談地下城市綜合管廊的通風(fēng)設(shè)計(jì)

竇榮舟 劉明超 王彥祥

(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051)

談地下城市綜合管廊的通風(fēng)設(shè)計(jì)

竇榮舟 劉明超 王彥祥

(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051)

簡(jiǎn)述了地下城市綜合管廊的特點(diǎn)，介紹了綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)的幾種形式，分析了自然通風(fēng)、自然通風(fēng)輔以無風(fēng)管的誘導(dǎo)式通風(fēng)以及機(jī)械通風(fēng)的特點(diǎn)及適用范圍，并結(jié)合實(shí)際工程，計(jì)算了每200 m防火分區(qū)的通風(fēng)量。

綜合管廊，通風(fēng)形式，通風(fēng)量

0 引言

綜合管廊，從某種層面上講，是“城市地下管線的綜合廊道”，即在城市的下部空間建造一個(gè)容納多種管線的綜合廊道，將埋設(shè)在城市下部的通信、電力、燃?xì)狻⒂晁⑽鬯榷喾N管線整合在一個(gè)廊道內(nèi)，在一定范圍內(nèi)，分別設(shè)有專門的設(shè)備吊裝口、檢修通道、通風(fēng)口及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管線從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)到管理階段的一體化。隨著城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，用地資源的緊張，市政管線的復(fù)雜化，綜合管廊的應(yīng)用前景成為現(xiàn)下的研究熱點(diǎn)，許多工程都在推進(jìn)實(shí)施中[1]。

綜合管廊內(nèi)空間屬于地下封閉空間，管廊內(nèi)人員平時(shí)的檢修，微生物的活動(dòng)等都會(huì)造成管廊內(nèi)含氧量的下降、二氧化碳的含量增加。另外管廊內(nèi)電纜的散熱也會(huì)產(chǎn)生很大的熱力，因此管廊內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置顯得尤其必要，它不僅起到了散熱和排風(fēng)的作用，同時(shí)在管廊遭遇火災(zāi)時(shí)，通過通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)閉，使管廊內(nèi)形成密閉空間控制火災(zāi)蔓延，并能在發(fā)生火災(zāi)后及時(shí)開啟通風(fēng)系統(tǒng)，及時(shí)排除火災(zāi)后的煙氣，為人員進(jìn)入檢修營造良好的工作環(huán)境。

本文結(jié)合三亞海棠灣海榆東線市政道路(藤橋西河段至海岸大道路口段)改造工程，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)段防火分區(qū)的通風(fēng)量。

1 綜合管廊的通風(fēng)形式

綜合管廊的通風(fēng)形式有多種，一般按照其特點(diǎn)和適用范圍劃分，主要有三種方式。

1.1 自然通風(fēng)

綜合管廊內(nèi)的電力電纜的敷設(shè)量很大，由此運(yùn)營階段伴隨著會(huì)有大量熱量的產(chǎn)生，溫度的高低影響著空氣的密度，從而形成壓差，根據(jù)熱壓作用原理，可以推算出管廊內(nèi)外的壓差公式如下：

ΔP=(ρw-ρn)gh。

其中，ΔP為綜合管廊內(nèi)外壓差，Pa；h為進(jìn)排風(fēng)口的高差，m；ρw為管廊外的空氣密度，kg/m3；ρn為管廊內(nèi)的空氣密度，kg/m3。

從公式中能夠看出：想要提高整個(gè)系統(tǒng)的熱壓有兩種方式，一種通過提高管廊內(nèi)部的溫度，提高內(nèi)外壓差，另一種是通過加高排風(fēng)口的高度，提高絕對(duì)高差。從理論上來講，當(dāng)排風(fēng)口的絕對(duì)高差和排風(fēng)口的面積達(dá)到一定閾值時(shí)，完全可以利用自然通風(fēng)的形式，將管廊內(nèi)的熱量排走，從而降低了設(shè)備的投資，節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。可是它的缺點(diǎn)也顯而易見，排風(fēng)井的高度需要很高，通風(fēng)分區(qū)的設(shè)置縮短，導(dǎo)致進(jìn)、排風(fēng)井的數(shù)量增大，但是現(xiàn)狀道路的環(huán)境會(huì)更為復(fù)雜，施作的條件不大，布置難度很大，并且不能滿足綜合管廊內(nèi)的事故后排風(fēng)的要求。

