城市综合管廊防结露问题探讨

沈　鑫

[上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司, 上海　200092]

0　引　言

城市综合管廊是指建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施,将给水、雨水、污水、再生水、天然气、热力、电力、通信等市政公用管线集中敷设在城市道路地下空间的同一构筑物内,实施市政公用管线的统一规划、统一建设、统一管理,从而实现城市道路地下空间的综合开发利用和市政公用管线的集约化建设和管理。目前,随着我国国家政策的大力支持,各主要城市都在快速推进城市综合管廊建设。但是随着全国各地综合管廊的不断建设发展及部分已建管廊的实际运行使用,综合管廊也开始暴露出一些问题,其中结露成为困扰综合管廊的一个主要难题。

本文结合项目经验及专业知识,分析讨论城市综合管廊工程的结露问题,并提出相应的防结露建议及措施。

1　结露产生的机理

平时的“空气”实际是由干空气和一定量的水蒸气混合而成的,工程上一般称其为湿空气。在湿空气中,水蒸气的含量虽少,但其变化却对空气环境的干燥和潮湿程度产生重要影响,且使湿空气的物理性质随之变化[1]。

湿空气的含湿量d是表示湿空气中含有水蒸气量的一种度量方法,其定义为湿空气中水蒸气密度与干空气密度之比,或对应于1 kg干空气的湿空气所含有的水蒸气的量。另一个度量湿空气中水蒸气含量的间接指标是相对湿度φ,其定义为湿空气的水蒸气压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气压力之比,表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。湿空气的露点温度tl定义为在含湿量不变的条件下,湿空气达到饱和时的温度。

结露是指在空气中水蒸气含量不变的条件下,随着空气温度的逐渐下降,湿空气的相对湿度会逐渐升高直至达到饱和状态,若空气温度继续下降,将会有过饱和的水蒸气从湿空气中凝结出来的现象。

2　综合管廊结露的原因分析

由结露产生的机理可知,当一定状态的湿空气与某物体表面接触时,若物体表面的温度低于湿空气的露点温度,则会产生结露现象。反之,若物体表面温度大于或等于湿空气的露点温度,则不会产生结露现象。因此,湿空气的露点温度是判断是否结露的主要依据。

由此可知,综合管廊内发生结露现象的主要原因是管廊内空气中水蒸气含量过大,使其露点温度大于管廊内四周墙壁的壁面温度和管廊内物体的表面温度,从而在以上表面发生结露现象。

管廊内部并无明显的散湿源,一般可忽略管廊内部由于自身的散湿源散湿从而增大空气中水蒸气含量的影响。导致管廊内空气中水蒸气含量增大的原因,主要有如下方面:

(1) 不合理的通风换气,将管廊外含湿量较大的空气引入管廊内。

(2) 管廊本体防水处理不当,导致管廊外的水通过变形缝等渗入管廊内部,水蒸发后进入管廊内空气中。

(3) 管廊内排水明沟坡度设置不当,无法将管道检修等泄水排至集水坑及时排走,从而导致地面长期积水,水蒸发后进入管廊内空气中。

(4) 通风口等节点设置不当,导致在不启动风机进行通风换气的情况下,也能在室外风压等作用下将室外湿度较大的空气倒灌入管廊内。

3　综合管廊结露的主要危害

综合管廊内发生的结露现象对综合管廊的危害是巨大的。

(1) 综合管廊内根据各个舱室的不同类型,某些舱室内会设置诸如火灾自动报警系统、自动灭火系统等附属设施。若在以上设施的感烟探头、超细干粉灭火器等表面发生结露现场,产生的凝结水将会锈蚀甚至损坏其设备,为此不但会造成重大经济损失,同时也会给综合管廊埋下安全隐患。

(2) 综合管廊内的电气控制柜、照明灯具等也会受到结露产生的凝结水侵蚀,造成其损坏或控制失灵。

(3) 结露产生的凝结水会腐蚀管廊内部敷设的管道及支吊架等,使其锈蚀,影响其使用寿命。

(4) 管廊本体四周壁面发生的结露现场也会影响其结构耐久性,进而影响管廊本体的使用寿命。

4　综合管廊防结露的主要措施分析

4.1　防结露的主要措施

通过分析结露产生的机理,发现防止结露现象发生的主要措施可以从两个方面入手:一是提高物体表面的温度,使其高于空气的露点温度;二是降低空气的露点温度。

(1) 提高物体表面温度的防结露措施主要有:通过保温措施增加冷管道、设备、墙体等与空气接触的外表面温度;提高室内空气温度,从而相应提高室内物体表面的温度;增加电伴热等措施。

(2) 降低空气露点温度的措施主要有:通过除湿机、除湿剂等除去空气中的水分,使其含湿量降低,同时降低其露点温度;当室外空气的含湿量较低时,尽量通入干燥的室外空气,以含湿量较低的室外空气置换含湿量较高的室内空气,从而达到除湿的目的。

