米倉山隧道中部地下風機房空氣除濕新風換氣系統

（甘肅紫光智能交通與控制技術有限公司，甘肅 蘭州 730010）

0 引言

四川省桃巴高速公路米倉山隧道中部地下軸流風機房設置了軸流風機安裝洞室、變配電室、高壓配電室、工作人員休息室。地下風機房隧道豎井底蓄水區域長年積水，造成空氣潮濕，空氣相對濕度90%。濕空氣通過豎井底部送風道被送入軸流風機安裝洞室及變配電設備間；送風豎井頂部進風口緊貼山體表面，山上飛沙揚塵多并進到豎井內，在隧道軸流送風機工作時，大量粉塵顆粒物會沿著豎井經豎井底部送風道流入風機房，影響設備的正常運行，如圖1。

圖1 送風豎井結構圖

為保證電氣設備不受濕氣與粉塵顆粒物的影響，延長機電設備的使用壽命，減少維修工作量及零部件的更換成本，保障工作人員的身體健康，將原軸流風機安裝洞室及變配電設備間的送、排風換氣改造成為空氣除濕新風換氣系統，以有效減少送風空氣中的相對濕度和粉塵顆粒物。

1 新風換氣系統組成

中部地下風機房空氣除濕新風換氣系統分成兩個獨立子系統，分別為S1系統和S2系統。其中，S1系統為軸流風機安裝洞室區域的新風系統；S2系統為變配電設備間及工作人員休息室的新風系統，包括A運輸通道、B變配電室、C高壓配電室、D人行通道、E休息室五個部分。S1、S2兩個新風子系統均通過布置在右洞送風機進風道的引風口，從送風豎井引入新風，并通過送風道將新風輸送到各室，再通過排風道從開設在左排風機排風道的排風口排往豎井。

2 新風換氣量計算

根據GB 50736-2012、GB 50019-2015標準，按JTG/TD70/2-02-2014《公路隧道通風設計細則》換氣要求，隧道空間最小換氣頻率不應低于每小時3次。S1新風系統的換氣頻率設定為每小時3次；S2新風系統工作人員休息室的換氣頻率設定為每小時6次，其他各室的換氣頻率設定為每小時3次。

2.1 S1新風系統換氣量計算

S1 新風系統以橋式起重機下方為有效的換氣空間，其截面積92.5m2，有效工作長度90m，S1新風系統換氣量=92.5m2*90m*3/h=24975m3/h=6.94m3/s。

2.2 S2新風系統換氣量計算

A運輸通道：其截面積與S1截面積相等，為82.5m2，有效工作長度38.1m，換氣量=92.5m2*38.1m*3/h=10573m3/h=2.94m3/s；

B變配電室、C高壓配電室、D人行通道、E休息室的洞室截面積均為59.3m2，

B變配電室：有效工作長度14.7m，換氣量=59.3m2*14.7m*3/h=2615m3/h=0.726m3/s；

C高壓配電室：有效工作長度9.3m，換氣量=59.3m2*9.3m*3/h=1654.5m3/h=0.460m3/s；

D人行通道：有效工作長度=2.5m，換氣量=59.3m2*2.5m*3/h=444.8m3/h=0.124m3/s；

E休息室：有效工作長度=4.5m，換氣量=59.3m2*4.5m*6/h=1601.1m3/h=0.445m3/s；

S2新風系統換氣量=2.94m3/s+0.726m3/s+0.460m3/s+0.124m3/s+0.445m3/s=4.695m3/s。

表1給出了中部地下風機房空氣凈化及除濕新風換氣系統各區域需要的新風換氣量計算值。

表1 新風換氣量計算值

3 中部地下風機房空氣凈化及除濕新風換氣系統優化方案

中部地下風機房新風換氣系統的優化方案是在原設計的軸流風機安裝洞室送、排風換氣設施基礎上，在空氣被送入軸流風機安裝洞室及變配電設備間之前，于換氣系統前端加裝空氣除濕系統及配套裝置，對原設計送排風結構方案進行調整，優化通風管道尺寸布置及走向；同時，由于優化后的系統通風阻力發生變化，對原設計方案中的2臺防爆型軸流送風機和1臺防爆型軸流排風機同時進行優化。

