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溪洛渡地下水电站通风空调技术研究

文档作者：邓阳兵，赵文贵，陈鹏，代飞文档来源：溪洛渡水力发电厂		点击数：	更新时间： 2025年06月03日
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收稿日期：2014-07-31
作者简介：邓阳兵（1989-），男，助理工程师，从事电站暖通空调系
统维护及检修工作。
溪洛渡地下水电站通风空调技术研究
邓阳兵，赵文贵，陈鹏，代飞
（溪洛渡水力发电厂，云南永善657300）
摘要：以溪洛渡地下水电站的通风空调系统为例，采用整体-局部的设计理念，对厂房内的通风及空调技术进行性
能研究，对日后巨型地下水电站通风空调系统的设计提供借鉴。
关键词：水电站；地下空调；通风设计；天然冷源
中图分类号：TU83 文献标识码：B 文章编号：1672-5387（2014）05-0083-04
0 引言
地下水电站通风空调系统排除发电机组及电气
设备产生的热量，使厂房内保持适宜的温湿度及空
气流动速度，为厂房内机电设备正常运行和工作人
员高效率工作提供了条件[1]。通风空调技术作为地下
水电站厂房内空气与外界空气交换的重要手段，近
年来随着我国梯级巨型水电站的建设而得到了快速
发展。目前，水电站厂房除了采用传统的自然通风和
机械通风方式外[2]，还利用地下水电站的天然冷源，
比如：深层水库水和尾水低温水作为空调制冷系统
中的一级表冷冷源[3]，这是一种高效节能的通风处理
方式，但目前国内对巨型地下水电通风空调系统的
理论和应用研究较少，缺乏成熟的设计理论和计算
方法。基于巨型地下水电站通风空调系统缺乏相关
技术应用案例，笔者介绍目前世界上最大的地下水
电站通风空调系统--- 溪洛渡电站通风空调系统，
研究溪洛渡电站通风空调系统如何进行设计计算及
天然冷源的利用，为日后巨型地下水电站通风空调
系统设计及应用提供技术参考。
1 工程设备概况
溪洛渡电站具有装机容量大、机组台数多、电气
设备多、发热量大，厂房深埋于地下400 多米，地下
洞室错综复杂，通风设计与设备布置难度极大[4]。通
风空调系统在设计过程中，以机电设备发热量、洞室
群壁岩热湿特性为基础，采用加压送风和空调制冷
进行厂房内通风及温度调节，结合当地天气参数，确
定了加压送风风量及制冷量，并在此基础上设计了
通风、制冷及控制系统。溪洛渡电站通风空调系统左
右岸对称，分别包括了1 套主厂房中央空调及送风
系统、12 套多联式空调系统、33 个排风系统、1 个送
风系统、2 个防排烟系统、3 个加压送风系统、蜗壳层
及尾水管廊道层除湿系统；大坝包括1 套大坝控制
楼多联式空调机组、3 个加压送风系统、6 个排风系
统、2 个防排烟系统；水垫塘包括1 个排风系统。
2 基本原理
溪洛渡电站通风空调系统根据厂房内热量收支
平衡为原则进行设计的，在设计过程中以主体冷风
流动降温为主，结合多联机制冷系统局部散热，使整
个厂房温度分布趋于均匀。其中，厂房主体通风是通
过610 m 高程取水口进风洞吸入空气，通过一级水
库水表冷和二级机械制冷变成冷风，并通过组合式
空气处理机组加压送至厂房各层，各设备和区域完
成通风及冷却流程后，再由5 个排风通道排出，整个
水电站的主要通风流程可简化如下页图1 。
在电站通风散热的过程中，以整个通风系统为
整体，可以计算出进风量与排风量之间热量之差，此
热量之差可以看做是通风过程中风量带走洞内的热
量值[5]。
（1）
上述公式适用于计算整个通风系统中通风散热
值，地下水电站厂房内的一级表冷、冷水机组制冷及
( )
q
sup
heat sup sup sup
out ply
ply ply ply
T T
Q c
-
= ´ r ´ ´
第37 卷第5 期水电站机电技术Vol.37 No.5
2014 年10 月Mechanical &amp;amp; Electrical Technique of Hydropower Station Oct.2014 83
多套多联变频空调机组的换热都是在厂房内部完
成，散出的热量也排送在厂房内部，由于整个地下厂
