Системы вентиляции тоннелей

Размещено на http://www.allbest.ru

ВЕНТИЛЯЦИЯ ТОННЕЛЕЙ - это система мероприятий, направленная на поддержание нормальных атмосферных условий в тоннелях при их эксплуатации.

Тоннельная вентиляция метрополитена -- регулируемый воздухообмен в тоннелях метрополитена, на подземных станциях и переходах между станциями метрополитена, а также устройства, которые его создают. Тоннельная вентиляция метрополитена предназначена для обеспечения необходимого микроклимата метрополитена но температуре, влажности, содержанию газов и прозрачности воздуха. Степень воздухообмена участков линий метрополитена определяется теплотой, выделяемой подвижным составом (50-75%), пассажирами (17-29%), оборудованием и др. Часть тепловыделений отводится через поверхность обделки тоннеля в окружающий массив грунта, а частично удаляется тоннельной вентиляцией. На линиях отечественного метрополитена вентиляция осуществляется осевыми реверсивными вентиляторами, которые размещены у каждой станции и на перегоне, образуя систему тоннельной вентиляции метрополитена. Вентиляторы управляются дистанционно телемеханической системой со станции метрополитена или из диспетчерского пункта. В городах со средней температурой воздуха зимой ниже 0°С осуществляется реверсирование вентиляции: наружный воздух зимой нагнетается вентиляторами в перегонные тоннели и удаляется в атмосферу через станции; летом воздух подаётся вентиляторами на станции и удаляется в атмосферу через перегонные вентиляционные установки. В городах со средней месячной температурой выше 0°С воздух поступает на станции во все периоды года и удаляется через перегонные установки. Для городов с температурой зимних месяцев ниже 0°С разработана система тоннельной вентиляции метрополитена без реверсирования. При этом воздух во все периоды года подаётся в перегонные тоннели с применением так называемого адиабатического охлаждения наружного воздуха с его увлажнением в форсуночных камерах (например, в Ташкентском метрополитене). Обработка приточного воздуха определяется климатическими условиями города и интенсивностью движения поездов. Для регулирования воздухообмена по мере снижения температуры наружного воздуха отключают часть вентиляторов.

Система тоннельной вентиляции метрополитена имеет устройства для глушения вентиляторного шума, которые выполняются в виде вертикальных пластин из бетонных шумопоглощающих блоков, размещённых в вентиляционных каналах у поверхности земли и в тоннелях.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И СПОСОБЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

Вентиляция тоннелей может осуществляться с естественным и искусственным побуждением; поперечным, полупоперечным и продольным способами.

Схему, принцип и способ вентиляции тоннелей выбирают в зависимости от климатических условий города, глубины заложения тоннелей, их сечения и конструкции, длины перегонов между станциями, застройки поверхности, общей длины трассы и частоты движения подвижного состава.

При системе вентиляции с естественным побуждением воздух в тоннель поступает вследствие поршневого действия проходящих по тоннелям поездов и под действием гравитационных сил (вследствие разницы удельных весов наружного и внутреннего тоннельного воздуха).

При системе вентиляции с искусственным побуждением воздух в тоннель или подается, или только из него отсасывается, или подается и отсасывается принудительно вентиляторами.

При поперечном или распределительном способе, применяемом при вентиляции с искусственным побуждением, воздух подается в тоннель и отсасывается из него через систему распределительных воздуховодов, прокладываемых почти на всем протяжении тоннелей.

Эти воздуховоды могут прокладываться в самом тоннеле под его проезжей частью и под сводом или рядом с тоннелями в виде специальных вентиляционных штолен.

В том и другом случае наружный воздух из приточного воздуховода подается в тоннель через специальные отверстия, равномерно расположенные по длине тоннеля, и вытягивается из тоннеля через такие же отверстия, расположенные в вытяжном воздуховоде. Приточные и вытяжные отверстия по длине тоннеля смещают относительно друг от друга (в шахматном порядке).

При полупоперечном способе распределения чистый наружный воздух подается в тоннель принудительно, как при поперечном способе, а отработанный проходит по всему тоннелю и выходит наружу через порталы и через специальные вентиляционные шахты, расположенные по длине тоннеля. вентиляция тоннель автодорожный схема

При продольном способе, применяемом как при вентиляции с искусственным, так и при вентиляции с естественным побуждением, тоннель служит воздуховодом, по которому проходит воздух, необходимый для вентиляции тоннеля. Направление движения воздуха по тоннелю в этом случае определяется взаимным расположением по его длине приточных и вытяжных вентиляционных шахт.

