唐宏輝，劉承東，劉雪峰

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

0 引言

綜合管廊是指建于城市地下用于容納兩類(lèi)及以上城市工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施［1］。隨著國(guó)家相關(guān)政策的出臺(tái)，各地綜合管廊的建設(shè)如火如荼。

通風(fēng)系統(tǒng)作為綜合管廊的重要組成部分，在整個(gè)綜合管廊中發(fā)揮著重要而關(guān)鍵的作用。國(guó)家規(guī)范在通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)方式、通風(fēng)量、控制和口部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方面都做了規(guī)定，但對(duì)于綜合管廊各艙室通風(fēng)阻力計(jì)算并沒(méi)有涉及，近年來(lái)有部分科研人員通過(guò)公式估算［2，3］和數(shù)值仿真［4，5］的方法和技術(shù)取得了一定的成果。此次通過(guò)對(duì)已建綜合管廊進(jìn)行實(shí)地測(cè)試及分析，得出綜合管廊各艙室溫度、風(fēng)速以及通風(fēng)阻力的特性，為后續(xù)研究開(kāi)展通風(fēng)系統(tǒng)阻力系數(shù)研究做原始數(shù)據(jù)積累。

1 測(cè)試方法

綜合管廊與礦井巷道都是長(zhǎng)直的地下封閉空間的構(gòu)造，而且通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也比較相似，而現(xiàn)有對(duì)于礦井巷道通風(fēng)阻力的研究較多［6］，因此可以借鑒礦井巷道的相關(guān)文獻(xiàn)，為綜合管廊的研究提供思路。

綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)阻力系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案的制定，參考中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——《礦井通風(fēng)阻力測(cè)定方法：MT∕T 440-2008》［7］、《礦井巷道通風(fēng)摩擦阻力系數(shù)測(cè)定方法：MT∕T 635-1996》［8］。

2 測(cè)試過(guò)程

2.1 測(cè)試地點(diǎn)

測(cè)試地點(diǎn)選在廣州某已建成并運(yùn)營(yíng)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(shí)景如圖1所示。

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

管道艙長(zhǎng)度約200 m，通風(fēng)系統(tǒng)采取的是中間吊裝口（斷面擴(kuò)大處）處自然進(jìn)風(fēng)，兩端設(shè)排風(fēng)機(jī)機(jī)械排風(fēng)，此次測(cè)試一半長(zhǎng)度100 m；電力艙測(cè)試長(zhǎng)度約100 m，通風(fēng)系統(tǒng)采取的是一端自然進(jìn)風(fēng)，另一端設(shè)排風(fēng)機(jī)機(jī)械排風(fēng)。

2.2 測(cè)試時(shí)間

測(cè)試月份：2017 年5 月。測(cè)試開(kāi)始時(shí)間：14：30。測(cè)試結(jié)束時(shí)間：17：30。

2.3 測(cè)試工具

本次測(cè)試主要用到的儀器如表1所示。

表1 測(cè)試儀器Tab.1 Test Instruments

2.4 測(cè)試計(jì)劃

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

⑵實(shí)地測(cè)定測(cè)點(diǎn)的靜壓、標(biāo)高、主要艙室壁面摩擦阻力、局部阻力、干球溫度、濕球溫度、風(fēng)速等參數(shù)，以及測(cè)點(diǎn)間長(zhǎng)度、艙室斷面面積、周長(zhǎng)、各類(lèi)管線斷面面積及周長(zhǎng)、防火門(mén)兩端靜壓差、各類(lèi)管線摩擦阻力系數(shù)等。

2.5 測(cè)試內(nèi)容

沿管廊內(nèi)部每隔一段距離選取一個(gè)斷面，每個(gè)斷面以及進(jìn)出風(fēng)口需要測(cè)試的內(nèi)容如下。

2.5.1 風(fēng)速測(cè)試

⑴斷面風(fēng)速：用激光測(cè)距儀和卷尺確定每一個(gè)測(cè)點(diǎn)，然后用熱敏風(fēng)速儀和風(fēng)速儀依次放置在斷面各測(cè)點(diǎn)上，儀器要正對(duì)迎風(fēng)方向，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數(shù)。

⑵通風(fēng)口的風(fēng)速：用熱敏風(fēng)速儀、風(fēng)速儀依次放置在斷面各測(cè)點(diǎn)上，儀器要正對(duì)迎風(fēng)方向，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數(shù)。

2.5.2 壓力測(cè)試

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

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

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

2.5.3 溫度、濕度測(cè)試

⑴管廊內(nèi)部壁面溫度：用激光測(cè)距儀和卷尺確定每一個(gè)測(cè)點(diǎn)，然后用紅外溫度計(jì)對(duì)著墻壁各測(cè)點(diǎn)發(fā)出的激光，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數(shù)。

⑵電纜表面溫度：用紅外溫度計(jì)對(duì)著電纜各測(cè)點(diǎn)發(fā)出的激光，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數(shù)。

