外海人工岛岛上建筑通风设计

许伟航，周道

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

0 引言

港珠澳大桥桥隧转换人工岛位于伶仃洋出海口，属南亚热带海洋性季风气候区，受欧亚大陆和热带海洋的交替影响，该区域天气气候复杂多变，灾害性天气频繁，凡登陆、影响珠江三角洲、粤西沿海和在南海北部活动的热带气旋，对本区均可造成较大影响。受海洋暖湿气流影响，本区雨水充沛，年平均雨水2 290.7 mm。年内降水主要集中在汛期（4—9月），占全年降水量的83%～86%，多雾天气主要在每年的1—4月，其中以3月雾日最多，4月次之，全年湿热多雨，最高月平均温度35～40℃，年平均相对湿度大约为85%～95%，在此高温高湿气象条件下，人工岛岛上建筑的通风设计有别于普通环境下的设计，对通风系统提出了更高的要求。

1 项目简介

本文以港珠澳大桥桥隧转换东人工岛上主体建筑为例，该建筑单体建筑面积43 733.79 m2，地上建筑面积为31 710.45 m2，地下建筑面积为12 023.34 m2，地下2层，地上4层，其中地下负二层主要为保障海底隧道通风系统的电气设备用房，负一层为地下车库和管线夹层，地上一层是办公区域和房建电气设备用房，二、三层为商业预留，四层为模型馆。整栋建筑采用不可开启的玻璃幕墙，通风口设置在首层架空层和屋面上，空调系统采用水冷中央空调系统，冷水机组设置在负一层，冷却塔设置在屋面。

2 设计中遇到的问题

该工程属于设计施工总承包项目，前期提供的设计阶段图纸及资料少；与前期初步设计阶段相比，本工程的建筑布局、空调通风方案均发生了重大改变，基本上是重新设计，更没有对外海高温高湿环境下通风空调设计进行专题研究，采用的设计标准按三地标准就高不就低原则。

2.1 资料收集

1）本项目位于外海环境，是人工填岛上建筑，设计手册中并没有该区域的气象资料，相邻的深圳和珠海气候与外海人工岛的环境也大相径庭，不能直接采用这两座城市的气象资料。

2）需要收集和确定人工岛上建筑地下箱涵内壁表面的温度。

3）需要收集地下电气设备用房设备发热量。

2.2 优化内容

1）地下空间通风系统进风和湿度调节控制研究与优化。

2）电气设备用房纯通风工况与空调工况研究与优化。

3）防排烟系统设计与优化。

3 设计方案

3.1 气象资料

本工程属于外海环境，与相邻的珠海、深圳等城市的气象相差较大，不宜采用这两座城市的气象资料，但毗邻香港国际机场，同时香港国际机场也是人工填海，与本项目地理位置相邻，成岛方式相近，因此香港国际机场的室外设计参数具有更高的参考价值，同时结合人工岛成岛后的3年观测数据，最终确定设计参数：年平均温度26℃，极端天气最高温度38.7℃，极端天气最低温度4.9℃，年平均相对湿度80%，夏季室外通风温度31.2℃。

3.2 地下箱涵内壁表面温度

地下箱涵内壁的温度会影响室内通风的效果，如果内壁的温度大于室内空气的露点温度，内壁就不会出现冷凝水；如果内壁的温度低于室内空气的露点温度，内壁会出现冷凝水，就不能直接采用通风方式，需要降低机械进风的状态点。而内壁的温度近似于地面温度的年平均值，经过对国内多个地方的年平均气温与地层温度的统计比较，发现在没有详细数据的情况下，可采用年平均温度加1～3℃来确定内壁温度，基本与实测数据差别不大，因此在设计过程中，采用该方式进行地下部分温度计算虽有一定的误差，但对数据影响不大，确定内壁表面温度29℃。

