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摘要：以南水北调穿总干渠电缆隧道工程实例为背景，探讨电缆隧道通风设计。
关键词：电缆隧道；机械通风；通风量确定
1工程介绍
南水北调中线x期工程总干渠xx段x村变电站电缆通过地下电缆隧道穿越南水北调总干渠，地下电缆隧道长约181.9m，隧道内宽1.4m，高1.9m，委托我院进行通风设计，保证人员日常检修维护进入隧道时通风换气。
2自然通风与机械通风的比较
2.1自然通风
依靠隧道内外风力造成的风压即超静压差和空气温差所造成的热压即热位差，使空气流动的通风方式称之为自然通风。自然通风优点为初投资少、运行费用低；缺点为地下电缆隧道需每隔一段距离设置出地面的风井或风亭，形成自然通风段。针对本工程的实际情况，地下电缆隧道上部为南水北调总干渠，无法设置出地面的风井或风亭，故本工程地下电缆隧道不可采用自然通风。
2.2机械通风
依靠风机产生的压力使空气流动的通风方式称为机械通风，通过设置机械风机可以实现地下电缆隧道长距离通风，避免设置出地面的风井或风亭。
根据进风和排风的动力源不同，可以将机械通风分为以下3类：1）机械进风，仅设置送风机，排风利用隧道内正压无组织排风；2）机械排风，仅设置排风机，进风利用隧道内负压进行无组织进风；3）机械进风和机械排风，同时设置送风机、排风机。
机械通风3种方式比较见表1。
表1机械通风3种方式比较
通风方式 优点 缺点 备注
机械进风 造价相对较低 气流组织差，
通风距离较短 仅适用于较短区域且无分支路的通风区段
机械排风 气流组织好，造价相对较低，消防时，可进行排烟（需选用排烟排风两用风机） 通风距离
相对较短 可起到排风作用，若有消防要求，选用排烟排风两用风机，同时可起到排烟作用
机械进风
和机械排风 气流组织好，通风距离长。消防时，可进行排烟（需选用排烟排风两用风机） 造价相对高，
噪音相对大。 若有消防要求，排风机可选用排风、排烟风机；送风机选用普通风机。
综上所述，针对本工程实际情况，地下电缆隧道采用机械排风，在地下电缆隧道一侧，设置排风机进行组织排风，另一侧采用防雨百叶无组织进风，即可满足本工程地下电缆隧道通风要求。
3通风量的确定
3.1隧道内电缆降温所需的通风量
3.1.1隧道内热平衡分析
电缆隧道内热平衡分析就是分析隧道内得热量和失热量的各种影响因素。电力隧道得热量主要为电缆发热量；电缆隧道失热量即向隧道结构外传递的热量，包括通过隧道侧壁及土壤传向地面的热量，启动通风系统排除的热量，以及隧道周围土壤吸收隧道余热后储存的热量。从运营角度考虑，隧道周围土壤储存的热量在冬季和夏季会向隧道内释放，成为隧道得热量。因此，隧道热平衡分析应建立在全年运行的基础上。隧道热平衡计算公式见式（3-1）。
Q0+Q4=Q1+Q2+Q3(3-1)
式中Q0—电缆年发热量，W/a；
Q1—通风系统年排热量，W/a；
Q2—隧道周圍土壤的年排热量，W/a；
Q3—隧道周围土壤的年蓄热量，W/a；
Q4—隧道周围土壤的年释放量，W/a。
电力隧道内设计温度按不超过40℃考虑，为使隧道周围土壤保持稳定的蓄热能力，维持隧道常年运行温度环境的良性循环，按年为一个计算周期，可以假定隧道周围土壤的蓄热量和释热量相等。式（3-1）变为:
Q0=Q1+Q2(3-2)
为使计算更直接明了，3.1.2节、3.1.3节隧道热平衡分析采用单位隧道长度的热量计算。
3.1.2通风系统排热量
单位隧道长度通风系统排热量
q1=Lpc△t1 （3-3）
q1—单位隧道长度的通风系统排热量，W/m;
L—单位隧道长度的通风量，m3/(s.m);
p—空气密度，kg/m3;
c—空气定压质量比热，W/kg.℃;
△t—通风系统送排风温度，℃。
3.1.3隧道周围土壤排热量
单位隧道长度土壤排热量：
q2=△t2/∑R （3-4）
q2—单位隧道长度通过土壤的排热量，W/m；
△ t2—隧道内空气与土壤表面之间的温差；
∑R—从隧道内空气到土壤表面之间的总传热热阻，（m.℃）/W。
根据以往实际运行经验，仅靠土壤排热不能满足隧道内温度环境的要求，需通过通风系统排除隧道内热量，故地下电缆隧道降温所需的单位隧道长度的通风量：
L=q1/pc△t1 (3-5)
3.2日常通风换气通风量
