談人防地下室戰時通風設計及其注意事項

劉坡軍,許國強

(廣東省建科建筑設計院,廣州510500)

1 引言

防空地下室戰時起著保護室內人員和戰備物質免遭敵人武器破壞的作用。對于防空地下室構成威脅的武器有核武器、生物武器、化學武器和精確制導武器。按照 《人民防空法》和國家的有關規定,結合新建民用建筑應修建一定數量的防空地下室。因此從戰略的考慮,尤其是大城市越來越多的建筑將人防設計提到日程上來,在防空地下室的采暖、通風與空調設計,必須確保戰時防護要求,當平時使用要求與戰時防護要求不一致時,應采取平戰功能轉換措施,在通風方面,平時宜結合防火分區設置,戰時應按防護單元分別獨立設置。本文結合實際工程介紹談談防護通風設計的方法及注意事項。

2 設計原則

防空地下室的防護通風設計中必須根據相應的武器效應,采取以 “擋”為主、“擋、濾、排”相結合的綜合技術措施來保障工程內部的安全。擋——除災出入口設置防護門、密閉門外,在通風系統上設置活門、密閉閥門和密閉穿墻管等措施將核、生、化污染物及沖擊波 “擋”在工程之外;濾——在工程內設置除塵和濾毒設備,將進入工程內的外界污染空氣進行一定的潔凈處理;排——保證工程內一定的超壓并對口部防毒通道和污染區實施排風換氣,將染毒空氣 “稀釋”至安全濃度。防護通風設計原則包括下列各項:

(1)進、排風口的數量不宜過多,以利于戰時防護,且應能有效地防止沖擊波沿進、排風口進入工程內部。每個防護系統應設置一個進風口,一個排風口,以確保戰時每個防護系統有獨立的通風系統。

(2)通風系統必須具有良好的密閉性,防止外界污染空氣沿通風管道進入室內。

(3)用于人員掩蔽的防空地下室,必須設置專用的除塵濾毒裝置,將一定量的室外染毒空氣處理至安全濃度后送入地下室。

(4)有一定的隔絕防護能力,在規定的隔絕防護時間內,保持工程內二氧化碳濃度不超過允許值。

(5)在濾毒式通風時,保證工程內一定的超壓和防毒通道的通風換氣次數。

(6)能夠隨時了解工程內外染毒和超壓情況。

3 防護通風設計

下面本文結合作者完成的實際項目談談防護通風設計的方法及注意事項。

3.1 項目概況

電子科技大學中山學院科研行政辦公樓一期土建工程項目,其中地上9層,地下二層。擬建建筑面積30720.6m2,含地下室建筑面積8018.6m2,總建筑高度39.2m。其中:地下一層作車庫、冷凍機房、變配電房及發電機房等,地下二層平時作車庫,戰時做六級二等人員掩蔽所,其人防建筑面積合計為3720m2。戰時分兩個防護單元,其中第一防護單元防護面積為1550m2,第二防護單元防護面積為1880m2,其它詳細情況見表1。

表1 兩個防護單元的詳細情況

由于兩個防護單元相鄰,故在每個防護單元各設一個獨立出入口,同時在其相鄰處的防護密閉門外設一個室外出入口。兩個防護單元分設進排風系統及洗消污水集水坑、戰時干廁、戰時水箱間。兩個防護單元由設在其防護密閉隔墻上兩側的防護密閉門門洞相連通,設在人防區與非人防區之間的門戰時均封堵。每個防護單元的防毒通道兼簡易洗消間、排風豎井、排風擴散室等設施用房,設置在與地面直接相通的戰時主要出入口附近,以便于戰時人員清潔和滿足防毒通道換氣次數的要求。進風機房、進風豎井、進風擴散室、濾毒室等設施用房設置在戰時非主要出入口附近,以便于進排風豎井間距滿足 《人民防空地下室設計規范》(以下簡稱為《人規》)的要求,并且能合理布置送風道,滿足送排風的要求。

表2 閥門和風機控制表

3.2 防護通風方式

戰時通風系統包括清潔通風、濾毒通風、隔絕通風三種通風方式。其正確轉換操作:清潔通風——隔絕通風——濾毒通風(或隔絕通風)。人防口部通風原理圖見圖1和圖2,閥門和風機控制表見表2。

圖1 口部進風系統圖

圖2 口部排風系統圖

3.3 設備的選擇 (以第一防護單元為例)

3.3.1 送風系統 (見圖3)

圖3 第二口部進風平面圖

(1)清潔通風新風量LQ:LQ=L1×n=5m3/(P·h)×1000 P=5000 m3/h[《人規》 要求L1≥5m3/(P·h)]

