某地下发电厂房除湿改造实践

石茸 李运江

1 宜昌市建筑节能办公室

2 三峡大学建筑技术科学研究所

0 引言

水库大坝地下厂房是一种大体积的地下建筑物，内设有发电机组、中央控制室等功能廊道空间，同时地下厂房也有运行维护人员，各种机电设备及动力电源等电气设备。由于受到岩石的包围，空间封闭，通风率较低，容易造成地下空间潮湿、缺氧等问题。特别是在夏秋和天气急剧变化时，会造成地下工程严重潮湿，致使金属锈蚀、电器绝缘降低或丧失、仪器失灵，对工作人员安全健康和工程的正常使用造成很大的危害，有必要加以研究和解决。

1 江垭电站地下厂房现存问题分析

1.1 地下厂房现存问题

江垭水利枢纽工程电站装机容量 3×100 MW，由碾压混凝土拦河坝，右岸地下厂房，地面升压站和左岸升船机等建筑物组成。江垭大坝建基面高程为114 m，最 大净坝高 131m，是当今世界上已建成的最高的全断面碾压混凝土重力坝。主厂房为地下式厂房，整个地下厂房三维模型参见图1。

图1 江垭电站地下厂房三维模型

现有的通风系统主要为：主变洞右侧的 2台送风机从进厂交通洞中抽取 20.7×104m3/h 新风，送入主厂房上游侧的夹墙风道，再从上游墙上设置的送风口，向发电机层送10.5×104m3/h、母线层 8.9×104m3/h、水轮机层0.5×104m3/h 的新风，通过送风管向地下副厂房送0.8×104m3/h的新风。吸收余热余湿后的空气经由发电机层和母线层下游侧的3条母线廊道和廊道下游端顶部的排风竖井，被布置在主变洞拱顶的排风机吸入并排至拱顶，再由主变洞左侧的3台总排风机排出厂外。发电机层另有一部分空气（4.3×104m3/h）由主厂房拱顶排风机排出厂外，该排风机在发生火灾时兼做主厂房排烟用。

根据现场探勘以及和运行人员沟通，将现有通风系统存在的主要问题归纳如下：

1）主厂房、水轮机层、母线层等部位湿度偏高，结露现象严重。

2）主厂房及部分洞室气流组织不合理，有气流短路和滞留现象。

3）中控室、计算机房和部分廊道空气流通不畅，有缺氧现象。

4）高压电缆竖井与主变洞的交通连廊、底层电梯前室结露现象严重。

另外，据现工作人员反映，在夏季整个通风系统运行时，整个地下厂房内水雾弥漫，潮湿现象非常严重。将通风系统关闭后，潮湿现象反而有所改善。由于送风系统的停运，因此加重了地下厂房内的气闷、缺氧情况。

1.2 现存问题分析

地下工程潮湿的原因主要有工程渗漏散湿，人员散湿，自由水面，结露及外界湿热空气进入等，这些构成了地下工程除湿设备的湿负荷[1]。通过对江垭电站地下厂房现存问题的分析，认为洞室空气结露是潮湿的主要成因，即外界湿热空气进入洞室后，与低温的地下厂房围护结构表面接触产生温降，当温度降至露点温度以下时，空气无法容纳原有的水蒸气，其中一部分便凝结成水珠（露水）从空气中析出，亦即冷凝受潮。此外，由于隔断不完全和通风系统缺陷，造成尾水调压室高湿空气进入其它洞室，也是造成地下厂房潮湿原因之一。

2 改造方案

为达到减小投资、缩短工期的目的。确定了对现有通风系统和洞室设施进行改进和调整，不做重大变动的改造原则。本次改造范围包括：地下厂房空调通风系统，尾水调压室通风系统，电梯及疏散楼梯间除湿，地 下厂房管道保温以及增设密封门。

2.1 地下厂房空调通风系统改造

实测数据显示，6～9 月份技术供水水温在18～19.5 ℃之间（参见表1），与风机房入口处新风温差不大，若直接利用技术供水对新风降温除湿效果不明显，故需增设制冷机组对新风进行降温除湿处理。根据现场具体情况，选择水源热泵机组，施工简便，而且造价合理。

表1 江垭电站夏季水温统计

改造还涵盖以下内容：

1）将原风机房两台 1×104m3/h风机仅保留一台，并进行变频改造，使其变频降低风速运行，春夏季低速运行，运行风量 5×104m3/h。秋冬季根据厂内需要人工调节风机低速或高速运行。

