水电暖通空调简史与长江流域水电站

1、我国水电暖通空调简史与长江流域水电站暖通空调的设计、运行简况长办院 金峰 一、我国水电站采暖、通风、空气调节技术的发展全国水电暖通空调行业：建国前是空白，建国后大致可分为以下四个阶段。(一) 起步学习阶段（194960年代初）从50年代到60年代初，我国自行设计了一批大中型水电站，在设计过程中，各设计院完善配置了各专业设计人员，但由于我国的大专院校暖通空调专业在50年代中后期才有毕业生，故当时各设计院的该专业大多是水力机械专业设计人员兼任。该时期的机械通风设计基本抄搬前苏联的模式：空气调节设计效仿我国解放初期纺织行业的喷淋装置；地面式电站厂房的自然通风、均效仿一般高温车间的自然通风计算方法设计。当时的暖通设计人员因缺少实践经验，没有认识到我国水电站厂房的特点，例如：水电站厂房属于低温车间，热、湿区分明；坝后式厂 房为了挡御洪水期下流的高水位、尾水平台一般设得很高，所以发电机层下游墙的窗台很高，故自然通风的计算方法、气流组织与一般厂房不同；水库水温分布具有独有的规律，应根据水库具体情况计算、确定；水电站建设周期长，需要解决施工期部分机组发电时的暖通空调问题。由于以上原因，该时期设计的不少

2、水电站厂房建成投产运行后，均较闷热、潮湿，尤其是采用自然通风的地面式厂房、问题更为严重，有的电站发电机层夏季温度高达40以上；水下部位一般均较潮湿，产生机械设备锈蚀，电器设备绝缘降低、漏电、击穿等问题，严重影响机电设备的安全运行及运行人员的身体健康。以上暴露出来的问题为以后寻根求源、找出解决问题的方案、提供了研究课题。(二) 调查、总结、实践阶段（60年代初1978年）60年代初，各水电设计院吸收了一批高等院校的暖通、空调专业毕业生，充实了该专业的技术力量，成为推动技术发展的主力军。为了改变水电暖通空调专业的落后面貌，水电部水电总局组织部属各设计院暖通空调专业人员参加的调查组，分别于1963、1964、1966年对已建水电站厂房的暖空调工程的运行效果进行了多次调研、总结，特别是1966年为编写（水电站厂房暖通、空调设计规定），进行了大规模的调研活动，几乎调查遍了国内已建成的大中型水电站；通过以上调查，基本上找出了以往水电站厂房暖通空调设计中的存在问题，采用边总结、边实践的方法，设计出一批基本符合我国水电站特点、利用天然冷源、节省能耗、效果较好的暖通空调设计，简述如下：1.在利用水电站特

3、有的天然冷源、节省投资、减少运行费用方面：例如1972年建成的映秀湾电站、首次利用无压尾水隧洞的大体积空间、对进入厂房的厂外空气进行热、湿交换，再送入厂房，起到降温、降湿的效果，并节省能源。2.丹江口水电站厂房采用水库深层水喷淋空调方案，建成后运行效果良好；设计人员为了寻求水库水温的变化规律，历经四年每月上、中、下旬对水库不同深度的水温进行测量，获得一万多个数据，并收集国内各大型水库水温资料的基础上，进行了分析研究，得出了水库水温的变化规律与电站所在的纬度、大气温度、泄洪方式、水库调节性能、水库深度等因素有关，并研究出了水库水温的计算公式，为以后利用水库深层水作为空调的冷源，大坝大体积混凝土温度应力的计算等开创性地提供了珍贵的依据；随后水科所等单位也开展了这方面的研究。2、气流组织方面在此时期不仅有以往常用的“横向、低速”向工作区送风的气流模式，还出现了高大厂房的发电机层采用高速射流，诱导周边空气，从而充分利用厂房内机电设备的余热，降低送风气流的相对湿度，如丹江口水电站发电机层采用扇型横向、高速射流的气流，取得良好的效果。(三) 科研、基础工作与开拓阶段（197880年代末）1978年

