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发表于2018-11-02    1152人浏览    1人跟帖    总热度:208  

两个地下综合管廊通风系统设计
苏州城北路综合管廊

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
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图1   苏州城北路综合管廊标准段断面
表1   各舱室防火分区参数
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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:
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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]
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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:
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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 mmD=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/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/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 5083820157.2.2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]
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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/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/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 5083820157.2.2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
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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
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图2   水信舱通风孔剖面
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3   燃气管道舱通风孔剖面

7   通风口面积计算

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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。
表3   各舱室的最小通风口面积
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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—20157.2.2条规定,“正常通风换气次数不应小于2/h,事故通风换气次数不应小于6/h;天然气管道舱正常通风换气次数不应小于6/h,事故通风换气次数不应小于12/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 5083820157.2.2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。

包头地下综合管廊

包头市某综合管廊工程全长约12.15 km取其中某段长度为1.60 km的管廊作分析其标准段断面见图1拟容纳的管线包括110 kV高压电缆(8)、10 kV电力(12)、信息(22)、热力(2×DN700)、给水(DN600)、中水(DN600)、污水(DN1200)、燃气(DN315)等管线拟布置于道路红线外南侧绿化带中各舱室通风区间参数见表1
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通风量计算

1.1 计算条件
1热水管道运行温度为110 钢管外径为DN720×8(2),保温材料为离心玻璃棉厚度为140 mm相关参数为ta=40 D0=720 mmD1=1 000 mmλ=0.0446 W/(m·K),αs=11.63 W/(m2·K);舱室内夏季的环境温度为35.5 进风温度取当地夏季室外通风计算干球温度27.4 排风温度为40 
210 kV电缆(12)采用三芯电缆(铜芯),允许持续载流量为350 A电缆的截面积为300 mm2110 kV电缆(8)采用三根单芯电缆呈品字形配置(铜芯),允许持续载流量为420 A电缆的截面积为630 mm2
3采用简化计算方法考虑夏季舱室通过舱壁和底板(顶板)传递给土壤的热量时需要确定与土壤直接接触的舱室侧壁和底板(顶板)的表面平均温度根据以往工程经验取21.5Δt=14 
1.2 计算结果
将上述参数代入式(1)(9),计算得到单根DN700热水管道的散热损失为19.8 W/m2综合舱(含热力管道)舱壁和底板传递给土壤的热量为8 512 W排除余热所需通风量为9003 m3/h校核换气次数要求可得到设计通风量为33 744 m3/h
对于电力舱按电缆的允许持续载流量计算10 kV三芯电缆单位长度的热损失功率为24.5 W/m110 kV单芯电缆单位长度的热损失功率为5.6 W/m同时使用系数取0.70电力舱单个通风区间内的电缆总发热量为119.95 kW通过舱壁和底板传递给土壤的热量为5.82 kW各舱室的通风量计算结果见表2
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设备选型

该工程采用机械进风+机械排风的通风方式各舱室通风机选型见表3
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风亭百叶面积计算

4中列出了各舱室单个通风区间的风亭最小百叶面积当多个通风区间的风亭百叶合并设置时风亭最小百叶面积需相应累加
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通风口剖面

以综合舱电力舱为例通风口剖面图如图2所示
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构成通风系统的要素

1.机械风机

为了保持 综合管廊内的通风情况良好,一般设计时非燃气仓会在防火分区的一端设置自然进风口,另一端设置机械排风口,机械排风口安装机械排风机。天然气舱在防火分区的一端设置机械进风口,另一端设置机械排风口。
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 风机应选择节能型,低噪声 ,双速风机。以便在平时节能低速运行,事故排烟时高速运行。
2.防暴风机
然气舱的风机要采用防爆风机。
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风机模型图

3.电动风阀

电动风阀:通俗来说就是风道上的电动阀门,用来控制风道内气体的流量和风道的开关。
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a. 安装在进风口上方
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b. 安装在排风口下方
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c.控制方式可以手动控制也可以远程控制开启
 平时常开 ,非燃气舱发生火灾时关闭,灭火后开启
 d.易燃气舱可燃气体超过爆炸下限20%时,电动风阀开启。
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模型图