房在冬夏季其壁岩围护结构都处于放热状态[6]，因此，
一般来说厂房内的排风温度都要大于送风温度。由
于空调机组的室外机都装设在拱顶风道层，热量都
在排风的时候带走，对需要制冷区域影响不大。局部
供冷风区域也可沿用上述散热计算公式，但必须取
局部区域为整体进行计算，多个局部系统组成一个
整体送风系统，流体在流动过程中属于稳态流动，必
须遵循连续性方程和能量方程所规定的[7]。
连续性方程：
（2）
能量方程：
（3）
3 通风空调技术
3.1 修正当地气象条件
地下水电站通风过程中所需的新风一般都取自
室外，因此室外的气象条件对整个系统影响很大。室
外的气象条件长年度呈现季节性变化，需取得该地
季节性气象条件。溪洛渡电站处于金沙江下游，该流
域地势西北高东南低，降雨和气温由西北向东南递
增，区域内气候根据雷波、永善和中心场三个气象站
的气象参数进行对比分析选择，以中心场的气象资
料为主，对比雷波、永善的气象参数进行修正计算，
确定溪洛渡电站通风的当地气象条件。
3.2 查询温湿度设计标准
溪洛渡电站室内温、湿度设计标准根据国家规
程《水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程》
DL/T 5165-2002 确定，并参考国内的二滩水电站设
计标准而制定溪洛渡电站厂房内的温湿度设计标
准。
3.3 计算厂房内热量
地下水电站厂房内的温湿量与周围壁岩材料密
切相关，采用保温性较好、孔径较小的材料能有效地
减少壁岩与厂房内空气的热湿交换。溪洛渡电站壁
岩所装饰的材料因区域不同而不同，在机电设备较
多的发电机层、电气夹层、水轮机层采用了防潮隔
墙，可不考虑上述区域的热湿交换；而蜗壳层、尾水
管廊道层等区域未采用防潮隔墙，在水电站夏季汛
期或秋季蓄水的过程中易形成山体渗漏水，同时这
些区域冷水管较多，水管上会形成一定的冷凝水，造
成该区域湿度加大，影响电气设备的正常运行，因此
在这些区域添加适量的除湿机。除湿机除湿过程中
有一定热量产生，供水管内冷水流动过程中会带走
一部分热量，考虑这部分热量较少，可将山体壁岩与
厂方内空气之间热交换值忽略为0。根据电气、水机
等专业提供设备热量资料，按照《水力发电厂厂房采
暖通风与空气调节设计规程》和《采暖通风与空调》
标准，对厂房内相关的机电设备发热量进行了计算，
确定厂房内各主要区域发热量，如下页表1。
3.4 计算厂房内通风量
根据国家标准《水力发电厂厂房采暖通风与空
图1 溪洛渡地下水电站的通风空调系统流程图
0
d
dt
dm = ò rdt = t dt
Q =W + DU
送风
系统
制冷
系统
排风
系统
84 水 电 站 机 电 技 术 第37卷
表1 全厂发热量表
部 位 发热量(109J/h)
发电机层 6.23
电气夹层 2.12
水轮机层 0.80
蜗壳层 0.62
尾水管层廊道 0.22
母线洞 5.80
主变洞 1.92
GIS 层 0.60
出线竖井 3.16
副厂房 1.05
全厂房发热量2.49×1010J/h
气调节设计规程》DL/T 5165-2002 中规定可知，水
力发电厂规定厂房内温度最低的位置是蜗壳层和副
厂房电气设备房间内，都要求低于26 ℃。因副厂房
内有多联变频空调机组，可以局部调控房间内的温
度，现只需考虑并计算蜗壳层的通风量及温度。根据
厂房内的主要通风流程图知，该过程中发电机层的
散热量最大，成为通风过程中的主要温升原因。查阅
相关资料，发电机层约有30%的热量通过水系统散
热，其余热量以通风方式散出，计算得出发电机层、
电气夹层、水轮机层、蜗壳层的温升分别是3.0 ℃、
1.2 ℃、1.7 ℃、0.8 ℃。新风经一级水库水表冷和二级
机械制冷后，出风温度约为18 ℃，考虑到通过厂房
拱顶风口送风约有2 ℃的温升，因此在拱顶送风口
送风温度为20 ℃，蜗壳层温度为25.7 ℃，且是在9
台机组完全满发的状况下才能达到的，完全满足水
电厂厂房通风标准，计算得出主厂房的通风量是80
万m3/h。同理，基于厂房内主变洞各部位的发热量进
行计算，得出进场交通洞到主变室和主厂房发电机
层的风量共87.9 万m3/s。
3.5 计算通风及空调制冷量
厂房内空调制冷系统包括了一级水库水表冷系