1.2 自然通風(fēng)輔以無風(fēng)管的誘導(dǎo)式通風(fēng)

針對(duì)自然通風(fēng)的缺點(diǎn)，通風(fēng)方式在其基礎(chǔ)上增加以無風(fēng)管方式的誘導(dǎo)式通風(fēng)手段，即沿縱向方式按照一定距離在管廊內(nèi)布置若干臺(tái)誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)，通過誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)，將管廊外的空氣通過自然進(jìn)風(fēng)口引入系統(tǒng)內(nèi)，匯集的空氣流經(jīng)廊道，最終流向廊道的排風(fēng)口，從而達(dá)到了管廊內(nèi)外的通風(fēng)效果。作為主要設(shè)備的誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)功率很小，一般僅為幾十瓦，所以運(yùn)行成本漲幅不大，但是能夠很好地緩解管廊內(nèi)外溫差較小時(shí)，熱壓值偏低，自然通風(fēng)不暢的現(xiàn)象，也避免了將排風(fēng)口建設(shè)過高，布置不便，影響周圍設(shè)施建設(shè)的問題。帶來的影響是會(huì)造成設(shè)備的初期投資稍顯增大，但是土建費(fèi)用相比也在減小。

自然通風(fēng)和誘導(dǎo)式通風(fēng)都是在正常情況下才能確保正常工作，如出現(xiàn)極端天氣，管廊內(nèi)外溫差過大高于40 ℃，或者氧氣含量偏低，低于19%的情況，還需要配置額外通風(fēng)機(jī)[2]。

1.3 機(jī)械通風(fēng)

機(jī)械通風(fēng)的形式分為三種：第一種方式為自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)；第二種為機(jī)械進(jìn)風(fēng)、自然排風(fēng)；第三種方式為機(jī)械進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)。機(jī)械通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)很明顯，它增加了通風(fēng)分區(qū)的長(zhǎng)度，但是由此會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的選型均較大，從而造成工程投資及運(yùn)行成本的增加。

綜合比較以上各種通風(fēng)方式，考慮在保證綜合管廊的正常運(yùn)營，并保證事故后能及時(shí)排除煙氣、經(jīng)濟(jì)性等各方面，機(jī)械通風(fēng)(自然進(jìn)風(fēng)+機(jī)械排風(fēng))是首選的通風(fēng)方式。

2 綜合管廊通風(fēng)量的計(jì)算

綜合管廊通風(fēng)分區(qū)的通風(fēng)量理論上可按下式計(jì)算[3]:

其中，G為通風(fēng)分區(qū)的通風(fēng)量，m3/s；L為通風(fēng)分區(qū)的長(zhǎng)度，m；q為綜合管廊內(nèi)每米電纜的發(fā)熱量，kJ/m；Tj為通風(fēng)進(jìn)風(fēng)溫度，℃；Tp為通風(fēng)排風(fēng)溫度，℃；c為空氣比熱，kJ/kg；ρ為空氣密度，kg/m3。

3 工程實(shí)例

海棠灣海榆東線市政道路(藤橋西河段至海岸大道路口段)改造工程，建設(shè)于三亞市海棠灣，建設(shè)內(nèi)容包括海榆東線(藤橋西河段至海岸大道路口段)公路市政化改造工程、青田水廠原水暗涵改造為輸水管工程和建設(shè)地下綜合管廊工程，其中綜合管廊長(zhǎng)度為7 669.4 m，寬5.45 m，高5 m(凈寬4.55 m，凈高4.0 m)。

根據(jù)地面道路側(cè)分帶的平面位置、道路路口的位置等，并結(jié)合投料口、排風(fēng)井的位置，綜合管廊內(nèi)每個(gè)防火分區(qū)的長(zhǎng)度各不相同并不大于200 m，意味著通風(fēng)系統(tǒng)的長(zhǎng)度不超過200 m。作為以下的密閉空間需設(shè)置防火分區(qū)，每一個(gè)分區(qū)則對(duì)應(yīng)為一個(gè)通風(fēng)分區(qū)，一個(gè)風(fēng)區(qū)內(nèi)至少擁有一個(gè)進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)口同時(shí)可以兼作逃生孔和設(shè)備投料口，兼作逃生孔和設(shè)備投料口的排風(fēng)口需設(shè)置機(jī)械排風(fēng)。進(jìn)、排風(fēng)口和市政道路結(jié)合后，均勻布置在綠化隔離帶。管廊內(nèi)整體采用自然進(jìn)風(fēng)+機(jī)械排風(fēng)的方式，用于管廊內(nèi)電纜散熱的排放。當(dāng)管廊內(nèi)出現(xiàn)極端條件時(shí)，如溫度超過40 ℃，或氧氣含量低于19%，啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)。

