摘 要：对火力发电厂单元控制室空调系统设计中空调负荷的计算、设备的选择、防火排烟以及自动控制等问题进行了分析，指出在单元控制室空调系统设计中应注意的一些问题。
关键词：【加湿器 】【防潮箱】【防潮柜】【防爆除湿机】【防爆空调】【工业冷水机】【低湿除湿机】【高温除湿】【抽湿机】【超声波加湿器】【离心加湿器】【特种除湿机】【升温除湿机】【防爆除湿机】【管道除湿机】【特种空调】【工业空调】【湿膜柜机加湿器】【实验设备】【机房空调】【空气处理设备】【精密空调】【机房专用加湿器】【除湿机】【工业除湿机】【恒温恒湿机】【精密空调】【机房空调】【空气净化器】【加湿器】【工业加湿器】【抽湿机】【工业抽湿机】【干燥机】【调温除湿机】【升温除湿机】【防爆除湿机】【管道除湿机】【除湿机常识】【除湿机原理】【除湿机功能】【加湿器用途】【除湿机用途】【空气处理设备】【冷干机】【转轮除湿机】【UPS不间断电源】 0571-81554072 13735401020 0571-85041020(传真） QQ:16578535 何生
1 引言
火力发电厂的单元控制室是全厂的"中枢神经"，其运行的安全性直接关系到整个电厂甚至是电网的安全性。除了工艺系统的安全稳定性外，作为确保单元控制室内温湿度的空调系统，其运行的安全和稳定性也就显得尤为重要。随着DCS系统的广泛运用，工艺设备对环境的依赖程度也越来越大；人们对工作和生活环境的室内空气品质也越来越关注；空调系统的热力稳定性和节能要求；自动气体喷雾灭火的应用等，这些都对空调系统提出了新的要求。本文旨在通过对现有空调系统设计中在空调负荷计算、空调设备的选择、空调系统与消防系统的联锁控制以及空调系统的防火排烟等问题的重新思考，提出在新形势下空调系统的设计应注意的一些问题。
2 空调系统的负荷
为了克服以往片面扩大空调系统容量，导致空调系统大部分时间都在低负荷运行，既不节能，又浪费系统的初投资，国家以强制性条文明确了空调负荷必须经过详细计算确定。
单元控制室空调负荷包括：单元控制室内的热湿负荷；新风负荷；系统的附加负荷，其中室内热湿负荷包括：围护结构冷负荷；照明设备、电子仪表及电气设备的散热量；人体散热量和散湿量等。
2.1 围护结构冷负荷
围护结构冷负荷有多种计算方法，对于火力发电厂单元控制室而言，由于它位于主厂房内、空调系统全年24h运行、室内设备发热量大而且相对稳定，围护结构传热负荷占空调负荷的比重只占25％～30％，采用稳定传热的计算方法来计算围护结构的空调负荷引起的误差在工程允许的范围内。
在使用稳定传热方法进行计算时，有4个问题应引起注意：1）围护结构的传热系数，为了提高建筑的热容量，增加空调系统的稳定性，节约空调系统的运行费用，应与建筑专业一道控制围护结构的传热系数，必要时应采取保温隔热措施；2）传热温差，由于单元控制室所处的热环境，应考虑5~10℃的附加温差；3）注意围护结构传热，应考虑由于“热桥”而产生的附加热负荷；4）应要求将电缆进出电子设备柜的孔洞在电缆安装完毕后，进行必要的封堵，避免夹层内的热空气通过安装孔进入电子设备表盘内，导致空调负荷增加。
2.2 照明设备、电子仪表及电气设备发热量
单元控制室和电子设备间内布置有大量的电子设备和继电器盘柜，一般地应通过工艺专业向设备制造商索取设备发热量资料。在无工艺资料时，可按下述方法进行估算。
照明负荷由于节能型高效灯具的使用，耗用功率也较以前有所降低，可按20W/m2计算。
采用DCS、DEH控制系统后，计算机、电子设备盘柜和电气继电器盘柜的安装功率已降低，且设备的效率也显著提高，因此设备发热量减少。对于300MW发电机组，单元控制室一般安装10台监视器、10台主机，工程师室设置4~6台计算机，计算机及其UPS电源的耗电功率按1.0kW/台计算；锅炉和汽机的电子设备间的DCS和DEH盘柜安装功率为25kW；锅炉动力室设置的主要是阀门的执行机构，均为间歇工作，因此尽管安装功率可能达到20kW，实际使用的功率很小；电气继电器盘柜耗电功率不大于400W/面，一般单台机组设置有30面盘。根据上述设置，300MW机组的单元控制室设备发热量不超过80kW。
