城市綜合管廊防結露問題探討

沈　鑫

[上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司, 上?！?00092]

0　引　言

城市綜合管廊是指建于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的構筑物及附屬設施,將給水、雨水、污水、再生水、天然氣、熱力、電力、通信等市政公用管線集中敷設在城市道路地下空間的同一構筑物內,實施市政公用管線的統一規劃、統一建設、統一管理,從而實現城市道路地下空間的綜合開發利用和市政公用管線的集約化建設和管理。目前,隨著我國國家政策的大力支持,各主要城市都在快速推進城市綜合管廊建設。但是隨著全國各地綜合管廊的不斷建設發展及部分已建管廊的實際運行使用,綜合管廊也開始暴露出一些問題,其中結露成為困擾綜合管廊的一個主要難題。

本文結合項目經驗及專業知識,分析討論城市綜合管廊工程的結露問題,并提出相應的防結露建議及措施。

1　結露產生的機理

平時的“空氣”實際是由干空氣和一定量的水蒸氣混合而成的,工程上一般稱其為濕空氣。在濕空氣中,水蒸氣的含量雖少,但其變化卻對空氣環境的干燥和潮濕程度產生重要影響,且使濕空氣的物理性質隨之變化[1]。

濕空氣的含濕量d是表示濕空氣中含有水蒸氣量的一種度量方法,其定義為濕空氣中水蒸氣密度與干空氣密度之比,或對應于1 kg干空氣的濕空氣所含有的水蒸氣的量。另一個度量濕空氣中水蒸氣含量的間接指標是相對濕度φ,其定義為濕空氣的水蒸氣壓力與同溫度下飽和濕空氣的水蒸氣壓力之比,表征濕空氣中水蒸氣接近飽和含量的程度。濕空氣的露點溫度tl定義為在含濕量不變的條件下,濕空氣達到飽和時的溫度。

結露是指在空氣中水蒸氣含量不變的條件下,隨著空氣溫度的逐漸下降,濕空氣的相對濕度會逐漸升高直至達到飽和狀態,若空氣溫度繼續下降,將會有過飽和的水蒸氣從濕空氣中凝結出來的現象。

2　綜合管廊結露的原因分析

由結露產生的機理可知,當一定狀態的濕空氣與某物體表面接觸時,若物體表面的溫度低于濕空氣的露點溫度,則會產生結露現象。反之,若物體表面溫度大于或等于濕空氣的露點溫度,則不會產生結露現象。因此,濕空氣的露點溫度是判斷是否結露的主要依據。

由此可知,綜合管廊內發生結露現象的主要原因是管廊內空氣中水蒸氣含量過大,使其露點溫度大于管廊內四周墻壁的壁面溫度和管廊內物體的表面溫度,從而在以上表面發生結露現象。

管廊內部并無明顯的散濕源,一般可忽略管廊內部由于自身的散濕源散濕從而增大空氣中水蒸氣含量的影響。導致管廊內空氣中水蒸氣含量增大的原因,主要有如下方面:

(1) 不合理的通風換氣,將管廊外含濕量較大的空氣引入管廊內。

(2) 管廊本體防水處理不當,導致管廊外的水通過變形縫等滲入管廊內部,水蒸發后進入管廊內空氣中。

(3) 管廊內排水明溝坡度設置不當,無法將管道檢修等泄水排至集水坑及時排走,從而導致地面長期積水,水蒸發后進入管廊內空氣中。

(4) 通風口等節點設置不當,導致在不啟動風機進行通風換氣的情況下,也能在室外風壓等作用下將室外濕度較大的空氣倒灌入管廊內。

3　綜合管廊結露的主要危害

綜合管廊內發生的結露現象對綜合管廊的危害是巨大的。

(1) 綜合管廊內根據各個艙室的不同類型,某些艙室內會設置諸如火災自動報警系統、自動滅火系統等附屬設施。若在以上設施的感煙探頭、超細干粉滅火器等表面發生結露現場,產生的凝結水將會銹蝕甚至損壞其設備,為此不但會造成重大經濟損失,同時也會給綜合管廊埋下安全隱患。

(2) 綜合管廊內的電氣控制柜、照明燈具等也會受到結露產生的凝結水侵蝕,造成其損壞或控制失靈。

(3) 結露產生的凝結水會腐蝕管廊內部敷設的管道及支吊架等,使其銹蝕,影響其使用壽命。

(4) 管廊本體四周壁面發生的結露現場也會影響其結構耐久性,進而影響管廊本體的使用壽命。

4　綜合管廊防結露的主要措施分析

4.1　防結露的主要措施

通過分析結露產生的機理,發現防止結露現象發生的主要措施可以從兩個方面入手:一是提高物體表面的溫度,使其高于空氣的露點溫度;二是降低空氣的露點溫度。

(1) 提高物體表面溫度的防結露措施主要有:通過保溫措施增加冷管道、設備、墻體等與空氣接觸的外表面溫度;提高室內空氣溫度,從而相應提高室內物體表面的溫度;增加電伴熱等措施。

(2) 降低空氣露點溫度的措施主要有:通過除濕機、除濕劑等除去空氣中的水分,使其含濕量降低,同時降低其露點溫度;當室外空氣的含濕量較低時,盡量通入干燥的室外空氣,以含濕量較低的室外空氣置換含濕量較高的室內空氣,從而達到除濕的目的。

