城市綜合管廊防結(jié)露問題探討

沈　鑫

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司, 上?！?00092]

0　引　言

城市綜合管廊是指建于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施,將給水、雨水、污水、再生水、天然氣、熱力、電力、通信等市政公用管線集中敷設(shè)在城市道路地下空間的同一構(gòu)筑物內(nèi),實(shí)施市政公用管線的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理,從而實(shí)現(xiàn)城市道路地下空間的綜合開發(fā)利用和市政公用管線的集約化建設(shè)和管理。目前,隨著我國國家政策的大力支持,各主要城市都在快速推進(jìn)城市綜合管廊建設(shè)。但是隨著全國各地綜合管廊的不斷建設(shè)發(fā)展及部分已建管廊的實(shí)際運(yùn)行使用,綜合管廊也開始暴露出一些問題,其中結(jié)露成為困擾綜合管廊的一個(gè)主要難題。

本文結(jié)合項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí),分析討論城市綜合管廊工程的結(jié)露問題,并提出相應(yīng)的防結(jié)露建議及措施。

1　結(jié)露產(chǎn)生的機(jī)理

平時(shí)的“空氣”實(shí)際是由干空氣和一定量的水蒸氣混合而成的,工程上一般稱其為濕空氣。在濕空氣中,水蒸氣的含量雖少,但其變化卻對(duì)空氣環(huán)境的干燥和潮濕程度產(chǎn)生重要影響,且使?jié)窨諝獾奈锢硇再|(zhì)隨之變化[1]。

濕空氣的含濕量d是表示濕空氣中含有水蒸氣量的一種度量方法,其定義為濕空氣中水蒸氣密度與干空氣密度之比,或?qū)?yīng)于1 kg干空氣的濕空氣所含有的水蒸氣的量。另一個(gè)度量濕空氣中水蒸氣含量的間接指標(biāo)是相對(duì)濕度φ,其定義為濕空氣的水蒸氣壓力與同溫度下飽和濕空氣的水蒸氣壓力之比,表征濕空氣中水蒸氣接近飽和含量的程度。濕空氣的露點(diǎn)溫度tl定義為在含濕量不變的條件下,濕空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度。

結(jié)露是指在空氣中水蒸氣含量不變的條件下,隨著空氣溫度的逐漸下降,濕空氣的相對(duì)濕度會(huì)逐漸升高直至達(dá)到飽和狀態(tài),若空氣溫度繼續(xù)下降,將會(huì)有過飽和的水蒸氣從濕空氣中凝結(jié)出來的現(xiàn)象。

2　綜合管廊結(jié)露的原因分析

由結(jié)露產(chǎn)生的機(jī)理可知,當(dāng)一定狀態(tài)的濕空氣與某物體表面接觸時(shí),若物體表面的溫度低于濕空氣的露點(diǎn)溫度,則會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。反之,若物體表面溫度大于或等于濕空氣的露點(diǎn)溫度,則不會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。因此,濕空氣的露點(diǎn)溫度是判斷是否結(jié)露的主要依據(jù)。

由此可知,綜合管廊內(nèi)發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象的主要原因是管廊內(nèi)空氣中水蒸氣含量過大,使其露點(diǎn)溫度大于管廊內(nèi)四周墻壁的壁面溫度和管廊內(nèi)物體的表面溫度,從而在以上表面發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。

管廊內(nèi)部并無明顯的散濕源,一般可忽略管廊內(nèi)部由于自身的散濕源散濕從而增大空氣中水蒸氣含量的影響。導(dǎo)致管廊內(nèi)空氣中水蒸氣含量增大的原因,主要有如下方面:

(1) 不合理的通風(fēng)換氣,將管廊外含濕量較大的空氣引入管廊內(nèi)。

(2) 管廊本體防水處理不當(dāng),導(dǎo)致管廊外的水通過變形縫等滲入管廊內(nèi)部,水蒸發(fā)后進(jìn)入管廊內(nèi)空氣中。

(3) 管廊內(nèi)排水明溝坡度設(shè)置不當(dāng),無法將管道檢修等泄水排至集水坑及時(shí)排走,從而導(dǎo)致地面長(zhǎng)期積水,水蒸發(fā)后進(jìn)入管廊內(nèi)空氣中。

(4) 通風(fēng)口等節(jié)點(diǎn)設(shè)置不當(dāng),導(dǎo)致在不啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣的情況下,也能在室外風(fēng)壓等作用下將室外濕度較大的空氣倒灌入管廊內(nèi)。

3　綜合管廊結(jié)露的主要危害

綜合管廊內(nèi)發(fā)生的結(jié)露現(xiàn)象對(duì)綜合管廊的危害是巨大的。

(1) 綜合管廊內(nèi)根據(jù)各個(gè)艙室的不同類型,某些艙室內(nèi)會(huì)設(shè)置諸如火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)等附屬設(shè)施。若在以上設(shè)施的感煙探頭、超細(xì)干粉滅火器等表面發(fā)生結(jié)露現(xiàn)場(chǎng),產(chǎn)生的凝結(jié)水將會(huì)銹蝕甚至損壞其設(shè)備,為此不但會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)也會(huì)給綜合管廊埋下安全隱患。