2.3 人体散热量和人体散湿量
单元控制室空调系统的人体负荷除了要考虑单元控制室内的值班人员外，还应考虑交接班时人员数量增加的负荷附加。具体计算可按相关设计手册上提供的计算方法进行。
2.4 新风负荷
空调系统的新风主要是满足运行人员的卫生要求并维持空调房间5～10Pa的正压。根据《工业设计卫生标准》，新风标准为30～50m3/h·人；维持室内正压所需的风量，在已知门窗面积及其形式时，可通过缝隙计算法确定，在系统较小时，也可进行简化计算，即将回风量控制在送风量的90％。由于单元控制室内的运行人员人数较少，且电子设备间和电气继电器室一般没有工作人员，按总风量的10％考虑新风量已能满足运行人员的卫生要求。
空调系统的新风负荷是随着系统的送风量不同而变化的，因此为节约能量，在系统的选择时，在满足最小换气次数的前提下，应尽量加大送风温（焓）差，减少送风总量，从而减少新风量，降低空调负荷；同时减少了送风量，也使得风机的功率降低，减少了风机的能耗。在大温差送风状态下，要解决的主要是防止风管和风口结露等问题。
2.5 空调系统冬季热负荷
单元控制室空调系统冬季热负荷主要包括围护结构的传热负荷和空调系统的新风加热负荷，围护结构的负荷计算方法与空调冷负荷计算方法相同。在设备调试阶段和设备检修阶段空调系统必须能够维持室内温度，因此在计算空调系统的热负荷时，一般不考虑室内设备的散热量。
机组正常运行时，在长江流域冬季单元控制室空调热负荷较夏季空调冷负荷要小得多，从节能的角度出发，在满足房间最小换气次数，满足运行人员的卫生舒适要求前提下，冬季空调系统的送风量应尽量减少，既减少风机的能耗，又能降低新风负荷。鉴于目前选用的空调设备的定转速风机，风量调节依靠控制风阀的开度实现，调节风量的范围较小且不节能，因此应选择变频控制的风机。
3 空调设备的选择
空调设备是空调系统的核心设备，它的性能的好坏将直接影响到空调系统的安全性和可靠性，因此在《火力发电厂采暖通风和空气调节设计技术规定》（以下简称《暖规》）中明确要求单元控制室空调系统的空气处理设备必须设置备用，在实际工作中，可采用2×100%或3×50%的配置。
根据电厂的冷源情况，可分为直接蒸发冷却式空调设备和表面冷却式空调设备两种。
3.1 直接蒸发冷却式空调机
直接蒸发式冷却是指利用制冷设备的蒸发器冷却空调系统的循环空气。根据制冷系统使用的冷却介质不同，又可分为风冷式和水冷式两种，按冬季供热方式又有单冷式和热泵式之分。目前常用的直接蒸发冷却的空调设备有水冷恒温恒湿空调机、风冷恒温恒湿空调机、屋顶式空调机。
3.1. 1 水／风冷恒温恒湿空调机
目前，空调设备厂提供的水／风冷恒温恒湿机其温度控制精度在±0.5℃，相对湿度控制精度在±5％，为了实现这样高的控制精度，制造商选用电加热器作为加热的主要手段，既可作为夏季再热的热源，又可作为冬季加热热源。为了达到温度控制精度，设置辅助电热装置是必要的，但作为冬季空调系统的热源，对长江流域的火力发电厂不是一种很好的选择,其主要原因如下：
（1）单元控制室空调系统的温湿度控制精度并不需要这么高。《火力发电厂热工自动化设计技术规定》和《火力发电厂电子计算机监视系统设计技术规定》中规定电子设备间（计算机室）的室内温度18~25℃、温度变化率小于5℃／h、相对湿度45％～65％。
（2）长江流域冬季室外最低温度一般处在-10~-5℃、相对湿度处在60％～70％之间，由于单元控制室空调机房位于主厂房区域，室外的气象条件又有所改善，且冬季空调负荷较夏季负荷有很大程度的降低，风冷热泵机组在火力发电厂单元控制室空调系统中使用是完全可行的。对于水源热泵系统，由于电厂的工业水水源充足，且冬季循环水水温也能维持在较高的温度，只要解决好水源的水质问题，水源热泵系统在电厂空调系统中的运用前景是十分广阔的。