3.3 地下电气设备用房发热量

地下空间电气设备用房发热量巨大，自然通风条件较差，最终确定设备用房的总发热量约为184.3 kW。电气设备发热量见表1。

表1 电气设备用房发热量表Table 1 Heating value of electrical equipment room

3.4 电气设备用房通风优化

服务于隧道通风安全的电气设备用房位于地下空间负二层，无法自然进风，考虑采用机械送、排风的全面通风方式，将室外空气送入负二层与电气设备用房，空气进行充分热湿交换后排出室外，室外通风温度取夏季通风温度31.2℃，由于负二层层高较低，出风温度即近似为房间的控制温度35℃，机械通风所需要的换气量L：

式中：Q为余热量，W；tp为排出空气的温度，℃；tj为进入空气的温度，℃。

全面机械通风仅需设置通风机，无需设置冷源，如此大的通风量需要近5 m2的排风通道，但在拥挤的地下空间中布置通风管道和通风井相当困难甚至无法布置，同时风机噪音也很大。而且室外空气在没经过处理时都是高温高湿气体，会对电气设备造成损坏，因此考虑采用一次回风空调系统对电气设备用房进行降温。

地下空间电气设备用房空气处理过程如图1所示。新风量取系统总风量的10%。

由图1可以得出，继保室需要的送风量为：

空气处理机所需要处理的冷量为：

采用一次回风空调系统为电气设备用房降温，风量既不会很大，空气的品质也得到了保证，冷源可以直接采用本工程空调系统的冷水机组，为了保证系统运行的稳定性，还设置了一套VRV多联机空调作为电气设备用房的备用空调。

3.5 非空调区域机械通风优化

地下空间如车库、走道、管线夹层如果在极端高湿天气直接采用机械通风，此时的空气状态点N1，如图2。

图2 通风区域空气处理过程Fig.2 Air handling process in ventilation area

如图所示，此时的空气露点温度tL为30.7℃，而地下室内壁的温度为29℃，在外海的高湿环境下内壁必然会出现冷凝水的现象。必须对机械通风的进风进行处理，将进风空气的露点温度降到内壁的温度以下，设计时候取27℃，在风管进风处设置除湿盘管，利用空调冷冻水进行冷却除湿，室外新风通过除湿盘管后的空气状态点为N2，同时为了节约能源，需对除湿盘管的冷量进行计算。以负二层第一防火分区内走道为例，按照规范要求本区域的平时补风量为21 000 m3/h，除湿盘管需处理的冷量为：

除湿盘管提供的冷量不大，但能有效降低机械进风的空气相对湿度。在大桥建成除湿系统投入使用后，现场观察到除湿盘管有大量的冷凝水流出，说明该系统运行基本与设计一致，效果明显。

3.6 防排烟系统优化

本工程四层模型馆四周均为玻璃幕墙，层高4.8 m，建筑面积2 000 m2，前期考虑采用自然排烟，后期考虑到外海环境灾害性天气较多，为了保证玻璃幕墙的整体性和安全，不推荐采用可开启窗的自然排烟方式，相对于2 000 m2的建筑面积4.8 m的层高又不是很高，也不能设置排烟风管机械排烟，最后决定采用与空调系统合用风管，排烟风口设置于墙面上，如图3。

图3 模型馆排烟平面图Fig.3 Smoke control plan in exhibition hall

4 结语

港珠澳大桥东、西人工岛地处外海高温高湿环境，其通风系统设置有别于常规设计，除了以上优化措施外，还需对岛上建筑室外气象进行监测，遇到极端高温高湿天气，保证中央空调系统开启，利用空调系统除湿，平时机械通风的补风系统应开启除湿盘管，湿度过大时空调通风系统应尽量避免室内外空气交换，非空调区域如地下车库、管线夹层、地下通道可关闭通风系统，空调区域可适当关闭新风系统，房间空调温度设置不低于26℃，同时保证建筑的密闭性，不随意调低房间空调温度或者局部关闭空调系统。