刘文斌 周 涛

(1.东南大学能源与环境学院，江苏 南京 210096; 2.核热工标准化团队，江苏 南京 210096)

2019年12月底以来，一种新型冠状病毒肺炎爆发，在短短时间内由武汉蔓延至全国各个地区。在身为核电厂核心的主控室中，空调通风系统的运行，加速了空气在各个区域之间的流动，在使用时间长、室内相对封闭的区域中，存在较大的感染的隐患，可能对核电站的安全运行造成重大影响。对于主控室，黄东山等[1]提出采用集中式空气净化配置方案。而在疫情期间，殷婷[2]认为中央空调系统应该尽可能的全新风运行。关于一次回风工况转换到全新风运行工况，王季楼等[3]提出了需要注意的三个问题为新风管道能否满足要求，冷水机组需要提供更多的冷量，空调机组的换热能力。但是未考虑到疫情下室内回风可能会对人体产生健康上的影响。以某核电厂主控室为例，从确保主控室新风安全性的角度入手，进行主控室空调系统研究。对反应堆主控室人员健康及核电站的安全运行有着重要的理论意义和工程价值。

1 研究对象

1.1 几何模型

某核电厂主控室[4]如图1所示。

从图1可以看到，主控室根据不同房间类型分为1个公共控制室、 2个主控制室、2个计算机房、2个管廊间、1个走廊，2个配电柜间。其中，主控室体积(长×宽×高)为14.95×12.15×4.5。以之为例，进行研究。

1.2 设计参数

1.2.1室外设计参数

全厂的室外计算参数宜采用统一的原则或者标准进行考虑,对于核电厂的室外参数可基于GB 50019—2015[5]标准选取。由此查得连云港市室外气象参数如表1所示。

表1 连云港市室外空调设计参数

1.2.2室内设计参数

根据GB 50736—2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[6]。夏季室内空调设计温度为22 ℃～28 ℃，夏季室内设计相对湿度为40%～65%。室内空调设计参数如表2所示。

表2 室内空调设计参数

2 计算公式

2.1 负荷计算公式

1)外墙的冷负荷计算公式。

CLQ=KFΔtτ-ε

(1)

其中，CLQ为逐时冷负荷，W；K为围护结构传热系数，W/(m2·K)；F为墙体的面积，m2；τ为计算时间，h；ε为围护结构表面受到周期为24 h谐性温度波作用，温度波传到内表面的时间延迟，h；τ-ε为温度波的作用时间，即温度波作用于围护结构内表面的时间，h；Δtτ-ε为作用时刻下，围护结构的冷负荷计算温差，简称负荷温差。

2)空调新风冷负荷计算公式。

Q=GW(iW-in)

(2)

其中，GW为新风量，kg/s；iW为室外空气焓值，kJ/kg；in为室内空气焓值，kJ/kg。

3)电子设备冷负荷计算公式。

Q=1 000n1n2n3N

(3)

其中，Q为电子设备散热量，W；N为电子设备的安装功率，kW；n1为安装系数，是电子设备设计轴功率与安装功率之比，一般可取0.7～0.9；n2为负荷功率，是电子设备小时的平均实耗功率与设计轴功率之比；n3为同时使用系数，是房间内电子设备同时使用的安装功率与总功率之比。

4)照明设备冷负荷计算公式。

照明设备散热量属于稳定得热，一般得热量是不随时间变化的。根据照明灯具的类型和安装方式的不同，其得热量为：

白炽灯：

Q=1 000N

(4)

荧光灯：

Q=1 000n1n2N

(5)

其中，N为照明灯具所需功率，kW；n1为镇流器消耗功率系数，在明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取n1=1.2；在暗装荧光灯镇流器设在顶棚内时，取n1=1.0；n2为灯罩隔热系数，在荧光灯罩上部有小孔(下部为玻璃板)，可利用自然通风散热与荧光灯顶棚内时，取n2=0.5～0.6；在荧光灯罩无通风孔时，则视顶棚内通风情况，n2=0.6～0.8。

5)人体散热冷负荷计算公式。

人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度及周围环境条件等多种因素有关。实际计算中，人体散热可以以成年男子为基础，乘以考虑了各类人员组成比例的系数，称群集系数。人体散热量为：

Q=qnn′

(6)

