米仓山隧道中部地下风机房空气除湿新风换气系统

（甘肃紫光智能交通与控制技术有限公司，甘肃 兰州 730010）

0 引言

四川省桃巴高速公路米仓山隧道中部地下轴流风机房设置了轴流风机安装洞室、变配电室、高压配电室、工作人员休息室。地下风机房隧道竖井底蓄水区域长年积水，造成空气潮湿，空气相对湿度90%。湿空气通过竖井底部送风道被送入轴流风机安装洞室及变配电设备间；送风竖井顶部进风口紧贴山体表面，山上飞沙扬尘多并进到竖井内，在隧道轴流送风机工作时，大量粉尘颗粒物会沿着竖井经竖井底部送风道流入风机房，影响设备的正常运行，如图1。

图1 送风竖井结构图

为保证电气设备不受湿气与粉尘颗粒物的影响，延长机电设备的使用寿命，减少维修工作量及零部件的更换成本，保障工作人员的身体健康，将原轴流风机安装洞室及变配电设备间的送、排风换气改造成为空气除湿新风换气系统，以有效减少送风空气中的相对湿度和粉尘颗粒物。

1 新风换气系统组成

中部地下风机房空气除湿新风换气系统分成两个独立子系统，分别为S1系统和S2系统。其中，S1系统为轴流风机安装洞室区域的新风系统；S2系统为变配电设备间及工作人员休息室的新风系统，包括A运输通道、B变配电室、C高压配电室、D人行通道、E休息室五个部分。S1、S2两个新风子系统均通过布置在右洞送风机进风道的引风口，从送风竖井引入新风，并通过送风道将新风输送到各室，再通过排风道从开设在左排风机排风道的排风口排往竖井。

2 新风换气量计算

根据GB 50736-2012、GB 50019-2015标准，按JTG/TD70/2-02-2014《公路隧道通风设计细则》换气要求，隧道空间最小换气频率不应低于每小时3次。S1新风系统的换气频率设定为每小时3次；S2新风系统工作人员休息室的换气频率设定为每小时6次，其他各室的换气频率设定为每小时3次。

2.1 S1新风系统换气量计算

S1 新风系统以桥式起重机下方为有效的换气空间，其截面积92.5m2，有效工作长度90m，S1新风系统换气量=92.5m2*90m*3/h=24975m3/h=6.94m3/s。

2.2 S2新风系统换气量计算

A运输通道：其截面积与S1截面积相等，为82.5m2，有效工作长度38.1m，换气量=92.5m2*38.1m*3/h=10573m3/h=2.94m3/s；

B变配电室、C高压配电室、D人行通道、E休息室的洞室截面积均为59.3m2，

B变配电室：有效工作长度14.7m，换气量=59.3m2*14.7m*3/h=2615m3/h=0.726m3/s；

C高压配电室：有效工作长度9.3m，换气量=59.3m2*9.3m*3/h=1654.5m3/h=0.460m3/s；

D人行通道：有效工作长度=2.5m，换气量=59.3m2*2.5m*3/h=444.8m3/h=0.124m3/s；

E休息室：有效工作长度=4.5m，换气量=59.3m2*4.5m*6/h=1601.1m3/h=0.445m3/s；

S2新风系统换气量=2.94m3/s+0.726m3/s+0.460m3/s+0.124m3/s+0.445m3/s=4.695m3/s。

表1给出了中部地下风机房空气净化及除湿新风换气系统各区域需要的新风换气量计算值。

表1 新风换气量计算值

3 中部地下风机房空气净化及除湿新风换气系统优化方案

中部地下风机房新风换气系统的优化方案是在原设计的轴流风机安装洞室送、排风换气设施基础上，在空气被送入轴流风机安装洞室及变配电设备间之前，于换气系统前端加装空气除湿系统及配套装置，对原设计送排风结构方案进行调整，优化通风管道尺寸布置及走向；同时，由于优化后的系统通风阻力发生变化，对原设计方案中的2台防爆型轴流送风机和1台防爆型轴流排风机同时进行优化。

