彭劲松

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

近年来，伴随着我国高速公路建设的快速发展，许多深埋特长高速公路隧道如雨后春笋般涌现。不可避免，更多的特长高速公路隧道采用竖(斜)井送排式通风方式，使得风机房在其设计中成为不可或缺的部分，而地下风机房作为这种通风方式的重要组成部分则更是重中之重。然而当采用地下风机房时，《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ 026.1－1999)中只有一条规定，即“洞内风机房应设置防潮、防尘降噪和温度调节、环境监测等设施”，实际上该条文对风机房通风空调设计指导并不明确。由此可见，地下风机房的研究在我国还是起步阶段，相关规范、规定对地下风机房空气质量要求及设计标准还有待完善。

1 实例工程概况

某深埋特长高速公路隧道为双洞单向行驶隧道，左右洞隧道通风方式均采用竖井送排式纵向通风。左右洞隧道外侧各设一座竖井，竖井中间设置中隔墙，将其分隔为送风道和排风道。根据功能要求、地形地质条件、外观协调、环境保护、养护维修及运营管理等因素综合考虑，鉴于隧道中部围岩情况较好，埋深较大，采用地下风机房有利于环境保护，并且养护维修和运营管理方便，故在左、右洞竖井底部均设置一地下风机房，并在地下风机房与隧道、竖井间设置联络风道。

该地下风机房跨度和高度较大，结构复杂。风机房布置方向为风机房与主隧道平行，轴流风机与主隧道垂直，轴流风机位于风机房两端，中间由一条运输通道与主隧道相连。这样的布置形式可以减少联络风道的长度、减小风流阻力，进而能够降低工程造价。地下风机房平面布置图如图1所示。

地下风机房远离隧道口，在这样一个相对封闭、狭小的空间里，阴暗潮湿，各种有害气体聚集，不但危害工作人员身体健康，而且时间长了也会影响各电气设备的正常运转。风机房内有害成分主要为粉尘、氮氧化物和余热余湿。风机房内的热量主要来自两方面:一是电动机运转散出的热量;另一部分是由于其他各电气设备(比如照明设备)实际消耗的电能最终都转化为热能所散出的热量。并且由于地下水的存在，风机房内空气一般都比较潮湿。值得注意的是，地下风机房内一旦发生火灾，如果不能有效地控制烟气流动，将会对人员疏散和火灾救援非常不利。因此，地下风机房内通风空调系统的主要功能为:(1)正常运营时排除机房内的余热余湿，降低空气含尘量，稀释有害气体浓度，保证房间内空气环境质量满足人员的舒适要求和各种设备正常运转的需要;(2)火灾时对风机房的进行排烟，最大程度的降低生命财产损失。

图1 地下风机房平面布置

2 地下风机房通风设计主要原则

(1)通风空调系统应根据风机房的位置、大小、与各通道关系等情况灵活布置。

(2)通风空调系统设计应在满足运营要求的前提下力求简洁，同时系统设计时应采取相应的节能措施。

(3)正常运营时，通风空调系统应能排除房间内余热余湿，保证空气环境质量满足人员的舒适要求和各种设备正常运转的需要。

(4)当发生火灾事故时，通风空调系统应能迅速防、排烟和进行事故通风，为消防人员提供必要的新风量，形成一定的迎面风速，满足人员安全疏散和消防救援的需要。

(5)通风空调系统应采用运行安全、技术先进、可靠性高、节省空间、便于安装和维护、高效节能且易于控制的设备。

(6)应为通风空调设备考虑运输、安装通道及孔洞，并设置起吊设施。

3 通风系统设计

该地下风机房采用纵向通风系统。根据轴流风机的开启情况，通风系统分为开启轴流通风设备的机械通风系统、不开启轴流通风设备的自然通风系统和开启进(排)气扇的机械通风系统。具体通风方案如下所述。

(1)开启轴流通风设备时，利用轴流风机的机械风压实现风机房的通风换气。排气扇安装在轴流送风机出口端墙的上部(3号检修门之上)，进气扇安装在轴流排风机进口端墙的上部(1号检修门之上)，并且进、排气扇可实现逆转。关闭所有检修门同时开启进气扇和排气扇处的风阀便于空气流进(出)。轴流风机开启后，轴流送风机出口形成正压，轴流排风机进口形成负压。通风路线为通风竖井→底部送风联络风道→轴流送风机→送风联络风道→排风扇→地下风机房→进风扇→排风联络风道→轴流排风机→底部排风联络风道→通风竖井，如图2 所示(箭头表示风流方向)。

图2 开启轴流通风机通风示意

(2)不开启轴流通风设备时，开启风机房内的1～4号检修门和送、排风扇上面的风阀，利用地下风机房与外界大气的自然风压差，实现风机房的通风换气。其通风路线为通风竖井→底部送(排)风联络风道→2(4)号检修门→风机房→1(3)号检修门和风阀→送(排)风联络风道→隧道。当自然风压相反时，则上述通风线路方向相反。如图3 所示。由于地下风机房整个空间相对于隧道来说很小，因此，从风机房内排入隧道的污浊空气对整个隧道空气质量影响也很小，可以忽略不计。

图3 不开启轴流通风机通风示意

(3)开启进(排)气扇的机械通风系统有要分为两种工况，即正常运营阶段和火灾救援阶段。①当没有开启轴流风机且自然风压较小，自然风流不能满足风机房通风换气需求时。可关闭1～4号检修门，并开启进、排气扇实现对地下风机房通风换气。如图4 所示;②当风机房内发生火灾后，需及时控制烟流流动，尽快排走风机房内烟气，可开启2、4号检修门，关闭1、3号检修门，同时开启进气扇和排气扇(逆转)对风机房供新风，烟气通过2、4号检修门进入底部联络风道最后从竖井排出。如图5 所示。

图4 开启进、排气扇通风示意(正常运营阶段)

进气扇和排气扇的规格需进行计算确定。地下风机房长L=92 m，端头墙面积A=121.3 m2。风机房内空气总体积V=121.3 m2×92 m=11159.6 m3。参考地铁规范对设备管理用房换气要求:每小时不小于6 次。但考虑到风机房内的轴流风机只是间隙性开启，风机房是无人值守的，并借鉴国内其他类似工程设计，该风机房按3 次/h 的换气频率计算需风量:Q=11159.6×3=33478.8 m3/h。

图5 开启进、排气扇通风示意(火灾救援阶段)

选用KS－122 型进(排)气扇可以满足风机房通风换气要求，其性能参数如下表1。

表1 进、排气扇性能参数表

4 结束语

通过分析，本地下风机房通风换气方案是可行的，其最大的特点就是:(1)很好地利用了轴流风机机械风压和自然风压，达到节约能源的目的;(2)送、排风扇协调配合，气流组织较好，能有效地实现排除风机房内余湿余热的作用，同时兼顾了火灾救援的要求;(3)结构形式简单，安装方便，成本较低，以后的检修也比较容易。然而，设计全面高效的风机房通风空调系统是一项复杂的工作，需要根据风机房自身的结构特点，优化系统设置，节能意识更需要贯穿于整个设计过程当中。本文仅对此作了一些初步的探讨，希望为以后类似工程提供有价值的参考。

［1］JT026.1－1999 公路隧道通风照明设计规范［S］

［2］GB50157—2003 地铁设计规范［S］

［3］郭春.深埋特长高速公路隧道通风关键技术研究［D］.西南交通大学，2008

［4］JTG D70－2004 公路隧道设计规范［S］

［5］刘文胜.哈尔滨地铁设备管理用房空调通风系统设计方案比选［J］.地下工程与隧道，2006(3)