（3）火力发电厂有充分的热源可供利用，应该选用管道式加热器、盘管加热器实现冬季加热，这样才符合能源有效性使用的原则。
尽管采用热泵供热和热水加热给温度控制带来一些困难，但对于火力发电厂单元控制室来讲，这样的精度是可以接受的，因此在选择恒温恒湿机组时，应在技术规范书中明确冬季的供热方式，尽可能采用热泵运行或另设加热盘管。
3.1.2 屋顶式空调机
屋顶式空调机是将处理空气的各种功能段根据设计需要进行有机地组合，其中空气冷却段是利用风冷式热泵机组的直接蒸发盘管对循环空气进行降温、去湿处理，由于其它功能段可以对空气进行加湿、过滤、补充加热及加压功能，屋顶式空调机在没有集中冷源的情况下，是一个很好的选择。
3.2 表冷式空调设备
表面冷却式空调设备主要是指利用制冷站提供的空调冷水通过表面式冷却盘管处理空调系统的循环空气。按处理功能的不同，可分为变风量柜式空调机和组合式空调机组。变风量柜式空调机选用的是外转子风机，其风量和风压有一定的限制，它用在处理风量在30000m3/h以下的场合，可以节约空调机房的面积，简化系统的设计，但它的调节手段较少，对空气的过滤处理一般只有一级初效过滤，因此在大量使用新风的系统中应再增设一套新风过滤设备。组合式空调机是将处理空气的各种功能段根据设计需要进行有机地组合，从而实现对空调系统的循环空气进行全面处理，由于其选用的是空调用离心风机，风量和风压选择的范围广，因而在全空气空调系统中得到广泛的运用，其缺点就是机房的占地面积较大。
3.3 选择空调设备时应注意的问题
根据空调冷热源供应情况确定空调设备的类型后，选择具体的空调设备时，应注意以下的几个问题。
3.3.1空调设备的热湿处理能力
从湿空气的焓－湿图上，我们可以清晰地看到空调系统的负荷、新风负荷和空调房间的室内热湿负荷之间的关系。
根据空调房间内的热湿负荷情况，确定热湿比：
式中ε——空调房间内的热负荷与湿负荷之比，kJ/kg；
∑Q——空调房间室内总显热负荷，kW；
W ——空调房间室内总湿负荷，g/h。
在焓—湿图上，经过室内空气状态点的热湿比线与相对湿度为95％的相对湿度线的交点就是理论上的最大送风温差点，如下图中的状态点2，但由于风机的动力作用、风管系统的保温效果等因素的影响，导致空调房间送风口的温度比状态点2提高了一个D t即达到图1中的状态点S。空调设备的冷却能力：
式中Qeq 空调设备应具备的最小冷却能力，kW；
Lt —空调系统的送风量，Lt =∑Q / (in-is)，m3/s；
i1—空调系统回风与最小新风混合后空气的焓值，kJ/kg ；
i2—空调设备冷却盘管出口空气的焓值，kJ/kg。
单元控制室空调系统的湿负荷主要来源是室内工作人员散湿量和室外新风带进的含湿量，相对于显热负荷来说数值较小，故热湿比较大，在焓湿图中ε线近似于一条垂直线，对应于室内空气状态点（tn=25℃，RH=60%，in=55.5kJ/kg）的各设备露点为tl=17.5℃，il=48kJ/kg，显然，由于in-il=7.5kJ/kg，空调系统的风量将会很大。在实际工作中，我们都希望加大送风温差，从含湿图看，也就是状态点2将随着95％的相对湿度线下滑。根据室内温湿度的波动范围，对应于室内空气状态点（tn=25℃，RH=50%，in=50.4kJ/kg）的各设备露点tl=14.7℃，il= 39.8kJ/kg，此时焓差可增加至10.6kJ/kg，空调系统的风量可减少50％。因此在选择空调设备时，应该指明进入空调设备的入口参数和离开空调设备的出口参数，这样便于设备制造商对空调设备进行优化设计，以便在满足技术规范书的前提下，达到设备的最佳配置。
3.3.2 空调设备的自动控制功能
