抽水蓄能电站地下厂房通风方案优化探析

抽水蓄能电站地下厂房通风方案优化探析

张铜涛 贺重阳

河北丰宁抽水蓄能有限公司 河北承德 068350

摘要：地下厂房是抽水蓄能电站的重要组合，发挥地下厂房的功能，保持地下厂房良好的通风环境，则需要着重优化通风方案，控制好厂房内部温度与湿度，科学调整送风口的数量，改善送风口布置方案，合理控制气流参数，确保工作人员的生命安全。本文将举例分析抽水蓄能电站地下厂房通风方案优化策略，希望能为地下厂房通风方案设计工作提供借鉴。

关键词：抽水蓄能电站；地下厂房；通风方案；优化策略

对于抽水蓄能电站来说，其地下厂房有三大特征：第一，地下厂房通常深埋于地下100米以下，其周围都是岩体壁面，几乎和外界大气环境处于隔绝状态。因为深埋地层具有恒温作用，比较潮湿，也具有冬暖夏凉的效果，所以在冬季和夏季选用的送风模式不同。第二，地下厂房内部所安装的各种设备不同于普通工业建筑和民用建筑，其内部设备在运行过程会产生比较大的热量，有时需要做好除湿工作。确保地下厂房设备的正常运转，按照标准要求营造厂房卫生条件，维护工作人员的生命安全，则必须控制好厂房内部环境参数。第三，因为地下厂房外部环境与围护结构非常特殊，所以无法直接运用传统模式下的地上高大空间理论设计通风空调，同时，也给负荷计算与气流组织设计工作带来了不容小觑的挑战。对此，应注意结合实际情况改善地下厂房通风空调系统，优化气流组织方案，融合节能理念，科学调整通风控制策略。

一、抽水蓄能电站地下厂房通风设计方法

据调查了解，当前地下抽水蓄能电站地下厂房内部通风空调气流组织设计方法大致可分为两种：第一，分层空调。第二，拱顶送风。前者主要是采用侧送风。后者属于一种拱顶均匀送风设计方案，这种设计方式兼具施工操作简便，能够均匀分布内部温度的优势，因而在厂房通风设计中的应用更为普遍。龙滩水电站和白鹤滩水电站都采用了拱顶送风方式。但不可忽视的是，地下高大空间建筑设计之前普遍缺乏送风方案，其顶部送风模式须待优化，风口布置缺乏科学性，出口风速控制不合理。对此，需要认真研究全年运行模式下厂房所处环境参数对通风条件的影响，兼顾设备散热问题和岩体壁面换热特征，在设计气流组织方案的过程中综合考虑各种影响因素，并采取针对性措施。

二、抽水蓄能电站地下厂房通风方案优化策略

（一）设计物理模型

全面优化抽水蓄能电站地下厂房通风方案，首先要设计完善的物理模型。某抽水蓄能电站地下厂房的主要尺寸（长× 宽 × 高）是按照153.3414米×25.125米×25.554.5米的标准进行设计，主厂房共分6层，分别为发电机层、母线层、水轮机层、蜗壳夹层、蜗壳层和尾水管层。在设计竖向高度的过程中，非常重视兼顾顶部向下送风所占区域。设计师协同施工技术人员将本站发电机层的部分尺寸设计成了108.5米×25.1米×25.5米的标准，安装厂的部分尺寸设计标准是 44.8米×25.1米×25.5米。在发电机层部，一共安装了四12台单机水轮发电机组，其单机容量是300MW，机组高度是两米，几何尺寸半径是 5.7米。。设计师结合实际工况与冬夏不同的其他特征，分别设计了冬季送通风系统模型和夏季送通风系统模型及过渡季节通风系统模型。，图一和图二就是这两种模型结构图。

图一 冬季送风系统模型

图二 夏季送风系统模型

以上图中的x 是长度方向，y 表示竖直高度的方向，z 是指宽度方向。发电机层所采用的气流组织形式属于顶送侧回式。如图所示，在发电机组的上游和下游以及安装厂层上下游的拱顶分布区域，送旋流风口会沿着上部空间的x 方向进行均匀布置。设计师协同施工技术人员在发电机层底部布置好排送风口，为通过边墙上的预埋风管排风设备及各层轴流风机依次设计向母线层、蜗壳层与回轮机水轮机层送风，尺寸标准是 0.9米×0.3米。风口和下端地板之间的距离被控制为 0.6米，每以侧布置的排风口是18个。。在冬季，为了实现节能减排目标，将顶部送风量控制为夏季风量的三分之一，另外三分之二的送风量源自母线洞出口的高温排风。在图一中，设计师为下游侧墙壁设置了4个送风口，送风口和底部的距离是11米，风口的直径是1000毫米。

