隧道管理站采暖設(shè)計(jì)

李莉霞

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

隨著高速公路的發(fā)展，連接著各個(gè)地方的交通樞紐迅速地崛起，沿線的配套設(shè)施也正在逐步地完善、健全。山西作為中國(guó)黃土高原的重要部分，地貌類型復(fù)雜，其中山地丘陵占80%以上，六大山脈，五大盆地增加了交通建設(shè)投資，開(kāi)鑿隧道變得尤為普遍以及重要。《山西省高速公路隧道養(yǎng)護(hù)管理辦法》明確了隧道的機(jī)電、消防等的維護(hù)責(zé)任，同時(shí)高速公路隧道管理站的作用也越來(lái)越受到重視。

隧道管理站一般是為管理、維護(hù)隧道的工作人員提供辦公、監(jiān)測(cè)、住宿等基本功能，建筑規(guī)模不大且遠(yuǎn)離市區(qū)，根據(jù)隧道建設(shè)地點(diǎn)酌情確定，較分散。因此，市政一般不能作為其冬季采暖的熱源，自建熱源成本相對(duì)較高且應(yīng)該注意環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排等要求[1]。

1 熱力工程

1.1 自建鍋爐房

對(duì)于既分散又遠(yuǎn)離市政熱力管網(wǎng)的隧道管理站，可以采用自建鍋爐房的形式提供場(chǎng)區(qū)熱源。鍋爐房的類型有燃煤、燃油、燃?xì)庖约半娂訜崞鳌＜僭O(shè)建筑面積1 200 m2，熱負(fù)荷按120 kW計(jì)，各種類型鍋爐經(jīng)濟(jì)對(duì)比方案見(jiàn)表1。

表1 各類型鍋爐經(jīng)濟(jì)對(duì)比

燃油鍋爐的初期投資與后期運(yùn)行費(fèi)用之和屬于中等，但是其存在一個(gè)缺點(diǎn)，需要一個(gè)儲(chǔ)油間，安全系數(shù)低，管理不方便，維修復(fù)雜。

電鍋爐優(yōu)點(diǎn)：不存在排放污染，簡(jiǎn)潔易操作，占地面積小；缺點(diǎn)：耗電量大，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高。可用于煤、油等燃料受到環(huán)保且電量可以充分保證的區(qū)域。

空氣源熱泵優(yōu)點(diǎn)：能效高，環(huán)保節(jié)能；缺點(diǎn)：在寒冷潮濕的室外環(huán)境下，需要加強(qiáng)除霜防護(hù)措施。從熱效率角度，空氣源熱泵可以大大地減少運(yùn)行費(fèi)用，提高設(shè)備的利用率，符合可持續(xù)發(fā)展的需求。

生物質(zhì)鍋爐作為一種新型的環(huán)保節(jié)能鍋爐，其優(yōu)點(diǎn)：高效、節(jié)能減排、環(huán)保；缺點(diǎn)：暫時(shí)停爐時(shí)不能壓火，容易引起倒燃而使燃料斗中的燃料著火，在實(shí)際工程應(yīng)用中，原料質(zhì)量需要嚴(yán)格把關(guān)，原料來(lái)源相對(duì)而言比較受設(shè)備廠家約束。

1.2 室外熱力管網(wǎng)

1.2.1 熱補(bǔ)償方式

一般隧道管理站占地面積不會(huì)很大，采暖面積小，熱負(fù)荷小，場(chǎng)區(qū)排布較為緊密，室外熱力管線相對(duì)而言較短，管徑較小，分支較少。根據(jù)《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》上冊(cè)，管段的伸長(zhǎng)量計(jì)算公式如式（1）：

式中：ΔL為管段的伸長(zhǎng)量，mm；αt為管材在設(shè)計(jì)溫度t時(shí)的線膨脹系數(shù)，m/(m·℃)，按12.2×10-6計(jì)；Δt為熱媒溫度與管道安裝溫度之差，℃。

則：25 m管線伸長(zhǎng)量 ΔL=12.2×10-6×25×（75-10）×1 000=20 mm.

當(dāng)管道轉(zhuǎn)角不大于150°時(shí)，一般采用90°彎頭，其臂長(zhǎng)不宜超過(guò)20～25 m，則根據(jù)公式：

式中：L2為L(zhǎng)型管道短臂長(zhǎng)度，m；ΔL1為長(zhǎng)臂L1的熱伸長(zhǎng)量，mm，L1長(zhǎng)度按25 m計(jì)；d0為管道外徑，mm，按57 mm計(jì)。

則：L1長(zhǎng)度的管道利用L形管道自然補(bǔ)償時(shí)，短臂長(zhǎng)度約為2.1 m。

因此，一般情況下，為了節(jié)約成本，降低造價(jià)，減小施工復(fù)雜程度，可以靠L形管道和固定支架來(lái)實(shí)現(xiàn)自然補(bǔ)償。

1.2.2 埋設(shè)方式

根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ34—2010條文8.2.1、8.5.3，一般采用預(yù)制保溫管直埋敷設(shè)，管頂覆土最薄處不少于500 mm，如果有特殊要求時(shí)，可以增加覆土或采取加強(qiáng)管道強(qiáng)度等措施。山西存在濕陷性黃土地區(qū)，而隧道管理站室外熱力管道管徑不大，可以采用3∶7灰土或者素土墊層先對(duì)地基進(jìn)行處理，然后再按照常規(guī)做法進(jìn)行管道敷設(shè)。

2 室內(nèi)采暖系統(tǒng)

