广州某长距离综合管廊通风系统设计与思考

潘阳阳

广东省冶金建筑设计研究院有限公司

0 引言

在新时期城市新型城镇化发展的要求下，城市空间的快速扩张和空间资源的制约是目前城市发展面临的最严峻挑战，相对于有限空间资源的利用，城市发展与建设是不集约的，建设地下综合管廊能够促进土地资源和空间资源的节约利用，是城市发展的必然趋势。

城市的更新与发展，越来越多的综合管廊项目在投资建设。综合管廊是建于地下用于市政公用管线敷设，包括给水、雨水、污水、再生水、天然气、热力管道、电力、通信等。由于处在地下封闭空间，里面的通风设计需满足管廊的检修维护、火灾扑救、燃气泄漏排除、污水管道挥发的H2S、甲烷等易燃易爆气体的排除要求。本文基于实际具体工程，分析综合管廊的通风设计要点及设计中常遇到的难点问题，并对问题提出参考建议。

1 工程概况

本项目项目综合管廊长约10 km，规划沿中船中路建设综合管廊，管廊断面为三舱，包括电力舱，综合舱和燃气舱。电力舱内设置有110 kV 线路6 回，综合舱内设置有10 kV 线路32 回、再生水DN300 一根、给水DN800/DN400，燃气舱设置有DN250 燃气管一根。

根据综合管廊入廊管线分类以及规划，综合考虑后对规划管廊断面进行优化设计，标准段管廊总宽10.65 m，总高4.6 m，净空尺寸：110 kV 电力舱：宽2.6 m，高3.8 m；综合舱：宽4.85 m，高3.8 m；燃气舱：宽1.8 m，高3.8 m。根据防火分区要求，综合管廊按不大于200 m 的距离设置防火墙和防火门。本工程电力舱设防火分区44 个，综合舱设防火分区41 个，燃气舱设防火分区40 个，共计125 个防火分区。管廊采用明挖法施工。

2 通风设计要求

本项目综合管廊不同类型的舱室，通风系统不宜合用。考虑到火灾危险性，不同的防火分区的通风设备不宜合用。综合管廊应根据防火分区划分通风单元区间，通风系统应能保证通风单元具备独立通风换气能力。同时，通风系统应结合管廊属性能满足以下的工况：

1）平时通风工况：消除管廊内管线、电缆、设备等产生的热量，同时保证舱内温度不大于40 ℃的要求所需要的通风量。

2）巡视通风工况：为了方便维护人员在管径内巡视及维修，必须保证舱内新风量满足人员所需最小新风量要求，且换气次数不小于2 次/h。

3）事故后排烟工况：隧道内发生火灾，采用窒息，灭火方式，待火灾熄灭后，排除舱内烟气。

4）事故通风工况：天然气舱内天然气浓度大于其爆炸下限浓度值（体积分数）20%时，应启动该段及其相邻段事故通风，风机应采用防爆风机。

3 通风系统方案及通风区段划分

本项目综合管廊有三个舱，包括电力舱、综合舱和燃气舱。根据《城市综合管廊工程技术规范》GB 50838-2015 7.2.1 条的要求[1]，综合舱内未有污水管道入仓，可采用自然进风和机械排风相结合的通风方式。燃气舱应采用机械进、排风的通风方式。电力舱发热量较大，采用自然通风或机械通风需通过计算后确定，在满足消除余热及风机余压满足设计要求的情况下，优先选择自然进风和机械排风相结合的通风方式（见图1）。

图1 通风亭剖面图

综合管廊按不大于200 m 的距离设置防火墙和防火门，通风井及通风机房结合防火分区设置，每个防火分区作为一个通风区段，两端设置进风井及排风井，通风机房及人员逃生口、出入口、吊装口可结合设置（见图2）。通风井结合环境设置在道路中间绿化带，风井百叶底应高出地面500 mm 以上，满足防洪倒灌的基本要求。通风口应加设防止小动物进入的金属网格，网格净尺寸不应大于10 mm×10 mm。

图2 通风系统示意图

4 综合管廊通风风量计算

管廊的通风量需满足上文所提到的四种工况要求，根据不同种类的管廊，计算方式如下：

1）燃气舱

燃气仓内管道无发热量，燃气舱内燃气管线需考虑燃气泄漏后事故通风，根据规范要求正常换气次数不小于6 次/h，事故通风不小于12 次/h。

2）电力舱及综合舱

电力舱及综合舱内均有电缆管，电缆管在传输过程中会产生热量，对于长距离输送的电缆，产生的热量非常可观，设计时必须对电缆的发热量进行计算。

单束电缆发热量计算公式[2]：

式中：q1为电缆散热量，W/(m·根）；i 为电缆载流量，A；A 为电缆的横断面积，m2；σ 为电缆的电阻率，Ω·m。

电缆总散热量计算公式[2]

式中：Q 为电缆总散热量，W；L 为通风区段电缆长度，m；C 为电缆散热损失系数，0.7；n 为电缆回数。

综合管廊消除余热所需通风量计算公式[2]

