谈地下城市综合管廊的通风设计

窦荣舟 刘明超 王彦祥

(天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

谈地下城市综合管廊的通风设计

窦荣舟 刘明超 王彦祥

(天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

简述了地下城市综合管廊的特点，介绍了综合管廊通风系统的几种形式，分析了自然通风、自然通风辅以无风管的诱导式通风以及机械通风的特点及适用范围，并结合实际工程，计算了每200 m防火分区的通风量。

综合管廊，通风形式，通风量

0 引言

综合管廊，从某种层面上讲，是“城市地下管线的综合廊道”，即在城市的下部空间建造一个容纳多种管线的综合廊道，将埋设在城市下部的通信、电力、燃气、雨水、污水等多种管线整合在一个廊道内，在一定范围内，分别设有专门的设备吊装口、检修通道、通风口及监测系统，实现了管线从规划、设计、建设到管理阶段的一体化。随着城市建设规模的扩大，用地资源的紧张，市政管线的复杂化，综合管廊的应用前景成为现下的研究热点，许多工程都在推进实施中[1]。

综合管廊内空间属于地下封闭空间，管廊内人员平时的检修，微生物的活动等都会造成管廊内含氧量的下降、二氧化碳的含量增加。另外管廊内电缆的散热也会产生很大的热力，因此管廊内的通风系统的设置显得尤其必要，它不仅起到了散热和排风的作用，同时在管廊遭遇火灾时，通过通风系统的关闭，使管廊内形成密闭空间控制火灾蔓延，并能在发生火灾后及时开启通风系统，及时排除火灾后的烟气，为人员进入检修营造良好的工作环境。

本文结合三亚海棠湾海榆东线市政道路(藤桥西河段至海岸大道路口段)改造工程，计算标准段防火分区的通风量。

1 综合管廊的通风形式

综合管廊的通风形式有多种，一般按照其特点和适用范围划分，主要有三种方式。

1.1 自然通风

综合管廊内的电力电缆的敷设量很大，由此运营阶段伴随着会有大量热量的产生，温度的高低影响着空气的密度，从而形成压差，根据热压作用原理，可以推算出管廊内外的压差公式如下：

ΔP=(ρw-ρn)gh。

其中，ΔP为综合管廊内外压差，Pa；h为进排风口的高差，m；ρw为管廊外的空气密度，kg/m3；ρn为管廊内的空气密度，kg/m3。

从公式中能够看出：想要提高整个系统的热压有两种方式，一种通过提高管廊内部的温度，提高内外压差，另一种是通过加高排风口的高度，提高绝对高差。从理论上来讲，当排风口的绝对高差和排风口的面积达到一定阈值时，完全可以利用自然通风的形式，将管廊内的热量排走，从而降低了设备的投资，节省了运行费用。可是它的缺点也显而易见，排风井的高度需要很高，通风分区的设置缩短，导致进、排风井的数量增大，但是现状道路的环境会更为复杂，施作的条件不大，布置难度很大，并且不能满足综合管廊内的事故后排风的要求。

1.2 自然通风辅以无风管的诱导式通风

针对自然通风的缺点，通风方式在其基础上增加以无风管方式的诱导式通风手段，即沿纵向方式按照一定距离在管廊内布置若干台诱导风机，通过诱导风机，将管廊外的空气通过自然进风口引入系统内，汇集的空气流经廊道，最终流向廊道的排风口，从而达到了管廊内外的通风效果。作为主要设备的诱导风机功率很小，一般仅为几十瓦，所以运行成本涨幅不大，但是能够很好地缓解管廊内外温差较小时，热压值偏低，自然通风不畅的现象，也避免了将排风口建设过高，布置不便，影响周围设施建设的问题。带来的影响是会造成设备的初期投资稍显增大，但是土建费用相比也在减小。

自然通风和诱导式通风都是在正常情况下才能确保正常工作，如出现极端天气，管廊内外温差过大高于40 ℃，或者氧气含量偏低，低于19%的情况，还需要配置额外通风机[2]。

1.3 机械通风

机械通风的形式分为三种：第一种方式为自然进风、机械排风；第二种为机械进风、自然排风；第三种方式为机械进风、机械排风。机械通风的优点很明显，它增加了通风分区的长度，但是由此会导致风机的选型均较大，从而造成工程投资及运行成本的增加。

