人防指挥工程通风空调设计
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本工程位于地下一、二层,为掘开式人防指挥工程,工程用途分为工作区、休息区、通信区,工程内设一个固定电站,地下一、二层各为一个防火分区,总面积3200m²。
1、通风系统设计
指挥工程战时通风采用三种通风方式:清洁式通风,滤毒式通风和隔绝式防护时的内循环通风。平时通风与战时清洁式通风形式相同。清洁式通风采用机械进、排风,滤毒式通风采用机械进风,超压排风。
1.1清洁式通风量计算
清洁式新风量根据人员新风量标准计算,同时按规范所要求的排风房间换气次数,计算清洁式排风量,排风量数值一般大于按照人员新风量标准计算的风量数值,为确保清洁式通风时工程超压值,新风量应大于排风量,控制新排风风量差不大于滤毒通风时的超压漏风量,以保持清洁式通风时合理超压值,超压值过大,则使工程的表面微孔增大或增多,影响工程的防护性能。
1.2滤毒式通风量计算
根据《人民防空工程防化设计规范》(以下简称《防化规范》)第5.2.5条,滤毒式新风量应同时满足人员新风量和防毒通道排风换气次数要求。滤毒式新风量按式(1)、(2)分别计算并取大值。由于工程设有防化化验室,故按式(2)计算进风量时,还需加上防化化验室排风量。
式中:Q1为按掩蔽人员计算所得新风量,m³/h;
为人员新风量,m³/(p·h),按《防化规范》要求取值;N为工程中掩蔽人数,人。
式中:Q2为按工程保持超压和最小防毒通道换气次数计算所得新风量,m³/h;
为工程保持超压的漏风量,m³/h,取清洁区有效容积的7%;K为最小防毒通道换气次数,
,按《防化规范》要求取值;V为最小防毒通道容积,m³;
则为防化化验室的排风量,m³/h,计算见后述。
1.3油网滤尘器的安装
根据《全国民用建筑工程设计技术措施—防空地下室分册》第4.2.15条,指挥工程需要设置单独的滤尘室,油网滤尘器采用立式安装方式,安装于专用滤尘室内。
1.4清洁式进风与滤毒式进风风机设置
指挥工程由于清洁式进风与滤毒式进风阻力相差大,而滤毒式进风特点是风量小而阻力大,清洁式进风特点是风量大而阻力相对较小,为了较好满足不同通风方式下的管路特性,根据《防化规范》第5.2.2条规定,清洁式进风与滤毒式进风需分设风机。本工程清洁式进风采用混流风机,滤毒式进风采用离心风机。进风系统原理见图1。
图 1 进风系统原理图
1.5滤毒式进风管道回风插板阀的设置
《防化规范》第5.2.6条指出,滤毒进风机的选择应满足风机全压≥1.2×滤毒进风系统阻力的要求,且滤毒通风设备的阻力均按终阻力计算,其中预滤器和过滤吸收器初、终阻力值相差较大,两者终阻力一般较初阻力大近一倍,滤毒进风管网阻力随着滤毒通风设备阻力增加而逐渐增大,见图2,根据图2所示管网中风机特性曲线,在启动滤毒通风初期,由于管网阻力较小,系统风量Q2会远大于设计风量Q1,如不采取措施,则滤毒进风量很可能会超过过滤吸收器的额定风量,进而造成进风系统透毒,严重威胁工程内人员生命安全,文献提出回风插板阀设置的必要性,指出其设置为防止过滤吸收器超过额定风量的保护性措施。
如图1所示,在滤毒进风管道上设置插板阀X1,启动滤毒式通风前,先打开回风插板阀X1,后启动滤毒风机SF2,再开启密闭阀门m3和M4,调节插板阀X1开度,监测风量仪,使滤毒进风量逐渐达到设计风量,起到有效防止滤毒进风系统透毒的作用。
图 2 管网中风机特性曲线
