城市地下綜合管廊通風設計探討

徐 誠，姜 超，吳靖云

（1.中國市政工程西北設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056；2.武漢深為工程技術有限公司，湖北 武漢 430056）

隨著我國城市化進程的加快，各大中型城市為集約利用地下空間、增強管線運行安全及可靠性，規劃及建設了大量的綜合管廊工程。由于綜合管廊為地下空間，合理的通風系統設置對保障巡檢人員及管線運營安全起著至關重要的作用。目前，綜合管廊相關技術規范及規程主要針對綜合管廊土建及廊內管線布置等方面，對廊內通風系統要求不夠具體全面。為此，文章結合工程實例對通風系統設計過程中部分要點進行探討。

1 設計風量及風壓的探討

1.1 設計通風量的確定

目前，綜合管廊規范中對設計通風量僅從正常通風換氣和事故排氣排煙兩方面要求，但實際運營中廊內發熱量也是不可忽略的一方面。綜合管廊內熱量主要來源于電力等管線、燈具以及配電柜等設備運營時所產生的熱量，由于廊內設備產生的發熱量較小且為間歇性運行，因此工程設計時主要考慮管線所帶來的發熱量。

以某綜合管廊工程綜合艙為例進行通風系統的相關計算。該艙室寬5.3m、高4m，容納有給水、再生水、污水、24回10kV電力、通信等管線，通風分區與防火分區保持一致，以200m劃分計算，采用防火分區兩端一進一出的通風方式。正常和事故通風按每小時換氣次數分別不小于2次和6次計算，對應通風量為8480m3/h和25440m3/h。

為排出綜合艙內10kV電纜發熱量，其所需通風量Q散計算公式：

式中：Q散為散熱通風量，m3/h；P發為綜合管廊通風分區內電纜的發熱量，W；P損為綜合管廊的土壤傳熱，可按電纜發熱量的30%～40%估算，取P損=0.35P發；Tj為通風進風溫度，取Tj=33℃；Tp為通風排風溫度，取Tp=40℃；c為空氣比熱，取c=1.01kJ/kg；ρ為空氣密度，取1.27kg/m3。

當廊內多回路電纜共同敷設時，上式中電纜的發熱量P發計算公式：

式中：P發為電力電纜發熱量，W；K為電流參差系數，取K=0.85；n為電纜回路數，取N=24回；n為電纜芯數，取n=3；I為電纜的計算負荷電流，取I=400A；Pt為電纜運行時平均溫度為60℃時的電纜芯電阻率，銅芯為0.020Ω·mm2/m；L為通風分區的長度，取L=200m；S為電纜芯截面積，取S=400mm2。

通過公式（1）和公式（2）可得，Q散=25316m3/h，對應通風次數為6次/h。工程實例中散熱所需通風量略低于事故風量，遠高于正常通風量。為保證廊內通風系統滿足各種工況需求，設計通風量按事故通風量即Q=25440m3/h確定。

1.2 設計風壓的確定

風量和風壓是風機選型依據的最主要參數。目前，國內綜合管廊通風系統設計中主要對風量進行科學計算且依靠經驗或粗略估算風壓，但實際上選擇過大的風壓易造成風機的過量運行，損壞電機，產生過大噪聲；選擇過小的風壓易造成風機的風量不足，達不到需求的通風效果。因此，設計風壓的計算是綜合管廊通風系統中重要的一環。

綜合管廊通風系統的壓力損失由沿程壓力損失（摩擦壓力損失）及局部壓力損失兩部分構成。

（1）沿程壓力損失。綜合管廊一般利用本體作為通風通道，沿程壓力損失計算時可將其簡化為相同截面的混凝土風道。由于廊內風速一般不大，該工程實例ΔP沿程=0.093Pa，實際工程設計中一般可忽略不計。

（2）局部壓力損失。局部壓力損失主要集中在進排風口風亭、防火閥、風道突然漸縮漸擴處，具體應結合通風節點的設置分析，工程實例的簡化通風計算系統圖如圖1所示。

圖1 綜合管廊簡化通風計算系統圖

局部壓力損失可按下列公式計算：

式中：Z為局部壓力損失，Pa；ζ為局部阻力系數，可參考《綜合管廊通風設施設計與施工》（17GL701）及《簡明通風設計手冊》；v為空氣流速，m/s，以局部壓力損失所在位置的風速計算；P為空氣密度，1.27kg/m3。