（二）设计好精确的数值模型

控制好地下厂房通风设计参数，改善通风条件，则必须设计精确的数值模型，准确计算相关参数。在数值模型设计中，应紧密结合地下厂房通风系统工程标准要求和当地气象条件控制好温度、湿度和大气压强。在冬季，需要将室内初始温度控制为2310℃，确保其相对湿度在 72.570%左右，将大气压强控制为 101325.0 Pa。对于送风口赋值速度的边界条件控制，需要严格按照风口面积、送风量与数量进行确定。在夏季，需要将室内初始温度控制送风温度控制为1525℃，确保相对湿度不低于9070%。

（三）做好厂房一、二期通风系统布置作业

传统通风模式的通风距离相对更长，会额外增加风压损失，其通风量也有限，会给厂房通风系统施工带来诸多不便，不利于确保地下厂房的安全性，所以设计师与施工技术人员会根据实际需求，谨遵地下巷道式通风原理，采用机械通风与自然通风相结合的方式。根据厂房热工计算的结果，结合当地气候特点及厂房的布置形式，本电站主厂房、副厂房、主变洞采用机械送风、机械排风。为加大厂房内各部位的通风量，同时尽可能减少通风系统的总容量，主厂房通风采用多层串联的机械送、排风通风方式。同时为了利用冬季厂房机电设备发热，降低新风负荷，主厂房冬季通风采用三分之一新风，三分之二为主厂房回风循环利用。

主厂房内通风系统采用发电机层顶拱下送的送风形式，为全新风送风。厂内送风系统的布置为：室外新风经通风洞及通风支洞进入各通风机房，经通风机加压后,通过设在主厂房顶拱内上、下游侧的送风管道及旋流风口下送至主厂房发电机层。通风降温后，回风经埋设在上、下游边墙夹层内的预埋风管分别进入母线层和蜗壳层，通风换热后，母线层排风经主厂房母线层与母线洞隔墙上的防火风口进入母线洞。蜗壳层回风一部分经主厂房楼梯间及吊物孔回至水轮机层，另一部分经设在施工支洞与蜗壳层隔墙上的防火风口进入施工支洞通风机室，经设在通风机室内的风机加压后送至油罐室及油处理室。尾水管层通风为蜗壳层循环风，在蜗壳层下游侧楼板上开设风口，相应部位尾水管顶板下安装通风机，蜗壳层回风经通风机加压后送至尾水管层，通风换气后排风经上游楼梯间回至蜗壳层。

为有效利用冬季设备发热，夏季母线洞通风降温后，排风经设在母线洞末端顶板上的排风口至排风夹层，经设在主变洞顶层的通风机加压后，排至主变洞顶层下游侧土建风道，经与土建风道相连接的排风支洞排至主变洞下游侧上层排水廊道兼排风平洞，经一二期厂房合用排风平洞、排风竖井排至地面排风机房，经设在机房内的通风机加压后，排出室外。冬季运行时母线洞排风三分之一通过夏季方式排至厂外，三分之二经设在母线洞与主厂房相连侧端头的轴流风机加压后送回发电机层循环利用。

从基础组合来看，地下厂房二期通风系统以自强的一期通风系统布置为依托，覆盖范围更全面，会充分利用考自然风资源，兼顾更多工作面。此时，不会选用传统通风模式，因为该模式的通风距离相对更长，会额外增加风压损失，其通风量也有限，会给厂房通风系统施工带来诸多不便，不利于确保地下厂房的安全性，所以设计师与施工技术人员会根据实际需求，谨遵地下巷道式通风原理，将机械通风与自然通风紧密结合。在地下厂房二期通风系统设计施工中，需要先实现三个洞口的贯通，即做好进风出渣洞施工作业，确保进场交通洞的畅通性，将这两个洞和排风竖井洞相贯通，然后，结合标准要求与实际工况，做好根据供风站点定位设计工作。必须注意的是，在布置地下厂房二期通风系统的过程中，需要给施工支洞的岔口配置两套完善的供风机，其型号和一期工程中所用的风机一致，这样能够保证每一天的机械供风不被间断，有良好的通风条件，同时，要注意改善尾水闸门室的施工环节，确保尾水支管的安全性。其次，需要为交通洞口的桩号附近配置两套先进完善的供风机，型号也和一期工程所选用的风机一致，能够全体提供机械动力供风，着重改善通风条件。再次，要为施工支洞的岔口配置两套完善的供风机，确保全体均有良好的机械供风，同时，保证高压岔管施工、下平洞开挖和引水管施工活动的安全质量。一般情况下，抽水蓄能电站地下厂房的二期排风系统工程会以交通洞洞口的供风站点为施工过程中的自然风补偿通道，这样可以及时排出高压电缆通道、下斜井以及排放竖井中的粉尘和污浊的空气，确保通风流向畅通且井然有序，构建完善的地下通风循环系统。

结束语：

综上所述，优化地下抽水蓄能电站地下厂房内部通风空调气流组织设计方法，改善厂房地下通风条件，应设计好物理模型和数值模型，着重优化施工方法。

参考文献：

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