公路隧道地下風機房空氣質量環境控制方案研究

彭勁松

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

近年來，伴隨著我國高速公路建設的快速發展，許多深埋特長高速公路隧道如雨后春筍般涌現。不可避免，更多的特長高速公路隧道采用豎(斜)井送排式通風方式，使得風機房在其設計中成為不可或缺的部分，而地下風機房作為這種通風方式的重要組成部分則更是重中之重。然而當采用地下風機房時，《公路隧道通風照明設計規范》(JTJ 026.1－1999)中只有一條規定，即“洞內風機房應設置防潮、防塵降噪和溫度調節、環境監測等設施”，實際上該條文對風機房通風空調設計指導并不明確。由此可見，地下風機房的研究在我國還是起步階段，相關規范、規定對地下風機房空氣質量要求及設計標準還有待完善。

1 實例工程概況

某深埋特長高速公路隧道為雙洞單向行駛隧道，左右洞隧道通風方式均采用豎井送排式縱向通風。左右洞隧道外側各設一座豎井，豎井中間設置中隔墻，將其分隔為送風道和排風道。根據功能要求、地形地質條件、外觀協調、環境保護、養護維修及運營管理等因素綜合考慮，鑒于隧道中部圍巖情況較好，埋深較大，采用地下風機房有利于環境保護，并且養護維修和運營管理方便，故在左、右洞豎井底部均設置一地下風機房，并在地下風機房與隧道、豎井間設置聯絡風道。

該地下風機房跨度和高度較大，結構復雜。風機房布置方向為風機房與主隧道平行，軸流風機與主隧道垂直，軸流風機位于風機房兩端，中間由一條運輸通道與主隧道相連。這樣的布置形式可以減少聯絡風道的長度、減小風流阻力，進而能夠降低工程造價。地下風機房平面布置圖如圖1所示。

地下風機房遠離隧道口，在這樣一個相對封閉、狹小的空間里，陰暗潮濕，各種有害氣體聚集，不但危害工作人員身體健康，而且時間長了也會影響各電氣設備的正常運轉。風機房內有害成分主要為粉塵、氮氧化物和余熱余濕。風機房內的熱量主要來自兩方面:一是電動機運轉散出的熱量;另一部分是由于其他各電氣設備(比如照明設備)實際消耗的電能最終都轉化為熱能所散出的熱量。并且由于地下水的存在，風機房內空氣一般都比較潮濕。值得注意的是，地下風機房內一旦發生火災，如果不能有效地控制煙氣流動，將會對人員疏散和火災救援非常不利。因此，地下風機房內通風空調系統的主要功能為:(1)正常運營時排除機房內的余熱余濕，降低空氣含塵量，稀釋有害氣體濃度，保證房間內空氣環境質量滿足人員的舒適要求和各種設備正常運轉的需要;(2)火災時對風機房的進行排煙，最大程度的降低生命財產損失。

圖1 地下風機房平面布置

2 地下風機房通風設計主要原則

(1)通風空調系統應根據風機房的位置、大小、與各通道關系等情況靈活布置。

(2)通風空調系統設計應在滿足運營要求的前提下力求簡潔，同時系統設計時應采取相應的節能措施。

(3)正常運營時，通風空調系統應能排除房間內余熱余濕，保證空氣環境質量滿足人員的舒適要求和各種設備正常運轉的需要。

(4)當發生火災事故時，通風空調系統應能迅速防、排煙和進行事故通風，為消防人員提供必要的新風量，形成一定的迎面風速，滿足人員安全疏散和消防救援的需要。

(5)通風空調系統應采用運行安全、技術先進、可靠性高、節省空間、便于安裝和維護、高效節能且易于控制的設備。

(6)應為通風空調設備考慮運輸、安裝通道及孔洞，并設置起吊設施。

3 通風系統設計

該地下風機房采用縱向通風系統。根據軸流風機的開啟情況，通風系統分為開啟軸流通風設備的機械通風系統、不開啟軸流通風設備的自然通風系統和開啟進(排)氣扇的機械通風系統。具體通風方案如下所述。

