水电站通风设计中的几个技术问题

      　摘要：在大多数水电站中，潮、闷是主要症结所在，但通过合理的通风设计可以解决该问题。 

　　关键词：围护结构 热惰性 除湿  

　　中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号： 

　　 目前在我国已建成的各种大中小型水电站中，在电站通风防潮上令人满意的电站不多，“潮”、“闷”是主要症结所在。当然，究其原因有很多属于运行管理不当所致，但是设计上的考虑不周、处理欠妥也绝非偶然之事。本文就水电站通风设计中的几个技术问题探讨如下。 

　　1 不可忽视的围护结构热惰性 

　　 水电站的型式是多样的，有地面式、地下式、坝后式、河床式等等，但它们有一个共同的特点，即厂房多为大体积混泥土结构或地下结构，即使是地面式厂房，下部结构也都是大体积混泥土结构，其热惰性相当大，对厂房温度的调节和稳定作用非常明显。虽然机电设备在运行过程中有一定的发热量，但实测资料表明，几乎所有电站在夏季室外温度高峰时段，室内温度均低于室外温度。以地面式厂房响水水电为例，夏季两台机组满负荷运行情况下，发电机层室内气温低于室外气温的时间长达9h之久，直到下午5时，室内外温度才接近相等。 

　　 围护结构热惰性对厂房温度的调节和稳定作用，地下式电站比地面式电站强烈得多。厂房内发热量变化越大，围护结构对温度的调节和稳定作用或其蓄热吸热能力也愈明显，有时甚至围护结构的吸蓄热量要比厂房机电设备发热量还大。乌江水电站的实测数据就证实了这一点，这也正是地下式厂房冬暖夏凉的原因所在。由于围护结构热惰性对厂房温度的调节和稳定作用，在自然或机械通风情况下，不论地面、地下电站，水轮机层等下部房间，空气温度的日变化幅度值一般均不超过2℃。 

　　 地下式厂房围护结构的吸蓄热量大小，也因地域差异而不同，北方地区年平均气温较低，日温差较大，围护结构热惰性对室温的调节和稳定作用要比南方地区更加强烈。但总的来说，不论南方北方，围护结构热惰性对室温的调节和稳定作用都是不可忽视的，在进行水电站的暖通设计时应该认真考虑这一特性。 

　　2 利用地下洞室的吸热蓄热能力解决排热 

　　 空气流经地下通风洞时，由于地下风洞具有热惰性，温度要发生变化，夏天温度降低，冬天温度升高，在同一天内，一般白天降低，夜间升高。温升温降的大小和通过风量与通风洞热交换面积的比值成比例关系，比值越大，温降越小。因此地下电站如果夜间大量通风（引入大量低温室外空气），白天少量通风，就能充分利用地下洞室的热惰性，收到更好的通风排热与节能效果。这一想法的可行性基于： 

　　 ⑴ 电站在运行过程中虽有一定的机电设备发热量，但总的来说，水电站并不是发热量大的热力车间，因为发电机层、母线层、水轮机层等部位其单位体积热负荷通常为2~10W/(m3.h),即使是母线洞，一般也都小于20W/(m3.h)。因此，排除余热以保证厂房内各部位温度并不是难以解决的问题。 

　　 ⑵ 夜间大量通风，白天少量通风是否会引起厂内温度波动太大呢？回答也是乐观的。据东北某地下电站的实测资料，在室外温度日温差为10℃的情况下，采用机械通风，厂内各部位温度日变化幅值除发电机层稍大外，一般只有1～2℃，相对湿度只有5%～10%。白天少量通风，可以加大通风洞的温降；夜间大量通风，将会大大增加地下洞室的蓄吸热量。因此，厂内温度日变化幅值是不会加大的。 

　　 应该指出，电站投产后，厂内工作人员很少，因此，电站通风的目的只是确保电站的安全运行，而绝非是要在大面积范围内创造舒适的工作环境。这里有整体环境和局部环境的问题，局部环境标准可以高些，但整体环境就不应在舒适问题上花费更多的投资。 

　　3 防潮是水电站通风的首要任务 

　　 水电站通风的目地是确保机电设备的安全运行，同时为运行维护人员创造较为安全、舒适的室内环境。过去，电站通风设计时，通常都是以排除室内余热来确定通风量、选择通风设备。而对排除余湿仅作校核计算。然而在计算中，常常对土建结构及机械管路的吸热蓄热考虑不周或不作考虑，再加上不考虑机电设备特别是主机设备的间断运行，因而往往使得通风量过大造成室内相对湿度偏高。实测资料表明，在设计工况下，绝大多数电站的室内温度均低于设计值，相对湿度高于设计值。电站管理部门对通风所反应的问题以多集中于一些部位潮湿，影响设备安全运行等等。而对温度的反应多集中在闷热不舒服上，因为除极个别电站外，几乎没有出现过温度高于设计值或高于设计规范所规定数值的情况。 

　　 至于潮湿，多数出现在水轮机层、蝶阀室及其他一些水下房间，发电机层，母线层、变压器室等则很少出现潮湿问题。水下房间的潮湿固然与这些房间有一定的散湿有关，但根据实测资料分析，潮湿主要原因大多不是因为散湿，而是因为这些房间散热大、温度低，换句话说是由于“缺热”所致。根据实测，水轮机层与发电机层相比较，温度约低1～2℃，相对湿度约高5%～10%。对于地下电站更是如此，通常水轮机层、蝶阀室等水下房间，发热设备少，而散热面积却很大，不仅墙壁、地面等围护结构要散热，而且水管路吸热也相当可观，散热量常常大于设备发热量。送入的室外空气不仅不能升温，而且还要降温。有人试图从发电机层向下引热风到水轮机层以升温降湿，但实测数据表明，水轮机层温度一般仍低于发电机层，而相对湿度仍高于发电机层。所有这些都表明，水轮机层等水下房间通风的难题不是缺冷，而是缺热。如果水轮机层发热量大些，则防潮问题会更易解决。 

　　4 采用除湿系统解决水下房间防潮 

　　 水电站的水轮机层、主阀室及下部廊道等水下房间，受水电站过水构筑物和围护结构散热的影响，一般都是温度低、湿度大，多年来一直是水电站通风防潮的重点部位，解决这些部位的防潮一直是设计人员的棘手问题。由于水下房间缺热，通风常常无济于世，因为加大通风常会使得结露问题更加严重，以致越发潮湿。采用加热送风或从发电机层引入温度较高的空气来提高室温降低湿度，其效果也不理想。水电站的通风防潮借鉴军火军械库的通风防潮。军火军械库一般都在地下，设备发热量小，室内防潮主要借助除湿系统，通风换气量并不大，但室内相对湿度却不高。国外有些电站的水轮机层、主阀室等水下房间也是采用这种通风防潮方式设置了除湿系统。目前国内水电站也有在主阀室设置除湿系统的例子，运行情况良好，室内湿度可以满足要求。设置除湿系统的通风方式是否是当今解决水下房间潮湿的有效方式，还有待更多工程实践进一步验证。