城市綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

城市綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計TOC\o"1-1"\h\uHYPERLINK\l_Toc194511

綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)功能

綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)功能綜合管廊內(nèi)空間屬于地下封閉空間，通風(fēng)條件差。為保證管廊內(nèi)各種市政管線在適宜的環(huán)境中正常運行，保證進入管廊巡視的維護人員在安全衛(wèi)生的環(huán)境中工作，需要對管廊進行通風(fēng)換氣，以排除其內(nèi)部廢氣、余熱。當(dāng)管廊內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)能協(xié)助控制火勢蔓延。在火災(zāi)后，通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)能及時排除管廊內(nèi)積聚的有毒煙氣。綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)的主要功能包括以下幾個方面：1)

保證及時排出管廊內(nèi)各種管線的余熱，控制管廊內(nèi)的溫度最高不超過40℃；2)控制燃?xì)馀搩?nèi)天然氣濃度在其爆炸下限濃度值(體積分?jǐn)?shù))的20％以內(nèi)；3)控制污水艙內(nèi)H2S，CH4氣體濃度不超過環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)定值；4)為檢修人員提供適量的新鮮空氣，保證氧氣體積分?jǐn)?shù)不低于19.5％；5)發(fā)生事故時能實現(xiàn)密閉滅火，并實現(xiàn)滅火后的強制通風(fēng)排煙，為后續(xù)工程搶修人員提供符合要求的內(nèi)部空氣環(huán)境。2

綜合管廊通風(fēng)設(shè)計原則2.1

通風(fēng)方式選擇GB50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》第7.2.1條規(guī)定：“綜合管廊宜采用自然進風(fēng)和機械排風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)方式。天然氣管道艙和含有污水管道的艙室應(yīng)采用機械進、排風(fēng)的通風(fēng)方式”。因此，燃?xì)馀?、污水艙采用“機械進+機械排”的通風(fēng)方式，其他艙室可根據(jù)工程的具體情況確定通風(fēng)方式，推薦采用“自然進+機械排”或“機械進+機械排”的通風(fēng)方式。2.2

通風(fēng)區(qū)間設(shè)置綜合管廊中2個相鄰的通風(fēng)口之間形成1個完整的通風(fēng)區(qū)間。由于綜合管廊長度一般在數(shù)KM左右，作為管廊通風(fēng)，不可能只劃分為1個通風(fēng)區(qū)間。規(guī)范中對綜合管廊通風(fēng)區(qū)間的長度未作具體要求，但在實際工程中，通風(fēng)區(qū)間的長度主要受限于通風(fēng)口的位置，而通風(fēng)口位置又受限于地面風(fēng)亭的位置，需根據(jù)項目情況具體確定。此外，通風(fēng)區(qū)間越長，通風(fēng)量越大，管廊內(nèi)的斷面風(fēng)速越大。過大的斷面風(fēng)速不利于巡檢人員進入管廊內(nèi)進行巡視、檢修等活動，且隨著斷面風(fēng)速的增大，通風(fēng)系統(tǒng)的阻力也將增大。出于安全、節(jié)能的考慮，并保證通風(fēng)效果，通風(fēng)區(qū)間不宜過長；有條件時通風(fēng)區(qū)間應(yīng)按防火分區(qū)設(shè)置；在地面風(fēng)亭的位置受限嚴(yán)重時，也可以將多個防火分區(qū)合并為1個通風(fēng)區(qū)間設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)。2.3通風(fēng)系統(tǒng)組成綜合管廊的每個艙室設(shè)置通風(fēng)區(qū)間，每個通風(fēng)區(qū)間設(shè)置獨立的通風(fēng)系統(tǒng)。各通風(fēng)系統(tǒng)包括通風(fēng)口、風(fēng)道、風(fēng)機、防火閥等。3

各艙室通風(fēng)量計算GB50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》第7.2.2條對綜合管廊通風(fēng)量計算進行了規(guī)定。此外，綜合管廊通風(fēng)量計算還需考慮排除管廊內(nèi)各種管線散發(fā)的余熱，最終設(shè)計風(fēng)量應(yīng)按兩者中的較大值確定。綜合管廊內(nèi)的余熱量來源主要有：電力電纜的發(fā)熱量；熱力管線(熱水管、蒸汽管)的發(fā)熱量；3)

管廊內(nèi)的燈具、水泵、風(fēng)機(只計算送風(fēng)機)、配電柜等設(shè)備的發(fā)熱量。在綜合管廊中，燈具、水泵、送風(fēng)機、配電柜等設(shè)備發(fā)熱量一般較小，且一般均為間歇性開啟，工程設(shè)計時可以忽略。因此，應(yīng)主要考慮電力電纜、熱力管線的發(fā)熱量。3.1

