某綜合管廊通風系統(tǒng)實地測試及分析

唐宏輝，劉承東，劉雪峰

（1、廣州市市政工程設計研究總院有限公司 廣州510060；2、華南理工大學 廣州510641）

0 引言

綜合管廊是指建于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的構筑物及附屬設施［1］。隨著國家相關政策的出臺，各地綜合管廊的建設如火如荼。

通風系統(tǒng)作為綜合管廊的重要組成部分，在整個綜合管廊中發(fā)揮著重要而關鍵的作用。國家規(guī)范在通風系統(tǒng)通風方式、通風量、控制和口部節(jié)點設計方面都做了規(guī)定，但對于綜合管廊各艙室通風阻力計算并沒有涉及，近年來有部分科研人員通過公式估算［2，3］和數值仿真［4，5］的方法和技術取得了一定的成果。此次通過對已建綜合管廊進行實地測試及分析，得出綜合管廊各艙室溫度、風速以及通風阻力的特性，為后續(xù)研究開展通風系統(tǒng)阻力系數研究做原始數據積累。

1 測試方法

綜合管廊與礦井巷道都是長直的地下封閉空間的構造，而且通風系統(tǒng)的設計也比較相似，而現有對于礦井巷道通風阻力的研究較多［6］，因此可以借鑒礦井巷道的相關文獻，為綜合管廊的研究提供思路。

綜合管廊通風系統(tǒng)阻力系數的現場測試方案的制定，參考中華人民共和國煤炭行業(yè)標準——《礦井通風阻力測定方法：MT∕T 440-2008》［7］、《礦井巷道通風摩擦阻力系數測定方法：MT∕T 635-1996》［8］。

2 測試過程

2.1 測試地點

測試地點選在廣州某已建成并運營多年的一條綜合管廊某段［9］，綜合管廊艙室包括管道艙和電力艙。管道艙凈尺寸為2.8 m（寬）×3.1 m（高），已安裝供水管、消防管、多回路低壓電纜和通信電纜；電力艙凈尺寸為1.65 m（寬）×3.1 m（高），安裝有高壓電纜，回路較少。具體實景如圖1所示。

圖1 綜合管廊管道艙、電力艙實景Fig.1 The Real Scene of the Pipeline Cabin and Power Cabin of the Utility Tunnel

管道艙長度約200 m，通風系統(tǒng)采取的是中間吊裝口（斷面擴大處）處自然進風，兩端設排風機機械排風，此次測試一半長度100 m；電力艙測試長度約100 m，通風系統(tǒng)采取的是一端自然進風，另一端設排風機機械排風。

2.2 測試時間

測試月份：2017 年5 月。測試開始時間：14：30。測試結束時間：17：30。

2.3 測試工具

本次測試主要用到的儀器如表1所示。

表1 測試儀器Tab.1 Test Instruments

2.4 測試計劃

⑴綜合管廊通風阻力測定包括管道艙、電力艙等艙室的摩擦阻力測定和局部阻力測定。

⑵實地測定測點的靜壓、標高、主要艙室壁面摩擦阻力、局部阻力、干球溫度、濕球溫度、風速等參數，以及測點間長度、艙室斷面面積、周長、各類管線斷面面積及周長、防火門兩端靜壓差、各類管線摩擦阻力系數等。

2.5 測試內容

沿管廊內部每隔一段距離選取一個斷面，每個斷面以及進出風口需要測試的內容如下。

2.5.1 風速測試

⑴斷面風速：用激光測距儀和卷尺確定每一個測點，然后用熱敏風速儀和風速儀依次放置在斷面各測點上，儀器要正對迎風方向，待讀數穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數。

⑵通風口的風速：用熱敏風速儀、風速儀依次放置在斷面各測點上，儀器要正對迎風方向，待讀數穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數。

2.5.2 壓力測試

⑴斷面靜壓：在進入管廊前，在外界環(huán)境下，將自制式氣壓測試裝置的一端用橡膠管接在紅油壓差計的低壓端，進入管廊后，用激光測距儀和卷尺確定每一個測點，然后將紅油壓差計水平放置，高壓端用橡膠管連接到斷面上，待讀數穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數。

⑵相鄰斷面之間的壓差：將壓差計兩端分別依次用橡膠管連接到兩斷面各測點的畢托管的靜壓出口和全壓出口上，畢托管要正對迎風方向，待讀數穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數。

⑶通風口的靜壓：將壓差計兩端分別依次用橡膠管連接到通風口和外界環(huán)境，待讀數穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數。

2.5.3 溫度、濕度測試

⑴管廊內部壁面溫度：用激光測距儀和卷尺確定每一個測點，然后用紅外溫度計對著墻壁各測點發(fā)出的激光，待讀數穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數。

⑵電纜表面溫度：用紅外溫度計對著電纜各測點發(fā)出的激光，待讀數穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數。

⑶斷面溫度場分布：用紅外溫度成像儀對斷面進行拍攝掃描，將熱場照片保存，并記錄編號，以便后期整理。

⑷斷面空氣干、濕溫度：用激光測距儀和卷尺確定每一個測點，然后依次將干、濕溫度計放置在斷面的各測點上，待讀數穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數。

