自然通風(fēng)與自然冷源在坑道人防工程中的應(yīng)用

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1 引言

　　人民防空工程是戰(zhàn)時(shí)保護(hù)國(guó)家和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全、保存城市戰(zhàn)爭(zhēng)潛力的基礎(chǔ)，是贏得反空襲斗爭(zhēng)勝利的可靠保障。我國(guó)人民防空建設(shè)的方針是：長(zhǎng)期堅(jiān)持，重點(diǎn)建設(shè)，平戰(zhàn)結(jié)合。近十多年來，人防工程平戰(zhàn)結(jié)合取得了較好的社會(huì)效益，為人防建設(shè)奠定了可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。平戰(zhàn)結(jié)合的長(zhǎng)期實(shí)踐表明：人防工程機(jī)械通風(fēng)降濕系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)能耗大，成本費(fèi)用高的問題，是阻礙人防工程平戰(zhàn)結(jié)合發(fā)展的重要問題之一，而實(shí)踐中我們嘗試?yán)米匀煌L(fēng)和利用自然冷源替代冷凍機(jī)制作的冷源來完成坑道式人防工事部分降濕任務(wù)，取得了較好的效果。

　　山體坑道式人防工事冬曖夏涼，冬季工事外氣溫低、空氣容重大，工事內(nèi)氣溫高、空氣容重小，容重小的熱空氣上升，從工事的高口部流出，容重大的冷空氣從工事低口部進(jìn)入補(bǔ)充，同時(shí)又被工事曖壁面加熱變輕上升，從高口流出。如此不斷地補(bǔ)充、加熱、上升、排出，循環(huán)不止，就形成了冬季由熱壓造成的自然通風(fēng)，即：低口進(jìn)、高口出。夏季工事外氣溫高、空氣容重小，工事內(nèi)氣溫低、空氣容重大，容重大的空氣從工事低口流出，容重小的空氣從高口進(jìn)入補(bǔ)充，同時(shí)又被工事的圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷卻變重下降從低口流出。如此不斷地補(bǔ)充、冷卻、下降流出，循環(huán)不止，就形成了夏季由熱壓造成的自然通風(fēng)，即：氣流方向是高口進(jìn)、低口出。利用山體坑道式人防工事高低口部和沿通道局部呈大廳式的使用現(xiàn)狀，采用大斷面全坑道自然通風(fēng)的方式，很容易滿足規(guī)范要求的送風(fēng)量和換氣次數(shù)。但在室內(nèi)外溫差不大的季節(jié)，要加強(qiáng)局部機(jī)械排風(fēng)。自然通風(fēng)適用于人防工事的平時(shí)通風(fēng)和戰(zhàn)時(shí)清潔式通風(fēng)，不能用于戰(zhàn)時(shí)過濾式和隔絕式通風(fēng)，而戰(zhàn)時(shí)過濾式通風(fēng)和隔絕式通風(fēng)還需要通過局部排風(fēng)系統(tǒng)的平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換措施來實(shí)現(xiàn)。

　　在春夏高溫潮濕季節(jié)，人防工事自然通風(fēng)不可能滿足溫度≤28℃、相對(duì)濕度≤70%的要求。必須對(duì)室外新風(fēng)進(jìn)行降濕處理。夏季山體巖石溫度一般保持在18～20℃，充分運(yùn)用這一自然冷源，將自然通風(fēng)進(jìn)風(fēng)坑道作為專用道，讓室外新風(fēng)在此段風(fēng)道內(nèi)冷卻，當(dāng)室外新風(fēng)相對(duì)濕度為80%時(shí)，每溫降1℃，降濕量約1.5g/kg干空氣，可減輕機(jī)械降濕負(fù)荷，但是設(shè)置輔助降濕機(jī)是不可或缺的，因?yàn)樽匀焕鋮s降濕量有限，而且自然冷卻后的新風(fēng)相對(duì)濕度較大，不能直接送入使用房間。