電力艙通風(fēng)量計算3.1.1電纜的散熱量計算1條芯(不包括不載流的中性線和PE線)電纜的熱損失功率為式中qR為1條電纜的熱損失功率，W/m；n為1條電纜的芯數(shù)；I為1條電纜的允許持續(xù)載流量，A；σ為電纜運行時平均溫度為60℃時的電纜芯電阻率，對于鋁芯電纜為3.3×10-8Ω·m，對于銅芯電纜為2.0×10-8Ω·m；A為電纜芯截面積，m2。綜合管廊(電力艙)內(nèi)N條n芯(不包括不載流的中性線和PE線)電纜的熱損失功率為式中Q1為電纜的熱損失功率，kW；K0為同時使用系數(shù)，可取0.60～0.95，當(dāng)艙內(nèi)電纜較多時取下限，艙內(nèi)電纜較少時取上限；L為電纜長度，m；qRi為第i條電纜的熱損失功率，W/m。由于電流通過電纜的損失基本轉(zhuǎn)換為熱量散發(fā)到管廊中，電纜的熱損失功率可以看作電纜的散熱量。需要注意的是，在實際運行時，電纜的允許持續(xù)載流量應(yīng)按照敷設(shè)條件、環(huán)境溫度、排列方式、電纜間距、護層接地方式等因素進行修正，切不可按照電氣相關(guān)手冊的電纜允許載流量作為計算輸入條件，有條件時應(yīng)由電纜的管線設(shè)計單位提供電纜的載流量；同時，考慮到電力電纜供電的區(qū)域存在雙回路供電、不同供電區(qū)域的用電高峰出現(xiàn)的時間差異等因素，某個供電回路出現(xiàn)滿載的可能性非常低，而電力艙內(nèi)所有電力電纜同時出現(xiàn)滿載的可能性更低，因此必須考慮一定的同時使用系數(shù)。3.1.2排除余熱所需的通風(fēng)量計算式中G為所需通風(fēng)量，m3/h；c為空氣比熱容，取1.01kJ/(kg·℃)；ρ為空氣平均密度，kg/m3；tp為排風(fēng)溫度，排熱工況取40℃，巡視工況取35℃；tj為進風(fēng)溫度，℃，按當(dāng)?shù)叵募臼彝馔L(fēng)計算干球溫度進行取值。如果考慮艙室內(nèi)的部分熱量通過側(cè)壁和底板(頂板)傳遞給土壤，通風(fēng)量可以減少?？紤]土壤傳熱后，每個通風(fēng)區(qū)間排除余熱所需的通風(fēng)量計算公式為式中Q0為艙室通過側(cè)壁和底板(頂板)傳遞給土壤的熱量，kW。Q0精確的計算方法可參照GB50038—2005《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》無恒溫要求的防空地下室圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量計算方法，本文采用下式簡化計算：式中K為管廊側(cè)壁和底板(頂板)向土壤的平均傳熱系數(shù)，W/(m2·K)，綜合管廊可取0.20W/(m2·K)；F為管廊側(cè)壁和底板(頂板)向土壤的傳熱面積，m2；Δt為管廊內(nèi)空氣與側(cè)壁(底板)表面平均溫差，℃。通過式(3)計算得到的通風(fēng)量較大，電纜的散熱量全部由通風(fēng)系統(tǒng)排除；式(4)考慮電力艙側(cè)壁和底板(頂板)向土壤的傳熱，排除艙內(nèi)余熱的通風(fēng)量相應(yīng)減少。3.1.3

設(shè)計通風(fēng)量的確定電力艙通風(fēng)量除了應(yīng)滿足排除艙內(nèi)余熱的通風(fēng)量要求之外，還需符合規(guī)范規(guī)定的正常和事故通風(fēng)換氣次數(shù)，取二者中較大值作為設(shè)計通風(fēng)量。3.2熱力艙通風(fēng)量計算熱力艙(或含有熱力管道的艙室)中的熱力管道主要包括熱水管道、蒸汽管道等。GB

50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》第6.5.3條規(guī)定“管道及附件保溫結(jié)構(gòu)的表面溫度不得超過50

℃”。該溫度低于CJJ34—2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》第11.1.3條規(guī)定的60

