某综合管廊通风系统实地测试及分析

唐宏辉，刘承东，刘雪峰

（1、广州市市政工程设计研究总院有限公司 广州510060；2、华南理工大学 广州510641）

0 引言

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［1］。随着国家相关政策的出台，各地综合管廊的建设如火如荼。

通风系统作为综合管廊的重要组成部分，在整个综合管廊中发挥着重要而关键的作用。国家规范在通风系统通风方式、通风量、控制和口部节点设计方面都做了规定，但对于综合管廊各舱室通风阻力计算并没有涉及，近年来有部分科研人员通过公式估算［2，3］和数值仿真［4，5］的方法和技术取得了一定的成果。此次通过对已建综合管廊进行实地测试及分析，得出综合管廊各舱室温度、风速以及通风阻力的特性，为后续研究开展通风系统阻力系数研究做原始数据积累。

1 测试方法

综合管廊与矿井巷道都是长直的地下封闭空间的构造，而且通风系统的设计也比较相似，而现有对于矿井巷道通风阻力的研究较多［6］，因此可以借鉴矿井巷道的相关文献，为综合管廊的研究提供思路。

综合管廊通风系统阻力系数的现场测试方案的制定，参考中华人民共和国煤炭行业标准——《矿井通风阻力测定方法：MT∕T 440-2008》［7］、《矿井巷道通风摩擦阻力系数测定方法：MT∕T 635-1996》［8］。

2 测试过程

2.1 测试地点

测试地点选在广州某已建成并运营多年的一条综合管廊某段［9］，综合管廊舱室包括管道舱和电力舱。管道舱净尺寸为2.8 m（宽）×3.1 m（高），已安装供水管、消防管、多回路低压电缆和通信电缆；电力舱净尺寸为1.65 m（宽）×3.1 m（高），安装有高压电缆，回路较少。具体实景如图1所示。

图1 综合管廊管道舱、电力舱实景Fig.1 The Real Scene of the Pipeline Cabin and Power Cabin of the Utility Tunnel

管道舱长度约200 m，通风系统采取的是中间吊装口（断面扩大处）处自然进风，两端设排风机机械排风，此次测试一半长度100 m；电力舱测试长度约100 m，通风系统采取的是一端自然进风，另一端设排风机机械排风。

2.2 测试时间

测试月份：2017 年5 月。测试开始时间：14：30。测试结束时间：17：30。

2.3 测试工具

本次测试主要用到的仪器如表1所示。

表1 测试仪器Tab.1 Test Instruments

2.4 测试计划

⑴综合管廊通风阻力测定包括管道舱、电力舱等舱室的摩擦阻力测定和局部阻力测定。

⑵实地测定测点的静压、标高、主要舱室壁面摩擦阻力、局部阻力、干球温度、湿球温度、风速等参数，以及测点间长度、舱室断面面积、周长、各类管线断面面积及周长、防火门两端静压差、各类管线摩擦阻力系数等。

2.5 测试内容

沿管廊内部每隔一段距离选取一个断面，每个断面以及进出风口需要测试的内容如下。

2.5.1 风速测试

⑴断面风速：用激光测距仪和卷尺确定每一个测点，然后用热敏风速仪和风速仪依次放置在断面各测点上，仪器要正对迎风方向，待读数稳定后，记录屏幕上的读数。

⑵通风口的风速：用热敏风速仪、风速仪依次放置在断面各测点上，仪器要正对迎风方向，待读数稳定后，记录屏幕上的读数。

2.5.2 压力测试

⑴断面静压：在进入管廊前，在外界环境下，将自制式气压测试装置的一端用橡胶管接在红油压差计的低压端，进入管廊后，用激光测距仪和卷尺确定每一个测点，然后将红油压差计水平放置，高压端用橡胶管连接到断面上，待读数稳定后，记录屏幕上的读数。