　　2 工程實(shí)例

　　2.1工程概況

　　某山體有一、二兩層坑道式人防工程（見圖1），高差38米，由一條豎井（未被復(fù)毛洞）連接，二層工事（200米長(zhǎng)未被復(fù)毛洞）平時(shí)閑置，一層平時(shí)使用，總使用面積約6000平方米。該工事原分別設(shè)有三套機(jī)械通風(fēng)降濕系統(tǒng)，共有LCT-25調(diào)溫降濕機(jī)8臺(tái)、GS-20降濕機(jī)4臺(tái)，配用電機(jī)總功率148KW，除去送排風(fēng)機(jī)和照明設(shè)備等用電量不計(jì)，僅降濕機(jī)用電（按每天運(yùn)行8小時(shí)計(jì)算），日耗電量就達(dá)1184度，月運(yùn)行費(fèi)用約17000元（年平均電價(jià)0.48元／度），用戶難以承受，常常甚至營(yíng)業(yè)時(shí)都不開通風(fēng)降濕設(shè)備，致使工程內(nèi)電器、金屬管道、風(fēng)機(jī)和降濕機(jī)等設(shè)備銹蝕嚴(yán)重，甚至影響到人防專用防護(hù)密閉門、防爆波閥門等防護(hù)設(shè)備的正常啟閉，削弱了人防工程的防護(hù)功能，平戰(zhàn)結(jié)合效益不佳。

　　2.2系統(tǒng)改造及效果

　　將原分割豎井與一層工事的隔墻打開，夏季室外新風(fēng)從二層高口順二層坑道、豎井直達(dá)一層工事，一路溫降減濕，使整條二層坑道與豎井形成一臺(tái)大型天然降濕機(jī)，在一層工事進(jìn)風(fēng)口設(shè)置輔助降濕機(jī)室，同時(shí)調(diào)整一層工事多處通道隔墻及設(shè)置適當(dāng)隔斷門，組織氣流沿送風(fēng)房間流向低口；秋冬季節(jié)氣流則自低口流向高口，形成自然通風(fēng)，再將工程原三套通風(fēng)降濕系統(tǒng)改造成一套系統(tǒng)，原有的送風(fēng)降濕機(jī)拆除后，原送風(fēng)系統(tǒng)都分別改為排風(fēng)系統(tǒng)，四季均可使用。當(dāng)過渡季節(jié)洞內(nèi)外溫差不大時(shí)，可利用各單元排風(fēng)系統(tǒng)加強(qiáng)局部排風(fēng)，也可采用輔助降濕機(jī)室的風(fēng)機(jī)調(diào)整方向進(jìn)行全坑道排風(fēng)。

　　經(jīng)實(shí)測(cè)：夏季室外干球溫度33℃，相對(duì)濕度為80%時(shí)，一層工事進(jìn)風(fēng)口干球溫度為23℃，相對(duì)濕度為95%，此時(shí)空氣溫降達(dá)到10℃，空氣降濕量為9克／千克干空氣（見圖2）；一層工事自然進(jìn)風(fēng)孔口平均風(fēng)速為1.4米/秒（實(shí)測(cè)值為波動(dòng)值），進(jìn)風(fēng)量約為55000立方米/小時(shí)，此時(shí)總降濕量約為590公斤，相當(dāng)于LCT-25調(diào)溫降濕機(jī)22臺(tái)的降濕量，但此時(shí)的風(fēng)溫接近洞內(nèi)巖石溫度，相對(duì)濕度過大，不能直接送入室內(nèi)，經(jīng)計(jì)算需再設(shè)置3臺(tái)LCT-25調(diào)溫降濕對(duì)一層工事進(jìn)風(fēng)進(jìn)行處理。每臺(tái)降濕機(jī)額定降濕風(fēng)量為6000立方米/小時(shí)，出風(fēng)溫度為38～40℃，相對(duì)濕度為30%，經(jīng)降濕機(jī)處理后的空氣與3倍額定降濕風(fēng)量的未處理的一層工事進(jìn)風(fēng)進(jìn)行混合，再送入使用房間，其送風(fēng)參數(shù)：溫度為27℃，相對(duì)濕度為70%（見圖3），滿足規(guī)范要求。整套系統(tǒng)降濕機(jī)的使用量只是原三套系統(tǒng)總用量的四分之一，僅降濕機(jī)減少一項(xiàng)，每小時(shí)就節(jié)電109度，每月節(jié)省開支約12500元。

