劉 寧 陳艷超

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長大公路隧道洞內(nèi)值班室空氣質(zhì)量改善研究

劉 寧 陳艷超

（長安大學(xué) 西安 710064）

秦嶺終南山公路隧道座作為世界級(jí)的特長隧道，運(yùn)營安全問題十分突出，為了隧道行車安全，在隧道內(nèi)部設(shè)置了兩個(gè)24小時(shí)設(shè)人消防值班室。隨著車流量的增加，隧道內(nèi)空氣質(zhì)量下降，值班室工作環(huán)境惡化，對(duì)工作人員的身心造成不利的影響。為了保證工作人員身體健康與隧道運(yùn)營安全，更好的發(fā)揮洞內(nèi)值班室的作用，通過對(duì)秦嶺終南山公路隧道值班室的通風(fēng)及環(huán)境的測試分析研究，提出了在隧道內(nèi)取風(fēng)循環(huán)凈化和羅茨風(fēng)機(jī)送排風(fēng)方式相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，有效地解決了秦嶺終南山公路隧道內(nèi)值班室空氣凈化系統(tǒng)小風(fēng)量、高風(fēng)壓的設(shè)計(jì)難題，對(duì)類似長大公路隧道安全運(yùn)營有借鑒意義。

長大公路隧道；值班室；空氣質(zhì)量；改善

0 前言

秦嶺終南山公路隧道在隧道內(nèi)部共設(shè)置了兩個(gè)24小時(shí)有人消防值班室。北口值班室位于8#車行橫洞內(nèi)，樁號(hào)為K70+785.08，南口值班室位于17#車行橫洞內(nèi)，樁號(hào)為K76+785.08[1]。每個(gè)消防值班室長5m，寬6m，高3m[1]。

隨著隧道內(nèi)車流量的增加，隧道內(nèi)空氣質(zhì)量下降，值班室密閉的工作環(huán)境惡化，對(duì)工作人員的身心造成不利的影響。為了保證工作人員身體健康與隧道運(yùn)營安全，更好的發(fā)揮洞內(nèi)值班室的作用，本文提出了秦嶺終南山公路隧道值班室空氣質(zhì)量的改善方案，對(duì)值班室工作環(huán)境進(jìn)行有效改善。保證隧道值班室內(nèi)工作環(huán)境符合空氣質(zhì)量、照明和噪音的職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，并使值班區(qū)域達(dá)到富氧舒適的要求。確保值班室工作人員的身體健康，從而有力保障隧道內(nèi)的行車安全和防災(zāi)救援工作。

1 隧道值班室現(xiàn)場測試

根據(jù)《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第1部分：化學(xué)有害因素》GBZ2.1-2007所要求的職業(yè)接觸限值如表1所示[2]。

表1 工作場所有害因素職業(yè)接觸限值

注：MAC表示最高容許濃度；PC-TWA表示時(shí)間加權(quán)平均容許濃度；PC-STEL表示短時(shí)間接觸容許濃度；EL表示超限倍數(shù)；GL表示確認(rèn)人類致癌物。

現(xiàn)對(duì)秦嶺終南山公路隧道兩個(gè)消防值班室內(nèi) 污染物進(jìn)行采樣檢測，檢測結(jié)果如表2、表3所示。

表2 工作場所有害因素檢測結(jié)果（短時(shí)間接觸濃度）

表3 工作場所有害因素檢測結(jié)果（時(shí)間加權(quán)平均濃度）

根據(jù)表2、表3可知兩消防值班室內(nèi)工作人員接觸的一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮和二氧化碳短時(shí)間接觸濃度符合職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，但一氧化碳、二氧化氮和矽塵的8小時(shí)加權(quán)平均濃度不符合職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)工作人員的身心健康產(chǎn)生了極大的危害[3]。本文提出了隧道內(nèi)取風(fēng)循環(huán)凈化與羅茨風(fēng)機(jī)送排風(fēng)方式相結(jié)合的改善方案，以改善值班室的空氣質(zhì)量。如圖1所示。

圖1 方案原理圖

2 通風(fēng)方案系統(tǒng)原理

本文通過實(shí)際調(diào)查，北口值班室西線北10米處空氣質(zhì)量滿足要求，南口值班室東線南10米處空氣質(zhì)量滿足要求。采用就近主洞取風(fēng)的方案，北口值班室自西線取風(fēng)且逆行車方向向北延伸10m，南口值班室自東線取風(fēng)且逆行車方向向南延伸10m，分別架設(shè)直徑為200mm通風(fēng)管道取風(fēng)，通至北口和南口值班室。