(2)濾毒通風新風量LR:按掩蔽人員計算:LR=L2×n=2.5m3/(P·h)×1000 P=2500 m3/h[ 《人規》 要求L2≥2.0m3/(P·h)]

防毒通道的有效容積VF:VF=12.6m2×3.7m=46.62 m3

取濾毒通風時防毒通道的換氣次數:K=40次/h(《人規》要求K≥40次/h)

密閉清潔區的容積V0:V0=1550m2×3.7m=5735 m3

地下室超壓時的漏風量Lf:Lf=V0×4%m3/h=5735×4%m3/h=229.4 m3/h

保持超壓所需的新風量LH:LH=Vf×K+Lf=46.64×40+229.4=2094m3/h

濾毒通風新風量LD應取LR和LH二者中的大值,故:LD=2500m3/h

此時濾毒通風時防毒通道的換氣次數:K=(LD-LF)/VF=(2500-229.4)/46.62=48.7次/h

(3)校核計算隔絕防護時間T能否滿足要求:

T=1000·V0(C-C0)/n·C1=1000×5735×(2.5%-0.45%)/1000×20=5.87＞3(h)

滿足隔絕防護通風時間大于或等于3h的要求。

(4)粗效過濾器:

粗效過濾器不僅用于清潔通風時濾除空氣中較大顆粒的灰塵,而且用于濾毒通風時濾除粗顆粒爆炸殘余物、毒物和放射性物質。通常采用的LWP-X(D)型油網除塵器為片式或塊式結構,每個除塵器風量必須控制在600～1600m3/h,除塵器可用托架架起,固定于墻上以充分利用建筑空間。設計時應注意在除塵器兩端的管道上預留DN15的測壓管(測定除塵器運行阻力)接口。計算油網濾塵器的數量:n=LD/LY=5000/900=5.55個,取6個。

(5)過濾吸收器:

過濾吸收器主要用以過濾吸收空氣中的毒霧、毒煙、毒劑蒸氣、放射性灰塵和細菌氣溶膠等,是通風系統的關鍵設備。一般采用SR型過濾吸收器,有3種規格,額定風量分別為 300m3/h,500m3/h,1000m3/h。根據濾毒風量進行選擇,可2～3臺并聯使用,利用支架落地安裝。吸收器兩端管道上應預留DN15的測壓管(測定吸收器運行阻力)接口,根據測壓管測定的阻力可及時判斷吸收器是否失效。n=LQ/Lg=2500/1000=2.5個,取 3個。

(6)風機的選擇:

風機選型與普通民用建筑的原則及方法基本相同,應根據進風系統的風量、風壓損失來確定。

(a)清潔通風時:

清潔通風時通風系統的阻力200Pa(計算過程略),消波設施的阻力100Pa(查 《防空地下室設計手冊-暖通、給排水、電氣分冊》懸板活門參數表),油網過濾器的阻力53.5Pa(查 《防空地下室設計手冊-暖通、給排水、電氣分冊》LWP-X(D)型油網過濾器參數表)。故清潔通風時風壓:1.15×(200+100+53.5)=406.5Pa。

(b)濾毒通風時:

濾毒通風時通風系統的阻力50Pa(計算過程略),消波設施的阻力50Pa(查 《防空地下室設計手冊-暖通、給排水、電氣分冊》懸板活門參數表),油網過濾器的阻力20Pa(查 《防空地下室設計手冊-暖通、給排水、電氣分冊》LWP-X(D)型油網過濾器參數表),過濾吸收器的阻力700Pa(查 《防空地下室設計手冊-暖通、給排水、電氣分冊》SR型過濾吸收器參數表)。故濾毒通風時風壓:1.15×(50+50+20+700)=943Pa。

因本工程無人防電站,戰時電源無保證,故設計中選兩臺性能相同的電動腳踏兩用風機 (性能參數查 《防空地下室設計手冊-暖通、給排水、電氣分冊》DJF-1型電動腳踏兩用風機參數表)。電驅動時,風量1278～3273m3/h,風壓1430～410Pa;腳踏驅動時,風量1225～2987m3/h,風壓1208～353Pa。無論采用電動還是腳踏驅動,該風機均能滿足清潔進風和濾毒進風的要求。

隔絕通風時,關閉系統所有手動密閉閥,打開風機吸入口前的插板閥即可。

3.3.2 排風系統 (見圖4)