2.1 采暖系統(tǒng)形式

隧道管理站一般建設(shè)樓層較少的單、多層建筑，建筑功能包括職工餐廳、宿舍、辦公室，有的還含有隧道的監(jiān)控室。對(duì)于單層建筑一般采用雙管上供上回式采暖系統(tǒng)或者雙管下供下回式采暖系統(tǒng)，干管均采用同程式。對(duì)于多層建筑一般采用單管上供下回式系統(tǒng)或雙管下供下回式系統(tǒng)。

隧道管理站中經(jīng)常會(huì)存放一些消防車等大型車輛，因此會(huì)建設(shè)車庫(kù)等建筑物。一般為單層建筑，采用上供上回雙管系統(tǒng)，供回水管道均敷設(shè)在頂板下，可不設(shè)置地溝，能實(shí)現(xiàn)同程式供暖。但是采暖效果不佳，且必須在每根立管的最低點(diǎn)設(shè)置泄水閥以便檢修時(shí)排水，較為繁瑣；除對(duì)溫度要求不是很高或管道敷設(shè)受條件限制的單層建筑外不建議采用此系統(tǒng)。一般建議采用雙管下供下回系統(tǒng)，該系統(tǒng)特點(diǎn)下述多層建筑采暖系統(tǒng)形式中進(jìn)行介紹。

對(duì)于2層-24 m以下的多層建筑一般在首層設(shè)置室內(nèi)地溝，多采用單管上供下回式或雙管下供下回式采暖系統(tǒng)，干管同程，室內(nèi)采暖系統(tǒng)形式示意圖如圖1、圖2。

圖1 單管上供下回式系統(tǒng)

圖2 雙管下供下回式系統(tǒng)

2.1.1 單管上供下回式系統(tǒng)

a）優(yōu)點(diǎn) 節(jié)省管材，構(gòu)造簡(jiǎn)單，水力穩(wěn)定性好。

b）缺點(diǎn) 熱水從頂層的供水管先經(jīng)過(guò)頂層的散熱器消耗一部分熱量后，才到達(dá)下一層散熱器，導(dǎo)致散熱器平均溫度tpj逐漸減小，如需保證房間供暖溫度，散熱器片數(shù)隨之增多。如不經(jīng)過(guò)計(jì)算，按老經(jīng)驗(yàn)布置散熱器（1片/m2），會(huì)導(dǎo)致各層熱量分布不均勻，首層房間溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

2.1.2 雙管下供下回式系統(tǒng)

a）優(yōu)點(diǎn) 可以單獨(dú)調(diào)節(jié)、檢修各個(gè)房間的散熱器；較單管上供下回式系統(tǒng)節(jié)省散熱器片，可以緩和上供上回式系統(tǒng)的垂直失調(diào)現(xiàn)象；室內(nèi)無(wú)供水干管，房間美觀。

b）缺點(diǎn) 安裝供、回水干管需設(shè)置地溝，排氣不便，耗材多，立管多[2]。

在采暖面積不大的隧道管理站建筑單體里，建議優(yōu)先采用雙管下供下回方式。也可根據(jù)業(yè)主要求或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取其他系統(tǒng)方式，但無(wú)論采用哪種形式，供回水干管最高點(diǎn)均應(yīng)設(shè)置自動(dòng)排氣閥，在最低點(diǎn)設(shè)置泄水，水平管道的敷設(shè)應(yīng)保證一定坡度，以及相關(guān)規(guī)范的要求。

2.2 采暖末端方式

在隧道管理站供暖設(shè)計(jì)中常用的采暖末端一般為散熱器采暖與地面輻射采暖。

散熱器采暖形式較為傳統(tǒng)，曾是主要的采暖末端，在我國(guó)已有多年使用歷史。近年來(lái)地面輻射采暖也應(yīng)用較為廣泛，地面輻射分為熱水輻射供暖和加熱電纜輻射供暖，加熱電纜輻射供暖初期投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，在隧道管理站辦公樓和宿舍中應(yīng)用較少。

與散熱器采暖方式相比較，熱水地面輻射供暖對(duì)施工要求較為嚴(yán)格，維修不易[3]。根據(jù)規(guī)范要求熱水地面輻射供暖系統(tǒng)供回水溫差不宜大于10℃，散熱器供暖系統(tǒng)供回水溫差不宜小于20℃，由此所得散熱器采暖系統(tǒng)供回水溫差大，即流量小，所需要的管徑比熱水地面輻射供暖小，可節(jié)省管材并節(jié)約水泵輸送所耗電能。在實(shí)際應(yīng)用方面，隧道管理站中有車庫(kù)等輔助用房，宜采用散熱器采暖。盡管熱水地面輻射供暖均勻，人體舒適感強(qiáng)，不占用房間面積，較為美觀，便于裝修[4]，但是在隧道管理站設(shè)計(jì)中，為了統(tǒng)一采暖形式，節(jié)約管材與節(jié)能，建議采用散熱器采暖。

3 總結(jié)

綜上所述，在高速公路隧道運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，隧道管理站有著不可缺少的作用。根據(jù)隧道管理站占地小，遠(yuǎn)離市政管網(wǎng)，并環(huán)保有嚴(yán)格要求，建筑單體層數(shù)少、面積小、功能簡(jiǎn)單、場(chǎng)區(qū)內(nèi)排布緊密等特點(diǎn)，室外采暖在沒(méi)有市政熱源的情況下，自建鍋爐可以采用空氣源熱泵和電加熱器，熱力管網(wǎng)采用直埋敷設(shè)，覆土厚度至少保證500 mm；建議室內(nèi)采暖末端方式采用散熱器，系統(tǒng)形式采用雙管下供下回同程式。如有條件限制，可因地制宜地選擇合適的采暖系統(tǒng)。