通風(fēng)管道一端架設(shè)于隧道主洞內(nèi)取風(fēng)，另一端接入位于值班室橫通道內(nèi)定制的組合式凈化空調(diào)系統(tǒng)。組合式凈化空調(diào)系統(tǒng)完成空氣凈化和制氧，將新鮮富氧空氣送入值班室內(nèi)改造后的柜機(jī)中，室內(nèi)柜機(jī)可完成氧氣濃度、溫度等檢測和報(bào)警。針對(duì)空氣主要污染物CO，值班室內(nèi)可實(shí)現(xiàn)CO檢測和報(bào)警，且根據(jù)CO濃度，可實(shí)現(xiàn)與室外凈化過濾機(jī)組的聯(lián)動(dòng)[4]。

方案主要包括室外凈化過濾系統(tǒng)、室外富氧系統(tǒng)、室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)，其中室外凈化過濾系統(tǒng)包括過濾裝置、混流裝置和送風(fēng)裝置；室外富氧系統(tǒng)包括過濾裝置和制氧裝置；室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)包括檢測裝置和顯示裝置[5,6]。

2.1 室外凈化過濾系統(tǒng)

室外凈化過濾系統(tǒng)設(shè)置于值班室外橫通道中，可分為過濾裝置、混流裝置和送風(fēng)裝置[7]。系統(tǒng)一端通過進(jìn)氣管連接設(shè)置于公路隧道中的進(jìn)風(fēng)口，另一端通過新風(fēng)進(jìn)氣管與值班室連接，室外凈化過濾系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 室外凈化過濾系統(tǒng)圖

2.2 室外富氧系統(tǒng)

室外富氧機(jī)組安裝設(shè)置在橫通道中，包括一個(gè)富氧主機(jī)和一個(gè)用于給富氧主機(jī)提供空氣的過濾箱，為防止隧道內(nèi)污染物堵塞富氧主機(jī)，在富氧主機(jī)前加設(shè)過濾箱。富氧主機(jī)向凈化后的空氣中添加負(fù)氧離子，同時(shí)對(duì)凈化后的空氣進(jìn)行干燥，提高封閉專用值班室內(nèi)工作人員的舒適程度，室外富氧系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 室外富氧系統(tǒng)圖

2.3 室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)

室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)分為上下兩部分，上部分一端通過氧氣進(jìn)氣管和新風(fēng)進(jìn)氣管與橫通道連接，另一端通過出氣柵與值班室連接；下部分一端通過回風(fēng)管與橫通道連接，另一端通過進(jìn)氣柵與值班室連接，室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)

3 通風(fēng)控制方案

定制的組合式凈化空調(diào)系統(tǒng)包括五種控制模式：室外循環(huán)控制、室內(nèi)循環(huán)控制、室內(nèi)外循環(huán)混合控制、室外富氧機(jī)組控制、CO檢測及O3發(fā)生器的聯(lián)動(dòng)控制[8]。

3.1 室外循環(huán)控制

通過調(diào)整手動(dòng)百葉閥和混流段新風(fēng)調(diào)節(jié)閥控制隧道主洞內(nèi)新風(fēng)量大小，在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)等緊急狀況下，關(guān)閉手動(dòng)百葉閥，阻止洞外新風(fēng)流入，確保值班室空氣質(zhì)量。通過壓差計(jì)檢測濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差，提示濾網(wǎng)是否需要更換。

室外凈化機(jī)組和室內(nèi)出風(fēng)百葉聯(lián)動(dòng)控制，室外循環(huán)控制原理圖如圖5所示。

圖5 室外循環(huán)控制原理圖

3.2 室內(nèi)循環(huán)控制

室內(nèi)柜機(jī)設(shè)有出風(fēng)和排風(fēng)柵，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)循環(huán)。出風(fēng)百葉柵和風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，控制出風(fēng)柵的換氣量。隧道值班室內(nèi)設(shè)煙霧、高溫檢測和顯示報(bào)警儀器，實(shí)時(shí)檢測值班室內(nèi)煙霧和溫度數(shù)據(jù)并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)值班室內(nèi)煙霧達(dá)到一定的聚集量，室內(nèi)機(jī)發(fā)出報(bào)警，可將室內(nèi)柜機(jī)換氣量調(diào)節(jié)到大檔位。當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，室內(nèi)機(jī)發(fā)出報(bào)警，關(guān)閉室內(nèi)和室外主機(jī)，室內(nèi)循環(huán)控制原理圖如圖6所示。

圖6 室內(nèi)循環(huán)控制原理圖

3.3 室內(nèi)外循環(huán)混合控制

在室外循環(huán)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)置從值班室到室外凈化過濾機(jī)組的回風(fēng)管和可混合新風(fēng)與回風(fēng)的調(diào)節(jié)閥，控制室內(nèi)潔凈空氣風(fēng)量大小。從而實(shí)現(xiàn)新風(fēng)和回風(fēng)比例調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣的回流。在回風(fēng)、新風(fēng)及進(jìn)風(fēng)處設(shè)置流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)回風(fēng)和新風(fēng)比例的調(diào)整，室內(nèi)外循環(huán)控制原理圖如圖7所示。