℃，在確定熱力管道的保溫材料厚度時需注意。3.2.1熱力管道的散熱損失計算熱力管道在管廊內(nèi)一般為架空敷設(shè)，管道表面單位面積的散熱損失計算公式為熱力管道的散熱損失為式(6)，(7)中

q為熱力管道表面單位面積的散熱損失，W/m2；to為熱力管道的外表面溫度，℃；ta為熱力管道艙內(nèi)的環(huán)境溫度，℃；λ為保溫材料在平均使用溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；D1為熱力管道保溫層的外徑(直徑)，m；D0為熱力管道的外徑(直徑)，m；αs為保溫層外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K)；L1為熱力管道的長度，m；Q2為熱力管道的散熱損失，kW。3.2.2排除余熱所需的通風(fēng)量計算艙室內(nèi)余熱全部由通風(fēng)排除，通風(fēng)量計算公式為如果考慮艙室內(nèi)的部分熱量通過艙壁和底板傳遞給土壤，通風(fēng)量可以減少，其通風(fēng)量計算公式為3.2.3設(shè)計通風(fēng)量確定熱力艙通風(fēng)量除了應(yīng)滿足排除艙內(nèi)余熱的通風(fēng)量要求之外，還需符合規(guī)范規(guī)定的正常和事故通風(fēng)換氣次數(shù)，取二者中較大值作為設(shè)計通風(fēng)量。3.3污水艙、燃?xì)馀撏L(fēng)量計算污水艙、燃?xì)馀摰耐L(fēng)量應(yīng)根據(jù)艙室斷面尺寸、通風(fēng)區(qū)間長度、規(guī)范規(guī)定的正常和事故通風(fēng)換氣次數(shù)要求確定。4

通風(fēng)設(shè)備選型根據(jù)各艙室通風(fēng)量計算結(jié)果，進行設(shè)備選型，但應(yīng)注意以下幾點：1)考慮到電力艙等艙室發(fā)生火災(zāi)時，密閉滅火時自動關(guān)閉風(fēng)機及閥門、火災(zāi)后開啟風(fēng)機及風(fēng)閥排煙的要求，上述艙室的排風(fēng)機應(yīng)采用耐高溫排煙風(fēng)機，排風(fēng)機入口閥門應(yīng)采用動作溫度為280℃的電動排煙防火閥，送風(fēng)機出口閥門應(yīng)采用動作溫度為70℃的電動防火閥。2)考慮到燃?xì)馀撌鹿释L(fēng)工況對風(fēng)機、風(fēng)閥的要求，送、排風(fēng)風(fēng)機及防火閥等附件均應(yīng)采用防爆型。3)為節(jié)省造價，除燃?xì)馀撏猓髋撌业耐L(fēng)機可以根據(jù)排除余熱的通風(fēng)量、正常和事故通風(fēng)量中的較大值進行選型，實際運行中，正常通風(fēng)時的換氣次數(shù)2h-1可通過控制通風(fēng)機的運行時間達到設(shè)計要求。4)燃?xì)馀撏L(fēng)機可選用2臺通風(fēng)機，正常通風(fēng)時互為備用，單臺風(fēng)機的風(fēng)量按換氣次數(shù)6h-1確定；也可選用1臺雙速風(fēng)機，高擋風(fēng)量按換氣次數(shù)12h-1確定，低擋風(fēng)量滿足正常通風(fēng)換氣次數(shù)6h-1要求。5

通風(fēng)口布置相鄰2個通風(fēng)區(qū)間的通風(fēng)機房宜集中布置，管廊內(nèi)的風(fēng)口、逃生口等集中布置在防火墻兩側(cè)，配電間在通風(fēng)機房的兩側(cè)設(shè)置；通風(fēng)口在豎直方向上一般設(shè)置在管廊標(biāo)準(zhǔn)段上方的覆土內(nèi)，在水平位置上應(yīng)結(jié)合風(fēng)亭位置設(shè)置，一般布置在道路一側(cè)的綠化帶下方。風(fēng)亭百葉的面積應(yīng)滿足通風(fēng)系統(tǒng)的要求，計算式如下：式中

At為風(fēng)亭百葉的面積，m2；Gm為通過百葉的最大通風(fēng)量，m3/h；v為百葉風(fēng)速，m/s，一般取5m/s；k為百葉的有效面積系數(shù)，取0.5。6

控制與運行策略6.1控制策略綜合管廊應(yīng)設(shè)置環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，并對各艙室內(nèi)的溫度、濕度、含氧量等參數(shù)進行檢測，燃?xì)馀撨€要設(shè)置燃?xì)庑孤﹫缶?，以便控制通風(fēng)系統(tǒng)的運行，通風(fēng)設(shè)備控制方式宜采用就地手動、就地自動和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的方式。6.2運行策略1)

正常通風(fēng)工況：采用間歇運行的方式，既滿足衛(wèi)生要求又節(jié)能。2)

巡視檢修工況：為了安全考慮，在巡檢人員進入綜合管廊前，需提前啟動通風(fēng)系統(tǒng)，以保證管廊內(nèi)溫度、濕度、含氧量達到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。3)

高溫報警工況：當(dāng)艙室內(nèi)任一通風(fēng)區(qū)間的空氣溫度超過設(shè)定值(40℃)時，溫度報警控制器發(fā)出報警信號，同時立即聯(lián)動啟動該通風(fēng)區(qū)間的通風(fēng)設(shè)備進行強制換氣降溫。4)

