水电站地下风道夏季温湿度特性探讨关炜

水电站地下风道夏季温湿度特性探讨关炜

关炜

（南水北调工程设计管理中心北京海淀区100038）

摘要：在水电站地下厂房空气调节系统设计中，若能充分应用地下风道（地下通风洞）的热湿交换规律，科学利用这些天然储蓄的冷热源，参与地下厂房环境的温湿度调控，可减少空调设备的设计规模，对于水电站建设和节能减排设计具有重要意义，得到了水电站暖通专业设计人员的广泛重视。

结合理论研究，本文对长江以南地区水电站、华北地区水电站和东北地区水电站地下厂房通风洞温湿度情况进行了现场实测，根据实测数据探讨了夏季我国不同气候区域水电站地下厂房通风洞内空气温湿度的变化规律。

关键词：水电站；地下风道；气流参数；

1研究背景

水能是可供大规模开发的可再生能源，世界各国都把水能资源开发利用放在相当重要的位置。因受地形条件、高水头发电及开挖投资等因素的影响，大型水电站的厂房多建设在山区的隧洞中（地下厂房），那么水电站地下厂房的新风换气、温湿度问题，特别是夏季水电站地下厂房高温潮湿问题将直接影响电站设备的安全运行。

在上述五个截面位置，分别设置上中下三个测点，每个测点位置均布置一个干湿球温度计和红外线测温仪，用于监测地下通道不同位置区域的温、湿度变化，现场试验在地下通风洞内共设置了15个测点，ABCDE处的最终测量值采用每个截面各不同测点位置测试结果的平均值。

4测试结果

4.1长江以南地区水电站

室外空气温度随着距洞口距离的增大逐渐降低，并且可大致分为二个阶段，在距离洞口90米以前，温度降低的幅度小些，90米以后温度降低的幅度增大了，这说明室外空气在距离洞口90m处开始结露。风道末端空气温度趋向于地表年平均温度（18.5℃），达到23.2℃左右。

长江以南地区水电站室外空气进入地下风道，基本可分为二个阶段，第一阶段是室外空气结露前发生的等湿降温，温度降幅小、湿度降幅大；第二阶段是结露后的降温降湿，温度降幅增大。

4.2华北地区水电站

室外空气进入地下通风洞后，不同时间监测的温度线与云南大华桥水电站相同，呈线性衰减变化，但温度下降线未出现明显的拐点，温降波幅随距离的增大而增大。地下风道末端空气温度趋向其地表年平均温度（14.0℃）趋近，达到19.3℃左右。

室外空气湿度随着距洞口距离的增大逐渐增大，空气湿度变化没有明显的转折点，到达地下风道末端时湿度接近90%，还未出现结露现象。

4.3东北地区水电站

室外新风进入地下通风洞后，不同时间监测的温度线呈线性衰减变化，温度随着距洞口距离的增大逐渐降低，温降波幅相对比较平稳，无明显变化。通风洞末端温度向其地表年平均温度（8.5℃）趋近，到达11.5℃左右。

室外新风进入地下通风洞后，空气湿度随着距洞口距离的增大逐渐增大，到达地下风道末端时湿度为86%，还未出现结露现象。

5不同气候区域地下风道温湿度变化规律

5.1地表年平均温度分区

根据建筑热工设计规范规定，主要分严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、温和地区和夏热冬暖地区5大类。其中，夏热冬暖地区只包括我国广东省、海南省及广西省地区，范围较小，暂且不列入本次研究；夏热冬冷地区和温和地区的夏季参数指标基本相同，可以合并考虑。因此，本文研究的地表温度分区按严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区三种类型考虑，严寒地区包括我国东北、内蒙及西藏高原，寒冷地区包括西北各省、黄河流域及淮河以北区域，夏热冬冷地区包括淮河以南和珠江以北区域。

5.2不同气候地区地下风道温湿度变化规律

水电站地下风道空气的温湿度交换与地表温度因素直接相关，不同地区年均地表温度的大小决定着不同地区水电站地下风道空气温湿度变化的特点，影响着水电站地下通风及空气调节系统的设计。本文根据以上的研究分析，按严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区三种类型考虑，研究水电站地下风道热湿交换问题，为水电站地下通风空调设计提供基础。

（1）寒冷地区，主要位于黄河流域、海河流域，以及西北部分等地区，地表年平均温度10～15℃，这些区域建设的水电站地下厂房，地下风道内空气湿度较大，风道末端温度一般比地表年平均温度要高出3～5℃，因此，该区域内的水电站地下厂房通风空调设计应以除湿为主要设计对象，需要考虑设置空气调节系统进行集中除湿，并在地下厂房内机电设备发热量较高区域辅以少量分体空调。

（2）夏热冬冷地区主要位于长江流域及以南地区，地表年平均温度15～20℃，这些区域建设水电站地下厂房，地下风道温湿度分两种情况考虑：一是地下风道较浅，风道内空气未结露情况，风道末端温度一般比地表年平均温度高4～6℃，这种情况下水电站地下厂房通风空调设计需降温、降湿，应采用集中空调系统；二是地下风道较深，风道内空气结露情况，风道末端温度比地表年平均温度高3～5℃，这种情况下水电站地下厂房通风空调系统设计需以除湿为主，同时根据实际情况降温，可采用集中空调系统降温降湿，也可考虑在机电设备发热量集中区域设置分体空调。

（3）严寒地区，主要包括东北、内蒙及西藏等地区，地表年平均温度5～10℃，这些区域建设水电站地下厂房，地下风道湿度不大，风道末端温度一般比地表年平均温度高2～3℃，水电站地下房通风空调设计基本不需设置空调系统，可根据地下厂房内各区域湿度要求及实际情况，酌情考虑设置少量除湿机，以解决部分房间湿度较大的问题。

总之，（1）传统公式计算时如日准数等参数是需要参照有关设计手册查图获得，计算繁杂。（2）以长江以南地区水电站、华北地区水电站和东北地区水电站的地下风道为实测对象，有针对性选取夏季室外空气温、湿度最高的时段为实测时间，结合各地区水电站所在区域地质条件、室外空气参数，针对现场热湿交换试验实测数据可知：地下风道对夏季室外进入的新风起到降温作用，随着风道长度的增加，空气与风道的热湿交换能力增加，末端空气温度越趋向于当地地表年平均温度，之所以高于地表年平均温度，主要是受地表温度年波幅及日波幅对地下风道空气温度的影响。（3）针对我国不同气候地区环境，通过分析空气平均温度和地表年平均温度的关系，参考建筑气候分区，可按严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区三种类型开展水电站地下厂房空调系统设计。

参考文献：

[1]水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册一采暖通风与空调[M].北京：水利电力出版社，1993,6.

[2]胡汉华，吴超等.地下工程通风与空调[M].中南大学出版社.

[3]姜会飞等.地面温度与气温关系的统计分析[J].中国农业气象,2004,8:25-3.

[4]GB50176-93，民用建筑热工设计规范[S].