由于火力发电厂的人员编制中没有暖通值班运行人员，空调系统的运行往往是由工艺系统的运行值班人员代为操作，发生故障时再由检修部门负责检修。因此要求空调设备除了能自动调节空调房间的温度外，还要求能对空调系统的运行状态进行自我诊断，并与单元控制室内的消防报警盘有通信接口，当空调设备运行发生故障时，不管是机械故障还是电气故障都能及时向中央控制盘发出报警信号。
4 空调系统的防火排烟
4.1 空调系统的防火
空调系统的防火在《建筑设计防火规范》和《暖规》中规定比较明确，应当严格按照执行。这里强调的是与消防专业密切配合问题。当空调区域采用气体灭火时，各防护区应设独立的送、回风总管，并在其上安装隔离阀，这样当火灾发生时，空调系统停止运行，火灾所处的防护区的送回风总管上的隔离阀能迅速关闭，使防护区内形成一个密闭的空间，有利于消防气体能迅速扑灭火灾。隔离阀应具备远动控制功能，且关闭的时间应控制在消防专业允许范围内。
4.2 空调系统的排烟
单元控制室空调系统排烟与一般民用建筑中的排烟不是一个概念。在民用建筑中，排烟是为人员逃生服务的：当火灾发生时，排烟系统启动，给人员逃生营造一个安全通道。但火力发电厂单元控制室空调系统的排烟是事后排烟，即当火灾发生时，为防止火势通过空调系统扩散，造成更大的损失，中央报警盘发出信号关闭空调系统，同时应关闭空调系统风管上的排烟防火阀，切断烟气通过风管扩散的途径，此时排烟系统也是处于关闭状态，当火灾被扑灭后，为了迅速恢复生产，需要将残留在空调房间内的烟气和灭火气体排出室外，此时排烟系统启动，当排烟结束时才关闭排烟系统，将空调系统投入运行。
基于上述分析，在单元控制室空调系统的排烟设计中，可选正常设备，不必选耐高温的消防排烟风机。
空调系统排烟方式的选择和排烟量的确定。当空调房间有外墙时，对于单控室、电子设备间和计算机室设计独立的机械排烟系统既简单、又便于控制，是首选的排烟方式，其系统仅包含排烟阀、必要的风管和普通的通风机。当空调房间对外无直接外墙时，若要设置独立的排烟系统，必然会导致排烟风管必须穿越其他房间，此时可采用空调系统的回风管作为排烟风管，另设排烟风机排风或直接利用空调系统的回风机作为排风风机用，可以简化系统设置，减少系统的一次投资。排烟量可根据《暖规》4.3.7条确定，空调房间的排烟量按不少于 5次/h的换气次数确定。
4.3 空调系统与消防系统的联锁控制
根据现行的《火灾自动报警系统设计规范》第4.2.5条：火灾报警后消防控制设备的联动控制对象应有下列功能：停止有关部位的风机，关闭防火阀，并接收其反馈信号；启动有关部位的排烟风机和排烟阀并接受其反馈信号。对于后者，主要是指民用建筑的防排烟系统，前面我们已经讨论过，在电厂单元控制室空调系统中，应首先切断空调送回风机电源，关闭相应区域的防火阀，在火灾扑灭后，确认启动排烟系统不会引起火灾复燃的前提下，启动排烟风机和排烟阀并接受其反馈信号。
单元控制室空调系统根据机组容量的大小有两种设置方式：小容量机组仅设一个空调系统；大容量机组可将单元控制室和电子设备间分别设计一个空调系统。对应于消防报警系统，前者只要切断空调系统的送回风机就可以了；而后者就需要首先判断火灾信号来源，从而关闭相应区域的空调系统的送回风机，另一个空调系统应能正常运行。
4.4 防火阀的选型
根据以上分析，对于设置在单元控制室空调系统的防火阀应具有以下功能：
（1）熔点温度为72℃的自动熔断功能；
（2）电动／手动关闭，关闭后应有反馈信号；
（3）电动／手动打开，打开后应有反馈信号。
由于防火阀需要具备上述功能，再要求其具有风量调节功能，制造起来就相当困难，另一方面，为了保证系统风量平衡，在目前广泛采用的定风量系统中，系统调试结束后，希望各区域的风量分配固定下来，可采用定风量调节阀，所以防火阀的调节功能就没有必要了。
5 空调系统的自动控制
新编的《暖规》第4.1.2条：300MW及以上机组的集控楼宜设计全年性集中式空调系统……集中空调系统应设自动控制。此外，在现行的火力发电厂劳动定员中，没有空调系统的运行人员，而单控室和电子设备室对运行环境（温度、湿度、及空气的洁净度）要求又较高，空调系统的运行应具有远动启停、无人值守、自动维持系统的温湿度、故障报警等功能，要实现上述功能，就必须采用自动控制。