　　2.3戰(zhàn)時(shí)通風(fēng)及孔口防護(hù)

　　戰(zhàn)時(shí)工事通風(fēng)選由其中一套排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)，將排風(fēng)變?yōu)檫M(jìn)風(fēng)，其它排風(fēng)口防護(hù)設(shè)計(jì)不變。一層工事進(jìn)風(fēng)孔口地段必須設(shè)置防護(hù)密閉門，平時(shí)開啟，室內(nèi)外空氣直接對(duì)流，戰(zhàn)時(shí)關(guān)閉，形成平時(shí)進(jìn)風(fēng)孔口的戰(zhàn)時(shí)防護(hù)。其余各口部原防護(hù)設(shè)計(jì)不變。

　　3 推廣應(yīng)用方法分析實(shí)例

　　工程利用閑置毛洞通風(fēng)降濕主要是得益于其先天條件，而擁有這樣條件人防工程卻不多，但通過以下分析，對(duì)于大多數(shù)坑道式人防工程來說，這種節(jié)能通風(fēng)降濕也是可行的。

　　坑道式人防工程的被復(fù)方法除口部外普遍采用離壁式被復(fù)襯砌，由于地質(zhì)條件不同，有的毛洞洞壁不需要處理，有的必須進(jìn)行噴錨支護(hù)處理，但噴層與洞壁結(jié)合緊密，溫度保持在18～20℃；工程密閉段以內(nèi)的離壁空間一般都是貫通的，側(cè)墻襯砌體與洞壁間距一般為30～50厘米，頂部襯砌與洞壁的間距一般為50～100厘米（見圖四），利用這一空間來作為室外新風(fēng)冷卻降濕風(fēng)道，同樣能取得良好效果，只是很難利用自然通風(fēng)，必須設(shè)置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。具體做法為：先分別確定工程的平時(shí)進(jìn)排風(fēng)口部位置，將進(jìn)風(fēng)機(jī)和降濕機(jī)室設(shè)于遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)口的置，以保證進(jìn)風(fēng)氣流路徑有足夠的長(zhǎng)度，從離壁空間進(jìn)風(fēng)，部分再經(jīng)降濕機(jī)處理，混合后送入使用房間。在這樣的系統(tǒng)中，應(yīng)將進(jìn)風(fēng)孔口開在防護(hù)密閉段以內(nèi)，保證戰(zhàn)時(shí)的工事防護(hù)，為了使室內(nèi)廢氣不混入進(jìn)風(fēng)孔口，密閉門內(nèi)通道在進(jìn)風(fēng)孔口后應(yīng)設(shè)置隔斷門。由于工事沒口部高差，很難利用自然通風(fēng)，一年四季均需開啟進(jìn)排風(fēng)機(jī)，運(yùn)行費(fèi)用比能利用自然通風(fēng)的情況稍有加大。有條件的工程，可選適當(dāng)位置開設(shè)一條豎井或上斜風(fēng)道，不需被復(fù)，但要做防護(hù)密閉段或平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換措施，就可以形成利用自然通風(fēng)的條件。從平戰(zhàn)結(jié)合和可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)出發(fā)，建設(shè)者不妨從長(zhǎng)計(jì)議，一次性的稍加投資，將獲得長(zhǎng)久性的可觀回報(bào)。

　　4 氣候特點(diǎn)

　　 討論南方地區(qū)的氣候特點(diǎn)就是高溫高濕，坑道式人防工事的內(nèi)部環(huán)境條件和改善這種條件的大投入始終制約著人防平戰(zhàn)結(jié)合的發(fā)展。在坑道人防工事中開發(fā)的平戰(zhàn)結(jié)合項(xiàng)目檔次高低不等，一部分工事可以利用本文推薦的方法降低投入，另一部分卻不行。人防工程內(nèi)部環(huán)境問題的課題很大，要做的工作很多，特別是在和平時(shí)期，為了讓人防工程能更充分地發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，我們還需要繼續(xù)努力。