圖4 第一口部排風平面圖

(1)清潔通風排風量LQP:LQP=LQ×90%=5000m3/h×90%=4500m3/h

(2)濾毒通風排風量LDP:LDP=LD-Lf=2500m3/h-229.4m3/h=2270.6m3/h

(3)確定超壓設計值、計算超壓排風量:《人規》規定二等人員掩蔽所濾毒通風時內部超壓應大于等于30Pa,本工程濾毒通風時超壓值設計為55Pa。

最小防毒通通道的有效容積VF:

最小防毒通道的通風換氣次數應大于40次/h,按此計算超壓排氣風量LDP為:46.62m3×40=1864.8 m3,實際可用于超壓排風的風量為:

LDP=2270.6 m3/h

(4)選擇超壓排氣活門:

超壓排風系統上的密閉閥門、排風管、消波設施等在超壓排風時由于排風量很小,所以其排風阻力很小,可以估算為10Pa,用于超壓排氣活門上的排風壓力則為55Pa-10Pa=45Pa。在超壓45Pa時Ps-D250型防爆超壓排氣活門的排氣量為770m3/h,因此選擇3個,即滿足使用要求。

以上式中其它參數:

C—防空地下室室內二氧化碳的容許度 (%);

C0—隔絕防護前防空地下室室內二氧化碳的初始濃度 (%),其值與隔絕防護前的風量有關;

C1—室內人員每人每小時呼出的二氧化碳量[L/(P·h)],掩蔽人員宜取20,工作人員宜取20～25;

n—隔絕防護時清潔區內實際的掩蔽人員人數,P;

K—濾毒通風時防空地下室主要出入口處最小防毒通道的設計換氣次數,次/h;

L1—清潔通風時掩蔽人員新風量設計計算值,m3/(P·h);

L2—濾毒通風時掩蔽人員新風量設計計算值,m3/(P·h);

LD—濾毒通風時的新風量,m3/h;

Lg—單個過濾吸收器的額定風量,m3/(h·個);

Ly—單個油網過濾器的額定風量,m3/(h·個);

Lf—濾毒通風時防空地下室內保持超壓時的漏風量,m3/h;設計計算時,可取清潔區有效容積的4%

3.4 設計中應注意的其他問題

(1)風管選材

人防通風管道管材包括2～3mm厚鋼板和普通的鍍鋅鐵皮。其中進風防爆活門擴散室與粗效過濾器、密閉閥門、過濾吸收器到風機的吸入口之間的配管、密閉墻預埋短管及防毒通道內使用的排風管應選用2～3mm厚鋼板制作;送風機出風口之后的風管應選用普通的鍍鋅鐵皮制作。

(2)密閉隔墻預埋短管

當管道穿越防護密閉隔墻時,必須預埋帶有密閉翼環和防護抗力片的密閉穿墻短管。其做法與一般通風系統的預埋管件有著本質的區別。密閉翼環和防護抗力片可采用6mm厚的鋼板制作,直徑應比風管直徑大200mm,采用T42焊條圓周滿焊,焊縫高6mm。

(3)排風管路布置

排風管路的設計應力求使簡易洗消間和防毒通道內部得到充分換氣。將通向簡易洗消間的自動排氣活門設在高處,簡易洗消間與防毒通道的連通管設在低處,排氣出口設在高處,并相互錯開,可使整個空間得到充分換氣。平面布置時還要注意防毒通道內進排氣口不要靠得太近,應錯開布置。

(4)平時通風與戰時通風的轉換。

為了更好的發揮防空地下室的戰備效益、社會效益和經濟效益,防空地下室的通風設計應考慮戰時進、排風機、濾毒罐平時安裝到位,臨戰啟用,風管平戰結合平時裝好,戰時調試、啟用設備及其相應的零星工作。因此設計時還應綜合考慮平時與戰時通風的轉換要求。

4 結語

綜上所述,設計人員在進行人防地下室通風設計時不僅要考慮戰時掩蔽人員的清潔、濾毒、隔絕通風,還要有可靠的平戰功能轉換措施,因此要認真理解規范,做到合理分區;系統設置簡單實用;通風設備容量計量準確、選擇合理、平戰轉換方便;并且應在圖紙中給出戰時、平時通風原理圖及平戰轉換和戰時清潔、濾毒、隔絕三種通風方式轉換過程中有關閥門的使用情況,便于施工、使用單位充分理解設計意圖,用戶使用時也能心中有數,以保證這些設備發揮應有的效果,保證地下室人員及設備戰時、平時都能處于一個安全、衛生的環境,實現人防地下室應有的功能,發揮其應有的經濟和社會效益。

[1] 人民防空地下室設計規范GB50038-2005[S],2005

[2] 中國建筑標準設計研究院.防空地下室設計手冊-暖通、給排水、電氣分冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2005