核电站主控室空调系统室内外环境设计参数探讨.pdf

核电站主控室空调系统室内外环境设计参数探讨张丽丽郭静涛温华胡北（中国核电工程有限公司，北京）摘要：核电站主控室空调系统为主控室可居留区提供新鲜空气，控制室内温湿度，并通过维持正压及应急过滤等手段为主控室操纵员提供辐射防护功能，主控室空调系统是主控室可居留系统的重要组成部分。其中主控室空调系统所控制的室内环境参数主要包括室内温度、湿度、浓度及操纵员工作区风速等。本文对不同堆型核电站在不同工况下的主控室空调系统室内外设计参数值及设计依据进行了探讨，并通过对比给出了主控室空调系统室内外环境设计参数推荐值，供后续核电站主控室空调系统设计参考。关键词：核电站；主控室空调系统；温湿度；浓度；风速；噪声张丽丽，女，年生，硕士研究生，高级工程师 北京市海淀区西三环北路 号 ：收稿日期：引言核电站主控室空调系统是主控室可居留系统的重要组成部分，是专门设置的用于服务于主控室可居留区的空调系统，其主要功能是用以保证主控室可居留区在正常及事故工况下的可居留功能。主控室可居留功能是指在核动力厂任何状态下，主控室空调系统应提供最基本的室内温湿度及卫生条件，以满足主控室操纵员正常工作和生活要求，即无论是正常工况、自然灾害情形（地震、洪水、台风、龙卷风等等），还是火灾、电厂核事故情形（设计基准事故或严重事故），都应确保主控人员能够执行电厂监控，使事故损失及对环境的放射性污染降到最低。本文中核电站主控室空调系统室内环境参数主要包括室内温度、湿度、浓度及人员工作区风速、噪声要求等，室外环境参数主要论述室外气象参数的设计依据及统计方法。主控室空调系统室内环境设计要求核电站主控室空调系统主要服务于主控室可居留区，具体包括主控制室、值长办公室、操纵员休息室、厨房和卫生间、计算机房（当其作为应急设施时）。根据 核动力厂辅助系统和支持系统设计 第 节要求，利用主控室通风系统来维持主控室内设备正常运行及所有核动力厂状态下的可居留性，包括在外部环境出现烟气、爆炸、毒气、放射性污染的情况，通过维持环境条件（温度、湿度、空气洁净度、充足新风）和控制气载放射性物质浓度，保证主控室可居留性和设备运行的要求。室内温湿度环境要求长时间的环境不适会降低使用者的专注度并增加人为错误的概率。即使是相对于“正常”环境的微小偏差，也可能会导致不舒服的感觉，故正常运行工况下通风空调系统所营造的良好的室内温湿度环境对提高操纵员的工作效率具有有利影响。对于不同堆型电站主控室空调系统，在正常工况下室内环境温湿度设计值有一定不同，具体统计对比如表所示。不同标准对主控室室内环境的要求也不同，具体统计见表。上述标准或导则均对主控室在正常运行工况下的环境表各堆型主控室内正常工况室内温湿度设计范围堆型温度相对湿度 表不同标准对主控室内正常工况环境温湿度设计要求标准温度相对湿度 冬季 ，夏季 冬季 ，夏季 供热工况级 ，供冷工况级 供热工况级，供冷工况级 冬季 ，夏季 温湿度给出了推荐范围，但异常或事故情况下主控室的设计温湿度范围，除 、中有相关规定外，其他标准均没有明确规定。对于异常环境或事故环境工况下，环境的温湿度要求与正常工况应有所不同，即舒适性不是其主要考虑因素，尤其对于采用非能动应急可居留系统的 堆型来说，事故工况下的环境温度主要依赖非能动热肼，设备类型确定的前提下，室内温度的降低主要受制于主控室的布置情况及热阱容量。对于事故工况下的环境温湿度，要求整个控制室综合体内的温度和湿度必须保持在操纵员具有满意的工作能力和安全系统的设备能可靠运行所要求的限值内。根据人的工作能力和能持续工作的时间，建议极限环境温度为，极限温度为。由于事故工况下，主控室内设备分阶段投入运行，并根据温升计算情况，非能动应急可居留系统设计的温度限值为 。