某單艙地下綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院工程設(shè)計(jì)中心，山西 太原 030001)

引言

地下綜合管廊(以下簡(jiǎn)稱“管廊”)屬于地下密閉空間，幾乎沒有自然通風(fēng)條件，為使管廊內(nèi)管線安全運(yùn)行，保障管廊巡檢人員的安全，需對(duì)管廊進(jìn)行通風(fēng)，同時(shí)若管廊內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，氣體滅火后通風(fēng)系統(tǒng)需及時(shí)排除管廊內(nèi)的煙氣及氣體滅火劑。現(xiàn)以山西省晉中市某縣縣城主干道下某單艙管廊為例，對(duì)管廊通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 工程概況

擬建的管廊位于縣城主干道下，管廊全長(zhǎng)約為2 717 m，管廊設(shè)置于北側(cè)側(cè)分帶下，與道路中心線平行布置，管廊頂覆土厚度約為3.0 m。

管廊斷面形式為單艙式，艙內(nèi)設(shè)電力電纜、通信線纜、給水管道及預(yù)留再生水管道。給水管道位于艙室北側(cè)上部，管頂距頂板800 mm，管外距外墻400 mm，預(yù)留再生水管位于給水管下，距離管底地面1 000 mm，電力通信排架位于管廊南側(cè)。管廊內(nèi)徑尺寸為2 600 mm×2 900 mm(H)，外徑尺寸為3 400 mm×3 700 mm(H)。管廊斷面及布置如圖1和圖2所示。

圖1 管廊橫斷面圖

2 通風(fēng)方式確定及通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成

管廊通風(fēng)方式主要有機(jī)械排風(fēng)與自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)+機(jī)械進(jìn)風(fēng)?？紤]到管廊需要在短時(shí)間內(nèi)排除有毒有害氣體，該工程采用機(jī)械排風(fēng)+機(jī)械進(jìn)風(fēng)方式。管廊內(nèi)每個(gè)防火分區(qū)為一個(gè)通風(fēng)分區(qū)，防火分區(qū)內(nèi)設(shè)獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，各分區(qū)端部由防火墻、防火門隔開。防火分區(qū)按≤200 m進(jìn)行劃分。

圖2 道路管線布置橫斷面圖

通風(fēng)系統(tǒng)由通風(fēng)風(fēng)口、風(fēng)道、通風(fēng)機(jī)、防火閥等構(gòu)成。

3 通風(fēng)量計(jì)算

通風(fēng)量主要包括正常通風(fēng)量和事故通風(fēng)量，其中正常通風(fēng)量計(jì)算方法主要有換氣次數(shù)法和余熱量計(jì)算法，事故通風(fēng)量采用換氣次數(shù)法，詳細(xì)計(jì)算過程如下。防火分區(qū)長(zhǎng)度均按200 m計(jì)算。

3.1 換氣次數(shù)法計(jì)算通風(fēng)量

根據(jù)GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》中7.2.2條“正常通風(fēng)換氣次數(shù)不應(yīng)<2次/h，事故通風(fēng)換氣次數(shù)不應(yīng)<6次/h”，進(jìn)行換氣次數(shù)通風(fēng)量計(jì)算，見表1。

表1 換氣次數(shù)法通風(fēng)量計(jì)算

3.2 余熱量計(jì)算法計(jì)算的正常通風(fēng)量

3.2.1 余熱量計(jì)算

管廊內(nèi)主要散熱源為：電纜散熱量Q1、送排風(fēng)風(fēng)機(jī)發(fā)熱量Q2、排水泵發(fā)熱量、照明配電等散熱量，由于排水泵、照明、配電散熱量較小，簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)不予考慮。此外再生水管道、給水管道傳熱熱損失不穩(wěn)定且不易計(jì)算，該工程未予以考慮。另需考慮折減通過管廊內(nèi)壁的散熱量Q3。以下均以夏季為最不利工況進(jìn)行計(jì)算。

(1)電纜散熱量

管廊內(nèi)共有12根10 kV三芯電纜，截面面積為300 mm2，載流量為300 A，計(jì)算見式(1)：

PR=nI2ρtL/S

(1)

式中，PR——電纜熱損失功率，W；

n——電纜芯數(shù)；

I——計(jì)算負(fù)荷電流，A；

S——纜芯截面積，mm2；

L——電纜長(zhǎng)度，m；

ρt——電纜運(yùn)行平均溫度下的芯電阻率，ρt=ρo(1+at)。

代入數(shù)值，則ρt=ρo(1+at)=0.016 5×(1+0.003 93×70)=0.021 04，PR=3×3002×0.021 04×200/300=3 787.2 W。

12根電纜電流參差系數(shù)取0.9，故總熱損失功率為：Q1=12×0.9×3 787.2=40 901.76 W。

(2)風(fēng)機(jī)發(fā)熱量

進(jìn)、排風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)發(fā)熱量Q2經(jīng)試算后均取3 kW。

(3)管廊內(nèi)壁散熱量計(jì)算

管廊內(nèi)壁散熱量計(jì)算見式(2)：

Q3=KFΔt

(2)

式中，K——管廊內(nèi)壁向土壤的平均傳熱系數(shù)，可取K=0.22 W/(m2·K)；F——管廊內(nèi)壁傳熱面積，F(xiàn)=2 200 m2；Δt——管廊內(nèi)空氣平均溫度與土壤平均溫度的差值，Δt=38-18=20 ℃。

