塔貝拉水電站四期工程暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計特點

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，成都，610072)

1 前言

塔貝拉水電站位于巴基斯坦、印度河干流上，距離首都伊斯蘭堡約113km。塔貝拉水電站4期工程為擴建工程，在現(xiàn)有的14臺機組上增加3臺單機容量為470MW的混流式水輪機，總裝機容量增加1410MW。該工程自2013年10月逐步開展技施設(shè)計工作，現(xiàn)已全部投產(chǎn)。

塔貝拉水電站4期工程為地面式廠房，當(dāng)?shù)睾０胃叨燃s為347.00m，屬于熱帶季風(fēng)氣候。夏季(4-10月)炎熱少雨，冬季(12-2月)寒冷干燥。全年平均溫度約27℃，最低氣溫0℃，最高氣溫48℃。

在進行該地區(qū)水電站工程暖通空調(diào)設(shè)計時，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c及電站實際情況，使設(shè)計合理化以滿足各區(qū)域溫濕度參數(shù)要求、運行的可靠性、布置的可行性及優(yōu)越性。

2 暖通空調(diào)設(shè)計方案

開展本項目暖通空調(diào)設(shè)計前，應(yīng)充分把握EPC承包商與業(yè)主雙方簽訂的合同中的技術(shù)條款，確定設(shè)計依據(jù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)(本項目采用美標(biāo))，理解合同文件對設(shè)計參數(shù)、設(shè)備材質(zhì)、系統(tǒng)形式的要求。在此基礎(chǔ)上進行計算復(fù)核、方案選取、深入規(guī)劃和布局，以便更好地迎合雙方設(shè)計理念、達到設(shè)計要求、優(yōu)化設(shè)計措施、把握工程成本，同時，盡可能縮短圖紙審批流程、保障工程進度。

2.1 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案

根據(jù)主合同對廠內(nèi)各區(qū)域的溫濕度參數(shù)規(guī)定，并結(jié)合氣象條件分析，主廠房及控制樓大部分區(qū)域夏季均需設(shè)置空調(diào)制冷，冬季控制樓需設(shè)置空調(diào)制熱。應(yīng)嚴格計算廠內(nèi)設(shè)備和人員發(fā)熱量，并結(jié)合室外氣象參數(shù)和室內(nèi)設(shè)計參數(shù)計算各區(qū)域的空調(diào)冷熱負荷。

主廠房設(shè)置風(fēng)冷單冷冷水機組+組合式空氣處理機組+風(fēng)機盤管系統(tǒng)，由布置在室外空調(diào)機房屋面的風(fēng)冷單冷冷水機組提供冷凍水，主廠房除兩層電纜道采用風(fēng)機盤管作末端設(shè)備外，其它區(qū)域均由機房內(nèi)的2臺組合式空氣處理機組集中送回風(fēng)并提供新風(fēng)，組合式空調(diào)總送風(fēng)量為18萬m3/h，采用大斷面風(fēng)管布置于廠房下游側(cè)頂部，通過多根分支管預(yù)埋入混凝土墻下穿至地面以下各層送風(fēng)。送風(fēng)溫度為17℃，利用各層吊物孔串聯(lián)向上回風(fēng)，由設(shè)置在發(fā)電機層的回風(fēng)總管集中回至組合式空氣處理機組。

控制樓同時有制冷和制熱要求，設(shè)置風(fēng)冷熱泵冷熱水機組+組合式空氣處理機組+風(fēng)機盤管系統(tǒng)。風(fēng)冷熱泵冷熱水機組夏季提供冷凍水、冬季提供熱水，組合式空氣處理機組集中布置于頂層空調(diào)機房，送回風(fēng)管經(jīng)風(fēng)井引至各空調(diào)房間，送風(fēng)溫度為24℃。同時，在各空調(diào)房間設(shè)置風(fēng)機盤管作為空調(diào)末端，組合式空氣處理機組與風(fēng)機盤管兩者結(jié)合，使空調(diào)房間夏季和冬季的室內(nèi)溫濕度、新風(fēng)量均達到設(shè)計要求。