由于空氣除濕新風換氣系統的設備體積和重量較大，因此需較大的安裝空間，這種安裝方式也有利于設備檢修維護及ESP空氣凈化系統的清洗。經過現場實際測量，在新風系統優化方案中，將空氣除濕系統落地安裝在中部地下風機房運輸通道到軸流風機安裝室之間的空地上，同時將2臺防爆型軸流送風機的安裝位置從原設計方案中的懸空安裝移置到地面安裝，對相應的送風管道重新優化布置。

空氣除濕新風換氣系統優化方案充分考慮了行車立柱、檢修爬梯、檢修平臺所需安裝空間等影響因素。

4 新風換氣系統通風阻力計算

中部地下風機房新風換氣系統各子系統的通風阻力分別計算。S1系統的送風道主管路截面尺寸為1m*0.63m，送風口尺寸為0.63m*0.25m，新風換氣量為25000m3/h,；S2系統的送風道主管路截面尺寸為0.8m*0.4m，送風口尺寸為0.63m*0.25m，新風換氣量為16900m3/h。S1系統、S2系統新風換氣空氣總流動阻力分別為782Pa和642Pa。

5 空氣除濕系統

地下風機房內分兩路新風系統，其中一路是向風機安裝洞室內送風，換氣量為25000m3/h；另一路是向配電室和工作人員休息室內送風，換氣量為16900m3/h。按照送風豎井內空氣狀態，環境溫度18℃時，空氣相對濕度90%。根據GB 50019-2015及GB 50736-2012的要求，風機安裝洞室、配電室內的設備及工作人員休息室的可接受環境標準，應保持在18℃環境溫度下，空氣相對濕度不大于50%。因此，應對風機安裝洞室內及配電室和工作人員休息室內送入的相對濕度較高的空氣進行除濕處理，滿足設備運營時的防腐保護及舒適工作環境要求。

風機安裝洞室內及配電室和工作人員休息室內送入的空氣量即為除濕機應處理的空氣量。除濕機的冷負荷根據實際空氣狀態點焓值和期望達到的空氣狀態焓值確定，即：除濕冷負荷=（初始焓值-目標焓值）*1.2*風量/3600（kW）

濕空氣的焓值指濕空氣所含的絕熱量，通常以干空氣的單位質量為基準。焓用符號i表示，單位是kJ/kg干空氣。濕空氣焓值等于1kg干空氣的焓值與濕空氣中所含水蒸氣的焓值之和。濕空氣焓值計算公式：

i=1.01t+（2500+1.84t）d 或i=（1.01+1.84d）t+2500d（kJ/kg干空氣）

式中：t—環境空氣溫度，℃；d—空氣的含濕量，kg/kg干空氣；1.01—干空氣的平均定壓比熱，kJ/（kg.K）；1.84—水蒸氣的平均定壓比熱，kJ/（kg.K）；2500—0℃時水的汽化潛熱，kJ/kg。

由上式可見，（1.01+1.84d）t是隨溫度變化的熱量，即“顯熱”；而2500d則是0℃時d kg水的汽化潛熱，僅隨含濕量而變化，與溫度無關，即“潛熱”。

在大氣壓為標準大氣壓（101325Pa），環境溫度為18℃-22℃的工況下，相對濕度90%的濕空氣焓值i0=47kJ/kg，含濕量d0=11.5g/kg；相對濕度50%的濕空氣焓值i1=47kJ/kg，含濕量d1=9g/kg。由此可以計算出除濕機的除濕冷負荷及所能實現的除濕量。

風機安裝洞室內送風系統所需新風換氣量為25000m3/h，除濕冷負荷應為100kW，除濕量為77.4kg/h；配電室和工作人員休息室內送風系統所需的新風換氣總量為16900m3/h，除濕冷負荷應為67.6kW，除濕量為52.3kg/h。

除濕機的選用必須滿足在標準大氣壓及環境溫度18℃的工況下，將空氣相對濕度由90%降為50%。在濕空氣流量為25000m3/h時，除濕機的空氣流動阻力為80Pa；在濕空氣流量為16900m3/h時，除濕機的空氣流動阻力為60Pa。