隧道管理站采暖設計

李莉霞

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

隨著高速公路的發(fā)展，連接著各個地方的交通樞紐迅速地崛起，沿線的配套設施也正在逐步地完善、健全。山西作為中國黃土高原的重要部分，地貌類型復雜，其中山地丘陵占80%以上，六大山脈，五大盆地增加了交通建設投資，開鑿隧道變得尤為普遍以及重要。《山西省高速公路隧道養(yǎng)護管理辦法》明確了隧道的機電、消防等的維護責任，同時高速公路隧道管理站的作用也越來越受到重視。

隧道管理站一般是為管理、維護隧道的工作人員提供辦公、監(jiān)測、住宿等基本功能，建筑規(guī)模不大且遠離市區(qū)，根據(jù)隧道建設地點酌情確定，較分散。因此，市政一般不能作為其冬季采暖的熱源，自建熱源成本相對較高且應該注意環(huán)境保護、節(jié)能減排等要求[1]。

1 熱力工程

1.1 自建鍋爐房

對于既分散又遠離市政熱力管網的隧道管理站，可以采用自建鍋爐房的形式提供場區(qū)熱源。鍋爐房的類型有燃煤、燃油、燃氣以及電加熱器。假設建筑面積1 200 m2，熱負荷按120 kW計，各種類型鍋爐經濟對比方案見表1。

表1 各類型鍋爐經濟對比

燃油鍋爐的初期投資與后期運行費用之和屬于中等，但是其存在一個缺點，需要一個儲油間，安全系數(shù)低，管理不方便，維修復雜。

電鍋爐優(yōu)點：不存在排放污染，簡潔易操作，占地面積小；缺點：耗電量大，運行費用相對較高?？捎糜诿?、油等燃料受到環(huán)保且電量可以充分保證的區(qū)域。

空氣源熱泵優(yōu)點：能效高，環(huán)保節(jié)能；缺點：在寒冷潮濕的室外環(huán)境下，需要加強除霜防護措施。從熱效率角度，空氣源熱泵可以大大地減少運行費用，提高設備的利用率，符合可持續(xù)發(fā)展的需求。

生物質鍋爐作為一種新型的環(huán)保節(jié)能鍋爐，其優(yōu)點：高效、節(jié)能減排、環(huán)保；缺點：暫時停爐時不能壓火，容易引起倒燃而使燃料斗中的燃料著火，在實際工程應用中，原料質量需要嚴格把關，原料來源相對而言比較受設備廠家約束。

1.2 室外熱力管網

1.2.1 熱補償方式

一般隧道管理站占地面積不會很大，采暖面積小，熱負荷小，場區(qū)排布較為緊密，室外熱力管線相對而言較短，管徑較小，分支較少。根據(jù)《實用供熱空調設計手冊》上冊，管段的伸長量計算公式如式（1）：

式中：ΔL為管段的伸長量，mm；αt為管材在設計溫度t時的線膨脹系數(shù)，m/(m·℃)，按12.2×10-6計；Δt為熱媒溫度與管道安裝溫度之差，℃。

則：25 m管線伸長量 ΔL=12.2×10-6×25×（75-10）×1 000=20 mm.

當管道轉角不大于150°時，一般采用90°彎頭，其臂長不宜超過20～25 m，則根據(jù)公式：

式中：L2為L型管道短臂長度，m；ΔL1為長臂L1的熱伸長量，mm，L1長度按25 m計；d0為管道外徑，mm，按57 mm計。

則：L1長度的管道利用L形管道自然補償時，短臂長度約為2.1 m。

因此，一般情況下，為了節(jié)約成本，降低造價，減小施工復雜程度，可以靠L形管道和固定支架來實現(xiàn)自然補償。

1.2.2 埋設方式

根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網設計規(guī)范》CJJ34—2010條文8.2.1、8.5.3，一般采用預制保溫管直埋敷設，管頂覆土最薄處不少于500 mm，如果有特殊要求時，可以增加覆土或采取加強管道強度等措施。山西存在濕陷性黃土地區(qū)，而隧道管理站室外熱力管道管徑不大，可以采用3∶7灰土或者素土墊層先對地基進行處理，然后再按照常規(guī)做法進行管道敷設。

2 室內采暖系統(tǒng)

2.1 采暖系統(tǒng)形式

隧道管理站一般建設樓層較少的單、多層建筑，建筑功能包括職工餐廳、宿舍、辦公室，有的還含有隧道的監(jiān)控室。對于單層建筑一般采用雙管上供上回式采暖系統(tǒng)或者雙管下供下回式采暖系統(tǒng)，干管均采用同程式。對于多層建筑一般采用單管上供下回式系統(tǒng)或雙管下供下回式系統(tǒng)。

