自然通风与自然冷源在坑道人防工程中的应用

0 引 言

人民防空工程是战时保护国家和人民群众生命财产安全、保存城市战争潜力的基础，是赢得反空袭斗争胜利的可靠保障。我国人民防空建设的方针是：长期坚持，重点建设，平战结合[1]。近十多年来，人防工程平战结合取得了较好的社会效益，为人防建设奠定了可持续发展的基础。平战结合的长期实践表明：人防工程机械通风降湿系统运转能耗大，成本费用高的问题，是阻碍人防工程平战结合发展的重要问题之一，而实践中我们尝试利用自然通风和利用自然冷源[2]替代冷冻机制作的冷源来完成坑道式人防工事部分降湿任务，取得了较好的效果。
山体坑道式人防工事冬暧夏凉，冬季工事外气温低、空气容重大，工事内气温高、空气容重小，容重小的热空气上升，从工事的高口部流出，容重大的冷空气从工事低口部进入补充，同时又被工事暧壁面加热变轻上升，从高口流出。如此不断地补充、加热、上升、排出，循环不止，就形成了冬季由热压造成的自然通风，即：低口进、高口出。夏季工事外气温高、空气容重小，工事内气温低、空气容重大，容重大的空气从工事低口流出，容重小的空气从高口进入补充，同时又被工事的围护结构冷却变重下降从低口流出。如此不断地补充、冷却、下降流出，循环不止，就形成了夏季由热压造成的自然通风[3]，即：气流方向是高口进、低口出。利用山体坑道式人防工事高低口部和沿通道局部呈大厅式的使用现状，采用大断面全坑道自然通风的方式，很容易满足规范要求的送风量和换气次数。但在室内外温差不大的季节，要加强局部机械排风。自然通风适用于人防工事的平时通风和战时清洁式通风，不能用于战时过滤式和隔绝式通风，而战时过滤式通风和隔绝式通风还需要通过局部排风系统的平战转换措施来实现。

在春夏高温潮湿季节，人防工事自然通风不可能满足温度≤28℃、相对湿度≤70%的要求[4]。必须对室外新风进行降湿处理。夏季山体岩石温度一般保持在18～20℃，充分运用这一自然冷源，将自然通风进风坑道作为专用道，让室外新风在此段风道内冷却，当室外新风相对湿度为80%时，每温降1℃，降湿量约1.5g/kg干空气，可减轻机械降湿负荷，但是设置辅助降湿机是不可或缺的，因为自然冷却降湿量有限，而且自然冷却后的新风相对湿度较大，不能直接送入使用房间。
2 工程实例

2.1 工程概况
某山体有一、二两层坑道式人防工程（见图1），高差38米，由一条竖井（未被复毛洞）连接，二层工事（200米长未被复毛洞）平时闲置，一层平时使用，总使用面积约6000平方米。该工事原分别设有三套机械通风降湿系统，共有LCT——25调温降湿机8台、GS——20降湿机4台，配用电机总功率148KW，除去送排风机和照明设备等用电量不计，仅降湿机用电（按每天运行8小时计算），日耗电量就达1184度，月运行费用约17000元（年平均电价0.48元／度），用户难以承受，常常甚至营业时都不开通风降湿设备，致使工程内电器、金属管道、风机和降湿机等设备锈蚀严重，甚至影响到人防专用防护密闭门、防爆波阀门等防护设备的正常启闭，削弱了人防工程的防护功能，平战结合效益不佳。
2.2 系统改造及效果
将原分割竖井与一层工事的隔墙打开，夏季室外新风从二层高口顺二层坑道 、竖井直达一层工事，一路温降减湿，使整条二层坑道与竖井形成一台大型天然降湿机，在一层工事进风口设置辅助降湿机室，同时调整一层工事多处通道 隔墙及设置适当隔断门，组织气流沿送风房间流向低口；秋冬季节气流则自低口流向高口，形成自然通风，再将工程原三套通风降湿系统改造成一套系统，原有的送风降湿机拆除后，原送风系统都分别改为排风系统，四季均可使用。当过渡季节洞内外温差不大时，可利用各单元排风系统加强局部排风，也可采用辅助降湿机室的风机调整方向进行全坑道排风。

经实测：夏季室外干球温度33℃，相对湿度为80%时，一层工事进风口干球温度为23℃，相对湿度为95%，此时空气温降达到10℃，空气降湿量为9克／千克干空气（见图2）； 一层工事自然进风孔口平均风速为1.4米/秒（实测值为波动值），进风量约为55000立方米/小时，此时总降湿量约为590公斤，相当于LCT——25调温降湿机22台的降湿量，但此时的风温接近洞内岩石温度，相对湿度过大，不能直接送入室内，经计算需再设置3台LCT——25调温降湿对一层工事进风进行处理。每台降湿机额定降湿风量为6000立方米/小时，出风温度为38~40℃，相对湿度为30%，经降湿机处理后的空气与3倍额定降湿风量的未处理的一层工事进风进行 混合，再送入使用房间，其送风参数：温度为27℃，相对湿度为70%（见图3），满足规范要求。整套系统降湿机的使用量只是原三套系统总用量的四分之一，仅降湿机减少一项，每小时就节电109度，每月节省开支约12500元。
2.3 战时通风及孔口防护
战时工事通风选由其中一套排风系统进行平战转换来实现，将排风变为进风，其它排风口防护设计不变。一层工事进风孔口地段必须设置防护密闭门，平时开启，室内外空气直接对流，战时关闭，形成平时进风孔口的战时防护。其余各口部原防护设计不变。
3 推广应用方法分析

实例工程利用闲置毛洞通风降湿主要是得益于其先天条件，而拥有这样条件人防工程却不多，但通过以下分析，对于大多数坑道式人防工程来说，这种节能通风降湿也是可行的。
坑道式人防工程的被复方法除口部外普遍采用离壁式被复衬砌，由于地质条件不同，有的毛洞洞壁不需要处理，有的必须进行喷锚支护处理，但喷层与洞壁结合紧密，温度保持在18~20℃；工程密闭段以内的离壁空间一般都是贯通的，侧墙衬砌体与洞壁间距一般为30~50厘米，顶部衬砌与洞壁的间距一般为50~100厘米（见图四），利用这一空间来作为室外新风冷却降湿风道，同样能取得良好效果，只是很难利用自然通风，必须设置机械通风系统。具体做法为：先分别确定工程的平时进排风口部位置，将进风机和降湿机室设于远离进风口的置，以保证进风气流路径有足够的长度，从离壁空间进风，部分再经降湿机处理，混合后送入使用房间。在这样的系统中，应将进风孔口开在防护密闭段以内，保证战时的工事防护，为了使室内废气不混入进风孔口，密闭门内通道在进风孔口后应设置隔断门。由于工事没口部高差，很难利用自然通风，一年四季均需开启进排风机，运行费用比能利用自然通风的情况稍有加大。有条件的工程，可选适当位置开设一条竖井或上斜风道，不需被复，但要做防护密闭段或平战转换措施，就可以形成利用自然通风的条件。从平战结合和可持续发展的观点出发，建设者不妨从长计议，一次性的稍加投资，将获得长久性的可观回报。

4 讨论

南方地区的气候特点就是高温高湿，坑道式人防工事的内部环境条件和改善这种条件的大投入始终制约着人防平战结合的发展。在坑道人防工事中开发的平战结合项目档次高低不等，一部分工事可以利用本文推荐的方法降低投入，另一部分却不行。人防工程内部环境问题的课题很大，要做的工作很多，特别是在和平时期，为了让人防工程能更充分地发挥经济效益，我们还需要继续努力。