⑶斷面溫度場(chǎng)分布：用紅外溫度成像儀對(duì)斷面進(jìn)行拍攝掃描，將熱場(chǎng)照片保存，并記錄編號(hào)，以便后期整理。

⑷斷面空氣干、濕溫度：用激光測(cè)距儀和卷尺確定每一個(gè)測(cè)點(diǎn)，然后依次將干、濕溫度計(jì)放置在斷面的各測(cè)點(diǎn)上，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數(shù)。

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

⑹通風(fēng)口空氣干、濕溫度：依次將干、濕溫度計(jì)放置在斷面的各測(cè)點(diǎn)上，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄屏幕上的讀數(shù)。

2.5.4 幾何尺寸測(cè)試

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

⑵通風(fēng)口：測(cè)試通風(fēng)口的大小、標(biāo)高、布置形式，并拍照、作圖記錄。

2.5.5 其他內(nèi)容

⑴記錄相鄰2個(gè)通風(fēng)口的通風(fēng)方式。

⑵記錄各通風(fēng)口風(fēng)機(jī)的銘牌、型號(hào)等參數(shù)。

2.6 測(cè)點(diǎn)分布

對(duì)斷面空氣速度、壓力、壁面溫度、電纜溫度、空氣溫度等測(cè)量點(diǎn)做相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)分布圖，典型壁面溫度測(cè)量點(diǎn)分布如圖2所示。

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

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 管道艙測(cè)試數(shù)據(jù)

綜合管廊管道艙具體測(cè)試結(jié)果如表2～4所示。

3.2 電力艙測(cè)試數(shù)據(jù)

綜合管廊電力艙具體測(cè)試結(jié)果如表5～7所示。

3.3 室外參數(shù)

測(cè)試開(kāi)始時(shí)：室外環(huán)境溫度25.1℃，相對(duì)濕度84.3%。測(cè)試結(jié)束時(shí)：室外環(huán)境溫度25.6℃，相對(duì)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(jìn)出風(fēng)口風(fēng)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(jìn)、出風(fēng)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(píng)價(jià)

由測(cè)試結(jié)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(fēng)速基本在0～0.4 m∕s范圍內(nèi)，人體基本上感覺(jué)不到有風(fēng)。而中間段的沿程阻力損失很小，精度達(dá)到1 Pa 的壓差計(jì)的示數(shù)基本在0～1 Pa 范圍內(nèi)波動(dòng)，通過(guò)理論計(jì)算得出沿程阻力損失也在0～1 Pa范圍內(nèi)。

表6 電力艙內(nèi)部風(fēng)速Tab.6 Wind Speed Inside Power Cabin （m/s）

表7 電力艙進(jìn)、出風(fēng)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(cè)點(diǎn)1）風(fēng)速可以測(cè)得到，兩邊（測(cè)點(diǎn)2～5）管線風(fēng)速難以測(cè)試，進(jìn)出口兩端速度較大。

圖3 電力艙內(nèi)部各斷面風(fēng)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(duì)于實(shí)地測(cè)試，溫度數(shù)據(jù)的測(cè)試情況和結(jié)果較為理想，空氣溫濕度、壁面溫度、管線表面溫度的測(cè)試方法比較簡(jiǎn)單，測(cè)試設(shè)備也能獲取讀數(shù)，并具有一定的準(zhǔn)確性。進(jìn)、出風(fēng)口處風(fēng)速和壓差的測(cè)試也相對(duì)順利，數(shù)據(jù)結(jié)果能基本反映管廊通風(fēng)系統(tǒng)阻力特性的情況。但是對(duì)于沿程斷面的風(fēng)速和壓差的測(cè)試就不太理想。由于管廊內(nèi)部斷面風(fēng)速很小，人體也基本感覺(jué)不到，而且測(cè)試過(guò)程中，人員走動(dòng)以及站立于管廊通道中，會(huì)對(duì)測(cè)試產(chǎn)生一定的干擾，并且管廊測(cè)試的通風(fēng)區(qū)間并非完全密閉的理想空間和結(jié)構(gòu)，防火門(mén)處和壁面兩側(cè)的連接孔洞會(huì)有一定的漏風(fēng)情況，從而影響測(cè)試。

通過(guò)測(cè)試可以看出，沿程阻力損失占整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)阻力損失的成分很小，主要的阻力損失來(lái)自于進(jìn)、出風(fēng)口處的局部阻力損失。對(duì)于阻力特性的研究和節(jié)能優(yōu)化改造應(yīng)該將重心放在進(jìn)、出風(fēng)口處局部阻力減小的方面，而對(duì)于管廊內(nèi)部更多的是要考慮如何改善內(nèi)部氣流組織，提高管廊內(nèi)部的換氣效率、空氣品質(zhì)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(nèi)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(jié)語(yǔ)

在此次綜合管廊實(shí)地測(cè)試后，陸續(xù)對(duì)廣州和昆明的2 條綜合管廊［10］用類(lèi)似方法做了實(shí)地測(cè)試，獲得了相當(dāng)多的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)后續(xù)綜合管廊縮尺模型的建立和試驗(yàn)、仿真計(jì)算等研究的驗(yàn)證發(fā)揮了作用。