综合管廊通风系统设计和控制对策

综合管廊通风系统设计和控制对策

摘要:介绍了综合管廊内各种类型的舱室其通风系统设计的原则以及风机等设备选型的方法,阐述了各种类型舱室内与通风系统相关联的设备的控制策略,为进一步研究综合管廊通风系统的设计起到促进作用。

关键词:综合管廊;舱室;通风系统;风机选型;控制策略

1概述

近年来,城市综合管廊得到了迅速发展,国内多个省市已经在开展综合管廊的设计与使用。众所周知,综合管廊内有多种类型的市政管线[1],而综合管廊的运行可以使得市政管线的使用得到统一[2-3],节省了城市地下空间。综合管廊可以由多种类型的舱室组合而成,例如:电力舱、燃气舱、水信舱、能源舱等主要舱室,他们可以组合成双舱、三舱、四舱等标准断面类型。在这些舱室中,由于水信舱、能源舱、热力舱内没有电力电缆、易燃易爆气体等易造成火灾、爆炸的物质,因此相较于这些舱室而言,电力舱、燃气舱的通风系统设计较为复杂。综合管廊的通风系统涉及到多种设备。其中,在送、排风井夹层中相应设置送风机、排风机,并设置与风机连锁的风阀。依据规范GB50838—2015城市综合管廊工程技术规范,电力舱与燃气舱舱室内设置了常开防火门,因此在常开防火门上方还需分别设置电动排烟阀与70℃防火阀。此外,对于燃气舱,需在相应的路口节点、吊装节点、人员逃生节点设置排风系统以及时排出泄露的燃气。本文针对综合管廊内各类型舱室的通风系统设计和控制策略做详细阐述。

2水信舱、能源舱、热力舱通风系统设计及控制策略

图1是水信舱、能源舱、热力舱在400m通风分区下的通风系统原理图。水信舱、能源舱、热力舱在每个通风分区的起点和终点分别设一座进风井、一座排风井。当计算水信舱、能源舱、热力舱的通风量时,由于舱室内不会产生有害气体或易燃易爆气体,因此火灾危险性较低,不考虑火灾工况,故只设置正常通风,不设置事故通风。因此按照GB50838—2015城市综合管廊工程技术规范第7.2.2条的规定,水信舱、能源舱、热力舱的通风量按照换气次数不低于2次/h计算,且舱室内在未设风井处不用设置甲级防火门。水信舱、能源舱、热力舱采用单速送、排风机,并在进、排风管上设置70℃电动防烟防火阀。考虑在每个排风井夹层里根据排风量大小设置1台排风机,每个进风井夹层里根据送风量大小设置1台送风机,负责左右两个相邻通风分区的进风或排风。

3电力舱通风系统设计及控制策略

3.1电力舱通风系统设计

图2是电力舱在400m通风分区下的通风系统原理图。电力舱在每个通风分区的起点和终点分别设一座进风井、一座排风井。为有效保证电力舱灭火后的排风,选择耐温280℃、连续工作0.5h的专用消防排烟风机,并在排烟风机接入管廊内的排风管上设置电动280℃排烟防火阀,电动排烟防火阀与排烟风机连锁;在进风口处设置70℃电动防烟防火阀,防烟防火阀与送风机连锁。常闭防火门相比较水信舱、能源舱、热力舱而言,电力舱的通风系统较为复杂。对于电力舱内正常工况下的通风量计算,需要比较通过换气次数法(2次/h)[4]和按照电缆发热量分别计算所得到的通风量,二者取大值[5]。当按照电缆发热量计算得到的通风量大于事故工况通风量时,电力舱的正常工况通风量和事故工况通风量均为按照电缆发热量计算得到的通风量;反之,电力舱正常工况通风量为按照电缆发热量计算得到的通风量,事故工况通风量为按照换气次数法(6次/h)计算得到的通风量。考虑到一般电力舱内通风量较大,因此在排风夹层里面设置4台排烟兼排风风机,每2台风机负责一个通风分区;同样,进风夹层里面设置4台送风兼补风风机,每2台风机负责一个通风分区。当正常工况下通风量(按照比较换气次数法(2次/h)和电缆发热量分别计算所得到的通风量取大值之后得到的通风量,下同)大于事故工况通风量时,每台风机的风量为该通风区间内正常工况通风量的平均值;反之,每台风机的风量按照正常工况通风量确定即可,在平时只开启一台风机,事故工况时两台风机全部开启,这样既可以满足正常工况下的通风量,亦可满足事故工况下的通风量。在综合管廊的设计过程中,往往会遇到综合舱的出现。综合舱,简言之,就是容纳了多种市政管线的舱室,一般包括电力电缆、通信电缆、再生水管、给水管等市政管线。对于通风专业而言,若综合舱内有电力电缆的存在,则综合舱会有发生火灾事故的风险,此时综合舱存在事故工况,在这种情况下,综合舱的通风系统设计原则、设计方法与电力舱保持一致。相反,综合舱的通风系统设计原则、设计方法与水信舱、能源舱、热力舱保持一致。

