城市地下綜合管廊通風系統設計探討

高彪

北京市市政工程設計研究總院有限公司

0 引言

我國傳統市政工程建設重地上、輕地下，重建設、輕管理，重項目、輕統籌，重增長、輕影響，為城市基礎設施建設遺留下很大問題。綜合管廊是建于城市地下用于容納各類市政管線的構筑物及其附屬設施，可集約地下空間，方便管線增容，避免開挖馬路，容納架空線網，美化城市景觀，釋放城市建設空間，促進城市可持續發展。綜合管廊已成為城市建設現代化、科技化、集約化的標志之一。綜合管廊一般設置在城市主要道路下，是地下空間相對密閉的構筑物，容納的各類市政工程管線自然狀態下會產生大量的余熱、余濕、有害氣體等，對人員安全、市政管線正常運行危害極大，為保證管廊內部空氣質量，為其設計合理有效的通風系統至關重要。

圖1 綜合管廊風井橫斷圖

1 通風系統設計原則

綜合管廊通風系統應保證綜合管廊內部空氣衛生要求，能提供足夠的新風以確保管廊維保人員的安全，當人員在管廊內工作時，空氣溫度不得超過40℃。事故狀況下通風系統應能夠自動和手動有效控制，有效排除艙室內煙氣，減少人員和財產損失。應保證天然氣艙內空氣環境的安全性，對天然氣濃度進行實時監控，一旦發生天然氣泄漏事故，應及時有效地啟動事故通風系統，排除泄漏的氣體使其濃度降低到安全水平。另外，綜合管廊的通風系統設置應滿足節能環保、投資運營、安全防范等方面的要求與規定。

2 通風系統的類別

綜合管廊的通風系統主要有自然進風+自然排風，自然進風+機械排風，機械進風+機械排風三種方式，三種通風方式優缺點比較如表1[1]：

表1 綜合管廊通風方式對比

為有效保證綜合管廊內部空氣的質量，并綜合考慮節能環保、投資運營、消防安全、對環境影響等多方面要求，應合理選擇通風方式。容納給水、再生水、熱力、通信線纜、雨水管道、電力電纜、熱力管道的艙室一般以自然通風為主，機械通風為輔，采用自然進風+機械排風的通風方式。而天然氣管道艙及污水管道艙由于存在可燃氣體、有毒有害氣體，應及時有效地將其排出管廊艙室，一般采用機械進風+機械通風的通風方式。

3 通風系統設計計算

3.1 防火、通風分區的劃分

綜合管廊是建設于地下容納各類市政管線的狹長構筑物，空間比較密閉，依據消防要求，電力電纜艙和天然氣艙室應每隔200m采用耐火極限不低于3 h的不燃性墻體劃分防火分區，而通風分區原則上不跨越防火分區，故通風分區與防火分區統一設置。其他類型的艙室不劃分防火分區，但考慮通風系統設置的統一性和集約性，其他艙室也應對電力艙、天然氣艙的防火分區設置通風分區。綜合管廊在每個通風/防火分區的兩端分別設一座送風井、一座排風井。整個綜合管廊的送風井與排風井間隔布置，使其內部形成“進風——排風——進風——排風”的有序的縱向通風模式。

3.2 通風量的計算

為保證綜合管廊正常工況下內部空氣的質量及事故工況下有毒有害氣體及時有效的排出，綜合管廊內部應有合理有效的通風換氣。根據《城市綜合管廊工程技術規范GB50838-2015》的要求，綜合管廊的通風量應根據通風區間、截面尺寸計算確定，其通風換氣次數應符合表2的規定[2]。

表2 綜合管廊通風換氣次數

換氣次數法計算通風量的計算公式為：

式中：L為管廊通風量，m3/h；N為換氣次數，次/h；V為管廊通風分區的體積，m3；φ為安全系數，不小于1。

電力電纜艙的發熱量較大，通風系統應能有效排除電力艙的余熱，保證電力線纜安全運行。因此，應根據熱平衡公式來計算消除電力艙余熱所需的通風量，并與換氣次數法計算的風量比較，取其大者。電力電纜艙的發熱量計算公式為[3]：

式中：q為單位長度電纜發熱量，W/m；ρt為電纜運行時平均溫度為60℃時的電纜芯電阻率，鋁芯電纜為0.033 10-6Ω·m，銅芯電纜為 0.020 10-6Ω·m；I為單根電纜計算電流，A；K為電流參差系數，一般為0.85～0.95，電纜根數少時取較大值；S為電纜芯截面積，mm2。

排除電力艙的余熱所需風量計算公式如下[4]：

式中：L為管廊通風量，m3/h；Q為電力艙通風分區電纜發熱量，W；tp為排風設計溫度，℃；ts為進風溫度，℃。

綜合管廊的進風量應略小于排風量，使綜合管廊內部保持微負壓狀態，綜合管廊設計進風量為排風量的80%～90%[5]。

4 通風系統設備及布置

綜合管廊通風系統設備及設施主要包括風機、防火閥、止回閥、百葉等。

為保證綜合管廊內部空氣的質量及氣流組織順暢，綜合考慮節能環保要求，在滿足功能性要求的前提下，應選擇高效節能的通風設備。通風機可選擇雙速風機，在平時通風工況下低速運行，事故或火災工況下高速運行。為保證綜合管廊滅火后的有效排煙，應選擇能在280℃情況下連續有效工作不低于0.5 h的消防高溫排煙專用風機。對于天然氣艙室，所選風機應為防爆型，且系統應設置導除靜電的接地裝置。