由上述簡化通風計算系統圖及公式（3）可得，工程實例的局部損失壓力Z=443.61Pa，則理論總壓力損失為443.7Pa。考慮到廊內實際情況較簡化計算系統復雜得多，理論總壓力損失較實際損失值偏小，為保證通風效果一般取20%的富余量，則設計風壓應不小于533Pa。

2 單雙速風機選型的探討

綜合管廊風機選型時常對選用單速或雙速風機有一定爭議。工程實例中由于電纜散熱所需通風量與事故風量接近，綜合管廊正常運行時所需通風量已經較高，雙速風機的低速工況不再適用，因此選用單速風機。

對于艙室內散熱所需通風量較低或無的情況，風機選型時僅需滿足正常和事故工況，文章仍以工程實例中正常通風量和事故通風量為例進行探討，選用單雙速風機型號對比如表1所示。

表1 綜合管廊風機型號對比

單速風機可通過控制開啟時間滿足綜合管廊正常通風需求，且通過自控系統易實現上述操作。從能耗上看，單速風機除啟停頻繁對風機及電氣系統有影響外，其能耗與雙速風機接近；從通風系統運行需求上看，由于綜合管廊平時為無人狀態，風機無需時刻開啟，一般僅在人員進入檢修前或有毒有害氣體指標過高時開啟通風，而單速風機風量大、獲得同樣通風效果所需時間較雙速風機更為快捷，因此更適用于綜合管廊運行需求。

綜上所述，為保證綜合管廊通風系統的高效節能，無論是否需考慮散熱工況，均建議選用單速風機，風量以正常、事故、散熱三種工況所需通風量大致確定。

3 通風節點形式的探討

綜合管廊通風節點通常有地下式及地上式兩大類，地下式即通過控制綜合管廊覆土在3m以上，設置通風夾層將風機等設備安裝在地下的方式；地上式即通過直上直下的土建風道將風機安裝在地面以上的方式。地上式與地下式綜合管廊通風節點對比如表2所示。

表2 地上式與地下式綜合管廊通風節點對比

工程實例綜合管廊布置于道路東側20m景觀綠化帶下，由于總體對綜合管廊縱斷無特別要求而道路周邊景觀要求較高，因此選用地下式通風節點。

表3 綜合管廊實測數據

4 工程實際測量參數

工程實例中綜合管廊目前已進入運營狀態，因此選取一組通風分區，通過風速儀、分貝儀等設備對實際通風系統運行參數進行測量，具體測量數據如表3所示。

通過理論計算，進、排風口處風速為4m/s，實測為1.5m/s。經現場調研發現，綜合艙與電力艙進風口風井在實施過程中未采取有效分隔措施，導致存在漏風竄風情況，實際通風面積增大、風速減小。目前該工程周邊地塊開發、施工車輛較多，導致現場噪聲較大（約70dB），由于風口位于緊鄰道路紅線的綠化帶內，因此，實測數據受現場情況影響較正常運行時數值偏大。

綜上所述，現場實測數據雖然個別與理論數值有所偏差，但經調研及數據修正，基本與設計理論值吻合，即上述計算方法及設計方案基本合理可行。

5 結論

文章通過對綜合管廊風量及風壓的探討，提出了簡單、可行的設計風量及風壓的計算方法。綜合管廊通風一般存在風量大、風壓小（不超過1000Pa）的特點，建議選用噪聲小、安裝簡便的軸流或混流式風機。同時，風機的選型應以高效適用節能為原則，考慮到綜合管廊通風系統的特殊性，建議選用單速風機。在綜合管廊艙室較多或通風節點口部設置受限的情況下，建議選用地下式通風節點設置形式；在艙室較少或易對風亭進行景觀遮蔽的情況下，建議選用地上式通風節點設置形式。結合工程實測數據進行分析，所選風機參數基本合理，風機置于地下對噪聲有明顯削弱效果，但廊內噪聲明顯，還需進一步采取降噪隔音措施。因此，在類似工程中除采取風機本體的減震降噪等措施外，還應結合實際情況配置風機消聲器或片式消聲器等設施。