段飞飞
（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）
供热管道起点（古交电厂）地面标高约1 020 m，管道自西至东，途经古交市、西山山区至太原市区，引至地面标高约840 m的中继能源站；
沿线共敷设4根DN1400供热管道（两供两回），专用供热管道需途经3座隧道，分别为供热1号隧道，长约1 432 m；
供热2号隧道，长约2 435 m；
供热3号隧道，长约11 040 m；
隧道为单洞形式。
供热管道穿越隧道时会散热，电气设备运营也会散热（较少），热量的积聚造成洞内温度升高，影响检修人员的安全及隧道内机电设备的正常工作，同时由于该供暖隧道无交通车辆形成的交通风，需要通过增设机械通风将热量转移出隧道。因此供暖隧道通风消防系统的设计就显得尤为重要。
由于该项目既不属于公路隧道又不属于城市管廊，缺少已运营案例和可直接执行的设计规范，因此采用专题研讨，类比参考《公路隧道交通工程设计规范》JTG/T D71—2004和《城市综合管廊工程技术规范》GB 50838—2012，并依据供热管道实际特点进行归纳总结，并在此基础上完成开拓性设计。
隧道内的空气温度并不是恒定的，与隧道送风口的位置有关，根据传热学原理得出隧道内空气的温度变化情况见图1。
图1 隧道内空气温度变化图
其中：tg为供热管网热媒温度；
tw为隧道送风口空气温度；
tn为隧道排风口空气温度；
t为隧道内某点空气温度。
图2 隧道通风计算流程图
其中主要计算公式：
式中：ΔT=tg-（tw+tn）/2；
R热为单位长度传热热阻；
Cp为空气的定压比热；
l为隧道长度；
ρ为空气密度。
根据中国市政工程华北设计研究总院提供的资料，隧道各工况下的需风量如表1、表2。
表1 供暖1号隧道及供暖2号隧道各工况下的需风量
表2 供暖3号隧道各工况下的需风量
检修人员进入隧道时参照《城市综合管廊工程技术规范》（GB 50838—2012）中5.5.2要求：换气次数应在 2次 /h以上[1]。
公路隧道通风以排除隧道内车辆行驶带来的污染物为目的，而供暖隧道以注入冷却风进行降温为目的，两者需风量上有不同要求，但在通风计算上，同样都是将空气视为不可压缩流体，通风计算时都需考虑隧道侧壁的阻力、隧道外自然通风力。不同点在于公路隧道车辆行驶可以带来较大的交通通风力，而供暖隧道却无交通通风力；
同时，公路隧道的内轮廓线内阻风设施较少，而该项目隧道内两侧沿线不间断地设置有4根供暖管道和大量支撑支架，导致通风阻力很大。
该项目隧道通风计算时，自然风阻力、隧道通风阻力和风机动力采用与公路隧道相同的计算公式和参数取值，计算时不同之处在于沿程阻力系数取值需大于公路隧道，但由于缺少相应的实例和数值模拟，所以该项目阻力系数取值仅为在公路规范取值要求的基础上进行推测，待该项目开通后应立即进行实测，并根据测试结果进行调整。
通过计算可知，供暖1号、2号隧道采用全射流纵向通风方式，各隧道各工况下风机数量如表3所示。
表3 供暖1号隧道及供暖2号隧道各工况下风机数
供暖3号隧道属于特长隧道，全射流通风已不能满足通风要求，需采用斜井轴流风机+隧道内射流风机通风方式。在斜井内设置中隔板将送风道和排风道分割开，与地上风机房采用风道连接。按照公路隧道送排式纵向通风方式进行计算，隧道内射流风机和轴流风机配置情况如表4、表5所示。
表4 供暖3号隧道各工况下风机数
表5 供暖3号隧道通风斜井轴流风机选型表
图3 供热3号隧道通风设置方案图
隧道通风方式如表6。
表6 各隧道通风方式