排煙風機接入綜合管廊內的排風管上設置全自動排煙防火閥，該防火閥280℃熔斷關閉，且與對應風機連鎖。在進風口處設置全自動防煙防火閥，該防火閥70℃熔斷關閉。為防止各艙室之間的相互影響及室外環境對管廊的影響，在風機出口設置止回閥。對于天然氣艙室，所選風閥均應防火花和防爆。

綜合管廊出地面的風亭及百葉應綜合考慮噪聲、道路景觀、防雨、防淹等方面的要求進行設置，風亭一般設置在道路綠化帶或道路外綠地內，采用消聲防雨百葉，風亭百葉底部距地面應有一定的距離以減小雨水倒灌風險。百葉面積應滿足《城市綜合管廊工程技術規范GB50838-2015》對設計控制風速的要求。為防止小動物入侵及雜物通過風亭進入綜合管廊，綜合管廊的通風口處應設置網孔凈尺寸不大于10 mm×10mm的金屬網格。對于天然氣管道艙，由于天然氣具有易燃易爆性，應避免天然氣艙平時或事故排風中天然氣侵入其他艙室，為此，天然氣艙排風口與其他艙室的排風口、進風口及周邊建(構)筑物口部等要有不小于10m的間距且設置明顯的安全警示標識[2]。

5 通風系統控制方式

為確保綜合管廊正常運行時及火災后的通風，需由綜合管廊監控中心對管廊內環境參數進行監測與報警。監測參數主要包括艙室內空氣溫濕度、可燃氣體濃度、有毒有害氣體濃度、氧氣濃度、火情等。在正常工況、事故工況或火災情況下，及時有效啟動相應的通風模式，控制管廊內環境質量，減少人員及財產損失。通風系統控制則通常采用手動/自動兩種控制方式。

1）高溫報警通風：當人員在綜合管廊內工作時，空氣溫度不得超過40℃。為使管廊內的環境溫度控制在設計要求范圍內，采取溫度監測設施。一般設置為：當綜合管廊內空氣監測溫度超過38℃時，自動或手動開啟本通風分區內的通風設施，消除管廊內余熱。當綜合管廊內空氣監測溫度降到35℃時，關閉本通風分區內的通風設施。

2）巡視檢修通風：綜合管廊是相對封閉的地下空間，廢氣的聚集，人員及微生物的活動會造成氧氣含量的降低，當有人員進入管廊時，需先開啟相應的通風設施，確保監測儀表顯示的數據在安全范圍內（一般氧氣監測缺氧報警值設定為19.5%，富氧報警值設定為23.5%），確保巡檢工作人員的健康安全。

3）天然氣艙室事故通風：天然氣是一種具有易燃性和易爆性的混合性氣體，天然氣在綜合管廊內一旦泄露容易聚集且不易往外擴散，有較大危險性，需及時開啟通風系統將其排出綜合管廊。當天然氣艙室內泄漏的天然氣濃度達到爆炸下限值（體積分數）的20%時，自動開啟機械通風系統進行強制通風，使其濃度降到安全水平，以進行后期維護[2]。

4）電力艙室火災后通風：電力電纜艙室主要敷設的是輸電線路，電壓等級高，服務范圍廣，一旦發生火災影響范圍廣，后果非常嚴重。因此發生火災時應能及時可靠的關閉通風系統，啟動電力艙的自動滅火設施，滅火后通過機械排煙系統排除綜合管廊艙室內的有毒煙氣。電力艙室火災后通風控制流程一般為：當確認電力管廊某一防火分區發生火災時，由綜合管廊監控中心確認綜合管廊內無人且該防火分區兩端的防火門處于關閉狀態。待確認后，即刻自動關閉所有運行的通風系統，立即啟動電力艙內的自動滅火系統，對電力艙的火災區域進行滅火。確認火災結束后0.5 h內開啟通風系統，進行滅火后的排煙。

6 結語

綜合管廊是建設于城市地下空間相對封閉的構筑物，合理有效的通風系統對其安全運維至關重要，綜合管廊的通風方式應綜合考慮節能環保、投資運營、消防安全、對環境影響等多方面因素進行選擇，筆者根據工程理論及實際項目經驗，認為天然氣艙、污水艙采用機械進風+機械通風的通風方式，給水、再生水、熱力、通信線纜、雨水、電力電纜、熱力管道艙等采用自然進風+機械排風的通風方式較為合理。

綜合管廊的通風消防系統不同于一般民用建筑，一般民用建筑的通風消防是以人員疏散為主要目標，而綜合管廊的通風消防系統是以保護市政設施安全運行為主。因此，不應完全套用民用建筑設計規范，應根據實際情況具體分析設計。另外，我國綜合管廊目前尚無完整統一的建設標準，應充分學習借鑒國外綜合管廊建設的經驗，推動我國綜合管廊建設的安全有序進展。

[1] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2008

[2] 城市綜合管廊工程技術規范(GB50838-2015)[S].北京:中國計劃出版社,2015

[3] 中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用供配電設計手冊[M].北京:中國電力出版社,2016

[4] 全國民用建筑工程設計技術措施:暖通空調·動力[M].北京:中國計劃出版社,2009

[5] 民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范(GB50736-2012)[S].北京:中國建筑工業出版社,2012