米倉(cāng)山隧道中部地下風(fēng)機(jī)房空氣除濕新風(fēng)換氣系統(tǒng)

（甘肅紫光智能交通與控制技術(shù)有限公司，甘肅 蘭州 730010）

0 引言

四川省桃巴高速公路米倉(cāng)山隧道中部地下軸流風(fēng)機(jī)房設(shè)置了軸流風(fēng)機(jī)安裝洞室、變配電室、高壓配電室、工作人員休息室。地下風(fēng)機(jī)房隧道豎井底蓄水區(qū)域長(zhǎng)年積水，造成空氣潮濕，空氣相對(duì)濕度90%。濕空氣通過(guò)豎井底部送風(fēng)道被送入軸流風(fēng)機(jī)安裝洞室及變配電設(shè)備間；送風(fēng)豎井頂部進(jìn)風(fēng)口緊貼山體表面，山上飛沙揚(yáng)塵多并進(jìn)到豎井內(nèi)，在隧道軸流送風(fēng)機(jī)工作時(shí)，大量粉塵顆粒物會(huì)沿著豎井經(jīng)豎井底部送風(fēng)道流入風(fēng)機(jī)房，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，如圖1。

圖1 送風(fēng)豎井結(jié)構(gòu)圖

為保證電氣設(shè)備不受濕氣與粉塵顆粒物的影響，延長(zhǎng)機(jī)電設(shè)備的使用壽命，減少維修工作量及零部件的更換成本，保障工作人員的身體健康，將原軸流風(fēng)機(jī)安裝洞室及變配電設(shè)備間的送、排風(fēng)換氣改造成為空氣除濕新風(fēng)換氣系統(tǒng)，以有效減少送風(fēng)空氣中的相對(duì)濕度和粉塵顆粒物。

1 新風(fēng)換氣系統(tǒng)組成

中部地下風(fēng)機(jī)房空氣除濕新風(fēng)換氣系統(tǒng)分成兩個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)，分別為S1系統(tǒng)和S2系統(tǒng)。其中，S1系統(tǒng)為軸流風(fēng)機(jī)安裝洞室區(qū)域的新風(fēng)系統(tǒng)；S2系統(tǒng)為變配電設(shè)備間及工作人員休息室的新風(fēng)系統(tǒng)，包括A運(yùn)輸通道、B變配電室、C高壓配電室、D人行通道、E休息室五個(gè)部分。S1、S2兩個(gè)新風(fēng)子系統(tǒng)均通過(guò)布置在右洞送風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)道的引風(fēng)口，從送風(fēng)豎井引入新風(fēng)，并通過(guò)送風(fēng)道將新風(fēng)輸送到各室，再通過(guò)排風(fēng)道從開(kāi)設(shè)在左排風(fēng)機(jī)排風(fēng)道的排風(fēng)口排往豎井。

2 新風(fēng)換氣量計(jì)算

根據(jù)GB 50736-2012、GB 50019-2015標(biāo)準(zhǔn)，按JTG/TD70/2-02-2014《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》換氣要求，隧道空間最小換氣頻率不應(yīng)低于每小時(shí)3次。S1新風(fēng)系統(tǒng)的換氣頻率設(shè)定為每小時(shí)3次；S2新風(fēng)系統(tǒng)工作人員休息室的換氣頻率設(shè)定為每小時(shí)6次，其他各室的換氣頻率設(shè)定為每小時(shí)3次。

2.1 S1新風(fēng)系統(tǒng)換氣量計(jì)算

S1 新風(fēng)系統(tǒng)以橋式起重機(jī)下方為有效的換氣空間，其截面積92.5m2，有效工作長(zhǎng)度90m，S1新風(fēng)系統(tǒng)換氣量=92.5m2*90m*3/h=24975m3/h=6.94m3/s。

2.2 S2新風(fēng)系統(tǒng)換氣量計(jì)算

A運(yùn)輸通道：其截面積與S1截面積相等，為82.5m2，有效工作長(zhǎng)度38.1m，換氣量=92.5m2*38.1m*3/h=10573m3/h=2.94m3/s；