(2) 綜合管廊內(nèi)的電氣控制柜、照明燈具等也會(huì)受到結(jié)露產(chǎn)生的凝結(jié)水侵蝕,造成其損壞或控制失靈。

(3) 結(jié)露產(chǎn)生的凝結(jié)水會(huì)腐蝕管廊內(nèi)部敷設(shè)的管道及支吊架等,使其銹蝕,影響其使用壽命。

(4) 管廊本體四周壁面發(fā)生的結(jié)露現(xiàn)場(chǎng)也會(huì)影響其結(jié)構(gòu)耐久性,進(jìn)而影響管廊本體的使用壽命。

4　綜合管廊防結(jié)露的主要措施分析

4.1　防結(jié)露的主要措施

通過分析結(jié)露產(chǎn)生的機(jī)理,發(fā)現(xiàn)防止結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生的主要措施可以從兩個(gè)方面入手:一是提高物體表面的溫度,使其高于空氣的露點(diǎn)溫度;二是降低空氣的露點(diǎn)溫度。

(1) 提高物體表面溫度的防結(jié)露措施主要有:通過保溫措施增加冷管道、設(shè)備、墻體等與空氣接觸的外表面溫度;提高室內(nèi)空氣溫度,從而相應(yīng)提高室內(nèi)物體表面的溫度;增加電伴熱等措施。

(2) 降低空氣露點(diǎn)溫度的措施主要有:通過除濕機(jī)、除濕劑等除去空氣中的水分,使其含濕量降低,同時(shí)降低其露點(diǎn)溫度;當(dāng)室外空氣的含濕量較低時(shí),盡量通入干燥的室外空氣,以含濕量較低的室外空氣置換含濕量較高的室內(nèi)空氣,從而達(dá)到除濕的目的。

4.2　綜合管廊的防結(jié)露措施

由以上分析可知,除去設(shè)計(jì)及施工不當(dāng)?shù)纫蛩?管廊內(nèi)結(jié)露的主要原因是不合理的通風(fēng)換氣,將管廊外含濕量較大的空氣引入管廊內(nèi),從而增加管廊內(nèi)空氣的含濕量;相反地,如果合理地組織通風(fēng)換氣,通入室外干燥的空氣置換管廊內(nèi)潮濕的空氣,則可降低管廊內(nèi)空氣的含濕量,從而達(dá)到除濕的目的。因此,合理的組織通風(fēng)換氣是綜合管廊防結(jié)露的關(guān)鍵。

4.2.1管廊內(nèi)外環(huán)境空氣狀態(tài)參數(shù)分析

綜合管廊內(nèi)一般設(shè)有溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)檢測(cè)儀表。但是,簡(jiǎn)單地測(cè)量管廊內(nèi)外環(huán)境空氣的干球溫度及相對(duì)濕度,并不能直接判斷綜合管廊內(nèi)外環(huán)境空氣中含濕量的大小,甚至有時(shí)還會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員造成一種錯(cuò)覺,發(fā)生綜合管廊內(nèi)越通風(fēng)越濕的現(xiàn)象。管廊內(nèi)外環(huán)境空氣狀態(tài)焓濕圖如圖1所示。

圖1　管廊內(nèi)外環(huán)境空氣狀態(tài)焓濕圖

圖1中,假設(shè)A點(diǎn)(tA=19 ℃,φA=85%)為綜合管廊內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn),若室外空氣狀態(tài)點(diǎn)為B(tB=32 ℃,φB=55%,tlB=21.5 ℃),此時(shí)管廊外空氣的相對(duì)濕度小于管廊內(nèi)空氣的相對(duì)濕度(φB<φA),如果此時(shí)通風(fēng),由于dB>dA,不但不能降低管廊內(nèi)空氣的濕度,反而因?yàn)閠AtlC,如果此時(shí)通風(fēng),綜合管廊內(nèi)不但不會(huì)結(jié)露,而且通過通風(fēng)系統(tǒng)的作用以含濕量較低的管廊外空氣置換含濕量較高的管廊內(nèi)空氣,從而達(dá)到為管廊內(nèi)除濕的目的。

因此,通過合理的組織通風(fēng)換氣而控制管廊內(nèi)的濕度,以達(dá)到防結(jié)露的目的,需要已知以下空氣狀態(tài)參數(shù):管廊內(nèi)空氣干濕球溫度(相對(duì)濕度)、含濕量,管廊外空氣干濕球溫度(相對(duì)濕度)、含濕量及露點(diǎn)溫度。

工程上,一般用干濕球溫度計(jì)測(cè)量空氣的干濕球溫度,空氣的含濕量、露點(diǎn)溫度等不易直接測(cè)量,一般可通過計(jì)算機(jī)編程計(jì)算得到。

