摘要：换流站内阀厅空调系统是一个重要的辅助系统。阀厅为典型的高大空间建筑，阀厅空调具有温度场梯度大、换气次数较小、阀塔周围气流易循环的特点。本文通过对阀厅空调的不同送回风形式进行研究，结合阀厅对空调的要求，提出了个人的一些建议。
关键词：换流站；阀厅空调；送风方式
Air distribution of the air conditioning system in the 800 kV valve hall
Dai Bo，Pan Liyi，He Yong
（South West Electric Power Design Institute Co.LTD.，Chengdu 610021，China）
Abstract：The air conditioning system in the valve hall of the converter station is a important auxiliary system.Valve halls are large space buildings typically，the AC system has the characters as：great change of the temperature gradient，small air change times，air circulation likely to occurs near the converter valve.The paper analyze the air distribution qualitatively，combined with requests of the valve hall to the AC system，put forward some proposals.
Keywords：converter station；air conditioning system in the valve hall；air distribution
一 引言
±800千伏换流站通用设计的高端阀厅的轴线尺寸86.2m×33.5m，屋面檐口标高28.96m，屋脊高度30.62m；两极低端阀厅为联合建筑，轴线尺寸76.5m×46.2m，屋面檐口标高18.45m，屋脊高度20.8m。建筑空间高度大于5m，体积大于10000m3的均为高大空间，高低端阀厅均为典型的高大空间建筑。
阀厅空调的气流组织具有如下特点：
1）温度场梯度大，在空间高度上会形成较大的温度差；
2）由于阀厅体积很大，空调系统风量相对体积而言，换气次数较小，室内容易形成空气不流动的区域。
3）由于室内发热点集中，大部分负荷集中在阀塔上，易在阀塔周围形成气流循环。
二 现有换流站阀厅空调的气流组织形式
现有设计中换流站每个阀厅的空调风系统由两个相互独立的空气处理设备及相应的送回风管段组成，空气处理设备互为备用。高端阀厅空气处理设备放置在辅控楼空调设备间内，高端阀厅空气处理设备放置在辅控楼空调设备间内。
阀厅空调气流组织形式有上送风、侧回风；下送风、侧回风；上下结合送风、侧墙回风等方式。阀厅空调系统气流组织采用上送风、侧回风形式的较多，有复龙、奉贤、裕隆、绍兴、灵州、酒泉、湖南、同里、拉萨、格尔木等换流站；采用下送风、侧回风形式的有宝鸡、德阳、银川东、楚雄、穗东、贵广一回、贵广二回、溪洛渡、糯扎渡、金中、柳南等换流站；采用上下结合送风、侧墙回风形式的有哈密、郑州、富临、永仁等换流站。
三 各种气流组织形式的特点比较
（一）上送风、侧回风方式
阀厅上送风、侧回风方式是将送风口设置在阀厅屋架内，回风口设置在主控楼或辅控楼的空调设备间侧墙上。送风自上而下进入阀厅，与室内空气进行热湿交换后由回风口带走，送风采用喷口送风。上送风具有不需设置地下混凝土风道，土建施工量较小，施工较快的特点。其缺点为采用喷口上送风时风速较难控制，覆盖范围不大，将上部热空气和污浊空气带到下部，下部温度难以控制，能耗较高。
青岛理工大学论文《高大空间顶部垂直射流送风方式速度场测试与模拟》对上送风进行了模拟计算，其围护结构长42.5米、宽38米、高22米，彩钢结构，无天窗，无窗户，除喷口的上送风射流外室内无其他气流组织。模拟的基本数据为：
表1 上送风模拟的基本数据
气流模拟采用ANSYS仿真模拟平台进行模拟，具体测点的平面分布和空间分布如图1和图2。其测点分布情况为：水平方向从出风口圆心开始，沿半径方向每隔0.5m布置测点；垂直方向，从出风口处高度开始，除第1、第2、第3和最后1个测点相隔0.5m以外，其他相邻测点之间竖直相差1.0m。
图1 测点布置俯视图 图2 测点布置侧视图
图3 射流出口直径截面速度场模拟图
常温工况下，各点的速度分布如下表所示：
表2 测点的速度分布表
由上表可见常温的射流出口速度为9.6m/s时，当射流长度为8米处，射流中心风速还有2.48m/s，但半径3.5米处风速已经只有0.11m/s，半径4.5米处风速只有0.04m/s。高端阀厅阀塔之间净距离为7.35-8.35m，低端阀厅阀塔之间净距离为6.85-7.85m。为防止风道上附件掉落在阀塔上，不可将喷口布置在阀塔正上方，现将喷口设置在两个阀塔之间的屋架下弦上。即使不考虑阀塔本身散热，距离喷口8m处，阀塔外边缘的气流风速也只有0.07m/s-0.11m/s。但实际工程中阀厅阀塔下部有热气流上升，产生向上托举的浮力，冷空气难以到达阀塔下部。