式中：G 为风量，m3/h；Q 为电缆总散热量，kW；Q'为综合管廊传热，可按电缆散热的30%～40%估算，kW；C为空气比热容，1.01 kJ/(kg·℃)；ρ 为空气密度，kg/m3。

除了满足平时通风量，事故后通风量根据规范要求不小于6 次/h。

由于项目通风区段较多，取其中一个200 m 的通风区段风量计算结果进行风机选型分析，风量计算结果如下表：

表1 通风量计算表

根据表1 中的数据，通风系统在最高风量是平时通风风量的1.5 倍左右，故可采用双速风机。平时通风模式下运行时，风机采用低速，事故通风或事故后通风工况下，风机采用高速可以快速把泄漏有害气体或烟气排走。

5 通风运行模式

每个防火分区段即通风区段设置火灾检测信号、温度传感器、氧气浓度探测器，燃气舱还另外设置甲烷、硫化氢探测器。通过这些数据检测，来连锁控制对应区段的风机及电动阀门运行。

平时工况下，当舱体内温度大于38 ℃时，风机低速运行，当温度小于36 ℃时，风机停机。巡检人员需进入管廊进行检查前半小时，可开启风机高速运行，当温度小于28 ℃，含氧量体积分数大于19%时，巡检人员可进井工作[3]，风机转为低速运行直至人员出来为止；事故通风工况下，当检测到燃气舱体内甲烷、硫化氢浓度超标时，立刻启动风机高速运行，有害气体排出舱体，避免发生火灾爆炸事故。当舱体内发生火灾时，火灾检测信号反馈到消防控制中心，发出警报，待确认着火区段及其相邻区段人员均从最近逃生口撤离后，关闭此区域的防火门及所有排风机，关闭自然进风口的电动阀门，让舱体内处于密闭状态，为气体灭火提供条件。确认火灾熄灭后，开启火区段及其相邻区段的排风机高速运行，同时打开补风电动阀，保证通风系统有效运行。

6 通风设备选型

风机设备的选型均要求风量、压头、噪声、节能要求等参数满足设计要求。压头的计算在设计过程中往往被工程师忽略，更趋向采用经验值来选型，通风系统的阻力可按阻力计算公式得出。通风系统的阻力包括沿程阻力和局部阻力[4]。

沿程压力损失：

式中：λ 为摩擦阻力系数，混凝土管廊内壁摩擦阻力系统λ 取0.04；ρ 为空气密度，kg/m3；de为管道当量直径，m；ν 为管内风速，m/s；L 为管道长度，m。

局部压力损失：

式中：ξ 为局部阻力系数。

风机选型时，风量的富裕量一般取10%，风压的富裕量一般取15%。噪声需满足《声环境质量标准》[5]中4a 类区域标准，即昼间70 dB(A)，夜间55 dB(A)。风机在最高效率点附近运行时的噪声最小，轴功率最小，设计工况下通风机效率不应低于其最高效率的90%[6]。

7 问题思考

1）综合舱、电力舱的通风量计算时，容易忽略管廊与土壤通过传热散失掉的这部分热量，导致计算出来的风量比实际需求的大，增加系统投资。风量大还会影响进排风口风亭的风口布置及风亭高度，进而影响道路景观。舱内电缆的发热主要是通过对流换热的形式将部分热量散发到舱体壁面，壁面通过传热把热量释放到土壤里，这部分热量计算较为复杂，准确的计算需有详细的温度、传热系数等参数来支持，对于工程设计而言难度较大，故根据工程经验，这部分传热按发热量的30%～40%估算，可根据舱内空间大小及电缆数量来取值。

2）在设计过程中，有两个概念容易混淆，事故通风和事故后排烟通风。事故通风是可能突然放散大量有害气体或有爆炸危险气体的场所需要设置通风系统来排除有害气体，如燃气舱、污水舱，换气次数不小于12 次/h，排除有爆炸危险的气体风机需要采用防爆风机。事故后排烟通风是火灾灭火后，需要把灭火后的有毒气体、烟气排走，使舱体内环境达到消防人员进入舱内进行灾后处理的条件。事故后通风属于正常通风范畴，换气次数不小于6 次/h。

3）综合管廊内通常情况下采用气体灭火，着火时必须把管廊设计为封闭状态，通常在排风机入口端及自然通风口端设置电动阀来实现这个状态。管廊内平时无人长期停留，内部为水管、电缆线、无可燃性物体，跟一般民用和工业建筑排烟要求不同，无需考虑排烟系统。故采用电动阀来实现通风系统启闭，满足管廊四种运行工况要求，无需设置70 ℃防火阀或280 ℃排烟防火阀，电动风阀需满足在280 ℃下连续运行半小时性能要求，以保证火灾后烟气能顺利排出。

8 结语

本文结合广州某长距离综合管廊工程介绍了管廊通风设计要点，重点分析了设计过程中容易忽略的关键点，对通风计算、系统阀门选择给出建议。目前我国对于管廊通风的设计规范条款较少，行业内没有统一的标准，本文提出的建议，可供参考。