珠海市某人防工程口部超壓排風優化設計

顏永民，陳佳明，堯 勇，曹健舞

（1.廣東中人工程設計有限公司珠海分公司，珠海 519000;2.華南理工大學建筑節能研究中心，廣州 510641;3.解放軍理工大學人防工程設計研究院，南京 210007;4.總參工程兵第四設計研究院，北京 100850）

1 項目概況

某人防地下室位于廣東省珠海市，平時為車庫，戰時為六級二等人員掩蔽部，有效掩蔽面積為2091m2，室內凈高為3.8m，掩蔽人數為1200人。項目設有三個戰時人員出入口:口部一為戰時主要人員出入口，設戰時盥洗室和干廁、簡易洗消間、排風擴散室等（圖1）;口部二為進風口，設有進風機房、濾毒室、除塵室和進風擴散室;口部三為戰時次要人員出入口，設平時排風機房和排風豎井。

圖1 口部一平面圖

2 戰時通風量計算

項目為二等人員掩蔽部，通風計算參數［1－3］取值見表1。

項目的戰時清潔式和濾毒式通風量計算見表2。

項目的戰時超壓排風量計算見表3。表3中，選3個PS－D250超壓排氣活門，每個排風量為694 m3/h，其阻力為38Pa;防爆波活門選用HK600（5），排風量為2082 m3/h;其他阻力包括擴散室、排風管、閥門等的阻力計為70Pa。綜上所述，工程超壓值為超壓排風系統的阻力之和，即108Pa。

表1 戰時通風標準

表2 戰時清潔式和濾毒式通風量計算

表3 戰時超壓排風量計算

3 氣流組織分析

項目的口部一為戰時主要人員出入口，設戰時超壓排風系統，其防毒通道凈尺寸為4.745m×2.2m×3.8m，防毒通道內設簡易洗消 （圖2）。根據人防工程技術要求［1－4］和工程條件，防毒通道超壓排風系統以3個PS－D250超壓排氣活門為送風口，排風管設于擴散室側墻凈長的1/3處。

針對不同的超壓排風方案，本文利用計算流體力學軟件 PHOENICS［5，6］對室內氣流組織進行數值模擬，并對計算結果進行分析對比，選擇出最優的超壓排風方案。

為了簡化計算，對計算模型做出假設:空氣物性參數為常數;流場為穩態流，流體為不可壓縮流體;室內為無溫差送風，且溫度場均勻分布;室內無內熱源，圍護結構絕熱;忽略風管道管和閥門等的阻力。

模型進口邊界采用速度邊界，送風速度為3.93m/s，且速度均勻分布，送風溫度為28.6℃;出口邊界采用自由出流邊界條件;在固體壁面上采用無滑移粘性條件。

圖2 口部一模型及網格劃分圖

圖3 超壓排風方案1

圖4 方案1室內風速矢量圖

圖5 方案1室內空氣齡分布圖

3.1 方案1氣流組織分析

口部超壓排風方案1如圖3，方案1采用上送上排方式。在戰時超壓排風時，開啟活門2、閥門3b和3c，關閉閥門3a和風機4。

圖4為方案1的室內風速矢量圖。在圖4中，房間入射氣流遇到壁面后改變方向，沿壁面分別向上或向下繞流，在口部防毒通道的工作區內和頂板附近形成較大的回旋氣流，不利于染毒空氣的快速排除。在y=2.05m剖面處，部分入射氣流未與防毒通道內的染毒空氣充分混合，直接至排風口流出（圖4b）。

圖5為方案1的室內空氣齡分布圖。在圖5中，口部防毒通道的工作區和頂板附近處于渦流區，渦流區的空氣齡較大。在防毒通道內，方案1的平均空氣齡為74.28s。

圖6 超壓排風方案2

圖7 方案2室內風速矢量圖

圖8 方案2室內空氣齡分布圖

3.2 2 方案氣流組織分析

口部超壓排風方案2如圖6，方案2采用下送上排方式。在戰時超壓排風時，開啟活門2、閥門3b和3c，關閉閥門3a和風機4。

圖7為方案2的室內風速矢量圖。在圖7中，房間入射氣流遇到障礙物后改變方向，向上爬升，在口部防毒通道的工作區內形成較大的回旋氣流。在y=2.05m剖面處，部分入射氣流未與防毒通道內的染毒空氣充分混合，直接至排風口流出 （圖7b）。

圖8為方案2的室內空氣齡分布圖。在圖8中，口部防毒通道的渦流區的空氣齡較大。在防毒通道內，方案2的平均空氣齡為62.26s。

圖9 超壓排風方案3

圖10 方案3室內風速矢量圖

圖11 方案3室內空氣齡分布圖

3.3 方案3氣流組織分析

口部超壓排風方案3如圖9，方案3送、排風口采用側送上排、左右錯開布置的方式。在戰時超壓排風時，開啟活門2、閥門3b和3c，關閉閥門3a和風機4。

圖10為方案3的室內風速矢量圖。在靠近送風口一側 （y=0.85m剖面），房間入射氣流遇到障礙物后，沿壁面向四周擴散，在防毒通道的頂板附近形成局部渦流 （圖10a）。在遠離送風口一側（y=2.05m剖面），入射氣流由右下側向室內擴散，與染毒空氣充分混合，并在防毒通道的左上側形成局部渦流 （圖10b）。

圖11為方案3的室內空氣齡分布圖。方案3送、排風口采用左右錯開布置的方式，入射氣流與染毒空氣充分混合，未形成較大的渦流，空氣齡分布較均勻。在防毒通道內，方案3的平均空氣齡為61.15s。

4 結語

經模擬計算，方案1在防毒通道內的平均空氣齡為 74.28s，方案 2為 62.26s，而方案 3為61.15s，因此方案3為最優方案。同時模擬結果也顯示:方案2和方案3按照送、排風口在垂直、水平方向錯開布置的原則，能得到良好的氣流組織，但方案2的入射氣流在防毒通道的工作區內形成了較大的渦流，方案3略優于方案2。

［1］馬吉民，朱培根，耿世彬，等.人民防空工程通風空調設計 ［M］.北京:中國計劃出版社，2006年:1－25

［2］GB 50225－2005.人民防空工程設計規范 ［S］

［3］GB50038－2005.人民防空地下室設計規范 ［S］

［4］中國建筑標準設計研究院.防空地下室設計手冊—暖通、給排水、電氣分冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2005:83－92

［5］姚征，陳康民.CFD通用軟件綜述［J］.上海理工大學學報，2002，24（2）:137－144

［6］翟耀華.計算流體力學 （CFD）的通用軟件 ［J］.河北科技大學學報，2005，26（2）:160－165