堆型在事故工况下主控室内环境温度要求为 。堆型主控室事故工况下温度限值为，当室空调制冷暖通空调 年第 卷增刊内温度超过 时，空调系统 系统自动启动。综上，对于正常工况下主控室内的环境温湿度，各标准的要求有所不同，结合表中各堆型电站的实际设计执行情况，建议正常工况下主控室内的设计温度范围为 ，相对湿度范围为 ；对于异常环境或者事故工况下的环境，温度限值为。室内空气质量要求对于能动型主控室空调系统，室内空气质量主要指新风供应量应满足人员所需新鲜空气要求，主要指人均新风量指标，不同标准对人均新风量要求见表。表不同标准对主控室内空气质量要求 最小新风量（人）体积分数 对于非能动应急可居留系统，压缩空气储罐供应呼吸用气的情况下，压缩空气的容量应能保证室内 的体积分数不超过 ，即在应急期间主控室人员呼出的总 体积分数维持低于 ，且压缩空气的品质应满足 标准定义的级要求。结合上述标准及电站实际设计情况，建议主控室空调系统最小新风量按照不小于 （人）进行设计；正常工况下主 控 室 可 居 留 区 内 的 体 积 分 数 建 议 不 超 过 ，应急事故工况下 体积分数不超过 。操纵员工作区风速要求为避免主控室操纵员在工作区感受到“吹风感”，在操纵员工作区通过人体的气流速度不能超过一定限值，具体标准对比见表。表不同标准对主控室操纵员工作区风速要求 对于主控室操纵员工作区域气流速度的要求，除避免操纵员产生吹风感造成不适外，降低风口风速还能降低末端风口噪声，故建议主控室操纵员主要工作区平均速度低于 。噪声要求为满足操纵员日常工作所需声环境要求，提高工作效率，对于主控室区域噪声控制标准有所不同，具体对比见表。表不同标准对主控室内噪声要求 本底噪声 主控室噪声控制涉及多个专业，如主控专业、建筑专业、暖通专业等，主控室空调系统降噪设计是主控室吸声、降噪、隔声设计的一个重要环节。目前各核电站主控室噪声要求一般遵循 ，即声级噪声 ，但实际设计时，一般按照 作为实际控制目标进行设计。为降低主控室噪声，对主控室空调系统设计及布置需采取相应措施：如为避免空调设备振动对主控室噪声的影响，通风机房尽量避免布置在主控室可居留区上方；对于空调设备需采取吸声隔振设计，华龙一号机型研发出了低噪声、低振动、低泄漏、高抗震的核级空调机组，其声级噪声值低于 ，对于卫生间排风机采取降噪设计，要求出口声级噪声不高于 ，对于末端风口，采用静压箱连接消声软管等措施，保证出风口噪声满足设计要求。通过各专业噪声综合控制，华龙一号主控室的声级噪声低于 。主控室空调系统室外环境设计要求 室外气象参数标准对比国内外室外气象参数遵循的标准不同，具体参数的取值定义也不尽相同，通过换算为年不保证率进行比较，可以得出不同标准对应参数的精度情况，具体对比见表。表室外气象参数标准对比标准室外气象参数取值（依据）应用场合换算为年不保证率 夏季空调室外计算干球温度、湿球温度采用近 年累年平均每年不保证 的干、湿球温度 冬季空调室外计算温度采用近 年累年平均每年不保证的日平均温度 最高正常设计干球温度（）及对应湿球温度（）近 年累年最热个月不保证逐时干球温度及对应湿球温度 最低正常设计干球温度（）及对应湿球温度（）近 年累年最冷个月不保证逐时干球温度及对应湿球温度 最高安全设计干球温度（）及对应湿球温度（）近 年累年最热个月不保证逐时干球温度及对应湿球温度最低安全设计干球温度（）及对应湿球温度（）近 年累年最冷个月不保证逐时干球温度及对应湿球温度 年不保证率 ，空调系统设计 年不保证率 ，空调系统设计 年不保证率 ，空调系统设计 年不保证率 年不保证率 年不保证率 ，不保证的历史极值，用于 系统设计年不保证率 ，除采用和不保证率的系统外 年不保证率 ，非安全级汽轮机厂房、柴油机厂房等 暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷从表对比可知，中夏季年不保证 的干球温度、冬季年不保证的日平均温度换算为不保证率分别为 、，与 中年不保证率 的温度数据及 中的最高最低正常参数精度水平基本属于同一级别，且已有研究分析 表 明，采 用 的 空 调 参 数 较 中不保证的的最高最低正常参数更加严苛，设计更加保守。