圖7 室內(nèi)外循環(huán)控制原理圖

3.4 室外富氧機(jī)組控制

隧道值班室內(nèi)設(shè)氧氣含量檢測儀器，實(shí)時(shí)檢測值班室內(nèi)氧氣濃度，若室內(nèi)氧氣濃度超過23%時(shí)，室外富氧機(jī)組根據(jù)室內(nèi)柜機(jī)反饋停止工作；同理，若氧氣含量不達(dá)標(biāo)，則啟動(dòng)室外富氧機(jī)組。此外，通過壓差計(jì)檢測室外富氧機(jī)組濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差，提示濾網(wǎng)是否需要更換。

室外富氧機(jī)組控制模式獨(dú)立工作，室外富氧機(jī)組控制原理圖如圖8所示。

圖8 室外富氧機(jī)組控制原理圖

3.5 CO檢測及O3發(fā)生器的聯(lián)動(dòng)控制

圖9 CO檢測及O3發(fā)生器的聯(lián)動(dòng)控制流程圖

隧道值班室內(nèi)設(shè)CO檢測和顯示報(bào)警儀器，實(shí)時(shí)檢測值班室內(nèi)CO濃度并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)值班室內(nèi)CO含量超標(biāo)則報(bào)警，啟動(dòng)臭氧發(fā)生器氧化新風(fēng)中的CO。此外，在室外機(jī)組進(jìn)入室內(nèi)柜機(jī)前，設(shè)置O3檢測儀，若O3超標(biāo)，則中斷O3發(fā)生器，CO檢測及O3發(fā)生器的聯(lián)動(dòng)控制流程圖如圖9所示。

4 結(jié)論

本文提出的隧道內(nèi)取風(fēng)凈化循環(huán)和羅茨風(fēng)機(jī)送排風(fēng)方式相結(jié)合的空氣品質(zhì)改善方案，使洞內(nèi)值班室空氣各指標(biāo)達(dá)到了規(guī)定的要求。保證隧道值班室內(nèi)工作環(huán)境符合空氣質(zhì)量、照明和噪音的職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，并使值班區(qū)域達(dá)到富氧舒適的要求。確保值班室工作人員的身體健康，從而有力保障隧道內(nèi)的行車安全和防災(zāi)救援工作。

秦嶺終南山公路隧道值班室空氣凈化過濾后現(xiàn)場測試污染物指標(biāo)如表4所示。

表4 凈化過濾后效果

有害物指標(biāo)均低于《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第1部分：化學(xué)有害因素》GBZ2.1-2007所要求的職業(yè)接觸限值[2]。

[1] 鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院西安分院.秦嶺終南山特長公路隧道初步設(shè)計(jì)[R].2002.

[2] GBZ2-2007,工作場所有害因素職業(yè)接觸限值[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

[3] 許鐘麟.空氣潔凈技術(shù)原理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1983.

[4] 譚天祐,梁鳳珍.工業(yè)通風(fēng)除塵技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1984.

[5] Mo J H, Zhang Y P, Xu Q J, et al. Photocatalytic purification of volatile organic compounds in indoor air: A literature review[J]. Atmospheric Environment, 2009,43(14):2229-2246.

[6] Y X Sun, L Fang, D P Wyon, et al. Experimental research on photocatalytic oxidation air purification technology applied to aircraft cabins[J]. Building and Environment, 2008,43(3):258-268.

[7] 暫世超,商允恒,肖飚,等.高壓噴霧加濕的分析和應(yīng)用[J].制冷與空調(diào),2006,(2):46-48.

[8] 楊婉,王奇,馮光燦.實(shí)施專家控制系統(tǒng)在中央空調(diào)中的應(yīng)用[J].制冷與空調(diào),2010,24(2):65-67.

Air Improvement of Grew Up Highway Tunnel's Duty Room

Liu Ning Chen Yanchao

( Chang' an University, Xi'an, 710064 )

ZhongNanshan Tunnelis the world-classexpertise tunnel, operational safety problem is very prominent, in order to solve traffic safety tunnel, two fire duty was set up inside the tunnel for 24 hours. With the increase of traffic flow, air quality inside the tunnel is decreasing, the duty working environment is deterioratingand affect staff. The physical and psychological. In order to ensure the health of staff and tunnel operational safety, better playthe role ofthe duty room, Through further study of Duty Zhongnanshan Tunnel ventilation and the environment, it is proposed in the wind tunnel and take the entrance ways of combining air blower improvement plan. Effectively solve the ZhongNanshan Tunnel is designed. the air purification system design problem of small volume, high wind pressure, as reference for similar grew up highway tunnel safety operation.

grew up highway Tunnel; duty room; air quality; improve

1671-6612（2017）04-359-05

TU113

B

長安大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金

劉 寧（1972-），女，博士研究生，高級(jí)工程師，E-mail：1056551985@qq.com

2016-09-29