⑵相邻断面之间的压差：将压差计两端分别依次用橡胶管连接到两断面各测点的毕托管的静压出口和全压出口上，毕托管要正对迎风方向，待读数稳定后，记录屏幕上的读数。

⑶通风口的静压：将压差计两端分别依次用橡胶管连接到通风口和外界环境，待读数稳定后，记录屏幕上的读数。

2.5.3 温度、湿度测试

⑴管廊内部壁面温度：用激光测距仪和卷尺确定每一个测点，然后用红外温度计对着墙壁各测点发出的激光，待读数稳定后，记录屏幕上的读数。

⑵电缆表面温度：用红外温度计对着电缆各测点发出的激光，待读数稳定后，记录屏幕上的读数。

⑶断面温度场分布：用红外温度成像仪对断面进行拍摄扫描，将热场照片保存，并记录编号，以便后期整理。

⑷断面空气干、湿温度：用激光测距仪和卷尺确定每一个测点，然后依次将干、湿温度计放置在断面的各测点上，待读数稳定后，记录屏幕上的读数。

⑸环境参数：主要测试管廊外部环境的干、湿温度以及大气压力。

⑹通风口空气干、湿温度：依次将干、湿温度计放置在断面的各测点上，待读数稳定后，记录屏幕上的读数。

2.5.4 几何尺寸测试

⑴管廊内部尺寸测试：用卷尺将断面宽、高尺寸，各管线的尺寸以及摆放位置测试好，并拍照、作图记录，得出断面的周长和面积。

⑵通风口：测试通风口的大小、标高、布置形式，并拍照、作图记录。

2.5.5 其他内容

⑴记录相邻2个通风口的通风方式。

⑵记录各通风口风机的铭牌、型号等参数。

2.6 测点分布

对断面空气速度、压力、壁面温度、电缆温度、空气温度等测量点做相应的测点分布图，典型壁面温度测量点分布如图2所示。

图2 壁面温度测量点分布Fig.2 Distribution of Wall Temperature Measurement Points（mm）

3 测试结果

3.1 管道舱测试数据

综合管廊管道舱具体测试结果如表2～4所示。

3.2 电力舱测试数据

综合管廊电力舱具体测试结果如表5～7所示。

3.3 室外参数

测试开始时：室外环境温度25.1℃，相对湿度84.3%。测试结束时：室外环境温度25.6℃，相对湿度78.9%。

表2 管道舱壁面温度Tab.2 Temperature of Pipeline Bulkhead （℃）

表3 管道舱进出风口风速、温度、湿度Tab.3 Wind Speed，Temperature and Humidity of the Air Inlet and Outlet of the Pipeline Cabin

表4 管道舱进、出风口段局部阻力损失Tab.4 Local Resistance Loss in the Inlet and Outlet Sections of Pipeline Cabin（Pa）

表5 电力舱壁面温度Tab.5 Temperature of Power Bulkhead （℃）

4 分析评价

由测试结果可知，管廊中间段（距离入口20 m 到距离出口20 m 的中间60 m 段）风速基本在0～0.4 m∕s范围内，人体基本上感觉不到有风。而中间段的沿程阻力损失很小，精度达到1 Pa 的压差计的示数基本在0～1 Pa 范围内波动，通过理论计算得出沿程阻力损失也在0～1 Pa范围内。

表6 电力舱内部风速Tab.6 Wind Speed Inside Power Cabin （m/s）

表7 电力舱进、出风口段局部阻力损失Tab.7 Local Resistance Loss at the Inlet andOutlet Sections of the Power Cabin （Pa）

由图3 可知，中间走廊（测点1）风速可以测得到，两边（测点2～5）管线风速难以测试，进出口两端速度较大。

图3 电力舱内部各断面风速曲线Fig.3 Wind Speed Curves of Various Sections Inside the Power Cabin

由图4、图5 可知各舱室上壁面温度较高。其次是管道舱右壁面和电力舱左壁面，两者相邻。电缆发热量不大，中间温度较高，两边温度较低。

对于实地测试，温度数据的测试情况和结果较为理想，空气温湿度、壁面温度、管线表面温度的测试方法比较简单，测试设备也能获取读数，并具有一定的准确性。进、出风口处风速和压差的测试也相对顺利，数据结果能基本反映管廊通风系统阻力特性的情况。但是对于沿程断面的风速和压差的测试就不太理想。由于管廊内部断面风速很小，人体也基本感觉不到，而且测试过程中，人员走动以及站立于管廊通道中，会对测试产生一定的干扰，并且管廊测试的通风区间并非完全密闭的理想空间和结构，防火门处和壁面两侧的连接孔洞会有一定的漏风情况，从而影响测试。

通过测试可以看出，沿程阻力损失占整个通风系统阻力损失的成分很小，主要的阻力损失来自于进、出风口处的局部阻力损失。对于阻力特性的研究和节能优化改造应该将重心放在进、出风口处局部阻力减小的方面，而对于管廊内部更多的是要考虑如何改善内部气流组织，提高管廊内部的换气效率、空气品质以及电力舱电缆的散热效果。

图4 各断面壁面温度曲线Fig.4 Temperature Curve of Each Cross-section Wall

图5 电力舱内部各断面电缆表面温度曲线Fig.5 Temperature Curve of Cable Surface of Each Section Inside the Power Cabin

5 结语

在此次综合管廊实地测试后，陆续对广州和昆明的2 条综合管廊［10］用类似方法做了实地测试，获得了相当多的实测数据，对后续综合管廊缩尺模型的建立和试验、仿真计算等研究的验证发挥了作用。