3.2电力舱通风系统控制策略

电力舱进、排风夹层内的风机,其接入管廊内的风管上应分别设置70℃电动防火阀和280℃电动排烟防火阀,在未设风井的防火分隔处的防火门上方设置电动排烟阀。在正常通风工况下进风口处的电动防火阀和排风口处的电动排烟防火阀均开启,并连锁风机开启进行通风;在事故工况下均由风机停止连锁风阀关闭,确认事故排除后电动防火阀和电动排烟防火阀均恢复开启状态并连锁风机再次开启。而对于在未设风井的防火分隔处的防火门上方设置的电动排烟阀,平时处于常闭状态,当火灾后排烟时将排烟阀远程开启进行排烟。同时,平时未设风井的防火分隔处的防火门为常开状态,当火灾时将防火门关闭。火灾结束后,开启此处电动排烟阀,开启本区的通风机及其他阀门,进行灾后通风。电力舱事故工况下的系统控制对于通风系统设计而言至关重要,下面针对电力舱事故工况下的风机、风阀、防火门等设备的启停状态及过程做详细的阐述。当确认电力管廊某一防火分隔区发生火灾时,由监控中心确认综合管廊内无人,自动关闭发生火灾的防火分隔区一侧的常开防火门,并且确认该防火分区两端的防火门处于关闭状态。火灾时,图像型感温探测器和感温光纤由于感测到烟气从而将火灾信号传输至火灾自动报警系统,火灾自动报警系统通过模块将信号传输至风机即刻自动关闭事故发生的通风分区及相邻两侧分区的进、排风机,风机连锁关闭排风夹层里面的电动排烟防火阀、进风夹层处的电动防烟防火阀。通风系统自动关闭后,立即启动超细干粉自动灭火系统,对该区域进行窒息灭火。火灾结束后,远程开启电力舱常开防火门上方的280℃电动排烟阀及排风口处的电动排烟防火阀、进风口处的电动防火阀,电动排烟防火阀和电动防火阀分别连锁开启相应的排风机和补风机,进行灾后排烟。当排风温度超过280℃时,排烟防火阀熔断关闭,信号输送至消防控制中心,同时连锁关闭对应的排风机及补风机。

4燃气舱通风系统设计及控制策略

4.1燃气舱通风系统设计

图3是燃气舱在400m通风分区下的通风系统原理图。燃气舱在每个通风分区的起点和终点分别设一座进风井、一座排风井。按照GB50838—2015城市综合管廊工程技术规范第7.2.2条的规定,当计算燃气舱通风量时,正常通风工况和事故通风工况换气次数按分别不低于6次/h和12次/h计算。由于燃气舱通风量一般较大,因此在排风夹层里面设置4台排风风机,每2台风机负责一个通风分区。在进风夹层里面设置4台送风兼补风风机,每2台风机负责一个通风分区。按照换气次数计算通风量,事故通风工况下其通风量为正常工况通风量的2倍,因此负责一个通风分区的2台风机在正常工况下开启1台,事故工况两台全开。这样既可满足正常工况下的通风量需求,也可以满足事故工况下的通风量需求。

4.2燃气舱通风系统控制策略

对于燃气舱而言,若发生燃气泄漏,当泄漏的燃气浓度达到爆炸下限值的20%时,自动开启事故段分区及相邻分区的机械通风系统强制通风。由于燃气为易燃易爆气体,泄漏的燃气浓度在较低值时就会发生爆炸,因此燃气舱的事故工况是指燃气泄漏工况,此时并没有火灾的发生,故燃气舱的进、排风口处连接送、排风机的风管上均设置70℃电动防火阀,在未设风井的防火分隔处的防火门上方同样设置70℃电动防火阀。正常通风工况下进风口处的电动防火阀和排风口处的电动防火阀均开启,同时为了能够及时排出积聚在管廊上方泄漏的燃气,未设风井的防火分隔处的防火门上方的电动防火阀也为开启状态。对于事故工况,应加大燃气舱内的通风量,在原来只开启1台风机的情况下开启另外一台风机,此时所有与风机连锁的70℃电动防火阀呈开启状态;为了能够将泄漏的燃气迅速、及时的排出,未设风井的防火分隔处的防火门上方的电动防火阀依旧是开启状态。在燃气舱中,除了需设置防火阀外,还要在平时未设风井的防火分隔处设置防火门。同电力舱一样,根据GB50838—2015城市综合管廊工程技术规范第7.1.6条的规定,对于400m长的通风分区,需设置一道甲级防火门。在正常工况下,为了保证燃气舱通风,防火门为常开状态;当在事故工况下时,为了加大风量使泄漏的燃气迅速、及时排出,开启负责每个通风分区的另一台风机的同时保持防火门开启状态。综上所述,燃气舱内的防火门为常开状态。由于燃气的易燃易爆性,燃气舱采用单速防爆排风机兼事故通风机,同时燃气舱内的电动防火阀亦为防爆型。除了通风节点处需设置防爆型的设备外,在燃气舱吊装节点、路口分支节点、人员逃生等节点进行通风系统设计时,风机和70℃电动防烟防火阀也为防爆型。

5结语

本文阐述了综合管廊不同舱室的通风系统设计方法以及系统控制策略。相比水信舱、能源舱和热力舱,电力舱和燃气舱在通风系统的设计方面需要考虑事故工况,因此二者的通风系统运行较为复杂。与此同时,电力舱和燃气舱在事故工况下通风系统的设计原则和设计方法也存在差异,这些主要涉及送、排风机的选型及启停控制策略,电动防火阀的控制策略,防火门的启闭状态等等。除此之外,综合管廊的每个舱室内设置针对温度、湿度、含氧量等检测装置;燃气舱还要设置燃气泄漏报警器,当报警器报警时,开启通风区间的通风设备。因此针对不同舱室的综合管廊通风系统进行设计时,要根据其内部环境的特性差异做出相应的改变。

作者:张志宇 刘振晓 李科 单位:北京市市政工程设计研究总院有限公司