則Q3=KFΔt=0.22×2 200×20=9 680 W，

余熱量為：ΔQ=Q1+Q2-Q3=40 901.76+3 000+3 000-9 680=37 221.76 W

3.2.2 通風(fēng)量計(jì)算

管廊通風(fēng)量計(jì)算見式(3)：

L=ΔQ/0.337×(tmax-tf)

(3)

式中，ΔQ——艙室內(nèi)余熱量。

艙室內(nèi)允許最高溫度tmax為38 ℃，夏季通風(fēng)計(jì)算溫度tf為26 ℃，帶入數(shù)值得L為9 204.19 m3/h。

3.3 管廊通風(fēng)計(jì)算量確定

兩種計(jì)算方法比較后取大值可得，正常通風(fēng)量為9 204.19 m3/h，事故通風(fēng)量為9 048 m3/h。

4 風(fēng)壓損失計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，管道及電纜占管廊橫斷面面積比約為15%，故管廊通風(fēng)凈截面積為：7.54×(1-15%)=6.409 m2。

正常通風(fēng)量為9 204.19 m3/h，比摩阻為0.004 Pa/m，200 m管廊內(nèi)總阻力約為0.8 Pa，風(fēng)亭及其他部分總阻力約為100 Pa。故正常通風(fēng)工況下風(fēng)壓總損失為100.8 Pa。事故工況下風(fēng)壓損失與正常工況下風(fēng)壓損失基本相同。

5 風(fēng)機(jī)選型

風(fēng)機(jī)選型時(shí)風(fēng)量富裕率取10%，風(fēng)壓富裕率取20%。

風(fēng)機(jī)風(fēng)量為：9 204.19×1.1=10 124.61 m3/h。

風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為：100.8×1.2=120.96 Pa。

進(jìn)排風(fēng)風(fēng)機(jī)選用HTF(B)-ⅡNo5.5 A，Q=11 289/8 258 m3/h，H=548/213 Pa,N=3 kW/1.1 kW。

進(jìn)排風(fēng)風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備均選用先進(jìn)高效節(jié)能設(shè)備。

為保證氣體滅火后的排風(fēng)，進(jìn)、排風(fēng)口處均設(shè)置電動(dòng)防火閥，風(fēng)機(jī)及電動(dòng)閥門均能手動(dòng)、電動(dòng)啟閉。

6 進(jìn)排風(fēng)亭的設(shè)計(jì)

管廊進(jìn)排風(fēng)亭均布置在綠化帶內(nèi)，每個(gè)風(fēng)亭設(shè)置兩個(gè)風(fēng)口，尺寸均為1 000 mm×500 mm，風(fēng)口均設(shè)置防水百葉、防鼠金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔凈尺寸為10 mm，防雨百葉底距地面為0.5 m。

7 通風(fēng)系統(tǒng)工藝控制

通風(fēng)機(jī)及風(fēng)口布置如圖3所示。送排風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控兩級(jí)控制。正常狀態(tài)下，管廊內(nèi)空氣平均溫度<38 ℃，各防火分區(qū)兩端防火門常閉，送排風(fēng)機(jī)關(guān)閉；其他狀況如圖3所示。

圖3 通風(fēng)機(jī)及風(fēng)口布置示意圖

7.1 排除余熱與余濕工況

當(dāng)管廊某個(gè)防火分區(qū)溫度≥38 ℃時(shí)，由監(jiān)控中心自動(dòng)啟動(dòng)該分區(qū)的送排風(fēng)機(jī)通風(fēng)，以消除管廊內(nèi)余熱；待該區(qū)溫度≤35 ℃，自動(dòng)關(guān)閉送排風(fēng)機(jī)；當(dāng)管廊內(nèi)空氣濕度>80%時(shí)，開啟風(fēng)機(jī)，<60%時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)。管廊內(nèi)正?？諝夂趿繛?0.9%，當(dāng)管廊內(nèi)空氣的含氧量<19.5%時(shí),開啟風(fēng)機(jī)，>20%時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)。

7.2 巡視檢修工況

當(dāng)巡檢人員進(jìn)入管廊時(shí)，在進(jìn)入管廊前1 h先開啟進(jìn)入?yún)^(qū)段的送排風(fēng)機(jī)，進(jìn)行通風(fēng)換氣，以確保工作人員的健康與安全。

7.3 火災(zāi)工況

當(dāng)某個(gè)防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉該區(qū)及相鄰防火分區(qū)的送排風(fēng)機(jī)及電動(dòng)風(fēng)閥(平時(shí)常開)，采取隔氧滅火。確認(rèn)火災(zāi)結(jié)束0.5 h后，開啟進(jìn)排風(fēng)口電動(dòng)風(fēng)閥及送排風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械排煙(風(fēng))，恢復(fù)正常后，轉(zhuǎn)入正常通風(fēng)工況。當(dāng)管廊內(nèi)溫度>280 ℃，防火閥熔斷關(guān)閉，信號(hào)傳至監(jiān)控中心，同時(shí)連鎖關(guān)閉相應(yīng)的送排風(fēng)機(jī)。火災(zāi)發(fā)生時(shí)所有通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。

8 結(jié)語

以某縣城管廊通風(fēng)系統(tǒng)為例,概述了管廊通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)量和風(fēng)壓損失的計(jì)算方法，對(duì)管廊通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制與運(yùn)行策略進(jìn)行了分析與討論。