在华龙一号机型设计国产化的大前提下，暖通专业成熟的工业标准 作为核岛通风系统室外气象参数采标依据，且 中还新增了累年极端温度等极端设计参数。由于核电站围护结构负荷占通风系统总冷负荷的比例较小，且围护结构负荷在传热系数一定的情况下取决于室内外干球温度，而新风负荷占比较大，新风负荷主要由室内外比焓决定，故选取 年累年极端比焓值作为室外气象参数的极端参数，校核核级主控室空调系统设备容量，保证核级通风系统设计可靠性，同时避免冷链系统设计容量过大，提高电站的经济性，更好地发展核电这种零碳能源。对于空调设备选型时，是否将新风最大负荷和围 护 结 构 最 大 负 荷 直 接 相 加，中 第 条文说明也给了相应说明，即不宜直接相加，会造成设备选型偏大。另外，核岛通风系统采用 作为核电站室外气象参数的统计依据，同常规岛及 通风系统室外气象参数采用统一标准，避免同一电站核岛、常规岛及 采标不统一问题，实现华龙一号核电站通风空调系统室外气象参数采标国产化。对于主控室空调系统为主控室可居留区提供的辐射防护功能和危险化学品防护功能，应满足相应标准要求，本文不再赘述。结论本文对主控室可居留系统的重要组成部分主控室空调系统的设计室内外参数进行了分析比较，主要包括室内温湿度、浓度、噪声、操纵员工作区平均风速等，通过对比不同标准并结合各电站实际设计情况，综合比较给出了室内外环境设计参数建议范围，主要结论如下：）主控室空调系统正常工况下室内温湿度设计范围建议为 、，异常或应急事故工况下主控室温度极限值为。）正常工况下主控室空调系统最小新风量建议按照不小于 （人）进行设计，体积分数 ，异 常 或 应 急 事 故 工 况 下 体 积 分数 。）主控室内操纵员工作区平均风速建议不超过 。）为降低主控室整体噪声（建议整体声级噪声值不超过 ），主控室空调设备避免布置在主控室上一层，且主控室空调系统应采取消声降噪设计，建议空调机组出风口声级噪声低于 ，排风机声级噪声低于 ，且末端风口应采取静压箱、消声软管等降噪措施。）核电站通风系统室外气象参数的统计方法建议依据成熟的暖通工业标准 ，核岛、及常规岛统一标准。对于主控室空调系统等核级通风系统，应按极端气象参数进行评估设备容量。参考文献：国家核安全局核动力厂辅助系统和支持系统设计：北 京：法 律 出 版 社，：中国核工业总公司核电厂控制室综合体的设计准则：北京：出版者不详，：中国核 工 业 集 团 公 司核 电 厂 控 制 室 设 计：北京：出版者不详，：中国有色金属工业协会工业建筑供暖通风与空气调节设计规范：北京：中国计划出版社，：中国建筑科学研究院民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：北京：中国建筑工业出版社，：（）：，：，：中国核电工程有限公司主控室可居留性设计要求：北京：国家能源局，：中国核电工程有限公司核电厂生产厂房的噪声控制：北京：国家能源局，：刘超，彭永森，王军民核电厂暖通空调系统室外空气计算参 数 选 取 的 对 比 研 究 暖 通 空 调，（）：国家核安全局 核电厂控制室设计的人因工程原则：北京：国家核安全局，：李朝明，王海雄核电厂暖通设计中室外气象参数的选用 暖通空调，（）：空调制冷暖通空调 年第 卷增刊