Поперечный и полупоперечный способы распределения воздуха в основном применяются при вентиляции автодорожных тоннелей.

Продольное и полупоперечное распределение воздуха применяется при вентиляции метрополитенов и железнодорожных тоннелей. Станции и тупики метрополитенов проветривают полупоперечным способом, а перегонные тоннели - продольным.

ВЕНТИЛЯЦИЯ ТОННЕЛЕЙ МЕЛКОГО И ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

При рассмотрении схем вентиляции тоннелей следует иметь в виду, что движение воздуха в тоннелях происходит при движении поездов от их поршневого действия, работы вентиляторов и в результате действия гравитационных сил.

При остановке поездов движение воздуха в тоннелях происходит в системах вентиляции с естественным побуждением по действием гравитационных сил, а в системах вентиляции с искусственным побуждением - в результате работы вентиляторов и действия гравитационных сил.

В каждом из двух параллельно расположенных изолированных друг от друга перегонных тоннелях при большой частоте движения поездов (36-50 пар) воздух движется в сторону направления движения поездов. При небольшой частоте движения поездов (до 20 пар) в момент наибольшего удаления поезда от рассматриваемого сечения тоннеля могут наблюдаться отдельные случаи изменения направления движения воздуха в сторону, обратную движению поездов.

В связи с незначительным напором (около 10-15 кг/кв.м), возникающим от поршневого действия поездов и наличия гравитационных сил, схемы вентиляции с естественным побуждением могут применяться только в тоннелях мелкого заложения, имея при этом ограниченный радиус действия, требующий близкого между собой расположения вентиляционных шахт от тоннеля и от земной поверхности. В противном случае сопротивление движению проветривающего тоннель воздуха будет превышать напор, вследствие чего необходимое количество вентиляционного воздуха уменьшится.

В этих схемах вентиляционные шахты располагают по всей длине перегона между станциями.

Наиболее рациональное расположение вентиляционных шахт - с примыканием к каждому (их двух параллельных) путевому тоннелю в шахматном порядке. Условия поверхности не всегда позволяют так располагать шахты, что приводит к необходимости их расположения вдоль «красной» линии улиц с одной стороны какого-либо тоннеля или в зеленой зоне вдоль шоссе в средней его части.

В этом случае допускается разделение параллельных путевых тоннелей колоннами или средней перегородкой, имеющей проемы площадью не менее 60% площади перегородки.

В зависимости от положения поезда на перегоне вентиляционные шахты или работают на приток, или на вытяжку. Станции в этих системах оборудуются искусственной реверсивной системой вентиляции, подающей или удаляющей воздух в количестве, необходимом только для станции.

Естественное проветривание станций через входы и выходы возможно только при их коротком (без поворотов) соединении с поверхностью, что, как правило, невозможно выполнить. Однако даже в случае возможности направленного естественного пропуска воздушных потоков через входы и выходы станции они значительно затрудняют движение пассажиров, а также вызывают самопроизвольное открывание дверей, которое может привести к травмам пассажиров. Кроме того, в климатических районах со средней температурой самого холодного месяца меньше 0 градусов в холодный период года через входы и выходы будут интенсивно врываться холодные потоки воздуха и охлаждать станцию.

Эти неблагоприятные явления не могут быть ликвидированы отдельной станционной вентиляционной шахтой даже очень большого сечения. Поэтому реверсивная система вентиляции станции с искусственным побуждением, работающая в холодное время на вытяжку, а в теплое время на приток, в значительной степени улучшает эксплуатационные условия.

Для предотвращения охлаждения станции в холодное время в климатических районах со средней температурой самого холодного месяца меньше 0 градусов перегонные вентиляционные шахты, расположенные ближе чем на 1/3 длины перегона от оси станции или на ј от торцов станции, должны перекрываться клапанами.

Для снижения амплитуды колебания давления воздуха на станциях, чтобы уменьшить дутья (сквозняки), через их входы и выходы за 20-50м от каждого торца станции в перегонных тоннелях, не имеющих между собой сплошных соединений (проемов), следует предусматривать соединение их между собой циркуляционными сбойками сечением около 70-120 кв.м.

При наличии этих сбоек значительная часть воздуха выталкивается проходящими поездами не на станцию, а в расположенный рядом перегонный тоннель, снижая объемы воздуха, поступающего на станцию и вытягиваемого из нее поршневым действием движущихся поездов, в связи с чем уменьшается амплитуда колебания давления воздуха на станции и вследствие этого снижается дутье во входах и выходах.