B變配電室、C高壓配電室、D人行通道、E休息室的洞室截面積均為59.3m2，

B變配電室：有效工作長(zhǎng)度14.7m，換氣量=59.3m2*14.7m*3/h=2615m3/h=0.726m3/s；

C高壓配電室：有效工作長(zhǎng)度9.3m，換氣量=59.3m2*9.3m*3/h=1654.5m3/h=0.460m3/s；

D人行通道：有效工作長(zhǎng)度=2.5m，換氣量=59.3m2*2.5m*3/h=444.8m3/h=0.124m3/s；

E休息室：有效工作長(zhǎng)度=4.5m，換氣量=59.3m2*4.5m*6/h=1601.1m3/h=0.445m3/s；

S2新風(fēng)系統(tǒng)換氣量=2.94m3/s+0.726m3/s+0.460m3/s+0.124m3/s+0.445m3/s=4.695m3/s。

表1給出了中部地下風(fēng)機(jī)房空氣凈化及除濕新風(fēng)換氣系統(tǒng)各區(qū)域需要的新風(fēng)換氣量計(jì)算值。

表1 新風(fēng)換氣量計(jì)算值

3 中部地下風(fēng)機(jī)房空氣凈化及除濕新風(fēng)換氣系統(tǒng)優(yōu)化方案

中部地下風(fēng)機(jī)房新風(fēng)換氣系統(tǒng)的優(yōu)化方案是在原設(shè)計(jì)的軸流風(fēng)機(jī)安裝洞室送、排風(fēng)換氣設(shè)施基礎(chǔ)上，在空氣被送入軸流風(fēng)機(jī)安裝洞室及變配電設(shè)備間之前，于換氣系統(tǒng)前端加裝空氣除濕系統(tǒng)及配套裝置，對(duì)原設(shè)計(jì)送排風(fēng)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化通風(fēng)管道尺寸布置及走向；同時(shí)，由于優(yōu)化后的系統(tǒng)通風(fēng)阻力發(fā)生變化，對(duì)原設(shè)計(jì)方案中的2臺(tái)防爆型軸流送風(fēng)機(jī)和1臺(tái)防爆型軸流排風(fēng)機(jī)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

由于空氣除濕新風(fēng)換氣系統(tǒng)的設(shè)備體積和重量較大，因此需較大的安裝空間，這種安裝方式也有利于設(shè)備檢修維護(hù)及ESP空氣凈化系統(tǒng)的清洗。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，在新風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案中，將空氣除濕系統(tǒng)落地安裝在中部地下風(fēng)機(jī)房運(yùn)輸通道到軸流風(fēng)機(jī)安裝室之間的空地上，同時(shí)將2臺(tái)防爆型軸流送風(fēng)機(jī)的安裝位置從原設(shè)計(jì)方案中的懸空安裝移置到地面安裝，對(duì)相應(yīng)的送風(fēng)管道重新優(yōu)化布置。

空氣除濕新風(fēng)換氣系統(tǒng)優(yōu)化方案充分考慮了行車立柱、檢修爬梯、檢修平臺(tái)所需安裝空間等影響因素。

4 新風(fēng)換氣系統(tǒng)通風(fēng)阻力計(jì)算

中部地下風(fēng)機(jī)房新風(fēng)換氣系統(tǒng)各子系統(tǒng)的通風(fēng)阻力分別計(jì)算。S1系統(tǒng)的送風(fēng)道主管路截面尺寸為1m*0.63m，送風(fēng)口尺寸為0.63m*0.25m，新風(fēng)換氣量為25000m3/h,；S2系統(tǒng)的送風(fēng)道主管路截面尺寸為0.8m*0.4m，送風(fēng)口尺寸為0.63m*0.25m，新風(fēng)換氣量為16900m3/h。S1系統(tǒng)、S2系統(tǒng)新風(fēng)換氣空氣總流動(dòng)阻力分別為782Pa和642Pa。