2.2 通風(fēng)與防排煙設(shè)計思路

蓄電池室、電纜夾層、油系統(tǒng)房間排風(fēng)量均按換氣次數(shù)不小于6次/h計算。廠內(nèi)電纜層、油系統(tǒng)等防火區(qū)域均考慮了事故排風(fēng)的排風(fēng)量。風(fēng)機與火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)鎖，一旦發(fā)生火災(zāi)，風(fēng)機停運?；馂?zāi)后，由消防控制中心或現(xiàn)地啟動全自動防煙防火閥，并聯(lián)動排風(fēng)機進行災(zāi)后排煙。以上區(qū)域的正常通風(fēng)系統(tǒng)兼做事故排風(fēng)系統(tǒng)。

防火區(qū)域的進排風(fēng)口均設(shè)置了自動復(fù)位防煙防火閥，以達到防止煙火互竄、窒息火情、排走煙氣的目的。排風(fēng)系統(tǒng)中凡有風(fēng)管穿防火墻與樓板處均設(shè)置有自動復(fù)位防煙防火閥進行事故隔斷。

發(fā)電機層設(shè)置機械排煙系統(tǒng)。平時通風(fēng)和事故排煙的轉(zhuǎn)換通過外墻安裝的雙速排煙風(fēng)機來實現(xiàn)。副廠房4部封閉樓梯間均設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)，滿足火災(zāi)時人員疏散要求。

2.3 節(jié)能措施

廠房屋頂設(shè)置隔熱材料，降低廠內(nèi)空調(diào)冷負荷。根據(jù)廠內(nèi)外溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)集中空調(diào)系統(tǒng)的新回風(fēng)電動風(fēng)閥、空調(diào)設(shè)備運行數(shù)量，實現(xiàn)空調(diào)制冷量與實時負荷的匹配。風(fēng)機、水泵基礎(chǔ)設(shè)組合式減振臺座，水泵、風(fēng)機進出口設(shè)柔性軟接頭?？照{(diào)、風(fēng)機采用低噪聲設(shè)備，按節(jié)能要求確定空調(diào)設(shè)備能效比，防止能源浪費。所有風(fēng)機、空調(diào)機等耗能設(shè)備均選用效率高、COP高、污染小、符合能源政策的設(shè)備。對主要用能的設(shè)備配置計量和控制儀表。

2.4 暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制

本項目的暖通空調(diào)自動監(jiān)測和控制主要應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)，設(shè)計目標(biāo)為提高調(diào)節(jié)質(zhì)量、保障安全、減輕管理人員勞動強度。自動監(jiān)測和控制系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)以下功能：

(1)根據(jù)室內(nèi)溫濕度作為邊界條件，確定空調(diào)設(shè)備運行臺數(shù)和變頻離心水泵的運行頻率，并按合理的順序自動依次開啟或關(guān)閉空調(diào)設(shè)備及相關(guān)附屬設(shè)備。組合式空氣處理機組過濾器設(shè)置壓差開關(guān)報警裝置，變頻水泵出口設(shè)壓力開關(guān)報警裝置；

(2)自動控制系統(tǒng)應(yīng)與火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)相聯(lián)系，在火災(zāi)報警情況下，應(yīng)能及時切斷相應(yīng)部位的暖通空調(diào)設(shè)備電源，退出運行狀態(tài)；

(3)通風(fēng)系統(tǒng)中的防排煙設(shè)備(排煙風(fēng)機、防火閥等)，應(yīng)受控于消防報警控制系統(tǒng)，火災(zāi)時能及時關(guān)閉或投入運行。

3 暖通空調(diào)設(shè)計的特殊性及難點

3.1 冷水機組制冷劑的選擇

對于風(fēng)冷冷水機組，其冷凝散熱面積以及冷卻風(fēng)量一定時，室外溫度越高，冷凝器表面溫度與環(huán)境溫度差值越小，冷凝器表面對流傳熱效率越低，換熱量越小，冷凝溫度就會上升，機組輸出的冷量就會越小。本項目當(dāng)?shù)叵募狙谉?，極端最高溫度高達48℃，風(fēng)冷冷水機組的高溫運行能力、衰減速率與制冷劑的選擇息息相關(guān)。