当阀厅在冬季处于维护工况时，由于室内要求冬季保持在10℃以上，阀厅空调系统需要往室内送热风，热气流更加难以到达阀厅下部，只能依靠另外设置的扰流风机进行干预。
阀厅内的晶闸管阀正常运行时，由于此时阀厅内温度较高，湿度较低（通常低于35%），且室内无散湿源，无论空调采用一次回风还是二次回风，空调系统的送风管表面都不会结露；当晶闸管阀处于维护状态，室内有维护人员作为散湿源，湿度相对较高（需高于40%），当空调系统采用一次回风系统时，由于送风温度较低，可能在送风管道的外表面出现结露。为避免送风管道的外表面出现结露，空调送风管必须采用保温措施，通常设置难燃B1级的保温板材料或采用不燃的离心玻璃棉。当空调系统采用二次回风系统时，送风温度可高于露点温度，不会出现结露的现象。由于送风管道布置在阀厅上部区域，此处长期温度较高，保温材料容易老化，在一定年限后易脱落。虽然可以采用铝板做为保护层，但仍然可能出现铝板缝隙飘落保温材料粉尘的情况；而且高空操作更换保温材料比较困难。
（二）下送风、侧回风方式
阀厅下送风、侧回风方式是将送风口设置在地下风道的顶板处，回风口设置在主控楼或辅控楼的空调设备间侧墙上，送风自地道上的钢格栅风口由下而上进入阀厅，与室内空气进行热湿交换后由回风口带走。下送风优点为符合热气流上升特点，能耗小，风管耗量小，维护模式下较易满足下部区域温度。其缺点为需设置地下混凝土风道，地下风道布置困难，室内平面上温度均匀性较差，温度梯度大，温度分层较为明显。
中国海诚工程科技公司和东华大学的论文《高大空间四种气流组织的比较》对分层空调、置换通风、地板送风和碰撞射流等方式进行了模拟，此处仅讨论地板送风模拟结果。其计算区域为某航站楼一层大厅，计算区域层高12m，面积7450m2，属于高大空间建筑。空调送风温度为18℃，风速仅为0.9 m/s。
模拟结果显示下送风模式中垂直温度分布基本呈等梯度的逐渐上升趋势，越往上温度越高，在12m处温度约为303K（30℃）。模拟的垂直温度分布如下图（三角形标注的曲线）：
图4 垂直温度分布曲线图
阀厅由于阀塔发热较为集中，阀塔上部温度会比上述结果高，但根据现有工程经验，阀厅内屋架下的温度不超过50℃。
地下风道开挖应根据现有地质条件考虑是否可行，当地质条件为岩石等坚硬材料时，不建议进行地道开挖，以避免增加施工周期和造价。
空调系统的地下风道完全布置在阀厅内，不与阀厅外的电缆沟或其他沟道相通，不会从室外进水。为防止地道渗水，可采用在地道内外刷防水砂浆或对地道外采用高聚物改性沥青防水卷材进行防水处理并在地道内刷防水砂浆的措施。
结露是当某处的空气达到饱和，即相对湿度为100%时，空气中水分已经不能再被空气吸收而发生的水蒸气凝结现象。阀厅在运行时，室内相对湿度需保持在25-60%。当空调系统采用一次回风系统时，由于送风温度较低，需核实在空调系统初次启动时，地道顶部外表面的地坪是否会出现结露现象。下面以较为闷热潮湿的南京地区的室外气象条件为例核算地道顶部地坪是否结露。地道顶板采用钢筋混凝土，厚度200mm。
矩形风管保温材料的防结露厚度公式：δm=λ（tb-t1）/11.63（t2-tb）
上式中δm－保温材料厚度（m），此处顶部厚度0.2m；
λ－保温材料导热系数（W/m﹒K），钢筋混凝土为1.74W/m﹒K；
t1－地道内送风温度（℃）；
t2－地道外表面接触的空气的干球温度（℃），南京地区为34.5℃；
tb－地道外表面接触的空气的露点温度（℃），南京地区为26.1℃；
经计算当地道内送风温度达到14.9℃，地道顶部就不会发生结露现象。阀厅空调系统采用一次回风系统时，送风温度通常都在20℃以上，因此地道顶部外表面的地坪不会出现结露现象。若送风温度很低可考虑在地道内壁采取刷保温砂浆、铺设不燃或难燃B1级的保温板材料等措施。当阀厅空调采用二次回风系统时，由于送风温度比一次回风系统还高，不会出现结露的现象，不需为地道考虑保温措施。
（三）上下结合送风、侧回风方式
阀厅上下结合送风、侧回风方式是将空调系统通过地下风道和屋架内布置的风道将冷风或热风送入阀厅，上部送风采用喷口送风，下部送风采用钢格栅送风。上下结合送风优点为下部送风符合热气流上升特性，风管耗量小，维护模式下较易满足下部区域温度，上部送风使室内温度梯度相对较小。其缺点为需设置地下混凝土风道，地下风道布置困难，能耗较下部送风大。
四 结语
现在国内换流站的阀厅空调系统三种送风方式均有采用，且根据反映运行中未发生过阀厅温湿度报警等情况，三种送风方式都是可行的。
上送风、侧回风方式是目前最为常用的送风方式，但该方式能耗较大。阀厅上部易出现正压偏大，下部出现负压的情况，据反映在西北地区出现过阀厅下部室外灰尘大量进入户内的案例。空调系统建议采用二次回风系统，避免在阀厅内的送风管道上设置保温层。
下送风、侧回风方式在南方地区必须注意地道的防水防潮处理；是否设置地道应根据阀厅处的地质条件确定。
参考文献：
[1] 何洪川，张双喜，崔杰。高大空间顶部垂直射流送风方式速度场测试与模拟。城市建设理论研究（电子版），2015（18）。
[2] 李琳，杨洪海.高大空间四种气流组织的比较[J].建筑热能通风空调，2012，31（3）：60-62.。
作者简介：
任冠雄（1980—），男，工程师，主要从事变电工程管理工作。
论文作者:任冠雄,戴波,何勇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
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