城市地下综合管廊通风系统设计探讨

高彪

北京市市政工程设计研究总院有限公司

0 引言

我国传统市政工程建设重地上、轻地下，重建设、轻管理，重项目、轻统筹，重增长、轻影响，为城市基础设施建设遗留下很大问题。综合管廊是建于城市地下用于容纳各类市政管线的构筑物及其附属设施，可集约地下空间，方便管线增容，避免开挖马路，容纳架空线网，美化城市景观，释放城市建设空间，促进城市可持续发展。综合管廊已成为城市建设现代化、科技化、集约化的标志之一。综合管廊一般设置在城市主要道路下，是地下空间相对密闭的构筑物，容纳的各类市政工程管线自然状态下会产生大量的余热、余湿、有害气体等，对人员安全、市政管线正常运行危害极大，为保证管廊内部空气质量，为其设计合理有效的通风系统至关重要。

图1 综合管廊风井横断图

1 通风系统设计原则

综合管廊通风系统应保证综合管廊内部空气卫生要求，能提供足够的新风以确保管廊维保人员的安全，当人员在管廊内工作时，空气温度不得超过40℃。事故状况下通风系统应能够自动和手动有效控制，有效排除舱室内烟气，减少人员和财产损失。应保证天然气舱内空气环境的安全性，对天然气浓度进行实时监控，一旦发生天然气泄漏事故，应及时有效地启动事故通风系统，排除泄漏的气体使其浓度降低到安全水平。另外，综合管廊的通风系统设置应满足节能环保、投资运营、安全防范等方面的要求与规定。

2 通风系统的类别

综合管廊的通风系统主要有自然进风+自然排风，自然进风+机械排风，机械进风+机械排风三种方式，三种通风方式优缺点比较如表1[1]：

表1 综合管廊通风方式对比

为有效保证综合管廊内部空气的质量，并综合考虑节能环保、投资运营、消防安全、对环境影响等多方面要求，应合理选择通风方式。容纳给水、再生水、热力、通信线缆、雨水管道、电力电缆、热力管道的舱室一般以自然通风为主，机械通风为辅，采用自然进风+机械排风的通风方式。而天然气管道舱及污水管道舱由于存在可燃气体、有毒有害气体，应及时有效地将其排出管廊舱室，一般采用机械进风+机械通风的通风方式。

3 通风系统设计计算

3.1 防火、通风分区的划分

综合管廊是建设于地下容纳各类市政管线的狭长构筑物，空间比较密闭，依据消防要求，电力电缆舱和天然气舱室应每隔200m采用耐火极限不低于3 h的不燃性墙体划分防火分区，而通风分区原则上不跨越防火分区，故通风分区与防火分区统一设置。其他类型的舱室不划分防火分区，但考虑通风系统设置的统一性和集约性，其他舱室也应对电力舱、天然气舱的防火分区设置通风分区。综合管廊在每个通风/防火分区的两端分别设一座送风井、一座排风井。整个综合管廊的送风井与排风井间隔布置，使其内部形成“进风——排风——进风——排风”的有序的纵向通风模式。

3.2 通风量的计算

为保证综合管廊正常工况下内部空气的质量及事故工况下有毒有害气体及时有效的排出，综合管廊内部应有合理有效的通风换气。根据《城市综合管廊工程技术规范GB50838-2015》的要求，综合管廊的通风量应根据通风区间、截面尺寸计算确定，其通风换气次数应符合表2的规定[2]。

表2 综合管廊通风换气次数

换气次数法计算通风量的计算公式为：

式中：L为管廊通风量，m3/h；N为换气次数，次/h；V为管廊通风分区的体积，m3；φ为安全系数，不小于1。

电力电缆舱的发热量较大，通风系统应能有效排除电力舱的余热，保证电力线缆安全运行。因此，应根据热平衡公式来计算消除电力舱余热所需的通风量，并与换气次数法计算的风量比较，取其大者。电力电缆舱的发热量计算公式为[3]：

式中：q为单位长度电缆发热量，W/m；ρt为电缆运行时平均温度为60℃时的电缆芯电阻率，铝芯电缆为0.033 10-6Ω·m，铜芯电缆为 0.020 10-6Ω·m；I为单根电缆计算电流，A；K为电流参差系数，一般为0.85～0.95，电缆根数少时取较大值；S为电缆芯截面积，mm2。

排除电力舱的余热所需风量计算公式如下[4]：

式中：L为管廊通风量，m3/h；Q为电力舱通风分区电缆发热量，W；tp为排风设计温度，℃；ts为进风温度，℃。

综合管廊的进风量应略小于排风量，使综合管廊内部保持微负压状态，综合管廊设计进风量为排风量的80%～90%[5]。

4 通风系统设备及布置

综合管廊通风系统设备及设施主要包括风机、防火阀、止回阀、百叶等。

为保证综合管廊内部空气的质量及气流组织顺畅，综合考虑节能环保要求，在满足功能性要求的前提下，应选择高效节能的通风设备。通风机可选择双速风机，在平时通风工况下低速运行，事故或火灾工况下高速运行。为保证综合管廊灭火后的有效排烟，应选择能在280℃情况下连续有效工作不低于0.5 h的消防高温排烟专用风机。对于天然气舱室，所选风机应为防爆型，且系统应设置导除静电的接地装置。