1.6滤尘器室尧滤毒器室换气堵头的设置
战时当滤毒通风设备达到终阻力或失效时,须进行更换,更换时会造成滤尘器室、滤毒室染毒,为降低其染毒浓度,根据《防化规范》第5.2.8条规定,在滤尘器和过滤吸收器前的风管上分别设换气堵头,战时在更换完滤尘器、滤毒器后,打开换气堵头,对滤尘室、滤毒室进行换气,使房间的染毒程度降低到允许浓度范围。换气堵头位置应尽量远离滤尘器室、滤毒室密闭门设置,以达到良好通风换气效果。
2、空调系统设计
夏季室内空调设计温度臆28℃,相对湿度60%,人员新风量逸30m³/h。指挥工程内各房间夏季计算得热量和得湿量包含通过围护结构的传热量和散湿量、人体散热量和散湿量,各种设备、管道和材料的散热量。空调负荷主要为人员、照明及通信负荷,空调计算冷负荷为140kW(不含新风),新风冷负荷为65kW。
2.1空调方案选择
工程在平时维护阶段,只有部分通信房间有制冷需求,在使用时,不同功能房间使用情况不同,因而空调系统较多时间在部分负荷下运行,同时考虑到工程的防护要求,空调采用独立新风+水冷多联机空调系统。新风处理选用新风空调机,新风经处理后送入工程内,各空调房间设多联空调室内机,承担室内负荷。该系统较全空气空调系统减了空调风管尺寸,从而降低了风管对工程净高的影响,各房间可根据使用情况灵活调节,运行管理方便。空调系统在部分负荷情况下能效比高,节能性好,有效降低了运行成本,空调主机占用机房空间也较小。
2.2冷源方案选择
新风空调机及多联机冷凝器平时采用冷却塔冷却水,战时由于冷却塔易暴露而遭到破坏,为确保指挥工程内空调不间断运行,冷却水用工程防护区内深井水。冷却塔设在工程外地面,冷却水供回水管在穿越人防处预埋防护套管,并设防护阀门,以满足工程防护要求。考虑到冷却水水质问题,为避免多联机水侧堵塞,冷却塔及空调水池冷却水侧与多联机水侧采用板式换热器连接,多联机水侧闭式运行。
2.3空调冷却水运行模式及阀门操作
冷却塔设置在工程防护区外地面,防护区内设置空调水池和深井,如图3所示。空调系统平时运行时采用冷却塔的循环冷却水作为冷源,战时通过阀门的开关控制(具体操作要求见表1),使冷却水系统由外循环转为内循环,战时在非隔绝防护状态下,当冷却水回水温度超过35℃时,排出部分空调水并利用深井水进行补水,确保空调冷却水温度满足要求,冷却排水可供电站柴油机组冷却使用。空调水池与工程内消防水池合用,储水量满足隔绝防护时间水量及水温的要求。
图 3 空调水系统示意图
3、防化设计
3.1防化报警
防化报警系统设置射线报警器和毒剂报警器。射线报警器探头设在工程口部外便于接受射线的位置,同时不易被倒塌物掩埋,探头外壳接地。射线报警器主机与探头之间的连接电缆用内径70mm的镀锌钢管保护,电缆穿管预埋在顶板内预埋。毒剂报警器的两个探头应分设在进风口前两侧的穿廊壁龛内。探头到进风防爆波活门的距离,应满足在染毒空气到达防爆波活门前,关闭清洁式进风管路上的电动密闭阀门的要求,以将染毒空气阻挡在防爆波活门之外,确保战时工程内人员的安全。毒剂报警器探头与主机电缆穿管预埋内径为50mm的镀锌钢管,镀锌钢管预埋在顶板内。
3.2防化化验
指挥工程在战时人员主要出入口的检查穿衣室一侧设防化化验室,防化化验室内设置自循环通风系统,该系统由通风柜、过滤吸收器、通风管道与密闭阀门和风机组成。通风柜一般采用上部排风,排风量参考《实用供热空调设计手册》(第二版)(以下简称《手册》)第969页,按式(3)计算,同时校核防化化验室内换气次数满足不小于8h-1要求,防化化验室送风由主体清洁区接入。