根據(jù)研究分析，當(dāng)室外溫度達到48℃時，如使用風(fēng)冷冷水機組傳統(tǒng)冷媒R407C，壓縮機所需的冷凝排氣飽和溫度為63℃，但目前主流品牌冷媒為R407C的壓縮機最高運行溫度僅為60℃，不能滿足當(dāng)?shù)馗邷毓r，不足以確保機組的正常運行并帶走室內(nèi)冷負荷或達到工藝冷卻要求。而采用冷媒R134a的壓縮機，在同樣環(huán)境工況下所需的冷凝排氣飽和溫度也為63℃，且目前主流品牌冷媒為R407C的壓縮機最高運行溫度達到70℃，在其穩(wěn)定運行范圍內(nèi)。此外，根據(jù)R134a和R407C風(fēng)冷冷水機組在各環(huán)境溫度下的冷量輸出對比表可以看出，兩者在43℃以下時衰減率基本一致，超出45℃時R407C的機組基本無法投入使用，而R134a的機組在48℃時的衰減率仍較小，輸出冷量為名義工況的85%，根據(jù)合理的設(shè)備選型可滿足設(shè)計要求。

表1 R134a和R407C風(fēng)冷冷水機組

3.2 封閉樓梯間平時通風(fēng)和加壓送風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)合

廠房下游的4部封閉樓梯間不僅要求火災(zāi)時加壓送風(fēng)，還要求夏季或冬季送空調(diào)冷風(fēng)或熱風(fēng)滿足人員舒適要求，送風(fēng)設(shè)備采用組合式空氣處理機組，加壓送風(fēng)量和平時送風(fēng)量的比例約為10∶1。

為滿足不同工況送風(fēng)量和送風(fēng)溫度要求，組合式空氣處理機組的風(fēng)機和換熱器設(shè)置方式非常關(guān)鍵。如采用變頻單風(fēng)機設(shè)備，變頻電機的頻率變化范圍一般為5Hz～50Hz，平時小風(fēng)量工況運行需要的頻率幾乎低于下限值。電機長時間低頻運行，對于低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩的風(fēng)機，電機發(fā)熱量加大，散熱功能差，將導(dǎo)致電機過熱，造成電機線圈燒毀。此外，換熱器僅用于平時小風(fēng)量送風(fēng)工況的空氣處理，容量較小，如果平時和事故共用1臺設(shè)備，設(shè)備的外形尺寸勢必按大風(fēng)量工況設(shè)計，與換熱器的設(shè)計原則矛盾。

因此，樓梯間送風(fēng)系統(tǒng)采用一大一小組合式空氣處理機組拼裝成整機，機組間完全隔離，小機組配套換熱器，作平時通風(fēng)用，大機組作火災(zāi)時加壓送風(fēng)用，兩者共用1套風(fēng)管系統(tǒng)。

3.3 空調(diào)送回風(fēng)管布置

主廠房空調(diào)總送風(fēng)量為18萬m3/h，主風(fēng)管斷面大，且合同要求除發(fā)電機層外，主機間不得設(shè)置明裝風(fēng)管。大斷面送回風(fēng)主管均布置于發(fā)電機層，為避免影響橋機軌道起吊，送回風(fēng)主管均布置于橋機軌道以上，屋面作保溫，避免日曬影響風(fēng)溫。送風(fēng)主管引出多根分支立管下至地面，再通過混凝土墻內(nèi)預(yù)埋風(fēng)管送至發(fā)電機層以下空調(diào)區(qū)域。分支管的風(fēng)量分配應(yīng)適宜，保證預(yù)埋圓風(fēng)管的口徑在合理范圍內(nèi)。發(fā)電機層以下區(qū)域無需分散設(shè)置回風(fēng)管，溫升后的空調(diào)送風(fēng)通過各層格柵式吊物孔上升至發(fā)電機層后通過頂部回風(fēng)主管集中回風(fēng)至空調(diào)機組，進一步精簡了風(fēng)管系統(tǒng)，節(jié)約投資并減少風(fēng)管與其它管路、電纜橋架沖突的可能性。主機間均為大空間區(qū)域，重點發(fā)熱區(qū)域為變壓器和盤柜區(qū)。采用非均勻送風(fēng)，送風(fēng)口集中布置重點發(fā)熱區(qū)域，其它區(qū)域僅設(shè)置少量送風(fēng)口滿足基本換氣要求，有利于提高整個大空間空調(diào)區(qū)域的溫濕度均勻性和減少總空調(diào)送風(fēng)量，使空調(diào)系統(tǒng)更具針對性和節(jié)能性。

