刘 宁 陈艳超



长大公路隧道洞内值班室空气质量改善研究

刘 宁 陈艳超

（长安大学 西安 710064）

秦岭终南山公路隧道座作为世界级的特长隧道，运营安全问题十分突出，为了隧道行车安全，在隧道内部设置了两个24小时设人消防值班室。随着车流量的增加，隧道内空气质量下降，值班室工作环境恶化，对工作人员的身心造成不利的影响。为了保证工作人员身体健康与隧道运营安全，更好的发挥洞内值班室的作用，通过对秦岭终南山公路隧道值班室的通风及环境的测试分析研究，提出了在隧道内取风循环净化和罗茨风机送排风方式相结合的设计方案，有效地解决了秦岭终南山公路隧道内值班室空气净化系统小风量、高风压的设计难题，对类似长大公路隧道安全运营有借鉴意义。

长大公路隧道；值班室；空气质量；改善

0 前言

秦岭终南山公路隧道在隧道内部共设置了两个24小时有人消防值班室。北口值班室位于8#车行横洞内，桩号为K70+785.08，南口值班室位于17#车行横洞内，桩号为K76+785.08[1]。每个消防值班室长5m，宽6m，高3m[1]。

随着隧道内车流量的增加，隧道内空气质量下降，值班室密闭的工作环境恶化，对工作人员的身心造成不利的影响。为了保证工作人员身体健康与隧道运营安全，更好的发挥洞内值班室的作用，本文提出了秦岭终南山公路隧道值班室空气质量的改善方案，对值班室工作环境进行有效改善。保证隧道值班室内工作环境符合空气质量、照明和噪音的职业卫生标准，并使值班区域达到富氧舒适的要求。确保值班室工作人员的身体健康，从而有力保障隧道内的行车安全和防灾救援工作。

1 隧道值班室现场测试

根据《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》GBZ2.1-2007所要求的职业接触限值如表1所示[2]。

表1 工作场所有害因素职业接触限值

注：MAC表示最高容许浓度；PC-TWA表示时间加权平均容许浓度；PC-STEL表示短时间接触容许浓度；EL表示超限倍数；GL表示确认人类致癌物。

现对秦岭终南山公路隧道两个消防值班室内 污染物进行采样检测，检测结果如表2、表3所示。

表2 工作场所有害因素检测结果（短时间接触浓度）

表3 工作场所有害因素检测结果（时间加权平均浓度）

根据表2、表3可知两消防值班室内工作人员接触的一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮和二氧化碳短时间接触浓度符合职业卫生标准，但一氧化碳、二氧化氮和矽尘的8小时加权平均浓度不符合职业卫生标准，对工作人员的身心健康产生了极大的危害[3]。本文提出了隧道内取风循环净化与罗茨风机送排风方式相结合的改善方案，以改善值班室的空气质量。如图1所示。

图1 方案原理图

2 通风方案系统原理

本文通过实际调查，北口值班室西线北10米处空气质量满足要求，南口值班室东线南10米处空气质量满足要求。采用就近主洞取风的方案，北口值班室自西线取风且逆行车方向向北延伸10m，南口值班室自东线取风且逆行车方向向南延伸10m，分别架设直径为200mm通风管道取风，通至北口和南口值班室。

通风管道一端架设于隧道主洞内取风，另一端接入位于值班室横通道内定制的组合式净化空调系统。组合式净化空调系统完成空气净化和制氧，将新鲜富氧空气送入值班室内改造后的柜机中，室内柜机可完成氧气浓度、温度等检测和报警。针对空气主要污染物CO，值班室内可实现CO检测和报警，且根据CO浓度，可实现与室外净化过滤机组的联动[4]。

方案主要包括室外净化过滤系统、室外富氧系统、室内循环系统和排风系统，其中室外净化过滤系统包括过滤装置、混流装置和送风装置；室外富氧系统包括过滤装置和制氧装置；室内循环系统包括检测装置和显示装置[5,6]。

2.1 室外净化过滤系统

室外净化过滤系统设置于值班室外横通道中，可分为过滤装置、混流装置和送风装置[7]。系统一端通过进气管连接设置于公路隧道中的进风口，另一端通过新风进气管与值班室连接，室外净化过滤系统如图2所示。

图2 室外净化过滤系统图

2.2 室外富氧系统

室外富氧机组安装设置在横通道中，包括一个富氧主机和一个用于给富氧主机提供空气的过滤箱，为防止隧道内污染物堵塞富氧主机，在富氧主机前加设过滤箱。富氧主机向净化后的空气中添加负氧离子，同时对净化后的空气进行干燥，提高封闭专用值班室内工作人员的舒适程度，室外富氧系统如图3所示。

图3 室外富氧系统图

2.3 室内循环系统

室内循环系统分为上下两部分，上部分一端通过氧气进气管和新风进气管与横通道连接，另一端通过出气栅与值班室连接；下部分一端通过回风管与横通道连接，另一端通过进气栅与值班室连接，室内循环系统如图4所示。