2）将原总排风机三台 9.5×104m3/h 风机其中一台进行变频改造，运行风量降为6.5×104m3/h，其余两台维持不变。

3）从风机房至主厂房送风口之间设置通风管道，由静压箱通过风管分别送至主厂房安装场、中 控室、母线层和水轮机层避免通风廊道内湿气进入空调系统。为保持送排风风量平衡。

2.2 尾水调压室通风系统改造

尾水调压室目前存在的问题是尾水洞高湿空气通过主变洞下游侧夹墙经拱顶排至主排风道，造成主变洞下游侧墙温度低于空气露点温度，墙面结露严重。另外，由于发电时水位最大落差为3m，变化剧烈，造成调压室隔断门经常被气流损坏。为获得抗风压门参数，先确定气压变化值。

根据理想气体状态方程可计算封闭状态下尾水洞水位上升后室内大气压强变化，其压强为[2]：

式中：p为绝对压强，Pa；v为比体积，m3/kg；n是非负数值，取 决于气体变化状态（气体作等温变化时n=1，气体做等熵变化时n=1.4，在本算例中取n=1.4）。

本次模拟边界条件：考虑重力，假设尾水洞内墙壁为固体无滑移壁面，其壁面参数设置为绝热状态。流场模拟的计算区域为建筑物室内空间尺寸，在笛卡尔坐标系下，计算网格划分采用1 m均匀网格。假设尾水洞内进水流量为140 m3/s，即尾水洞内水面每秒上升0.5 m。

江垭水电站尾水调压室风压及风速模拟结果如图2至图3所示。可以看出，在尾水洞进行调压工作时，尾 水洞内气压上升（下降）1 9.73 Pa，风 速在1.6 m/s到2.4 m/s之间。由此可以进行密闭门、通风系统的设计和选型。

图2 尾水洞3#交通洞开口大气压变化

图3 尾水洞3#交通洞开口风速分布

在尾水调压室与电梯井、主变洞设置封闭门；在尾水调压室至主变洞拱顶排风管之间增加风管，尾水调压室高湿空气由尾水调压室与主变洞之间轴流风机抽至5#排风洞，再由主排风洞排至室外。位于5#排风支洞的三台轴流总排风机出风口侧须加装止回阀，以避免由于尾水洞水位下降产生负压时，导致5#排风洞的湿空气倒流回地下厂房。3#交通洞与尾水调压室不设置封闭门，整个尾水室由于水位波动引起的气压变化由3#交通洞承担。

2.3 电梯及疏散楼梯间除湿改造

高压电缆竖井与主变洞的交通连廊、底 层电梯前室潮湿问题主要成因是由于夏季湿热空气由于疏散楼梯间热压和电梯轿厢风压引入地下厂房而产生结露。这是该部位潮湿的主要成因。热湿空气进入地下厂房的主要动力因素是热压作用和风压作用。

1）电梯井疏散楼梯间热压通风及解决方案

电梯井疏散楼梯间热湿空气的进入主要是热压作用而形成的。在夏季，由于湿热空气从副厂房楼梯入口处经冷却进入疏散楼梯间，冷却后压入厂房形成热压自然通风。其热压大小为[2]：

式中：ρe，ρi为室内外空气密度，kg/m3；h为进出风口中心线的高差，m；pt为热压，Pa。

图4 楼梯间风压分布图

图5 楼梯间风速分布图

采用 Phoenics 对电梯井疏散楼梯间风压和风速进行模拟分析，电 站电梯疏散楼梯间风压自然通风的风压和风速模拟结果模拟结果如图4和图5所示。从结果可以看出，热 压通风最高压强为12.5 Pa，楼 梯间进出口平均风速为1.2 m/s。据此可以对疏散楼梯间防火门进行设计。

2）电梯轿厢风压通风解决方案

电梯轿厢热压通风贡献不大，副厂房室外湿热空气主要是由于电梯运行形成的风压通风而带入地下厂房的。其风压大小由风速以及空气动力系数而定，其计算公式为[2]：

式中：ρw为风压，Pa；υ为风速，m/s；ρ为空气密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；K为空气动力系数。

根据现场实测和仿真计算，电梯前室的空气流动风速为1.2 m/s左右。为避免将副厂房湿热空气带入地下厂房，建议在电梯机房及电梯轿厢装设了壁挂式空调各一台，将副厂房进入电梯轿厢的空气做冷却除湿处理。

3 结语

地下工程潮湿是一个普遍存在问题，而电站技术人员又大都来自于水工、电气等专业，少有暖通和建筑物理专业人员介入。本文应用建筑技术诸多手段，通过对造成洞室潮湿的诸多因素进行分析，找出了主要成因，对江垭电站地下厂房的通风系统和设施进行了改造，为其它类似地下工程潮湿问题提供一个参考。