4.2　綜合管廊的防結露措施

由以上分析可知,除去設計及施工不當等因素,管廊內結露的主要原因是不合理的通風換氣,將管廊外含濕量較大的空氣引入管廊內,從而增加管廊內空氣的含濕量;相反地,如果合理地組織通風換氣,通入室外干燥的空氣置換管廊內潮濕的空氣,則可降低管廊內空氣的含濕量,從而達到除濕的目的。因此,合理的組織通風換氣是綜合管廊防結露的關鍵。

4.2.1管廊內外環境空氣狀態參數分析

綜合管廊內一般設有溫度、濕度等環境參數檢測儀表。但是,簡單地測量管廊內外環境空氣的干球溫度及相對濕度,并不能直接判斷綜合管廊內外環境空氣中含濕量的大小,甚至有時還會給現場運行維護人員造成一種錯覺,發生綜合管廊內越通風越濕的現象。管廊內外環境空氣狀態焓濕圖如圖1所示。

圖1　管廊內外環境空氣狀態焓濕圖

圖1中,假設A點(tA=19 ℃,φA=85%)為綜合管廊內空氣狀態點,若室外空氣狀態點為B(tB=32 ℃,φB=55%,tlB=21.5 ℃),此時管廊外空氣的相對濕度小于管廊內空氣的相對濕度(φB<φA),如果此時通風,由于dB>dA,不但不能降低管廊內空氣的濕度,反而因為tAtlC,如果此時通風,綜合管廊內不但不會結露,而且通過通風系統的作用以含濕量較低的管廊外空氣置換含濕量較高的管廊內空氣,從而達到為管廊內除濕的目的。

因此,通過合理的組織通風換氣而控制管廊內的濕度,以達到防結露的目的,需要已知以下空氣狀態參數:管廊內空氣干濕球溫度(相對濕度)、含濕量,管廊外空氣干濕球溫度(相對濕度)、含濕量及露點溫度。

工程上,一般用干濕球溫度計測量空氣的干濕球溫度,空氣的含濕量、露點溫度等不易直接測量,一般可通過計算機編程計算得到。

4.2.2基于防結露的綜合管廊通風系統控制模式

基于以上分析,在綜合管廊內外設置溫/濕度傳感器,測得管廊內外環境空氣的溫度及相對濕度(有條件時還應測得管廊內貼土壤外墻的內表面溫度,由于土壤的傳熱作用,貼土壤外墻的內表面溫度可能略低于管廊內空氣溫度),從而確定管廊內外環境空氣的狀態,然后通過提前編制的計算機程序計算得到管廊內外環境空氣的含濕量及露點溫度,再通過含濕量及露點溫度的對比分析,確定基于防結露的綜合管廊通風系統控制模式:

(1) 當室外環境空氣的露點溫度高于管廊內空氣的干球溫度時,一般不能通風,若此時通風,將會在管廊內發生結露現象。

(2) 當室外環境空氣的露點溫度低于管廊內空氣的干球溫度,但室外環境空氣的含濕量大于管廊內空氣的含濕量時,一般也不宜通風,若此時通風,雖然不會在管廊內發生結露現象,但是不能降低反而會增加管廊內空氣的含濕量。

(3) 當室外環境空氣的露點溫度低于管廊內空氣的干球溫度,且室外環境空氣的含濕量低于管廊內空氣的含濕量時,此時通風最有利,不但不會產生結露現象,而且通過通風系統的作用以含濕量較低的室外空氣置換含濕量較高的室內空氣,從而達到為管廊內除濕的目的。

因此,綜合管廊平時通風應結合管廊內外環境空氣狀態參數,特別是含濕量及露點溫度,通過對比分析,確定合理運行。平時在不利的管廊內外環境空氣狀態參數下,除特殊情況必須通風外,應盡可能避免通風換氣;在管廊內空氣含濕量較大且管廊外空氣較干燥的時間段,要充分利用通風系統對其進行通風換氣,以達到降低管廊內空氣濕度的目的。

4.2.3其他輔助防結露措施

受室外氣象條件的限制,一年中某些時間段很難達到防結露的通風系統控制要求,但是由于巡視檢修等原因,又需要開啟通風系統。此時,除了盡量減少通風系統的開啟時間外,對于標準要求比較高的綜合管廊,可采取如下一些輔助措施,以降低管廊內結露的可能性及其產生的危害。

(1) 加熱管廊內的空氣溫度,以提高管廊內物體表面的溫度,從而使其大于管廊外空氣的露點溫度。特別是對電力艙、熱力艙等有內部散熱源的艙室,在條件允許的前提下,應盡可能提高其室內的控制溫度。

(2) 管廊內比較重要的附屬設施表面采取電伴熱等輔助措施,避免其表面發生結露現象。

(3) 對重要的電氣設備,應盡可能放置在獨立的設備間內,有條件時再在房間內設置分體空調等除濕設備,以達到防結露的目的。

(4) 管廊設計施工過程中應避免產生諸如廊體漏水、地面排水不暢、通風口室外風倒灌等先天性缺陷,從而防止發生嚴重的結露現象。

5　結　語

結露對綜合管廊造成的危害是巨大的,應盡可能避免管廊內發生結露現象。本文從結露產生的機理出發,對綜合管廊內發生結露的原因進行分析,并提出基于防結露的綜合管廊通風系統控制模式。此外在條件受到限制的情況下,提出綜合管廊防結露的其他輔助措施。