式中:
为通风柜的排风量,m³/h;F为通风柜操作口面积,m²,取0.21;v为通风柜操作口平均风速,m/s,按《手册》中表9.27中散发有毒物选0.4;
为安全系数,取1.1。防化化验室与穿衣检查室之间设密闭传递窗,通风柜背侧与密闭传递窗位置对应连接,连接处应做密封处理,以便在样品传递时减少毒氛外溢。
4、固定电站通风系统设计
固定电站设柴油发电机组,机房内设独立的进排风及排烟系统,柴油机采用水循环冷却。发电机房内设计温度37℃,相对湿度75%,发电机房采用风冷与蒸发冷却结合的方式。机房余热量计算参见《防空地下室设计手册》,余热量约99kW,柴油机冷却补水利用空调机组冷却回水,减少战时冷却用水的消耗量。风冷与蒸发冷却结合的方式是在风冷的基础上,利用少量冷却水自身的蒸发,使空气降温冷却,为等焓加湿降温过程,处理过程焓湿图见图4,室外空气由W点等焓加湿至K点,然后吸收机房内的余热到状态点N。
图 4 发电机房冷却通风 i-d 图
消除机房余热所需风量按式(4)计算,加湿量按式(5)计算。
式中:
为发电机房冷却通风量,m³/h;
为发电机房余热量,kW;
为机房内空气焓值,kJ/kg干空气;
为加湿点空气焓值,kJ/kg干空气。
式中:W为机房所需加湿量,kg/h;
为空气密度,kg/m³;
为机房内空气含湿量,g/kg;
为室外空气含湿量,g/kg。
风冷与蒸发冷却结合的方式与风冷比较,进风量小。与水冷比较,用水量较少,较为经济,使用起来也比较灵活,可以根据室外温度的变化启动不同的冷却方式。机房内加湿选用高压水喷雾器,根据发电机房内温度调节加湿量。固定电站控制室由指挥所主体送风,防毒通道设超压排风设施,排风量须满足换气次数的要求。
5、防排烟及排风系统设计
1)防排烟设计。指挥工程内面积大于50m²的会议室及走道设机械排烟系统。排烟量按最大防烟分区面积每平方米不小于120m³/h计算。消防排烟时采用机械补风,补风量不小于排烟量的50%。排烟风机设置在地下一层排烟系统的顶部,便于火灾时烟气的顺利排出。防烟楼梯间设机械加压送风系统,防烟楼梯间送风余压值为40~50Pa。
2)通信要素房间排风设计。指挥工程内重要通信要素房间设置灭火后的机械排风。工程内重要通信要素房间一般均设置干粉灭火系统,当干粉灭火系统施放了灭火剂扑灭防护区火灾后,房间内还有很多因火灾而产生的有毒气体,而施放的干粉灭火剂微粒大量悬浮在防护区空间,为尽快排出防护区内的有毒气体及悬浮的灭火剂微粒,以便尽快清理现场,重要通信要素房间设置灭火后的机械排风。根据《干粉灭火系统设计规范》[6]第7.0.5条,灭火后的机械排风量按换气次数不小于12次/h计,灭火后的排风系统与平时排风系统合用,通过设置电动阀门以实现不同工况的转换。
6、结论
人防指挥工程的进排风系统及防化设计,与普通人防工程有较大不同,在设计中应注意以下几点:
1)滤毒通风量需计入防化化验室的排风量,清洁式与滤毒式进风机分别设置,同时应注意进风系统上除尘器、换气堵头及插板阀的设置。
2)空调形式的选择要兼顾平时维护使用及战时使用的要求,战时需要有防护的冷源。
3)毒剂报警器探头位置及防化化验室通风量需经计算,满足规范要求。
4)通信要素房间需要设置灭火后机械排风系统。
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