(山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院工程設計中心，山西 太原 030001)

引言

地下綜合管廊(以下簡稱“管廊”)屬于地下密閉空間，幾乎沒有自然通風條件，為使管廊內管線安全運行，保障管廊巡檢人員的安全，需對管廊進行通風，同時若管廊內發(fā)生火災，氣體滅火后通風系統(tǒng)需及時排除管廊內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，對管廊通風系統(tǒng)設計進行探討。

1 工程概況

擬建的管廊位于縣城主干道下，管廊全長約為2 717 m，管廊設置于北側側分帶下，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，艙內設電力電纜、通信線纜、給水管道及預留再生水管道。給水管道位于艙室北側上部，管頂距頂板800 mm，管外距外墻400 mm，預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。管廊內徑尺寸為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 通風方式確定及通風系統(tǒng)構成

管廊通風方式主要有機械排風與自然進風、機械排風+機械進風?？紤]到管廊需要在短時間內排除有毒有害氣體，該工程采用機械排風+機械進風方式。管廊內每個防火分區(qū)為一個通風分區(qū)，防火分區(qū)內設獨立的通風系統(tǒng)，各分區(qū)端部由防火墻、防火門隔開。防火分區(qū)按≤200 m進行劃分。

圖2 道路管線布置橫斷面圖

通風系統(tǒng)由通風風口、風道、通風機、防火閥等構成。

3 通風量計算

通風量主要包括正常通風量和事故通風量，其中正常通風量計算方法主要有換氣次數法和余熱量計算法，事故通風量采用換氣次數法，詳細計算過程如下。防火分區(qū)長度均按200 m計算。

3.1 換氣次數法計算通風量

根據GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》中7.2.2條“正常通風換氣次數不應<2次/h，事故通風換氣次數不應<6次/h”，進行換氣次數通風量計算，見表1。

表1 換氣次數法通風量計算

3.2 余熱量計算法計算的正常通風量

3.2.1 余熱量計算

管廊內主要散熱源為：電纜散熱量Q1、送排風風機發(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，簡化計算時不予考慮。此外再生水管道、給水管道傳熱熱損失不穩(wěn)定且不易計算，該工程未予以考慮。另需考慮折減通過管廊內壁的散熱量Q3。以下均以夏季為最不利工況進行計算。

(1)電纜散熱量

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

PR=nI2ρtL/S

(1)

式中，PR——電纜熱損失功率，W；

n——電纜芯數；

I——計算負荷電流，A；

S——纜芯截面積，mm2；

L——電纜長度，m；

ρt——電纜運行平均溫度下的芯電阻率，ρt=ρo(1+at)。

代入數值，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取0.9，故總熱損失功率為：Q1=12×0.9×3 787.2=40 901.76 W。

(2)風機發(fā)熱量

進、排風機風機發(fā)熱量Q2經試算后均取3 kW。

(3)管廊內壁散熱量計算

管廊內壁散熱量計算見式(2)：

Q3=KFΔt

(2)

式中，K——管廊內壁向土壤的平均傳熱系數，可取K=0.22 W/(m2·K)；F——管廊內壁傳熱面積，F(xiàn)=2 200 m2；Δt——管廊內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 通風量計算

管廊通風量計算見式(3)：

L=ΔQ/0.337×(tmax-tf)

(3)

式中，ΔQ——艙室內余熱量。

艙室內允許最高溫度tmax為38 ℃，夏季通風計算溫度tf為26 ℃，帶入數值得L為9 204.19 m3/h。

3.3 管廊通風計算量確定

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

4 風壓損失計算

經計算，管道及電纜占管廊橫斷面面積比約為15%，故管廊通風凈截面積為：7.54×(1-15%)=6.409 m2。

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

5 風機選型

風機選型時風量富裕率取10%，風壓富裕率取20%。

風機風量為：9 204.19×1.1=10 124.61 m3/h。

風機風壓為：100.8×1.2=120.96 Pa。

進排風風機選用HTF(B)-ⅡNo5.5 A，Q=11 289/8 258 m3/h，H=548/213 Pa,N=3 kW/1.1 kW。

進排風風機及附屬設備均選用先進高效節(jié)能設備。

為保證氣體滅火后的排風，進、排風口處均設置電動防火閥，風機及電動閥門均能手動、電動啟閉。

6 進排風亭的設計

管廊進排風亭均布置在綠化帶內，每個風亭設置兩個風口，尺寸均為1 000 mm×500 mm，風口均設置防水百葉、防鼠金屬網，網孔凈尺寸為10 mm，防雨百葉底距地面為0.5 m。

7 通風系統(tǒng)工藝控制

通風機及風口布置如圖3所示。送排風機及附屬設備采用現(xiàn)場手動及遠程監(jiān)控兩級控制。正常狀態(tài)下，管廊內空氣平均溫度<38 ℃，各防火分區(qū)兩端防火門常閉，送排風機關閉；其他狀況如圖3所示。

圖3 通風機及風口布置示意圖

7.1 排除余熱與余濕工況

當管廊某個防火分區(qū)溫度≥38 ℃時，由監(jiān)控中心自動啟動該分區(qū)的送排風機通風，以消除管廊內余熱；待該區(qū)溫度≤35 ℃，自動關閉送排風機；當管廊內空氣濕度>80%時，開啟風機，<60%時，關閉風機。管廊內正?？諝夂趿繛?0.9%，當管廊內空氣的含氧量<19.5%時,開啟風機，>20%時，關閉風機。

7.2 巡視檢修工況

當巡檢人員進入管廊時，在進入管廊前1 h先開啟進入區(qū)段的送排風機，進行通風換氣，以確保工作人員的健康與安全。

7.3 火災工況

當某個防火分區(qū)發(fā)生火災時，控制系統(tǒng)自動關閉該區(qū)及相鄰防火分區(qū)的送排風機及電動風閥(平時常開)，采取隔氧滅火。確認火災結束0.5 h后，開啟進排風口電動風閥及送排風機進行機械排煙(風)，恢復正常后，轉入正常通風工況。當管廊內溫度>280 ℃，防火閥熔斷關閉，信號傳至監(jiān)控中心，同時連鎖關閉相應的送排風機?；馂陌l(fā)生時所有通風機停止運行。

8 結語

以某縣城管廊通風系統(tǒng)為例,概述了管廊通風系統(tǒng)通風量和風壓損失的計算方法，對管廊通風系統(tǒng)設計及控制與運行策略進行了分析與討論。