日常通风换气工况应满足工作人员日常检修维护进入电缆隧道时隧道内基本的空气品质。因有关规范、设计手册未明确给计算方法，故参照电梯机房的换气次数采用8～15次/h。
3.3灾后通风量计算
电力隧道内平时没有人员进出，火灾时，通过切断隧道内氧气供应而使火灾熄灭。待火灾熄灭后，开启风机进行灾后通风，由于未有专门的规范给出此值，灾后通风量的计算按照事故换气次数设计，即不小于12次/h进行。
根据以上通风量计算方法，风机风量应满足以上计算风量中最大值。
4风机选型及机房布置
根据各单位对接时划分的工作界面，我院本次设计中无需考虑电缆降温设计、隧道内消防通风、灾后通风设计，故本设计根据日常通风换气次数取12次/h计算，排风量为5806.25m3/h。根据计算风量选择风机NO.4,风量6500m3/h,全压554Pa,功率2.2KW。
风机房布置在地下电缆隧道的西侧进口，东侧进口出地面外墙上设置防雨百叶进风。为了便于平时管理维修，将隧道西侧进口布置于风机房内，机房占地为8.59m×6.04m。工作人员进入隧道巡视检修前，需先开启风机30min进行通风换气，以保证空气质量；工作人员进入地下电缆隧道后，应关闭（排风口处）电缆隧道进口，以免通风换气产生短路。
5结论
地下电缆隧道内的通风设计具有特殊性，针对电力电缆隧道的设计规范和规程尚不完善，工程实例较少，通过此次地下电缆通风设计，个人认为，在地面难以做风井或风亭的情况下，地下电缆隧道通风设计宜采用机械通风。同时，通过本次设计积累了一些地下电缆隧道通风设计的经验和数据，以供参考。
参考文献：
【1】 全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调.动力[M].建筑部工程质量安全监督与行业发展司，中国建筑标准设计研究所，2009年.
【2】 中华人民共和国国家标准 采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）.
【3】 中华人民共和国电力工业部 电力工程电缆设计规范（GB50217－2007）.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：电缆隧道；机械通风；通风量确定
1工程介绍
南水北调中线x期工程总干渠xx段x村变电站电缆通过地下电缆隧道穿越南水北调总干渠，地下电缆隧道长约181.9m，隧道内宽1.4m，高1.9m，委托我院进行通风设计，保证人员日常检修维护进入隧道时通风换气。
2自然通风与机械通风的比较
2.1自然通风
依靠隧道内外风力造成的风压即超静压差和空气温差所造成的热压即热位差，使空气流动的通风方式称之为自然通风。自然通风优点为初投资少、运行费用低；缺点为地下电缆隧道需每隔一段距离设置出地面的风井或风亭，形成自然通风段。针对本工程的实际情况，地下电缆隧道上部为南水北调总干渠，无法设置出地面的风井或风亭，故本工程地下电缆隧道不可采用自然通风。
2.2机械通风
依靠风机产生的压力使空气流动的通风方式称为机械通风，通过设置机械风机可以实现地下电缆隧道长距离通风，避免设置出地面的风井或风亭。
根据进风和排风的动力源不同，可以将机械通风分为以下3类：1）机械进风，仅设置送风机，排风利用隧道内正压无组织排风；2）机械排风，仅设置排风机，进风利用隧道内负压进行无组织进风；3）机械进风和机械排风，同时设置送风机、排风机。
机械通风3种方式比较见表1。
表1机械通风3种方式比较
通风方式 优点 缺点 备注
机械进风 造价相对较低 气流组织差，
通风距离较短 仅适用于较短区域且无分支路的通风区段
机械排风 气流组织好，造价相对较低，消防时，可进行排烟（需选用排烟排风两用风机） 通风距离
相对较短 可起到排风作用，若有消防要求，选用排烟排风两用风机，同时可起到排烟作用
机械进风
和机械排风 气流组织好，通风距离长。消防时，可进行排烟（需选用排烟排风两用风机） 造价相对高，
噪音相对大。 若有消防要求，排风机可选用排风、排烟风机；送风机选用普通风机。
综上所述，针对本工程实际情况，地下电缆隧道采用机械排风，在地下电缆隧道一侧，设置排风机进行组织排风，另一侧采用防雨百叶无组织进风，即可满足本工程地下电缆隧道通风要求。
3通风量的确定