控制樓各區(qū)域均設(shè)置空調(diào)送回風(fēng)管，布置于房間吊頂內(nèi)。為減輕風(fēng)管斷面較大對房間層高的影響，分區(qū)域設(shè)置送回風(fēng)豎井，將送回風(fēng)主管在機房內(nèi)按區(qū)域風(fēng)量需求分支，分支管通過各送回風(fēng)豎井后，進入各樓層空調(diào)房間，從而減小了出豎井后水平風(fēng)管的斷面，保證了各樓層所需凈空尺寸。

3.4 暖通空調(diào)設(shè)備材質(zhì)和噪聲要求

巴基斯坦水電工程項目對暖通空調(diào)設(shè)備材質(zhì)和噪聲要求通常按照ASTM、ASME、ARI等美國標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

在材質(zhì)方面，設(shè)備鋼制外殼及內(nèi)部部件、螺釘、螺母、螺栓、螺桿等附件均須按照美國標(biāo)準(zhǔn)或相當(dāng)于美國標(biāo)準(zhǔn)的材料工藝要求制作。經(jīng)過對規(guī)范的深入學(xué)習(xí)和研究，對于絕大部分設(shè)備材質(zhì)，國標(biāo)規(guī)定檔次均不低于美國標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備制造可按國內(nèi)較高等級進行，報送設(shè)備材質(zhì)文件審批時，應(yīng)將設(shè)備各部件的美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和國標(biāo)規(guī)定作對應(yīng)表，證明兩者的等效性和通用性即可。

合同對暖通空調(diào)設(shè)備的噪聲要求較高，如通風(fēng)用風(fēng)機設(shè)備要求運行噪聲不大于68dB(A)。按照國內(nèi)生產(chǎn)水平和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，部分風(fēng)壓、風(fēng)量較大的風(fēng)機設(shè)備設(shè)計選型時，即使采用低噪聲型設(shè)備或在風(fēng)機設(shè)備接口處增設(shè)消聲裝置仍不能滿足合同噪聲要求。應(yīng)將以上風(fēng)機設(shè)置為風(fēng)機箱，且在箱體內(nèi)層設(shè)置足夠厚度的吸聲材料降噪。電站投運后的現(xiàn)場驗收測試中，所有通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的運行噪聲測試值均控制在合同要求范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

隨著國內(nèi)水電站工程趨于飽和，未來的水電項目必須走向國際。國外EPC項目的暖通空調(diào)設(shè)計，相對于國內(nèi)項目，提出了更多不同的要求，具備特殊性，要求暖通設(shè)計工程師不僅應(yīng)具備過硬的專業(yè)技術(shù)水平，同時對工程執(zhí)行過程協(xié)調(diào)能力、國際規(guī)范熟悉程度、當(dāng)?shù)貙嶋H環(huán)境與設(shè)計結(jié)合度、風(fēng)險控制等綜合素質(zhì)也有很高要求。在開展設(shè)計工作時應(yīng)深入研究中外設(shè)計咨詢工作方式的差異，轉(zhuǎn)變理念和服務(wù)方式，因地制宜地開展設(shè)計工作，通過實踐不斷積累經(jīng)驗，提高自身水平，以適應(yīng)不同市場的發(fā)展和要求。