隧道管理站中經常會存放一些消防車等大型車輛，因此會建設車庫等建筑物。一般為單層建筑，采用上供上回雙管系統(tǒng)，供回水管道均敷設在頂板下，可不設置地溝，能實現(xiàn)同程式供暖。但是采暖效果不佳，且必須在每根立管的最低點設置泄水閥以便檢修時排水，較為繁瑣；除對溫度要求不是很高或管道敷設受條件限制的單層建筑外不建議采用此系統(tǒng)。一般建議采用雙管下供下回系統(tǒng)，該系統(tǒng)特點下述多層建筑采暖系統(tǒng)形式中進行介紹。

對于2層-24 m以下的多層建筑一般在首層設置室內地溝，多采用單管上供下回式或雙管下供下回式采暖系統(tǒng)，干管同程，室內采暖系統(tǒng)形式示意圖如圖1、圖2。

圖1 單管上供下回式系統(tǒng)

圖2 雙管下供下回式系統(tǒng)

2.1.1 單管上供下回式系統(tǒng)

a）優(yōu)點 節(jié)省管材，構造簡單，水力穩(wěn)定性好。

b）缺點 熱水從頂層的供水管先經過頂層的散熱器消耗一部分熱量后，才到達下一層散熱器，導致散熱器平均溫度tpj逐漸減小，如需保證房間供暖溫度，散熱器片數(shù)隨之增多。如不經過計算，按老經驗布置散熱器（1片/m2），會導致各層熱量分布不均勻，首層房間溫度達不到設計要求。

2.1.2 雙管下供下回式系統(tǒng)

a）優(yōu)點 可以單獨調節(jié)、檢修各個房間的散熱器；較單管上供下回式系統(tǒng)節(jié)省散熱器片，可以緩和上供上回式系統(tǒng)的垂直失調現(xiàn)象；室內無供水干管，房間美觀。

b）缺點 安裝供、回水干管需設置地溝，排氣不便，耗材多，立管多[2]。

在采暖面積不大的隧道管理站建筑單體里，建議優(yōu)先采用雙管下供下回方式。也可根據(jù)業(yè)主要求或現(xiàn)場實際情況采取其他系統(tǒng)方式，但無論采用哪種形式，供回水干管最高點均應設置自動排氣閥，在最低點設置泄水，水平管道的敷設應保證一定坡度，以及相關規(guī)范的要求。

2.2 采暖末端方式

在隧道管理站供暖設計中常用的采暖末端一般為散熱器采暖與地面輻射采暖。

散熱器采暖形式較為傳統(tǒng)，曾是主要的采暖末端，在我國已有多年使用歷史。近年來地面輻射采暖也應用較為廣泛，地面輻射分為熱水輻射供暖和加熱電纜輻射供暖，加熱電纜輻射供暖初期投資和運行費用較高，在隧道管理站辦公樓和宿舍中應用較少。

與散熱器采暖方式相比較，熱水地面輻射供暖對施工要求較為嚴格，維修不易[3]。根據(jù)規(guī)范要求熱水地面輻射供暖系統(tǒng)供回水溫差不宜大于10℃，散熱器供暖系統(tǒng)供回水溫差不宜小于20℃，由此所得散熱器采暖系統(tǒng)供回水溫差大，即流量小，所需要的管徑比熱水地面輻射供暖小，可節(jié)省管材并節(jié)約水泵輸送所耗電能。在實際應用方面，隧道管理站中有車庫等輔助用房，宜采用散熱器采暖。盡管熱水地面輻射供暖均勻，人體舒適感強，不占用房間面積，較為美觀，便于裝修[4]，但是在隧道管理站設計中，為了統(tǒng)一采暖形式，節(jié)約管材與節(jié)能，建議采用散熱器采暖。

3 總結

綜上所述，在高速公路隧道運行的過程當中，隧道管理站有著不可缺少的作用。根據(jù)隧道管理站占地小，遠離市政管網，并環(huán)保有嚴格要求，建筑單體層數(shù)少、面積小、功能簡單、場區(qū)內排布緊密等特點，室外采暖在沒有市政熱源的情況下，自建鍋爐可以采用空氣源熱泵和電加熱器，熱力管網采用直埋敷設，覆土厚度至少保證500 mm；建議室內采暖末端方式采用散熱器，系統(tǒng)形式采用雙管下供下回同程式。如有條件限制，可因地制宜地選擇合適的采暖系統(tǒng)。