某单舱地下综合管廊通风系统设计

(山西省城乡规划设计研究院工程设计中心，山西 太原 030001)

引言

地下综合管廊(以下简称“管廊”)属于地下密闭空间，几乎没有自然通风条件，为使管廊内管线安全运行，保障管廊巡检人员的安全，需对管廊进行通风，同时若管廊内发生火灾，气体灭火后通风系统需及时排除管廊内的烟气及气体灭火剂。现以山西省晋中市某县县城主干道下某单舱管廊为例，对管廊通风系统设计进行探讨。

1 工程概况

拟建的管廊位于县城主干道下，管廊全长约为2 717 m，管廊设置于北侧侧分带下，与道路中心线平行布置，管廊顶覆土厚度约为3.0 m。

管廊断面形式为单舱式，舱内设电力电缆、通信线缆、给水管道及预留再生水管道。给水管道位于舱室北侧上部，管顶距顶板800 mm，管外距外墙400 mm，预留再生水管位于给水管下，距离管底地面1 000 mm，电力通信排架位于管廊南侧。管廊内径尺寸为2 600 mm×2 900 mm(H)，外径尺寸为3 400 mm×3 700 mm(H)。管廊断面及布置如图1和图2所示。

图1 管廊横断面图

2 通风方式确定及通风系统构成

管廊通风方式主要有机械排风与自然进风、机械排风+机械进风。考虑到管廊需要在短时间内排除有毒有害气体，该工程采用机械排风+机械进风方式。管廊内每个防火分区为一个通风分区，防火分区内设独立的通风系统，各分区端部由防火墙、防火门隔开。防火分区按≤200 m进行划分。

图2 道路管线布置横断面图

通风系统由通风风口、风道、通风机、防火阀等构成。

3 通风量计算

通风量主要包括正常通风量和事故通风量，其中正常通风量计算方法主要有换气次数法和余热量计算法，事故通风量采用换气次数法，详细计算过程如下。防火分区长度均按200 m计算。

3.1 换气次数法计算通风量

根据GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》中7.2.2条“正常通风换气次数不应<2次/h，事故通风换气次数不应<6次/h”，进行换气次数通风量计算，见表1。

表1 换气次数法通风量计算

3.2 余热量计算法计算的正常通风量

3.2.1 余热量计算

管廊内主要散热源为：电缆散热量Q1、送排风风机发热量Q2、排水泵发热量、照明配电等散热量，由于排水泵、照明、配电散热量较小，简化计算时不予考虑。此外再生水管道、给水管道传热热损失不稳定且不易计算，该工程未予以考虑。另需考虑折减通过管廊内壁的散热量Q3。以下均以夏季为最不利工况进行计算。

(1)电缆散热量

管廊内共有12根10 kV三芯电缆，截面面积为300 mm2，载流量为300 A，计算见式(1)：

PR=nI2ρtL/S

(1)

式中，PR——电缆热损失功率，W；

n——电缆芯数；

I——计算负荷电流，A；

S——缆芯截面积，mm2；

L——电缆长度，m；

ρt——电缆运行平均温度下的芯电阻率，ρt=ρo(1+at)。

代入数值，则ρt=ρo(1+at)=0.016 5×(1+0.003 93×70)=0.021 04，PR=3×3002×0.021 04×200/300=3 787.2 W。

12根电缆电流参差系数取0.9，故总热损失功率为：Q1=12×0.9×3 787.2=40 901.76 W。

(2)风机发热量

进、排风机风机发热量Q2经试算后均取3 kW。

(3)管廊内壁散热量计算

管廊内壁散热量计算见式(2)：

Q3=KFΔt

(2)

式中，K——管廊内壁向土壤的平均传热系数，可取K=0.22 W/(m2·K)；F——管廊内壁传热面积，F=2 200 m2；Δt——管廊内空气平均温度与土壤平均温度的差值，Δt=38-18=20 ℃。

则Q3=KFΔt=0.22×2 200×20=9 680 W，

余热量为：ΔQ=Q1+Q2-Q3=40 901.76+3 000+3 000-9 680=37 221.76 W

3.2.2 通风量计算

管廊通风量计算见式(3)：

L=ΔQ/0.337×(tmax-tf)

(3)

式中，ΔQ——舱室内余热量。

舱室内允许最高温度tmax为38 ℃，夏季通风计算温度tf为26 ℃，带入数值得L为9 204.19 m3/h。

3.3 管廊通风计算量确定

两种计算方法比较后取大值可得，正常通风量为9 204.19 m3/h，事故通风量为9 048 m3/h。

4 风压损失计算

经计算，管道及电缆占管廊横断面面积比约为15%，故管廊通风净截面积为：7.54×(1-15%)=6.409 m2。

正常通风量为9 204.19 m3/h，比摩阻为0.004 Pa/m，200 m管廊内总阻力约为0.8 Pa，风亭及其他部分总阻力约为100 Pa。故正常通风工况下风压总损失为100.8 Pa。事故工况下风压损失与正常工况下风压损失基本相同。

5 风机选型

风机选型时风量富裕率取10%，风压富裕率取20%。

风机风量为：9 204.19×1.1=10 124.61 m3/h。

风机风压为：100.8×1.2=120.96 Pa。

进排风风机选用HTF(B)-ⅡNo5.5 A，Q=11 289/8 258 m3/h，H=548/213 Pa,N=3 kW/1.1 kW。

进排风风机及附属设备均选用先进高效节能设备。

为保证气体灭火后的排风，进、排风口处均设置电动防火阀，风机及电动阀门均能手动、电动启闭。

6 进排风亭的设计

管廊进排风亭均布置在绿化带内，每个风亭设置两个风口，尺寸均为1 000 mm×500 mm，风口均设置防水百叶、防鼠金属网，网孔净尺寸为10 mm，防雨百叶底距地面为0.5 m。

7 通风系统工艺控制

通风机及风口布置如图3所示。送排风机及附属设备采用现场手动及远程监控两级控制。正常状态下，管廊内空气平均温度<38 ℃，各防火分区两端防火门常闭，送排风机关闭；其他状况如图3所示。

图3 通风机及风口布置示意图

7.1 排除余热与余湿工况

当管廊某个防火分区温度≥38 ℃时，由监控中心自动启动该分区的送排风机通风，以消除管廊内余热；待该区温度≤35 ℃，自动关闭送排风机；当管廊内空气湿度>80%时，开启风机，<60%时，关闭风机。管廊内正常空气含氧量为20.9%，当管廊内空气的含氧量<19.5%时,开启风机，>20%时，关闭风机。

7.2 巡视检修工况

当巡检人员进入管廊时，在进入管廊前1 h先开启进入区段的送排风机，进行通风换气，以确保工作人员的健康与安全。

7.3 火灾工况

当某个防火分区发生火灾时，控制系统自动关闭该区及相邻防火分区的送排风机及电动风阀(平时常开)，采取隔氧灭火。确认火灾结束0.5 h后，开启进排风口电动风阀及送排风机进行机械排烟(风)，恢复正常后，转入正常通风工况。当管廊内温度>280 ℃，防火阀熔断关闭，信号传至监控中心，同时连锁关闭相应的送排风机。火灾发生时所有通风机停止运行。

8 结语

以某县城管廊通风系统为例,概述了管廊通风系统通风量和风压损失的计算方法，对管廊通风系统设计及控制与运行策略进行了分析与讨论。