由于空气除湿新风换气系统的设备体积和重量较大，因此需较大的安装空间，这种安装方式也有利于设备检修维护及ESP空气净化系统的清洗。经过现场实际测量，在新风系统优化方案中，将空气除湿系统落地安装在中部地下风机房运输通道到轴流风机安装室之间的空地上，同时将2台防爆型轴流送风机的安装位置从原设计方案中的悬空安装移置到地面安装，对相应的送风管道重新优化布置。

空气除湿新风换气系统优化方案充分考虑了行车立柱、检修爬梯、检修平台所需安装空间等影响因素。

4 新风换气系统通风阻力计算

中部地下风机房新风换气系统各子系统的通风阻力分别计算。S1系统的送风道主管路截面尺寸为1m*0.63m，送风口尺寸为0.63m*0.25m，新风换气量为25000m3/h,；S2系统的送风道主管路截面尺寸为0.8m*0.4m，送风口尺寸为0.63m*0.25m，新风换气量为16900m3/h。S1系统、S2系统新风换气空气总流动阻力分别为782Pa和642Pa。

5 空气除湿系统

地下风机房内分两路新风系统，其中一路是向风机安装洞室内送风，换气量为25000m³/h；另一路是向配电室和工作人员休息室内送风，换气量为16900m³/h。按照送风竖井内空气状态，环境温度18℃时，空气相对湿度90%。根据GB 50019-2015及GB 50736-2012的要求，风机安装洞室、配电室内的设备及工作人员休息室的可接受环境标准，应保持在18℃环境温度下，空气相对湿度不大于50%。因此，应对风机安装洞室内及配电室和工作人员休息室内送入的相对湿度较高的空气进行除湿处理，满足设备运营时的防腐保护及舒适工作环境要求。

风机安装洞室内及配电室和工作人员休息室内送入的空气量即为除湿机应处理的空气量。除湿机的冷负荷根据实际空气状态点焓值和期望达到的空气状态焓值确定，即：除湿冷负荷=（初始焓值-目标焓值）*1.2*风量/3600（kW）

湿空气的焓值指湿空气所含的绝热量，通常以干空气的单位质量为基准。焓用符号i表示，单位是kJ/kg干空气。湿空气焓值等于1kg干空气的焓值与湿空气中所含水蒸气的焓值之和。湿空气焓值计算公式：

i=1.01t+（2500+1.84t）d 或i=（1.01+1.84d）t+2500d（kJ/kg干空气）

式中：t—环境空气温度，℃；d—空气的含湿量，kg/kg干空气；1.01—干空气的平均定压比热，kJ/（kg.K）；1.84—水蒸气的平均定压比热，kJ/（kg.K）；2500—0℃时水的汽化潜热，kJ/kg。

由上式可见，（1.01+1.84d）t是随温度变化的热量，即“显热”；而2500d则是0℃时d kg水的汽化潜热，仅随含湿量而变化，与温度无关，即“潜热”。

在大气压为标准大气压（101325Pa），环境温度为18℃-22℃的工况下，相对湿度90%的湿空气焓值i0=47kJ/kg，含湿量d0=11.5g/kg；相对湿度50%的湿空气焓值i1=47kJ/kg，含湿量d1=9g/kg。由此可以计算出除湿机的除湿冷负荷及所能实现的除湿量。

风机安装洞室内送风系统所需新风换气量为25000m³/h，除湿冷负荷应为100kW，除湿量为77.4kg/h；配电室和工作人员休息室内送风系统所需的新风换气总量为16900m³/h，除湿冷负荷应为67.6kW，除湿量为52.3kg/h。

除湿机的选用必须满足在标准大气压及环境温度18℃的工况下，将空气相对湿度由90%降为50%。在湿空气流量为25000m³/h时，除湿机的空气流动阻力为80Pa；在湿空气流量为16900m³/h时，除湿机的空气流动阻力为60Pa。