(1)開啟軸流通風設備時，利用軸流風機的機械風壓實現風機房的通風換氣。排氣扇安裝在軸流送風機出口端墻的上部(3號檢修門之上)，進氣扇安裝在軸流排風機進口端墻的上部(1號檢修門之上)，并且進、排氣扇可實現逆轉。關閉所有檢修門同時開啟進氣扇和排氣扇處的風閥便于空氣流進(出)。軸流風機開啟后，軸流送風機出口形成正壓，軸流排風機進口形成負壓。通風路線為通風豎井→底部送風聯絡風道→軸流送風機→送風聯絡風道→排風扇→地下風機房→進風扇→排風聯絡風道→軸流排風機→底部排風聯絡風道→通風豎井，如圖2 所示(箭頭表示風流方向)。

圖2 開啟軸流通風機通風示意

(2)不開啟軸流通風設備時，開啟風機房內的1～4號檢修門和送、排風扇上面的風閥，利用地下風機房與外界大氣的自然風壓差，實現風機房的通風換氣。其通風路線為通風豎井→底部送(排)風聯絡風道→2(4)號檢修門→風機房→1(3)號檢修門和風閥→送(排)風聯絡風道→隧道。當自然風壓相反時，則上述通風線路方向相反。如圖3 所示。由于地下風機房整個空間相對于隧道來說很小，因此，從風機房內排入隧道的污濁空氣對整個隧道空氣質量影響也很小，可以忽略不計。

圖3 不開啟軸流通風機通風示意

(3)開啟進(排)氣扇的機械通風系統有要分為兩種工況，即正常運營階段和火災救援階段。①當沒有開啟軸流風機且自然風壓較小，自然風流不能滿足風機房通風換氣需求時。可關閉1～4號檢修門，并開啟進、排氣扇實現對地下風機房通風換氣。如圖4 所示;②當風機房內發生火災后，需及時控制煙流流動，盡快排走風機房內煙氣，可開啟2、4號檢修門，關閉1、3號檢修門，同時開啟進氣扇和排氣扇(逆轉)對風機房供新風，煙氣通過2、4號檢修門進入底部聯絡風道最后從豎井排出。如圖5 所示。

圖4 開啟進、排氣扇通風示意(正常運營階段)

進氣扇和排氣扇的規格需進行計算確定。地下風機房長L=92 m，端頭墻面積A=121.3 m2。風機房內空氣總體積V=121.3 m2×92 m=11159.6 m3。參考地鐵規范對設備管理用房換氣要求:每小時不小于6 次。但考慮到風機房內的軸流風機只是間隙性開啟，風機房是無人值守的，并借鑒國內其他類似工程設計，該風機房按3 次/h 的換氣頻率計算需風量:Q=11159.6×3=33478.8 m3/h。

圖5 開啟進、排氣扇通風示意(火災救援階段)

選用KS－122 型進(排)氣扇可以滿足風機房通風換氣要求，其性能參數如下表1。

表1 進、排氣扇性能參數表

4 結束語

通過分析，本地下風機房通風換氣方案是可行的，其最大的特點就是:(1)很好地利用了軸流風機機械風壓和自然風壓，達到節約能源的目的;(2)送、排風扇協調配合，氣流組織較好，能有效地實現排除風機房內余濕余熱的作用，同時兼顧了火災救援的要求;(3)結構形式簡單，安裝方便，成本較低，以后的檢修也比較容易。然而，設計全面高效的風機房通風空調系統是一項復雜的工作，需要根據風機房自身的結構特點，優化系統設置，節能意識更需要貫穿于整個設計過程當中。本文僅對此作了一些初步的探討，希望為以后類似工程提供有價值的參考。

［1］JT026.1－1999 公路隧道通風照明設計規范［S］

［2］GB50157—2003 地鐵設計規范［S］

［3］郭春.深埋特長高速公路隧道通風關鍵技術研究［D］.西南交通大學，2008

［4］JTG D70－2004 公路隧道設計規范［S］

［5］劉文勝.哈爾濱地鐵設備管理用房空調通風系統設計方案比選［J］.地下工程與隧道，2006(3)