擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，產(chǎn)生空氣湖現(xiàn)象，形成類(lèi)似于置換通風(fēng)的氣流組織。豎壁貼附通風(fēng)氣流組織為提高通風(fēng)能量利用效率、改善室內(nèi)空氣品質(zhì)提供了一種新途徑。
圖1 豎壁貼附通風(fēng)氣流組織原理
4 地下廠房串聯(lián)直流式通風(fēng)系統(tǒng)
一些水電站如三峽地下水電站、景洪水電站、拉西瓦水電站、烏東德水電站等均由發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層、母線層、蝸殼層、母線洞、主變洞等組成。串聯(lián)直流式氣流組織的一般流程為：室外空氣從專(zhuān)用進(jìn)風(fēng)洞或交通洞進(jìn)入廠內(nèi)空調(diào)機(jī)房，經(jīng)空氣處理機(jī)組處理后通過(guò)主廠房頂拱送風(fēng)道向主廠房發(fā)電機(jī)層送風(fēng)。送風(fēng)氣流在排風(fēng)系統(tǒng)的抽吸作用下，通過(guò)廠內(nèi)設(shè)計(jì)的排風(fēng)路徑，沿途經(jīng)發(fā)電機(jī)出線層、水輪機(jī)層、母線洞、主變洞及各層副廠房，吸收上述各部位熱濕負(fù)荷后經(jīng)排風(fēng)洞排至廠外（見(jiàn)圖2）。為保持廠內(nèi)正壓，設(shè)計(jì)排風(fēng)量小于設(shè)計(jì)送風(fēng)量，多余的風(fēng)量通過(guò)進(jìn)廠交通洞正壓排出。對(duì)于電站所在地夏季室外通風(fēng)溫度較低的情況，直流式通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)氣流不需要冷卻處理，僅需過(guò)濾處理后直接送入廠內(nèi)進(jìn)行上述直流式通風(fēng)流程。值得注意的是，主廠房封閉吊物孔、安裝接力風(fēng)機(jī)與開(kāi)啟吊物孔、未安裝接力風(fēng)機(jī)氣流組織有一定差別。從試驗(yàn)結(jié)果及實(shí)踐來(lái)看，封閉吊物孔、安裝接力風(fēng)機(jī)氣流組織效果較好，應(yīng)優(yōu)先采用。
圖2 地下廠房串聯(lián)直流式通風(fēng)
摘自《暖通空調(diào)》2015年第2期
作者：
西安建筑科技大學(xué) 李安桂
長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 李光華
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