4.自然进风口

综合管廊的每个舱室应设置人员出入口、逃生口、吊装口、进风口、排风口、管缘分支口等。然气管道舱室的排风口与其他舱室排风口、进风口、人员出入口以及周边建筑物口部距离不应小于 10米。天然气管道舱室的各类孔口不得与其他舱室连通,并应设置明显的安全警示标识。
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自然进风口截面图
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自然进风口上视图

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自然进风口效果图
a.尺寸:
自然进风口地上带百叶窗的通风室一般长10米多起点从管廊顶部开始到地上部分高3.5米到4米按照管廊覆土2.5米算,地面高度1.5米左右。管廊顶部的通风口2X1米左右,雨污舱1 X 1米左右。
b.位置
自然进风口一般设置在防火分区的两端,与设备间和逃生口结合设计。其中综合舱、雨污舱、电力舱结合设计共用一个进风口。
按照一个防火分区200米为例,自然进风口的设计一般为两个防火分区合在一起建设。如下图
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天然气舱的进风口和其他舱室的进风口分开设置,间隔30米以上,而且天然气舱的一般为机械进风口。
外部实景:
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外部实景
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内部实景

5.机械排风口

自然排风的话效率极低难以保证空气的有效流通,所以每个舱的防火分区端部(或中部)会设置机械排风口,用于廊内的气体流通也可以在发生火灾等意外事故时,及时排除廊内的烟雾等有害气体。机械排风口,自然进风口的结构都是相似的,只不过尺寸和安装的设备有所差别,注意机械排风口的廊顶的排风口要安装排风机,

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机械排风口的上视图

a.机械排风口规格
4米左右
2米左右
高从管廊顶部到地面露出部分也是4米左右(参考)
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机械排风口效果图
b.机械排风口的位置
机械排风口一般设置在管廊的防火分区的中部,或者两端,以200米一个防火分区,跟进风口一样,相邻的两个防火分区的排风口结合设计。排风口一般还和逃生口和设备间结合设计。(如下图)
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外部实景
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外部实景图
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内部实景图

6.电动防雨百叶窗

电动防雨百叶窗具有结构简单,防雨、防风性能好,重量轻、安装方便等优点,它采执行器作驱动元件,调节平稳、可靠、无噪音。
a.安装位置:
电动通风防水百叶窗安装在综合管廊通风口露出地面的部分,设置在道路中心和两侧的绿化带内。
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b.使用方式:
电动防雨百叶窗是带有外窗框可直接安装在墙体洞口中,外侧安防雨百叶、具有防雨浅入内部的功能,内侧安装活动内框。在活动内框上面安装电动百叶、通过叶片 旋转达到开和关的目的。 
c.结构组成:
电动防雨百叶窗由外部防雨百叶和内部电动百叶双层百叶构成,在中间可以选配防蚊网、防鼠网。
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组成图
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实物图
d.防雨功能:
电动防雨百叶窗用于长期有通风要求的机房或其它公众场合它由带集水沟的防雨叶片和带滴水框的侧框架组成,该窗体即使在瓢泼大雨之时,不仅能有效地阻止雨水打进室内,而且在整个百叶窗的迎风面不会形成水帘,从而保证正常的设计通风要求。