⑸環(huán)境參數：主要測試管廊外部環(huán)境的干、濕溫度以及大氣壓力。

⑹通風口空氣干、濕溫度：依次將干、濕溫度計放置在斷面的各測點上，待讀數穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數。

2.5.4 幾何尺寸測試

⑴管廊內部尺寸測試：用卷尺將斷面寬、高尺寸，各管線的尺寸以及擺放位置測試好，并拍照、作圖記錄，得出斷面的周長和面積。

⑵通風口：測試通風口的大小、標高、布置形式，并拍照、作圖記錄。

2.5.5 其他內容

⑴記錄相鄰2個通風口的通風方式。

⑵記錄各通風口風機的銘牌、型號等參數。

2.6 測點分布

對斷面空氣速度、壓力、壁面溫度、電纜溫度、空氣溫度等測量點做相應的測點分布圖，典型壁面溫度測量點分布如圖2所示。

圖2 壁面溫度測量點分布Fig.2 Distribution of Wall Temperature Measurement Points（mm）

3 測試結果

3.1 管道艙測試數據

綜合管廊管道艙具體測試結果如表2～4所示。

3.2 電力艙測試數據

綜合管廊電力艙具體測試結果如表5～7所示。

3.3 室外參數

測試開始時：室外環(huán)境溫度25.1℃，相對濕度84.3%。測試結束時：室外環(huán)境溫度25.6℃，相對濕度78.9%。

表2 管道艙壁面溫度Tab.2 Temperature of Pipeline Bulkhead （℃）

表3 管道艙進出風口風速、溫度、濕度Tab.3 Wind Speed，Temperature and Humidity of the Air Inlet and Outlet of the Pipeline Cabin

表4 管道艙進、出風口段局部阻力損失Tab.4 Local Resistance Loss in the Inlet and Outlet Sections of Pipeline Cabin（Pa）

表5 電力艙壁面溫度Tab.5 Temperature of Power Bulkhead （℃）

4 分析評價

由測試結果可知，管廊中間段（距離入口20 m 到距離出口20 m 的中間60 m 段）風速基本在0～0.4 m∕s范圍內，人體基本上感覺不到有風。而中間段的沿程阻力損失很小，精度達到1 Pa 的壓差計的示數基本在0～1 Pa 范圍內波動，通過理論計算得出沿程阻力損失也在0～1 Pa范圍內。

表6 電力艙內部風速Tab.6 Wind Speed Inside Power Cabin （m/s）

表7 電力艙進、出風口段局部阻力損失Tab.7 Local Resistance Loss at the Inlet andOutlet Sections of the Power Cabin （Pa）

由圖3 可知，中間走廊（測點1）風速可以測得到，兩邊（測點2～5）管線風速難以測試，進出口兩端速度較大。

圖3 電力艙內部各斷面風速曲線Fig.3 Wind Speed Curves of Various Sections Inside the Power Cabin

由圖4、圖5 可知各艙室上壁面溫度較高。其次是管道艙右壁面和電力艙左壁面，兩者相鄰。電纜發(fā)熱量不大，中間溫度較高，兩邊溫度較低。

對于實地測試，溫度數據的測試情況和結果較為理想，空氣溫濕度、壁面溫度、管線表面溫度的測試方法比較簡單，測試設備也能獲取讀數，并具有一定的準確性。進、出風口處風速和壓差的測試也相對順利，數據結果能基本反映管廊通風系統(tǒng)阻力特性的情況。但是對于沿程斷面的風速和壓差的測試就不太理想。由于管廊內部斷面風速很小，人體也基本感覺不到，而且測試過程中，人員走動以及站立于管廊通道中，會對測試產生一定的干擾，并且管廊測試的通風區(qū)間并非完全密閉的理想空間和結構，防火門處和壁面兩側的連接孔洞會有一定的漏風情況，從而影響測試。

通過測試可以看出，沿程阻力損失占整個通風系統(tǒng)阻力損失的成分很小，主要的阻力損失來自于進、出風口處的局部阻力損失。對于阻力特性的研究和節(jié)能優(yōu)化改造應該將重心放在進、出風口處局部阻力減小的方面，而對于管廊內部更多的是要考慮如何改善內部氣流組織，提高管廊內部的換氣效率、空氣品質以及電力艙電纜的散熱效果。

圖4 各斷面壁面溫度曲線Fig.4 Temperature Curve of Each Cross-section Wall

圖5 電力艙內部各斷面電纜表面溫度曲線Fig.5 Temperature Curve of Cable Surface of Each Section Inside the Power Cabin

5 結語

在此次綜合管廊實地測試后，陸續(xù)對廣州和昆明的2 條綜合管廊［10］用類似方法做了實地測試，獲得了相當多的實測數據，對后續(xù)綜合管廊縮尺模型的建立和試驗、仿真計算等研究的驗證發(fā)揮了作用。