3.1隧道内电缆降温所需的通风量
3.1.1隧道内热平衡分析
电缆隧道内热平衡分析就是分析隧道内得热量和失热量的各种影响因素。电力隧道得热量主要为电缆发热量；电缆隧道失热量即向隧道结构外传递的热量，包括通过隧道侧壁及土壤传向地面的热量，启动通风系统排除的热量，以及隧道周围土壤吸收隧道余热后储存的热量。从运营角度考虑，隧道周围土壤储存的热量在冬季和夏季会向隧道内释放，成为隧道得热量。因此，隧道热平衡分析应建立在全年运行的基础上。隧道热平衡计算公式见式（3-1）。
Q0+Q4=Q1+Q2+Q3(3-1)
式中Q0—电缆年发热量，W/a；
Q1—通风系统年排热量，W/a；
Q2—隧道周圍土壤的年排热量，W/a；
Q3—隧道周围土壤的年蓄热量，W/a；
Q4—隧道周围土壤的年释放量，W/a。
电力隧道内设计温度按不超过40℃考虑，为使隧道周围土壤保持稳定的蓄热能力，维持隧道常年运行温度环境的良性循环，按年为一个计算周期，可以假定隧道周围土壤的蓄热量和释热量相等。式（3-1）变为:
Q0=Q1+Q2(3-2)
为使计算更直接明了，3.1.2节、3.1.3节隧道热平衡分析采用单位隧道长度的热量计算。
3.1.2通风系统排热量
单位隧道长度通风系统排热量
q1=Lpc△t1 （3-3）
q1—单位隧道长度的通风系统排热量，W/m;
L—单位隧道长度的通风量，m3/(s.m);
p—空气密度，kg/m3;
c—空气定压质量比热，W/kg.℃;
△t—通风系统送排风温度，℃。
3.1.3隧道周围土壤排热量
单位隧道长度土壤排热量：
q2=△t2/∑R （3-4）
q2—单位隧道长度通过土壤的排热量，W/m；
△ t2—隧道内空气与土壤表面之间的温差；
∑R—从隧道内空气到土壤表面之间的总传热热阻，（m.℃）/W。
根据以往实际运行经验，仅靠土壤排热不能满足隧道内温度环境的要求，需通过通风系统排除隧道内热量，故地下电缆隧道降温所需的单位隧道长度的通风量：
L=q1/pc△t1 (3-5)
3.2日常通风换气通风量
日常通风换气工况应满足工作人员日常检修维护进入电缆隧道时隧道内基本的空气品质。因有关规范、设计手册未明确给计算方法，故参照电梯机房的换气次数采用8～15次/h。
3.3灾后通风量计算
电力隧道内平时没有人员进出，火灾时，通过切断隧道内氧气供应而使火灾熄灭。待火灾熄灭后，开启风机进行灾后通风，由于未有专门的规范给出此值，灾后通风量的计算按照事故换气次数设计，即不小于12次/h进行。
根据以上通风量计算方法，风机风量应满足以上计算风量中最大值。
4风机选型及机房布置
根据各单位对接时划分的工作界面，我院本次设计中无需考虑电缆降温设计、隧道内消防通风、灾后通风设计，故本设计根据日常通风换气次数取12次/h计算，排风量为5806.25m3/h。根据计算风量选择风机NO.4,风量6500m3/h,全压554Pa,功率2.2KW。
风机房布置在地下电缆隧道的西侧进口，东侧进口出地面外墙上设置防雨百叶进风。为了便于平时管理维修，将隧道西侧进口布置于风机房内，机房占地为8.59m×6.04m。工作人员进入隧道巡视检修前，需先开启风机30min进行通风换气，以保证空气质量；工作人员进入地下电缆隧道后，应关闭（排风口处）电缆隧道进口，以免通风换气产生短路。
5结论
地下电缆隧道内的通风设计具有特殊性，针对电力电缆隧道的设计规范和规程尚不完善，工程实例较少，通过此次地下电缆通风设计，个人认为，在地面难以做风井或风亭的情况下，地下电缆隧道通风设计宜采用机械通风。同时，通过本次设计积累了一些地下电缆隧道通风设计的经验和数据，以供参考。
参考文献：
【1】 全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调.动力[M].建筑部工程质量安全监督与行业发展司，中国建筑标准设计研究所，2009年.
【2】 中华人民共和国国家标准 采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）.
【3】 中华人民共和国电力工业部 电力工程电缆设计规范（GB50217－2007）.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。