5 空氣除濕系統(tǒng)

地下風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)分兩路新風(fēng)系統(tǒng)，其中一路是向風(fēng)機(jī)安裝洞室內(nèi)送風(fēng)，換氣量為25000m3/h；另一路是向配電室和工作人員休息室內(nèi)送風(fēng)，換氣量為16900m3/h。按照送風(fēng)豎井內(nèi)空氣狀態(tài)，環(huán)境溫度18℃時(shí)，空氣相對(duì)濕度90%。根據(jù)GB 50019-2015及GB 50736-2012的要求，風(fēng)機(jī)安裝洞室、配電室內(nèi)的設(shè)備及工作人員休息室的可接受環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)保持在18℃環(huán)境溫度下，空氣相對(duì)濕度不大于50%。因此，應(yīng)對(duì)風(fēng)機(jī)安裝洞室內(nèi)及配電室和工作人員休息室內(nèi)送入的相對(duì)濕度較高的空氣進(jìn)行除濕處理，滿足設(shè)備運(yùn)營(yíng)時(shí)的防腐保護(hù)及舒適工作環(huán)境要求。

風(fēng)機(jī)安裝洞室內(nèi)及配電室和工作人員休息室內(nèi)送入的空氣量即為除濕機(jī)應(yīng)處理的空氣量。除濕機(jī)的冷負(fù)荷根據(jù)實(shí)際空氣狀態(tài)點(diǎn)焓值和期望達(dá)到的空氣狀態(tài)焓值確定，即：除濕冷負(fù)荷=（初始焓值-目標(biāo)焓值）*1.2*風(fēng)量/3600（kW）

濕空氣的焓值指濕空氣所含的絕熱量，通常以干空氣的單位質(zhì)量為基準(zhǔn)。焓用符號(hào)i表示，單位是kJ/kg干空氣。濕空氣焓值等于1kg干空氣的焓值與濕空氣中所含水蒸氣的焓值之和。濕空氣焓值計(jì)算公式：

i=1.01t+（2500+1.84t）d 或i=（1.01+1.84d）t+2500d（kJ/kg干空氣）

式中：t—環(huán)境空氣溫度，℃；d—空氣的含濕量，kg/kg干空氣；1.01—干空氣的平均定壓比熱，kJ/（kg.K）；1.84—水蒸氣的平均定壓比熱，kJ/（kg.K）；2500—0℃時(shí)水的汽化潛熱，kJ/kg。

由上式可見(jiàn)，（1.01+1.84d）t是隨溫度變化的熱量，即“顯熱”；而2500d則是0℃時(shí)d kg水的汽化潛熱，僅隨含濕量而變化，與溫度無(wú)關(guān)，即“潛熱”。

在大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101325Pa），環(huán)境溫度為18℃-22℃的工況下，相對(duì)濕度90%的濕空氣焓值i0=47kJ/kg，含濕量d0=11.5g/kg；相對(duì)濕度50%的濕空氣焓值i1=47kJ/kg，含濕量d1=9g/kg。由此可以計(jì)算出除濕機(jī)的除濕冷負(fù)荷及所能實(shí)現(xiàn)的除濕量。

風(fēng)機(jī)安裝洞室內(nèi)送風(fēng)系統(tǒng)所需新風(fēng)換氣量為25000m3/h，除濕冷負(fù)荷應(yīng)為100kW，除濕量為77.4kg/h；配電室和工作人員休息室內(nèi)送風(fēng)系統(tǒng)所需的新風(fēng)換氣總量為16900m3/h，除濕冷負(fù)荷應(yīng)為67.6kW，除濕量為52.3kg/h。

除濕機(jī)的選用必須滿足在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓及環(huán)境溫度18℃的工況下，將空氣相對(duì)濕度由90%降為50%。在濕空氣流量為25000m3/h時(shí)，除濕機(jī)的空氣流動(dòng)阻力為80Pa；在濕空氣流量為16900m3/h時(shí)，除濕機(jī)的空氣流動(dòng)阻力為60Pa。