空调系统自动控制的对象分为两大类：1）有关设备正常运行的状态参数：如送风、回风、新风温湿度；过滤器的压差；送、回风机的启停状态；2）与系统安全运行相关参数：如送回风机的故障报警；电加热器或电再热器欠风过热报警；空气过滤器的超压报警和防冻保护报警；送回风机故障时自动停机等。
随着计算机网络的发展，越来越多的控制系统采用分散数字式直接控制系统（又称DDC控制系统），其基本理念就是对每个控制对象采用就地控制器直接控制，就地控制器之间采用网络与中央控制主机相连，从而完成对整个系统的控制，而每个就地控制器可以在总体通讯协议指导下，由有利于系统控制的各设备分包商进行制造，如空气处理设备的控制就可以由设备商提供，不仅可以充分发挥设备商的技术优势，也有利于整个控制系统中分清责任。集中控制系统只要完成对各就地控制器的监视和远动控制就可以了。
火力发电厂的单元控制室空调系统自动控制还包括系统间的切换和与消防系统的联锁控制。所谓系统间的切换，也就是空调系统的运行设备和备用设备应经常切换运行，使备用机组处于热备用状态。此时只要在空调系统的空气处理设备与系统的接口上设置常闭阀门就能够方便地实现运转设备与备用设备的切换运行：当系统断电时，空调设备进出口自动风阀关闭，将设备从风系统脱离开来；水管上的电动三通阀关闭，将设备与水系统脱离。此外空调系统与消防系统的控制，在上面的有关章节中已加以详细阐述，此处就不再详细叙述。
空调系统自动控制的另一个重要作用就是节能运行。由于空调系统是全年运行，夏季依靠冷水机组提供冷源冷却室内空气；冬季利用热水系统加热循环空气，这都要消耗能源。尤其是单元控制室和电子设备间等室内设备散热量较大的工业建筑，全年需要制冷运行的时间较长，在春秋季节，当室外空气的焓值与空调系统送风点焓值相等时，可以采用直流式系统即全新风系统运行；当室外空气焓值低于空调系统送风点焓值时，可以通过调节新回风比例，控制室内状态参数，从而可以减少冷水机组的运行时间，达到节能的目的。只有当使用最小新风仍无法满足室内温湿度要求时，才启动加热系统。采用这种控制系统的前提条件是空调系统必须设回风／排风机，排风、回风和新风阀实行比例调节控制，这样才能自如地控制回风／排风量。要实现上述功能，通常应要求空气处理机组厂配套提供完整的控制系统。
6 结语
根据以上讨论，在今后的施工图设计中，我们应注意以下几个方面的问题：
（1） 应根据国家相关的节能规范要求建筑专业在选择单元控制室的围护结构材料，满足最小传热热阻的要求，增加空调系统的热稳定性，降低空调系统的能耗；
（2） 对火力发电厂单元控制室和电子设备间等全年24h运行、室内设备发热量较大且稳定的空调系统冷负荷可以采用稳定传热计算；
（3） 空调系统的新风负荷应根据空气的焓湿图计算送风量后才能确定。大温差送风不仅能减小风管截面，降低风机能耗，也能降低新风负荷；
（4） 为节约空调系统的运行能耗，送风机和回风机应采用变频控制；
（5） 选用直接蒸发式冷却设备时，应充分采用热泵运行制热方式，避免使用电加热的方法；
（6） 空调系统的防火阀应具有电动关闭、电动／手动复位、关闭／开启反馈信号、72℃自熔断关闭等功能，防火阀除了满足防火防烟功能外，对于采用淹没式气体灭火系统，还应与灭火防护区相匹配；
（7） 空调自控系统宜采用分散控制系统，由各空气处理设备制造商自带自动控制系统，完成空调系统的就地控制，集中控制器只对系统远动的启停、运行状态监视和接收故障状态报警，不直接对系统运行参数进行设定和更改。
参考文献
[1] 电子工业部第十设计研究院. 空气调节设计手册[M]. 中国建工出版社.
[2] 东北电力设计院. 火力发电厂与变电所采暖通风与空气调节设计手册[M]. 中国建工出版社.
[3] DL/T5093-94， 火力发电厂采暖通风与空气调节设计技术规定[S].