4、经水利水电规划总院批准，水利水电系统成立了“全国水电暖通空调技术情报网”，为以后积极开展水电系统暖通空调专业的科研和科技情报交流作好了组织准备。1979年全国水电暖通空调情报网编写了18大项、含38个支题的十年科学研究规划，在水利部、电力部、水利水电规划总院的领导与经费支持下由全国水电暖通空调情报网组织实施，发动全国各设计院该专业人员广泛开展科研工作。经过十余年的努力，均基本完成各项科研任务，如：“地下水电站全排风的测量、试验”，“水电站厂房围护结构散湿量的测定与研究”，“小水电站厂房暖通空调运行情况的调研”，“长江葛洲坝二江电站高大厂房分层空调模型试验”，“水电站厂房发电机层高窗自然通风的研究”，“水电站主厂房顶部送风气流的研究”，“主变压器灭火模型试验”，“坝体廊道的去湿效应的研究”，“水电站厂房噪声源、噪声的测定与研究”，“氧离子发生器的测定与研究”，“水库水喷射制冷的研究”等等科研课题，取得累累硕果。在对水电站大规模的调查、测试、总结及大量科研成果的基础上，全国水电暖通专业开展了大规模的基础建设；在水利水电规划总院的领导与全国水电暖通空调技术情报网的组织下，于1981年完成了（

5、水力发电厂厂房采暖、通风、空气调节设计技术规定），1983年编写出版了水电站运行丛书之一的（水电站厂房通风、空调和采暖）一书，1985年出版了（水电站厂房采暖通风空调图集）、（小型水电站暖通空调设计手册），1987年9月出版了水电站设计手册采暖通风与空调，1989年编写出了（国内外水电站地下厂房暖通空调论文集）等等。以上这些技术基础工作的完成，是建国以来全国水电暖通设计经验和科研成果系统的总结，为水电系统暖通空调设计提供了适合我国国情的规范依据和理论基础，使我国水电暖通空调设计水平提高到一个新的高度。随着国内外暖通空调技术的飞速发展，我国水电暖通设计也进入新的开拓阶段，设计了一批新颖的暖通空调工程，如长江葛洲坝大型水电站，采用机械制冷，发电机层采用分层空调方案，均为我国水电行业首例。乌江渡电站厂房采用大喷嘴高速喷雾空调装置；葛洲坝电站水下部分与安康水电站采用大坝廊道引入空气，充分利用天然冷源，均取得良好的效果。(四) 高科技发展阶段（80年代末）八十年代末开始，世界暖通空调技术突飞猛进，中国的暖通空调技术也紧跟世界潮流，水电暖通空调领域同样取得很大的进展。简述如下：1、在设计理论方面引

6、入了“空气品质”的新概念，即评价室内空气环境，除了原有的空气温度、湿度、速度、清洁度外还包括有害气体的影响，放射性物质的放射量，以及其他因素（噪声、色彩、照度等），从而以人是否感到舒适的综合性的“舒适度”作为评价指标。2、在设计技术方面计算机辅助设计已被普遍采用；模拟技术也被普遍作为检验、审核暖通空调设计、推广采用新颖气流组织的一种有效的手段。到目前为止，全国有近20多个水电站工程做过通风、空调冷、热态模型试验，对改进和完善设计起了很大的作用。3、在节能技术方面水电站具有天然的冷、热源，如坝体和地下厂房的廊道、水库深层低温水、低温尾水、以及发电机组热风等，被更广泛有效地利用。机械设备中较多的采用变频技术，制冷量自动调节技术、蓄冷技术等。设计方法上采用分层空调和考虑建筑物蓄热特性与得热量不同的负荷计算方法等，均推动了节能技术在水电暖通空调领域的推广、发展。4、在暖通空调自动化控制方面随着水电站向“无人值班、少人值守”目标发展，分散的设备，随气候、发电量变化等原因，要实现集中、机动、高效的管理，通风空调系统必须实行自动控制，例如二滩与三峡电站等设计了自动控制。5、在通风空调的防火和防排烟方