其中，q为不同室温和劳动性质时成年男子散热量，W；n为室内全部人数；n′为群集系数。

2.2 新风管道风速计算公式

气流经过风道送/回风口及阀门时会产生很大的再生噪声，设计时应对风速进行限制。采用假定流速法，对风管内风速进行设定，主管道风速控制在4 m/s～6 m/s范围内，支管风速控制在3 m/s～5 m/s以内。除必须设置的防火阀和调试用的手动平衡阀外，尽量减少末端调节用风阀。

(7)

其中，Q为送风量，m3/h；V为风速，m/s；a，b均为风管尺寸，mm。

3 计算结果及分析

3.1 冷负荷计算结果

夏季冷负荷采用冷负荷系数法计算逐时负荷，根据公式进行计算，计算结果如表3所示。

表3 冷负荷计算表 W

由表3可看出，墙体存在蓄热，有着一定的衰减度，故最大冷负荷出现的时刻较晚。灯光夜晚使用较多，照明最大冷负荷出现时刻也较晚，20点时最大。人体、设备、新风负荷等呈现出中间大，两头小的趋势，最大时刻出现在16时左右。房间的最大冷负荷出现在16时，为3 kW，总湿负荷为1.54 kg/h。

3.2 三种全空气系统处理计算分析

1)15%新风比运行时空气处理过程。

在新风比为15%时，一次回风空调过程焓湿图见图2。

从图2得到，对于一次回风系统，组合式空调器处理总新风量为330 m3/h，按照新风比15%计算，则需要送入主控室内的新风量为49.5 m3/h。室内设计温度25 ℃, 相对湿度55%，室外干球温度32.7 ℃,湿球温度27.8 ℃,新风比为15%,送风温度15 ℃,采用露点送风。只考虑一个主控室，通过查图计算,送风焓值为32.8 kJ/kg,一次回风(15%新风比)混合点焓值为57 kJ/kg,室外焓值为89.2 kJ/kg。一次回风(15%新风比)系统送风时冷源需提供的冷量为49.5×1.162×(57-32.8)/3 600=0.39 kW。

2)40%新风比运行时空气处理过程。

在新风比为40%时，一次回风空调过程焓湿图见图3。

从图3得到，按照新风比40%计算，则需要送入主控室内的新风量为132 m3/h； 一次回风(40%新风比)系统送风时冷源需提供的冷量132×1.162×(62.1-32.5)/3 600=1.26 kW。

3)全新风运行时空气处理过程。

全新风空调过程焓湿图如图4所示。

从图4得到，按照全新风送风，则送风量为330 m3/h。全新风系统进行送风时冷源需提供的冷量330×1.134×(89.2-32.8)/3 600=5.65 kW。在送风量不变的条件下，空调系统改用40%新风比运行送风消耗的冷量将是原有冷量的3.32倍，改用全新风运行送风消耗的冷量将是原有冷量的14.8倍。全新风运行送风需要的冷量已经超过一般冷水机组的运行能力。因此需要对表冷器等进行改造，提高制冷量。

3.3 新风管道风速对比分析

根据式(7)进行计算，得到主干管尺寸设计以及管内流速情况如表4所示。

表4 风管尺寸及空气流速表

从表4得到，增大新风比和采用全新风运行会使得原风管内风速增大，但是尚未超出太多。因此，出于安全考虑，最好改用全新风运行。东南大学钱华等[12]在“呼吸道传染病空气传播的感染概率的预测模型”一文中提到除特别极端的案例，通风都能够有效降低感染率，大的通风量不仅能够快速稀释感染者所呼出的飞沫核从而降低感染率，而且能够快速移除室内污染物使得室内污染物浓度能够快速下降。此外，为防止风速过大，造成能量损失和噪声，可对风管进行局部改造，如增设静压箱，风管局部加粗，增加消音措施等。对于其他改造方案，若必须采用空调回风时，按最大新风量运行时，新回风比宜大于40%，且应加装净化消毒装置。

4 结论

疫情期间，从确保主控室新风安全性的角度入手，通过计算比较全新风工况运行和一次回风工况运行设备冷量和新风管道能否满足，得出主控室空调系统运行的措施：

1)对于主控室空调系统，采用全新风运行，减小感染几率。2)如果未能开窗(如本项目)，应在外墙的适当位置设置相应风量的排风扇，或启用排烟风机。3)空调系统启用前应进行清洗、消毒，并经卫生学评价合格，同时，应确保新风来源清洁，新风应直接取自室外，禁止从机房、楼道和天棚吊顶内取风。空调系统内定时喷洒雾化稀释的消毒剂。