排烟风机接入综合管廊内的排风管上设置全自动排烟防火阀，该防火阀280℃熔断关闭，且与对应风机连锁。在进风口处设置全自动防烟防火阀，该防火阀70℃熔断关闭。为防止各舱室之间的相互影响及室外环境对管廊的影响，在风机出口设置止回阀。对于天然气舱室，所选风阀均应防火花和防爆。

综合管廊出地面的风亭及百叶应综合考虑噪声、道路景观、防雨、防淹等方面的要求进行设置，风亭一般设置在道路绿化带或道路外绿地内，采用消声防雨百叶，风亭百叶底部距地面应有一定的距离以减小雨水倒灌风险。百叶面积应满足《城市综合管廊工程技术规范GB50838-2015》对设计控制风速的要求。为防止小动物入侵及杂物通过风亭进入综合管廊，综合管廊的通风口处应设置网孔净尺寸不大于10 mm×10mm的金属网格。对于天然气管道舱，由于天然气具有易燃易爆性，应避免天然气舱平时或事故排风中天然气侵入其他舱室，为此，天然气舱排风口与其他舱室的排风口、进风口及周边建(构)筑物口部等要有不小于10m的间距且设置明显的安全警示标识[2]。

5 通风系统控制方式

为确保综合管廊正常运行时及火灾后的通风，需由综合管廊监控中心对管廊内环境参数进行监测与报警。监测参数主要包括舱室内空气温湿度、可燃气体浓度、有毒有害气体浓度、氧气浓度、火情等。在正常工况、事故工况或火灾情况下，及时有效启动相应的通风模式，控制管廊内环境质量，减少人员及财产损失。通风系统控制则通常采用手动/自动两种控制方式。

1）高温报警通风：当人员在综合管廊内工作时，空气温度不得超过40℃。为使管廊内的环境温度控制在设计要求范围内，采取温度监测设施。一般设置为：当综合管廊内空气监测温度超过38℃时，自动或手动开启本通风分区内的通风设施，消除管廊内余热。当综合管廊内空气监测温度降到35℃时，关闭本通风分区内的通风设施。

2）巡视检修通风：综合管廊是相对封闭的地下空间，废气的聚集，人员及微生物的活动会造成氧气含量的降低，当有人员进入管廊时，需先开启相应的通风设施，确保监测仪表显示的数据在安全范围内（一般氧气监测缺氧报警值设定为19.5%，富氧报警值设定为23.5%），确保巡检工作人员的健康安全。

3）天然气舱室事故通风：天然气是一种具有易燃性和易爆性的混合性气体，天然气在综合管廊内一旦泄露容易聚集且不易往外扩散，有较大危险性，需及时开启通风系统将其排出综合管廊。当天然气舱室内泄漏的天然气浓度达到爆炸下限值（体积分数）的20%时，自动开启机械通风系统进行强制通风，使其浓度降到安全水平，以进行后期维护[2]。

4）电力舱室火灾后通风：电力电缆舱室主要敷设的是输电线路，电压等级高，服务范围广，一旦发生火灾影响范围广，后果非常严重。因此发生火灾时应能及时可靠的关闭通风系统，启动电力舱的自动灭火设施，灭火后通过机械排烟系统排除综合管廊舱室内的有毒烟气。电力舱室火灾后通风控制流程一般为：当确认电力管廊某一防火分区发生火灾时，由综合管廊监控中心确认综合管廊内无人且该防火分区两端的防火门处于关闭状态。待确认后，即刻自动关闭所有运行的通风系统，立即启动电力舱内的自动灭火系统，对电力舱的火灾区域进行灭火。确认火灾结束后0.5 h内开启通风系统，进行灭火后的排烟。

6 结语

综合管廊是建设于城市地下空间相对封闭的构筑物，合理有效的通风系统对其安全运维至关重要，综合管廊的通风方式应综合考虑节能环保、投资运营、消防安全、对环境影响等多方面因素进行选择，笔者根据工程理论及实际项目经验，认为天然气舱、污水舱采用机械进风+机械通风的通风方式，给水、再生水、热力、通信线缆、雨水、电力电缆、热力管道舱等采用自然进风+机械排风的通风方式较为合理。

综合管廊的通风消防系统不同于一般民用建筑，一般民用建筑的通风消防是以人员疏散为主要目标，而综合管廊的通风消防系统是以保护市政设施安全运行为主。因此，不应完全套用民用建筑设计规范，应根据实际情况具体分析设计。另外，我国综合管廊目前尚无完整统一的建设标准，应充分学习借鉴国外综合管廊建设的经验，推动我国综合管廊建设的安全有序进展。

[1] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008

[2] 城市综合管廊工程技术规范(GB50838-2015)[S].北京:中国计划出版社,2015

[3] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用供配电设计手册[M].北京:中国电力出版社,2016

[4] 全国民用建筑工程设计技术措施:暖通空调·动力[M].北京:中国计划出版社,2009

[5] 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(GB50736-2012)[S].北京:中国建筑工业出版社,2012