圖1為綜合管廊的標(biāo)準(zhǔn)斷面圖。

3.1 綜合管廊內(nèi)電纜發(fā)熱量及通風(fēng)量計(jì)算

1)單孔電纜每米發(fā)熱功率的計(jì)算：

其中，q為電纜散熱功率，W/(m·根)；I為通過電纜的電流；A為電纜的截?cái)嗝娣e，m2;σ為60 ℃時(shí)的電纜電阻率，鋁芯電纜電阻值為0.033×10-6Ω·m，銅芯電纜電阻值為0.020×10-6Ω·m。

本工程：10 kV電纜的電流量為552 A，電纜的截面積為300 mm2；110 kV電纜的載流量為600 A，截?cái)嗝娣e為300 mm2。

通過計(jì)算：其中10 kV母線的發(fā)熱功率為20.3 W/(m·根)；110 kV母線的發(fā)熱功率為24 W/(m·根)。

2)總散熱功率計(jì)算：

P=qLC1n。

其中，P為電纜總散熱功率，W；L為計(jì)算電纜的長(zhǎng)度，按照最大防火分區(qū)取200 m；C1為電纜散熱損失系數(shù)，取0.90；n為電纜回程數(shù)，10 kV電纜的回路數(shù)為24回,110 kV回路數(shù)為12回。10 kV電纜發(fā)熱量為87.8 kW，110 kV電纜發(fā)熱量為51.8 kW。

3.2 通風(fēng)量的計(jì)算和風(fēng)機(jī)風(fēng)量的確定

結(jié)合綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量計(jì)算：

其中，Qz為總散熱量，139.6 kW；tp為排風(fēng)溫度，對(duì)排熱工況取40 ℃；tj為進(jìn)風(fēng)溫度，按照當(dāng)?shù)叵募臼彝馔L(fēng)溫度進(jìn)行選擇，取三亞31.3 ℃。

所需通風(fēng)量：G=13.2 m3/s=47 672 m3/h。

綜合管廊每200 m的體積V=4.55×4.0×200=3 640 m3，換氣次數(shù)為13次/h。

由上計(jì)算，管廊的通風(fēng)量按照13次/h計(jì)算，為47 672 m3/h。

4 結(jié)語

1)綜合管廊的通風(fēng)設(shè)計(jì)和防火設(shè)計(jì)密不可分。通風(fēng)設(shè)計(jì)的分區(qū)與防火分區(qū)的長(zhǎng)度需緊密結(jié)合，并結(jié)合管廊內(nèi)管道的種類合理設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)。

2)綜合管廊的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是新課題，需要結(jié)合模擬軟件(CFD)進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的模擬，完善綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化。

[1] 孫 磊，劉澄波.綜合管廊的消防滅火系統(tǒng)比較與分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2009(3):616.

[2] 陳 虹.綜合管廊的通風(fēng)設(shè)計(jì)[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2003(3):43.

[3] 趙 輝.城市電力電纜綜合管廊的通風(fēng)設(shè)計(jì)[J].華北電力技術(shù),2009(6):11.

Abstract: The paper discusses comprehensive pipe gallery features of underground city, introduces several comprehensive pipe gallery ventilation forms, analyzes natural ventilation, natural ventilation with non-duct inductive ventilation and other inductive ventilation and mechanical ventilation features and application scope, and finally calculates air volume of fire preventing region per 200 m by combining with actual engineering.

Key words: comprehensive pipe gallery, ventilation forms, air volume

Discussion on ventilation design of underground city comprehensive pipe gallery

Dou Rongzhou Liu Mingchao Wang Yanxiang

(TianjinAcademyofMunicipalEngineeringDesign,Tianjin300051,China)

2016-03-19

竇榮舟(1988- )，男，助理工程師

1009-6825(2016)15-0126-03

TU834

A