统、二级机械制冷系统及多联变频空调制冷系统，一
级表冷和二级机械制冷用以冷却新风，多联变频空
调用以局部温度调节，主要包括副厂房多联变频空
调和母线洞多联变频空调。
一级表冷和二级机械制冷的处理风量为80 万
m3/h，考虑到室外风经过进风平洞及竖井的冷却作
用，初始新风处理温度为23 ℃，经过组合式空气处
理机组以及水库水表冷和二级机械制冷后，冷风温
度为18℃，空气共吸收一级表冷和二级制冷所产生
冷量：
=5.18×109J/h
一级水库水取于水库524.6 m 高程，因水库日
均水位不同而导致取水温度不同，综合考虑各种因
素后，水库水取水温度暂定为20 ℃，取水水量为
800 m3/h，经水处理设备处理后进入空调机组。处理
后的水分进入一级表冷，然后经板式换热器进行热
交换。水量约为780 m3/h。
一级表冷换热量：
=9.58×109 J/h
主厂房采用的机械制冷系统，选用4 台制冷机，
单机冷量1 470 kW，其额定制冷量：
2.12×1010 J/h
取得的水库水另一部分在板式换热器中进行热
交换，其带走热量是冷水机组冷却器所散发出来的
热量，而冷水机组的低温水又通过组合式空气处理
机组的二级机械制冷传递冷量至冷空气中，因此，组
合式空气处理机组空气散失的热量都通过水库水带
走。考虑到春、秋、冬季冷水机组不工作，只需进场交
通洞及一级表冷进行通风散热，组合式空气处理机
组节能量要大于11 万kW/d。
根据局部设计理念，按产生热量对副厂房和母
线洞安装多联变频空调，以实现局部温度控制，其中
母线洞共增加冷量2.65×109 J/h。
电站主变洞散热主要依靠进场交通洞通风散
热，按夏季作为最高负荷进行计算，经过交通洞供风
温度为26.3 ℃，风量为87.9 万m3/h，其制冷量：
=8.72×109 J/h
4 结论
（1）巨型地下水电站的通风空调系统极其复杂，
仅从整体部分考虑设计会造成系统调温湿度失衡，
需考虑整体- 局部设计理念，即整体理念设计空调
主设备及通风量，局部理念设计多联变频空调。
（2）厂房内通风需控制温度时，必须从温度控制
要求最低的主场所开始计算温升，如本例的蜗壳层
温度核算。
（3）要充分利用水电站的天然冷源系统，如一级
水库水表冷及进场交通洞温降原理，合理应用具有
良好的节能效益。
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
渊下转第89 页冤
第 5 期 邓阳兵，等：溪洛渡地下水电站通风空调技术研究 85
参考文献：
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渊上接第85 页冤
6 结论
（1）建立了数值模型，通过计算自由出流时水泵
出口处的压力值，并与实际运行值进行了对比，验证
了所建立的模型能有效地反映出管路系统的主要特
性。
（2）在稳态计算基础上，分析了汛期长轴深井泵
的运行状态。发现水泵的运行工况虽然偏离额定工
况，但基本在最高效率点附近运行，具有较强的排水
能力。
（3）在瞬态计算基础上，分析了水泵控制阀的关
阀规律，为现场调试提供了依据。发现阀门关闭时间
大于6 s 时，水泵控制阀能有效地消减停泵时管路
中的高压，保证系统的安全、可靠运行。
参考文献：
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[5]王福军.水泵与水泵站[M].北京：中国农业出版社,2005.
图10 三泵同时停机、水泵控制阀6 s 关闭时管路沿程最大
最小压力包络线
0 10 20 30 40 50 60
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
p2,valve (MPa)
t (s)
图11 三泵同时停机、60 s 内水泵控制阀后压力变化，6 s 关阀
0 100 200 300 400
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
p (MPa)
x (m)
最 大
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