4.2.2基于防結(jié)露的綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)控制模式

基于以上分析,在綜合管廊內(nèi)外設(shè)置溫/濕度傳感器,測(cè)得管廊內(nèi)外環(huán)境空氣的溫度及相對(duì)濕度(有條件時(shí)還應(yīng)測(cè)得管廊內(nèi)貼土壤外墻的內(nèi)表面溫度,由于土壤的傳熱作用,貼土壤外墻的內(nèi)表面溫度可能略低于管廊內(nèi)空氣溫度),從而確定管廊內(nèi)外環(huán)境空氣的狀態(tài),然后通過提前編制的計(jì)算機(jī)程序計(jì)算得到管廊內(nèi)外環(huán)境空氣的含濕量及露點(diǎn)溫度,再通過含濕量及露點(diǎn)溫度的對(duì)比分析,確定基于防結(jié)露的綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)控制模式:

(1) 當(dāng)室外環(huán)境空氣的露點(diǎn)溫度高于管廊內(nèi)空氣的干球溫度時(shí),一般不能通風(fēng),若此時(shí)通風(fēng),將會(huì)在管廊內(nèi)發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。

(2) 當(dāng)室外環(huán)境空氣的露點(diǎn)溫度低于管廊內(nèi)空氣的干球溫度,但室外環(huán)境空氣的含濕量大于管廊內(nèi)空氣的含濕量時(shí),一般也不宜通風(fēng),若此時(shí)通風(fēng),雖然不會(huì)在管廊內(nèi)發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象,但是不能降低反而會(huì)增加管廊內(nèi)空氣的含濕量。

(3) 當(dāng)室外環(huán)境空氣的露點(diǎn)溫度低于管廊內(nèi)空氣的干球溫度,且室外環(huán)境空氣的含濕量低于管廊內(nèi)空氣的含濕量時(shí),此時(shí)通風(fēng)最有利,不但不會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象,而且通過通風(fēng)系統(tǒng)的作用以含濕量較低的室外空氣置換含濕量較高的室內(nèi)空氣,從而達(dá)到為管廊內(nèi)除濕的目的。

因此,綜合管廊平時(shí)通風(fēng)應(yīng)結(jié)合管廊內(nèi)外環(huán)境空氣狀態(tài)參數(shù),特別是含濕量及露點(diǎn)溫度,通過對(duì)比分析,確定合理運(yùn)行。平時(shí)在不利的管廊內(nèi)外環(huán)境空氣狀態(tài)參數(shù)下,除特殊情況必須通風(fēng)外,應(yīng)盡可能避免通風(fēng)換氣;在管廊內(nèi)空氣含濕量較大且管廊外空氣較干燥的時(shí)間段,要充分利用通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行通風(fēng)換氣,以達(dá)到降低管廊內(nèi)空氣濕度的目的。

4.2.3其他輔助防結(jié)露措施

受室外氣象條件的限制,一年中某些時(shí)間段很難達(dá)到防結(jié)露的通風(fēng)系統(tǒng)控制要求,但是由于巡視檢修等原因,又需要開啟通風(fēng)系統(tǒng)。此時(shí),除了盡量減少通風(fēng)系統(tǒng)的開啟時(shí)間外,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)要求比較高的綜合管廊,可采取如下一些輔助措施,以降低管廊內(nèi)結(jié)露的可能性及其產(chǎn)生的危害。

(1) 加熱管廊內(nèi)的空氣溫度,以提高管廊內(nèi)物體表面的溫度,從而使其大于管廊外空氣的露點(diǎn)溫度。特別是對(duì)電力艙、熱力艙等有內(nèi)部散熱源的艙室,在條件允許的前提下,應(yīng)盡可能提高其室內(nèi)的控制溫度。

(2) 管廊內(nèi)比較重要的附屬設(shè)施表面采取電伴熱等輔助措施,避免其表面發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。

(3) 對(duì)重要的電氣設(shè)備,應(yīng)盡可能放置在獨(dú)立的設(shè)備間內(nèi),有條件時(shí)再在房間內(nèi)設(shè)置分體空調(diào)等除濕設(shè)備,以達(dá)到防結(jié)露的目的。

(4) 管廊設(shè)計(jì)施工過程中應(yīng)避免產(chǎn)生諸如廊體漏水、地面排水不暢、通風(fēng)口室外風(fēng)倒灌等先天性缺陷,從而防止發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)露現(xiàn)象。

5　結(jié)　語

結(jié)露對(duì)綜合管廊造成的危害是巨大的,應(yīng)盡可能避免管廊內(nèi)發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。本文從結(jié)露產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā),對(duì)綜合管廊內(nèi)發(fā)生結(jié)露的原因進(jìn)行分析,并提出基于防結(jié)露的綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)控制模式。此外在條件受到限制的情況下,提出綜合管廊防結(jié)露的其他輔助措施。