图4 室内循环系统

3 通风控制方案

定制的组合式净化空调系统包括五种控制模式：室外循环控制、室内循环控制、室内外循环混合控制、室外富氧机组控制、CO检测及O3发生器的联动控制[8]。

3.1 室外循环控制

通过调整手动百叶阀和混流段新风调节阀控制隧道主洞内新风量大小，在隧道内发生火灾等紧急状况下，关闭手动百叶阀，阻止洞外新风流入，确保值班室空气质量。通过压差计检测滤网两侧压力差，提示滤网是否需要更换。

室外净化机组和室内出风百叶联动控制，室外循环控制原理图如图5所示。

图5 室外循环控制原理图

3.2 室内循环控制

室内柜机设有出风和排风栅，实现室内循环。出风百叶栅和风机联动，控制出风栅的换气量。隧道值班室内设烟雾、高温检测和显示报警仪器，实时检测值班室内烟雾和温度数据并及时发出报警信号。当值班室内烟雾达到一定的聚集量，室内机发出报警，可将室内柜机换气量调节到大档位。当室内温度达到设定值时，室内机发出报警，关闭室内和室外主机，室内循环控制原理图如图6所示。

图6 室内循环控制原理图

3.3 室内外循环混合控制

在室外循环控制的基础上，设置从值班室到室外净化过滤机组的回风管和可混合新风与回风的调节阀，控制室内洁净空气风量大小。从而实现新风和回风比例调节控制，实现室内空气的回流。在回风、新风及进风处设置流量计，实现回风和新风比例的调整，室内外循环控制原理图如图7所示。

图7 室内外循环控制原理图

3.4 室外富氧机组控制

隧道值班室内设氧气含量检测仪器，实时检测值班室内氧气浓度，若室内氧气浓度超过23%时，室外富氧机组根据室内柜机反馈停止工作；同理，若氧气含量不达标，则启动室外富氧机组。此外，通过压差计检测室外富氧机组滤网两侧压力差，提示滤网是否需要更换。

室外富氧机组控制模式独立工作，室外富氧机组控制原理图如图8所示。

图8 室外富氧机组控制原理图

3.5 CO检测及O3发生器的联动控制

图9 CO检测及O3发生器的联动控制流程图

隧道值班室内设CO检测和显示报警仪器，实时检测值班室内CO浓度并及时发出报警信号。当值班室内CO含量超标则报警，启动臭氧发生器氧化新风中的CO。此外，在室外机组进入室内柜机前，设置O3检测仪，若O3超标，则中断O3发生器，CO检测及O3发生器的联动控制流程图如图9所示。

4 结论

本文提出的隧道内取风净化循环和罗茨风机送排风方式相结合的空气品质改善方案，使洞内值班室空气各指标达到了规定的要求。保证隧道值班室内工作环境符合空气质量、照明和噪音的职业卫生标准，并使值班区域达到富氧舒适的要求。确保值班室工作人员的身体健康，从而有力保障隧道内的行车安全和防灾救援工作。

秦岭终南山公路隧道值班室空气净化过滤后现场测试污染物指标如表4所示。

表4 净化过滤后效果

有害物指标均低于《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》GBZ2.1-2007所要求的职业接触限值[2]。

[1] 铁道部第一勘察设计院西安分院.秦岭终南山特长公路隧道初步设计[R].2002.

[2] GBZ2-2007,工作场所有害因素职业接触限值[S].北京:中国标准出版社,2007.

[3] 许钟麟.空气洁净技术原理[M].北京:中国建筑工业出版社,1983.

[4] 谭天祐,梁凤珍.工业通风除尘技术[M].北京:中国建筑工业出版社,1984.

[5] Mo J H, Zhang Y P, Xu Q J, et al. Photocatalytic purification of volatile organic compounds in indoor air: A literature review[J]. Atmospheric Environment, 2009,43(14):2229-2246.

[6] Y X Sun, L Fang, D P Wyon, et al. Experimental research on photocatalytic oxidation air purification technology applied to aircraft cabins[J]. Building and Environment, 2008,43(3):258-268.

[7] 暂世超,商允恒,肖飚,等.高压喷雾加湿的分析和应用[J].制冷与空调,2006,(2):46-48.

[8] 杨婉,王奇,冯光灿.实施专家控制系统在中央空调中的应用[J].制冷与空调,2010,24(2):65-67.

Air Improvement of Grew Up Highway Tunnel's Duty Room

Liu Ning Chen Yanchao

( Chang' an University, Xi'an, 710064 )

ZhongNanshan Tunnelis the world-classexpertise tunnel, operational safety problem is very prominent, in order to solve traffic safety tunnel, two fire duty was set up inside the tunnel for 24 hours. With the increase of traffic flow, air quality inside the tunnel is decreasing, the duty working environment is deterioratingand affect staff. The physical and psychological. In order to ensure the health of staff and tunnel operational safety, better playthe role ofthe duty room, Through further study of Duty Zhongnanshan Tunnel ventilation and the environment, it is proposed in the wind tunnel and take the entrance ways of combining air blower improvement plan. Effectively solve the ZhongNanshan Tunnel is designed. the air purification system design problem of small volume, high wind pressure, as reference for similar grew up highway tunnel safety operation.

grew up highway Tunnel; duty room; air quality; improve

1671-6612（2017）04-359-05

TU113

B

长安大学中央高校基本科研业务费专项基金

刘 宁（1972-），女，博士研究生，高级工程师，E-mail：1056551985@qq.com

2016-09-29