7、面过去对此问题重视不够，该阶段有了很快的发展。瞻望二十一世纪，水电站的暖通空调行业将进入更加辉煌的未来。二、长江流域水电站厂房的采暖由于长江流域冬季室外平均气温比较高，厂房大体积混凝土与岩体（地下厂房）的热惰性较好，故电站厂房的大多数部位利用机电设备自身的发热量一般已能满足冬季的运行要求，如发电机层利用发电机盖板设热风口放热风采暖，其它有产热的电器设备房间、均利用电设备的自身发热量已能满足机电设备的运行要求。其它房间如：中央控制室、通信室、计算机室等房间，80年代中期以前一般在送风管内设电加热器送热风，以后一般采用电热空调机，恒温、恒湿空调机，分体式热泵空调机等方式。由于以上采暖方式均按一般规律设计，故对每一个水电站厂房不再一一叙述。三、长江流域水电站厂房的通风水电站厂房的通风形式概括起来有自然通风和机械通风两种，这种分类主要是指发电机层的通风方式，对整个厂房而言，一般较少有单纯的某一种通风方式，特别从消防要求上、电厂单纯的自然通风是不准许的；以下分类叙述。(一) 自然通风自然通风的空气流动动力为风压和热压，地面厂房的自然通风这两种影响均有，进、排风口是外窗和外门；地下厂房自然通风则主

8、要靠热压的作用，其进、排风道是厂房对外联系的廊道，如交通、排水、通风、出线洞等。下面分别叙述。1、地面式厂房的自然通风例：拓林电站，该电站位于江西省永修县城上游修水中游，为坝后式厂房，内装四台单机4.5万kw水轮发电机组，于1972年竣工，利用厂房窗户自然通风实际效果不良，布置从略。2、地下式厂房的自然通风例：以礼河三级引水式地下电站该电站位于云南省以礼河盐水沟，系高水头引水式地下电站，总装机容量为14.4万kw，于1966年11月正式发电。电站的厂外通风设计温度、相对湿度参数为29.5、55，发电机层设计温度、相对湿度为30、70。主厂房位于地下200m深处，其气流组织是：厂外新鲜空气流经552m长的交通洞与洞壁进行热、湿交换后进入厂房内，再纵向流经80m长的发电机层，吸收该层热负荷后，从各出线平洞上升到拱顶，再从母线竖井排至山顶厂外。经多次通风效果测定，厂内空气温、湿度和自然通风量满足要求，如夏季有68mmHg的热压头，自然通风量为51048104m3/h，发电机层温度为28，相对湿度为65，其原因：一是交通洞起到对进入厂内空气温、湿度的天然调节作用，夏季可降温46，冬季可升温68

9、，另一原因是高160m的母线竖井、每组母线的发热量为1.67kj/m，使竖井形成一个相对稳定的热空气柱，使竖井出口空气温度大于大气温度，起到烟囱效应，保持良好的自然通风效果。副厂房及中控室设在地面窑洞内，利用施工时开挖的20多m高的竖井、进行自然通风，如中控室、空气从门进入、由顶部自然排出至山顶厂外，风量达1104m3/h；母线廊道和主变压器室同样利用建筑构造形成的通道进行自然通风，整个副厂房形成一个通畅的自然通风系统，使用效果良好。3、自然通风辅以机械通风例：柘溪电站该电站位于湖南省安化县资水中游溶塘峡谷，系地面式厂房，装有6台水轮发电机组，单机容量为7.25104kw，总装机容量为44.75104kw，1962年全部建成投产。电站的厂内外空气设计参数：夏季室外计算通风温度、相对湿度为33、58，发电机层夏季设计温度、相对湿度为35、52。因厂房下游尾水渠水位变幅较大，发电机层地面位于下游最高水位以下，为了改善主厂房发电机层的采光、通风条件，在尾水挡墙与主厂房下游墙之间设计成4.4m宽的纵向通道，与发电机层同高，使发电机层下游侧墙下部可以开设窗户对发电机层实施自然通风。主厂房水轮机层及同高程的下游水处理层、上游副厂房的开关室、电缆层均在地面以下，因而采用机械通风，在下游尾水平台下部设六台轴流送风机，总风量为3104m3/h，上游开关室墙上设有七台排风机，总排风量为11.76104m3/h。气流组织：发电机层从下游墙低窗自然进风，风量为56104m3/h，大部分空气在热压差的作用下，从上、下游吊车梁以上高窗排出厂外，带走发电机层的热量，其中8.76104m3/h空气在上游开关室风机的抽吸下，气流横穿发电机层工作区、开关室，带走以上部位的余热量，排至厂外，下游尾水平台下部的送风机吸取厂外的新鲜空气送入水处理层

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