综合比较以上各种通风方式，考虑在保证综合管廊的正常运营，并保证事故后能及时排除烟气、经济性等各方面，机械通风(自然进风+机械排风)是首选的通风方式。

2 综合管廊通风量的计算

综合管廊通风分区的通风量理论上可按下式计算[3]:

其中，G为通风分区的通风量，m3/s；L为通风分区的长度，m；q为综合管廊内每米电缆的发热量，kJ/m；Tj为通风进风温度，℃；Tp为通风排风温度，℃；c为空气比热，kJ/kg；ρ为空气密度，kg/m3。

3 工程实例

海棠湾海榆东线市政道路(藤桥西河段至海岸大道路口段)改造工程，建设于三亚市海棠湾，建设内容包括海榆东线(藤桥西河段至海岸大道路口段)公路市政化改造工程、青田水厂原水暗涵改造为输水管工程和建设地下综合管廊工程，其中综合管廊长度为7 669.4 m，宽5.45 m，高5 m(净宽4.55 m，净高4.0 m)。

根据地面道路侧分带的平面位置、道路路口的位置等，并结合投料口、排风井的位置，综合管廊内每个防火分区的长度各不相同并不大于200 m，意味着通风系统的长度不超过200 m。作为以下的密闭空间需设置防火分区，每一个分区则对应为一个通风分区，一个风区内至少拥有一个进风口和排风口，进风口同时可以兼作逃生孔和设备投料口，兼作逃生孔和设备投料口的排风口需设置机械排风。进、排风口和市政道路结合后，均匀布置在绿化隔离带。管廊内整体采用自然进风+机械排风的方式，用于管廊内电缆散热的排放。当管廊内出现极端条件时，如温度超过40 ℃，或氧气含量低于19%，启动排风机进行机械通风。

图1为综合管廊的标准断面图。

3.1 综合管廊内电缆发热量及通风量计算

1)单孔电缆每米发热功率的计算：

其中，q为电缆散热功率，W/(m·根)；I为通过电缆的电流；A为电缆的截断面积，m2;σ为60 ℃时的电缆电阻率，铝芯电缆电阻值为0.033×10-6Ω·m，铜芯电缆电阻值为0.020×10-6Ω·m。

本工程：10 kV电缆的电流量为552 A，电缆的截面积为300 mm2；110 kV电缆的载流量为600 A，截断面积为300 mm2。

通过计算：其中10 kV母线的发热功率为20.3 W/(m·根)；110 kV母线的发热功率为24 W/(m·根)。

2)总散热功率计算：

P=qLC1n。

其中，P为电缆总散热功率，W；L为计算电缆的长度，按照最大防火分区取200 m；C1为电缆散热损失系数，取0.90；n为电缆回程数，10 kV电缆的回路数为24回,110 kV回路数为12回。10 kV电缆发热量为87.8 kW，110 kV电缆发热量为51.8 kW。

3.2 通风量的计算和风机风量的确定

结合综合管廊通风系统的通风量计算：

其中，Qz为总散热量，139.6 kW；tp为排风温度，对排热工况取40 ℃；tj为进风温度，按照当地夏季室外通风温度进行选择，取三亚31.3 ℃。

所需通风量：G=13.2 m3/s=47 672 m3/h。

综合管廊每200 m的体积V=4.55×4.0×200=3 640 m3，换气次数为13次/h。

由上计算，管廊的通风量按照13次/h计算，为47 672 m3/h。

4 结语

1)综合管廊的通风设计和防火设计密不可分。通风设计的分区与防火分区的长度需紧密结合，并结合管廊内管道的种类合理设计通风系统。

2)综合管廊的通风系统设计是新课题，需要结合模拟软件(CFD)进行通风系统的模拟，完善综合管廊通风系统的优化。

[1] 孙 磊，刘澄波.综合管廊的消防灭火系统比较与分析[J].地下空间与工程学报，2009(3):616.

[2] 陈 虹.综合管廊的通风设计[J].制冷空调与电力机械，2003(3):43.

[3] 赵 辉.城市电力电缆综合管廊的通风设计[J].华北电力技术,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

窦荣舟(1988- )，男，助理工程师

1009-6825(2016)15-0126-03

TU834

A