6.1 全射流通风方式
隧道射流风机除在正常情况下满足散热通风需求外，在隧道检修人员进入时的通风换气工况、事故工况下还起着调节隧道内空气环境、防灾救援等作用。射流风机选用φ1120 mm型可逆射流风机，可逆效率达到90%以上，电机功率30 kW。
风机控制器与隧道变电所的主PLC相连，管理、维护人员可在变电所内完成对风机的手动、自动操作，也可通过监控分中心的PLC实现远程控制。
6.2 斜井轴流风机+射流风机通风
供暖3号隧道长度约11 040 m，属于特长隧道，考虑到隧道运行工况的不同，需采用斜井轴流风机提供主动力，隧道内射流风机辅助调压实现隧道内环境满足设备运转、人员检修的安全需求。
6.2.1 正常通风散热工况
该工况下通风主要目的是为了将管道热媒释放到隧道内空气的热量排出，维持隧道内环境温度（低于40℃）[1]、湿度，确保该环境内机电设备的安全稳定运转。由于供热管道热媒为质调节，且隧道外大气气温、风速的变化，会对隧道产生一定程度的热压及风压作用，因此该工况下除应满足计算所需的射流和轴流风机数的要求外，还应根据隧道内温度的变化，调整射流风机的启停台数。
6.2.2 正常换气工况
该工况下通风主要目的是为了满足检修人员进入作业区时的生命安全需要，维持隧道内环境温度、含氧量。
6.2.3 事故工况
该工况下通风主要目的是为了将管道泄漏的热蒸汽及时排出，减少热环境对机电设备的损坏，缩短供热中断时间，避免引发影响城镇居民的社会事件发生。此工况条件下，所有的通风设备均应全部开启。
为减少隧道内发生电器火灾的可能性，隧道内不设置风机控制柜，统一放置在变电所内。风机的控制回路设计为现场和监控室远程两种控制方式，且现场控制级别高于远程控制，以保证在隧道发生火灾、管道泄漏事故等紧急情况下能灵活地启动风机。为了保证风机的正常运行，设计在控制回路中增加了一些保护性措施，能保证正转和反转具有互锁，并增加了时间继电器，保证正转停止一段时间后反转才能有效。其次，为避免风机启动对电网的冲击，一台风机启动不完成，第二台风机不得启动。
通风控制方法为自动和联动相结合[2]，具体控制模式为反馈控制法：根据各工况条件对环境主参数的要求进行反馈控制（正常通风散热工况主控参数：温度；
正常换气工况主控参数：含氧量；
事故工况主控参数：温度、湿度）。
a）隧道通风机组 当隧道内发生事故或火灾时，及时将热蒸汽或烟（CO、VI）排出隧道外，保证隧道内人员及机电设备的安全。
b）干粉灭火器 由于隧道主洞内可燃物质较少、供热管道保温材料采用岩棉均不会引发火灾、且隧道设置水消防比较困难且不方便使用，因此该次设计不增设水消防，仅设置干粉灭火器。
c）变电所消防设备 各变电所高低压配电柜和变压器顶部设置超细干粉灭火器，当发生电气火灾时，启动组件或启动装置打开设备在火灾上部喷洒超细干粉。同时每个变电所内放置数组手提式干粉灭火器，变电所电缆沟内设置防火包[3]。
d）电缆支架保护及防火设施 隧道电缆支架保护采用防火阻燃玻璃钢材质的外壳包裹，减少管道泄露时隧道内高温蒸汽对电缆的影响。
e）火灾检测报警系统 隧道监控系统设置了隧道火灾检测设备，该系统包括手动报警按钮，烟感、温感探测器，消防电话插座和光纤光栅火灾检测报警系统等[3]。
f）地下箱变降温消防设施 正常工况时只需通过排气扇和百叶窗对地下箱变进行通风换气，当隧道主洞内出现热水泄露事故时,则应关闭百叶窗和排气扇，开启空调机组对箱变洞室进行降温。
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