事故通風(fēng)工況：燃?xì)馀搩?nèi)設(shè)有可燃?xì)怏w探測報警系統(tǒng)，且與燃?xì)馀撌鹿释L(fēng)系統(tǒng)連鎖。當(dāng)艙室內(nèi)任一通風(fēng)區(qū)間的天然氣濃度大于其爆炸下限濃度值(體積分?jǐn)?shù))的20%時，可燃?xì)怏w報警控制器發(fā)出報警信號，同時立即聯(lián)動啟用事故段分區(qū)及其相鄰分區(qū)的事故通風(fēng)設(shè)備進行強制換氣。5)

有害氣體報警工況：含有污水管道的艙室內(nèi)設(shè)有H2S，CH4氣體探測報警系統(tǒng)，當(dāng)艙室內(nèi)任一通風(fēng)區(qū)間的H2S，CH4濃度超過設(shè)定值時，氣體報警控制器發(fā)出報警信號，同時立即聯(lián)動啟動該通風(fēng)區(qū)間的通風(fēng)設(shè)備進行強制換氣。6)

火災(zāi)后通風(fēng)工況：當(dāng)艙室內(nèi)任一防火區(qū)段發(fā)生火災(zāi)時，消防聯(lián)動控制器立即聯(lián)動關(guān)閉發(fā)生火災(zāi)的防火區(qū)段及其相鄰分區(qū)的通風(fēng)設(shè)備及電動防火閥，以確保該防火區(qū)段的密閉；待確認(rèn)火災(zāi)熄滅并冷卻后，重新打開該防火區(qū)段的電動防火閥及通風(fēng)設(shè)備，進行火災(zāi)后通風(fēng)，排除火災(zāi)后殘余的有毒煙氣，以便工作人員火災(zāi)后進入管廊進行清理工作。7工程實例分析包頭市某綜合管廊工程全長約12.15km，取其中某段長度為1.60km的管廊作分析，其標(biāo)準(zhǔn)段斷面見圖1，擬容納的管線包括110kV高壓電纜(8回)、10kV電力(12回)、信息(22孔)、熱力(2×DN700)、給水(DN600)、中水(DN600)、污水(DN1200)、燃?xì)?DN315)等管線，擬布置于道路紅線外南側(cè)綠化帶中。各艙室通風(fēng)區(qū)間參數(shù)見表1。7.1

通風(fēng)量計算7.1.1

計算條件1)熱水管道運行溫度為110℃，鋼管外徑為DN720×8(共2根)，保溫材料為離心玻璃棉，厚度為140mm，相關(guān)參數(shù)為：ta=40℃，D0=720mm，D1=1000mm，λ=0.0446W/(m·K)，αs=11.63W/(m2·K)；艙室內(nèi)夏季的環(huán)境溫度為35.5℃，進風(fēng)溫度取當(dāng)?shù)叵募臼彝馔L(fēng)計算干球溫度27.4℃，排風(fēng)溫度為40℃。2)10kV電纜(12回)采用三芯電纜(銅芯)，允許持續(xù)載流量為350A，電纜的截面積為300mm2；110kV電纜(8回)采用三根單芯電纜呈品字形配置(銅芯)，允許持續(xù)載流量為420A，電纜的截面積為630mm2。3)采用簡化計算方法、考慮夏季艙室通過艙壁和底板(頂板)傳遞給土壤的熱量時，需要確定與土壤直接接觸的艙室側(cè)壁和底板(頂板)的表面平均溫度，根據(jù)以往工程經(jīng)驗取21.5℃，Δt=14℃。7.1.2計算結(jié)果將上述參數(shù)代入式(1)～(9)，計算得到單根DN700熱水管道的散熱損失為19.8W/m2，綜合艙(含熱力管道)艙壁和底板傳遞給土壤的熱量為8512W，排除余熱所需通風(fēng)量為9003m3/h，校核換氣次數(shù)要求，可得到設(shè)計通風(fēng)量為33744m3/h。對于電力艙，按電纜的允許持續(xù)載流量計算，則10kV三芯電纜單位長度的熱損失功率為24.5W/m，110kV單芯電纜單位長度的熱損失功率為5.6W/m，同時使用系數(shù)取0.70，電力艙單個通風(fēng)區(qū)間內(nèi)的電纜總發(fā)熱量為119.95kW，通過艙壁和底板傳遞給土壤的熱量為5.82kW。各艙室的通風(fēng)量計算結(jié)果見表2。7.2

設(shè)備選型該工程采用機械進風(fēng)+機械排風(fēng)的通風(fēng)方式，各艙室通風(fēng)機選型見表3。7.3

風(fēng)亭百葉面積