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安装位置图

7.诱导风机

又称射流风机、接力风机。它通过诱导,进行空气的传递。本身的风量很小。常用在地下设施的通风系统中,搅匀、清除局部空气死角,使局部空气得到改善。
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诱导风机特点:
1、设计简单、灵活:系统规划简单,设计变动弹性大,容易修改,出错机会小;
2、节省空间:不需要传统通风那样复杂巨大的管路,最大也不过35CM口径螺旋风管;
3、安装简便:无需巨大风管,施工简单,安装方便、灵活;安装位置有针对性,使用方便;
4、新型喷嘴:采用挠性喷嘴可万向调节,射流方向随意调整,简单方便,灵活机动;
5、高效节能:利用物理特性诱导风量,故节省电力,运转成本低,设备体积小,安装费用降低;
6、维护方便:诱导风机设有检修门和过滤网,过滤网清洗方便,风机检修、维护简便;
7、换气质量高:诱导气体完全流通,不会有死角产生,降低废气浓度,避免污染积累,提高空气品质。
在需要通风的构筑物空间内一台诱导风机起不到通风的作用;需要多台诱导风机和相关设备组成诱导通风系统共同完成通风的任务!
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诱导通风系统的组成:
诱导通风系统包括送风风机、诱导风机(多台)和排风风机,其中诱导风机由超薄箱体、低噪音前向多翼离心风机、可任意调节方向的喷嘴三部分组成。系统的流程是由送风风机提供清洁空气源,诱导风机将其与室内污染空气进行混合,并沿预定的方向流向排风口,由排风机排出
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诱导通风系统的基本原理:
   当空气从喷口以恒定的速度射入一个不受周围界面限制的空间内扩散时,则形成自由射流。诱导通风系统喷嘴射出的气流可视为等温自由圆射流,在惯性力作用下,射流将保持流动方向向前流动。
   由于射流边界与周围介质间的紊流动量交换,周围空气被持续卷入,射流范围(射流直径)不断扩大,流量沿射程方向不断增加,而射流断面的速度场从射流中心开始逐渐向边界衰减,并沿射程不断减小。根据动量守恒定律Q0V0=QXVX,各断面的总动量保持不变,在理论上射流的宽度会一直增至无限大,诱导风量QX也会增至无限大,各点速度VX将减至无限小,但在实际环境中使用时受许多非理想条件,如建筑物中梁、板、柱类障碍物和来自各方向的其它自然气流的影响,当射流的中心速度衰减至某一速度V时必须由另一喷嘴来接力,从而形成持续的气流卷吸和导引作用,使整个作用空间产生持续流动的速度场。

8.排烟风机

在综合管廊中,尤其是电力舱内有大量的电力电缆极易引发火灾,在火灾和灭火过程中会产生大量的有毒有害气体,所以综合管廊的设计中,需要安装事故排烟风机。在综合管廊中主要是指的是发生电气火灾后产生浓烟,以及自动灭火系统在灭火过程中产生有毒烟雾和有害气体之后的事故通风。
a .综合管廊内的排烟风机设计
综合管廊中的排烟风机一般会和机械排风风机结合设计
也就是说机械排风风机本身也肩负这事故排烟风机的职责,在电气火灾发生后,开启事故排烟风机,及时排出管廊内的有毒有害烟雾和气体,保障管廊工作人员的人身安全。
b.事故排烟风机的选型及要求
1)排烟风机选用主要控制参数为工作温度、风量、全压、效率、噪声、电机功率、转速及轴功率。
排烟通风机在介质温度不高于85的条件下应能长期正常运行。
2)排烟通风机应保证:当输送介质温度在280时能连续工作30min,并在介质温度冷却至环境温度时仍能连续正常运转。
3)在额定转速下,在工作区域内,通风机的实测压力曲线与说明书中给定的曲线应满足下列规定:
4)轴流式排烟通风机在规定的流量下,所对应的压力值偏差为±5%
5)离心式排烟通风机在规定的流量下,所对应的压力值偏差为±5%
6)排烟通风机在说明书中给定的工况点下的比A声级噪声限值应符合JB/T8690-1998的规定。
7)排烟风机可采用普通钢制离心式通风机或专用排烟轴流式通风机。排烟风机规格按《高层民用建筑设计防火规范》中的规定。排烟风机最小风量为7200m/h,最大风量不宜超过60000m/h(指一个排烟分区的最大风量)。
8)排烟风机风量应按所需要的风量值增加不小于10%~20%的富余量。
9)防烟加压通风机的风压值应按排烟系统最不利环路进行计算,并保证在防烟楼梯间内余压值4050Pa。前室、合用前室、消防电梯前室、避难层等内部的余压值2530Pa
10)消防排烟风机应符合现行标准JB/T10281-2001《消防排烟通风机技术条件》。
11)排烟系统的风机宜单独设置。排烟风机的位置宜处于排烟区的同层或上层。

转载自暖通空调在线、易筑暖通



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