分享一个地下综合管廊通风系统设计

苏州城北路综合管廊通风系统

1   概况

苏州城北路综合管廊标准段（断面见图1，图中尺寸单位为mm）长4 km，包括电力电缆舱（敷设高、低压电缆）、水信舱（敷设给水管道、通信电缆，预留中水管道管位）、蒸汽管道舱、燃气管道舱。管廊顶部覆土2.5 m。各舱室防火分区参数见表1。

2   综合管廊通风的必要性

为了保证管廊内各种市政管线在适宜的环境中正常运行，保证进入管廊巡视的维护人员在卫生安全的环境中工作，需要适时对管廊进行通风换气，以排除其内部废气余热。当管廊内部发生火灾，通风系统协助控制火灾蔓延。火熄灭后，通风系统及时排除烟气。因此地下综合管廊设置通风系统是必要的，通风系统可以兼作排烟系统。

3   通风方式

GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》第7.2.1条规定，“综合管廊宜采用自然进风和机械排风相结合的通风方式。天然气管道舱和含有污水管道的舱室应采用机械进、排风的通风方式。”根据该条规定，燃气管道舱采用机械进风、机械排风方式，其他舱室采用自然进风、机械排风方式。

4   通风系统组成

管廊的每个舱室设置防火分区，每个防火分区设置独立的通风系统。各通风系统包括通风孔、风道、风机（或风机箱）、防火阀。

5   各舱室每个防火分区的通风量确定

5.1  蒸汽管道舱通风量确定

①蒸汽管道散热损失计算

蒸汽管道以架空方式敷设在管廊内，假设管道保温层为单层，则蒸汽管道散热损失［1］计算公式为：

②排除余热所需的通风量计算

每个防火分区排除余热所需的通风量计算公式为［2］：

如果考虑舱室内的部分热量通过舱壁和底板传递给土壤，通风量可以减少。则考虑土壤传热后的每个防火分区排除余热所需通风量计算公式［2］为：

通过公式（2）计算得到的通风量较大，蒸汽管道的热量损失全部由通风系统排除。公式（3）考虑蒸汽管道舱侧壁和底板向土壤传热，排除舱内余热的通风量相应减少。

③本工程蒸汽管道舱的通风量计算结果

根据当地供热部门提供的资料：蒸汽管道运行压力为1.3 MPa，运行温度为230 ℃，工作钢管公称管径为350 mm，壁厚为8 mm。保温材料为玻璃棉，厚度为140 mm。则D0=377 mm，D=657 mm。玻璃棉热导率为0.047 W/（m·K），表面传热系数为11.63 W/（m2·K）。管廊夏季环境温度为35.5 ℃，进风温度为31.3 ℃，排风温度为40 ℃。蒸汽管道舱每个防火分区与土壤的接触面积为1 600 m2，即管廊侧壁和底板向土壤的传热面积为1 600 m2。管廊侧壁和底板接触的土壤温度最高为20.5 ℃， 因此管廊和土壤的温差为15 ℃。

将上述相关参数代入公式（1）～（2），计算得到蒸汽管道散热损失为50.2 W/m2，蒸汽管道舱每个防火分区的通风量为13 122 m3/h，此风量对应蒸汽管道舱通风换气次数为8.2次/h。

将上述相关参数代入公式（1）、（3）和（4），得到蒸汽管道舱每个防火分区向土壤散热的热流量为6 480 W，考虑蒸汽管道舱每个防火分区向土壤传热后得到的通风量为11 069 m3/h，此风量对应蒸汽管道舱通风换气次数为6.9次/h。

综合考虑工程造价、运行费用等因素，蒸汽管道舱每个防火分区通风量选用11 069 m3/h。此风量对应的换气次数满足GB 50838—2015第7.2.2条的规定。

5.2  水信舱通风量确定

水信舱通风量根据舱室断面尺寸、防火分区长度、事故通风换气次数（6次/h）确定。计算得水信舱每个防火分区的最大通风量为27 216 m3/h。

5.3  燃气管道舱通风量确定

燃气管道舱通风量根据舱室断面尺寸、防火分区长度、事故通风换气次数（12次/h）确定。计算得燃气管道舱每个防火分区的最大通风量为9 576 m3/h。

5.4  电力电缆舱通风量确定

①电力电缆舱散热量

根据当地电力部门资料，得知本工程电力电缆舱每个防火分区的电力电缆散热热流量为56 000 W。

②排除余热所需通风量计算

电力电缆舱每个防火分区的全面通风量计算公式［2］：

根据式（5）（式（5）中其他参数值同蒸汽管道舱）计算得到电力电缆舱每个防火分区的全面通风量为17 744 m3/h，此风量对应电力电缆舱通风换气次数为9次/h。

考虑舱室侧壁和底板向土壤传热（计算方法同蒸汽管道舱），电力电缆舱每个防火分区的通风量为15 473 m3/h，此风量对应电力电缆舱通风换气次数为8次/h。

综合考虑工程造价、运行费用等因素，电力电缆舱每个防火分区的通风量选用15 473 m3/h。此风量对应换气次数满足GB 50838—2015第7.2.2条的规定。

6   风机的选择与安装

①风机的选择

各舱室每个防火分区的风机选择见表2。

表2   各舱室每个防火分区的风机选择

②风机安装

以水信舱、燃气管道舱的通风孔剖面为例，管廊轴流风机、风机箱的安装分别见图2、3。

7   通风口面积计算

根据舱室每个防火分区的通风量及规范要求的最大允许风速，计算得到各舱室的最小通风口面积，见表3。

8   通风系统方面的其他注意事项

①当管廊内部发生火灾时，采用隔氧灭火控制火灾蔓延，为此通过电动方式关闭通风口处的防火阀。待火熄灭，通过电动方式开启防火阀、风机（箱）排烟。

②燃气管道舱选用防爆型风机箱、防火阀。

③通风系统兼顾排烟，风机选择耐高温消防风机，可以选择双速风机。

9   综合管廊通风系统运行

综合管廊内每个舱室设置温度、湿度、含氧量等检测装置，燃气管道舱还要设置燃气泄漏报警器，以便控制通风系统的运行。

GB 50838—2015第7.2.2条规定，“正常通风换气次数不应小于2次/h，事故通风换气次数不应小于6次/h；天然气管道舱正常通风换气次数不应小于6次/h，事故通风换气次数不应小于12次/h；舱室内天然气浓度大于其爆炸下限浓度值（体积分数）20%时，应启动事故段分区及其相邻分区的事故通风设备。”

①正常通风工况：按照GB 50838—2015第7.2.2条规定执行。

②巡视工况：为了安全考虑，巡视维护人员进入管廊前，应该保证管廊内温度、湿度、含氧量达到卫生标准。

③事故通风工况：当管廊内的检测装置报警时，开启相应通风区间的通风设备。

④发生火灾及灾后排烟工况：当管廊某个防火分区内发生火灾，自动关闭该防火分区和相连防火分区的防火阀和风机，相应防火分区处于密闭缺氧状态，以利于灭火。待确认火熄灭后，开启相应防火分区的防火阀和风机，进行排烟。

10   结论和建议

①结论

合理计算散热管线的热量损失，决定风机的选型和通风系统的造价及运行成本。

②建议

a.合理选择综合管廊内蒸汽管道的保温材料及厚度，控制蒸汽管道保温层外表面温度，减少蒸汽管道向管廊内的散热量，以便减小风机通风量，降低工程造价和运行费用。

b.蒸汽管道舱、电力电缆舱的余热尽量由通风机排出管廊，减少管廊向土壤的散热，以保持土壤温度平衡。