4.2　综合管廊的防结露措施

由以上分析可知,除去设计及施工不当等因素,管廊内结露的主要原因是不合理的通风换气,将管廊外含湿量较大的空气引入管廊内,从而增加管廊内空气的含湿量;相反地,如果合理地组织通风换气,通入室外干燥的空气置换管廊内潮湿的空气,则可降低管廊内空气的含湿量,从而达到除湿的目的。因此,合理的组织通风换气是综合管廊防结露的关键。

4.2.1管廊内外环境空气状态参数分析

综合管廊内一般设有温度、湿度等环境参数检测仪表。但是,简单地测量管廊内外环境空气的干球温度及相对湿度,并不能直接判断综合管廊内外环境空气中含湿量的大小,甚至有时还会给现场运行维护人员造成一种错觉,发生综合管廊内越通风越湿的现象。管廊内外环境空气状态焓湿图如图1所示。

图1　管廊内外环境空气状态焓湿图

图1中,假设A点(tA=19 ℃,φA=85%)为综合管廊内空气状态点,若室外空气状态点为B(tB=32 ℃,φB=55%,tlB=21.5 ℃),此时管廊外空气的相对湿度小于管廊内空气的相对湿度(φB<φA),如果此时通风,由于dB>dA,不但不能降低管廊内空气的湿度,反而因为tAtlC,如果此时通风,综合管廊内不但不会结露,而且通过通风系统的作用以含湿量较低的管廊外空气置换含湿量较高的管廊内空气,从而达到为管廊内除湿的目的。

因此,通过合理的组织通风换气而控制管廊内的湿度,以达到防结露的目的,需要已知以下空气状态参数:管廊内空气干湿球温度(相对湿度)、含湿量,管廊外空气干湿球温度(相对湿度)、含湿量及露点温度。

工程上,一般用干湿球温度计测量空气的干湿球温度,空气的含湿量、露点温度等不易直接测量,一般可通过计算机编程计算得到。

4.2.2基于防结露的综合管廊通风系统控制模式

基于以上分析,在综合管廊内外设置温/湿度传感器,测得管廊内外环境空气的温度及相对湿度(有条件时还应测得管廊内贴土壤外墙的内表面温度,由于土壤的传热作用,贴土壤外墙的内表面温度可能略低于管廊内空气温度),从而确定管廊内外环境空气的状态,然后通过提前编制的计算机程序计算得到管廊内外环境空气的含湿量及露点温度,再通过含湿量及露点温度的对比分析,确定基于防结露的综合管廊通风系统控制模式:

(1) 当室外环境空气的露点温度高于管廊内空气的干球温度时,一般不能通风,若此时通风,将会在管廊内发生结露现象。

(2) 当室外环境空气的露点温度低于管廊内空气的干球温度,但室外环境空气的含湿量大于管廊内空气的含湿量时,一般也不宜通风,若此时通风,虽然不会在管廊内发生结露现象,但是不能降低反而会增加管廊内空气的含湿量。

(3) 当室外环境空气的露点温度低于管廊内空气的干球温度,且室外环境空气的含湿量低于管廊内空气的含湿量时,此时通风最有利,不但不会产生结露现象,而且通过通风系统的作用以含湿量较低的室外空气置换含湿量较高的室内空气,从而达到为管廊内除湿的目的。

因此,综合管廊平时通风应结合管廊内外环境空气状态参数,特别是含湿量及露点温度,通过对比分析,确定合理运行。平时在不利的管廊内外环境空气状态参数下,除特殊情况必须通风外,应尽可能避免通风换气;在管廊内空气含湿量较大且管廊外空气较干燥的时间段,要充分利用通风系统对其进行通风换气,以达到降低管廊内空气湿度的目的。

4.2.3其他辅助防结露措施

受室外气象条件的限制,一年中某些时间段很难达到防结露的通风系统控制要求,但是由于巡视检修等原因,又需要开启通风系统。此时,除了尽量减少通风系统的开启时间外,对于标准要求比较高的综合管廊,可采取如下一些辅助措施,以降低管廊内结露的可能性及其产生的危害。

(1) 加热管廊内的空气温度,以提高管廊内物体表面的温度,从而使其大于管廊外空气的露点温度。特别是对电力舱、热力舱等有内部散热源的舱室,在条件允许的前提下,应尽可能提高其室内的控制温度。

(2) 管廊内比较重要的附属设施表面采取电伴热等辅助措施,避免其表面发生结露现象。

(3) 对重要的电气设备,应尽可能放置在独立的设备间内,有条件时再在房间内设置分体空调等除湿设备,以达到防结露的目的。

(4) 管廊设计施工过程中应避免产生诸如廊体漏水、地面排水不畅、通风口室外风倒灌等先天性缺陷,从而防止发生严重的结露现象。

5　结　语

结露对综合管廊造成的危害是巨大的,应尽可能避免管廊内发生结露现象。本文从结露产生的机理出发,对综合管廊内发生结露的原因进行分析,并提出基于防结露的综合管廊通风系统控制模式。此外在条件受到限制的情况下,提出综合管廊防结露的其他辅助措施。