Схемы вентиляции с искусственным побуждением разделяются на реверсивные и нереверсивные, применяемые в тоннелях мелкого и глубокого заложения.

В реверсивных схемах наружный воздух для вентиляции тоннелей в теплый период года подается с поверхности на станции через станционные вентиляционные шахты или через вентиляционные отсеки эскалаторных наклонных тоннелей.

Отработанный воздух вытягивается в перегонных тоннелях через перегонные вентиляционные шахты или заменяющие их шахты, расположенные у станций (схемы 4,5,6).

В холодный период года система вентиляции реверсируется, и наружный воздух подается на перегон, а вытягивается через станции. Это обеспечивает поддержание на станциях в теплое время года наиболее низких температур, а в холодное время подачу теплого подогретого на перегоне наружного воздуха.

В нереверсивной схеме №3 наружный воздух подается для вентиляции с поверхности на одной станции, а вытягивается с другой (без применения перегонных шахт) через станционные вентиляционные шахты или эскалаторные наклонные тоннели. Данная схема может применяться в метрополитенах, строящихся только в климатических районах со средней температурой самого холодного месяца больше или равной 0 градусов.

В нереверсивных схемах №7 и 8 наружный воздух для вентиляции подается и отсасывается на перегонах через перегонные вентиляционные шахты, в связи с чем эти схемы могут применяться в любых климатических районах.

В схемах №3 и 4 подаваемы в тоннель наружный воздух непосредственно полностью проветривает только часть длины тоннелей и, не полностью использованный, выбрасывается наружу, что снижает эффективность вентиляции.

Остальные тоннели проветриваются внутренним циркуляционным (за счет поршневого действия поездов) воздухом, несколько очищенным и охлажденным вследствии предварительного его перемешивания с наружным воздухом до его выхода на поверхность. Поэтому в этих тоннелях температура держится значительно выше, чем в тоннелях, проветриваемых наружным воздухом.

СХЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИЙ СТАНЦИЙ

В схемах вентиляции с искусственным побуждением станции и перегонные тоннели проветриваются совместно, поэтому на станции подается и отсасывается значительно большее количество воздуха, чем требуется.

Поршневым действием движущихся поездов вентиляционный воздух эффективно перемешивается с воздухом, выталкиваемым поездом с перегона, и продвигается вдоль путевых тоннелей.

Средние тоннели (залы) в станциях колонного типа мелкого и глубокого заложения также эффективно проветриваются за счет взаимного воздействия воздушных потоков воздуха в двух противоположных путевых тоннелях, создающих поперечные потоки воздуха в среднем тоннеле (зале).

В станциях пилонного типа пилоны создают значительные затруднения для поперечных потоков воздуха, в связи с чем эффективность вентиляции среднего зала значительно снижается.

В станциях пилонного типа конструкция пилонов позволяет располагать в них вентиляционные вертикальные каналы. Поэтому подача воздуха может осуществляться рассредоточено от станционной вентиляционной установки по совмещенным вентиляционно-кабельным каналам, расположенным под посадочными платформами.

При работе станционной вентиляционной установки на вытяжку (в зимний период) в станционные вентиляционные решетки поступает воздух из перегонных тоннелей.

В станциях закрытого типа с дверьми в проемах среднего зала для посадки в поезда вентиляция среднего зала станции осуществляется отдельно от путевых тоннелей. Воздух подается в средний зал самостоятельной вентиляционной установкой из одного путевого тоннеля и возвращается в другой или возвращается по наклонному эскалаторному тоннелю на поверхность через входы и выходы вестибюлей.

Опыт эксплуатации отечественных метрополитенов показал, что вентиляционные каналы тоннельной (основной) вентиляции сильно «зарастают» пылью и требуют ежегодной их промывки или прочистки. Поэтому основные магистральные вентиляционные каналы должны быть проходного или полу проходного сечения. Выпускные вертикальные каналы могут быть небольшого сечения, но должны располагаться так, чтобы они просматривались и их можно было очищать. Конструкция вентиляционных каналов должна выполняться с высокой степенью плотности.

СХЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ ПЕРЕСАДОЧНЫХ И НАКЛОННЫХ ЭСКАЛАТОРНЫХ ТОННЕЛЕЙ И КАССОВЫХ ЗАЛОВ ВЕСТИБЮЛЕЙ

Пересадочные станции соединяются между собой тоннелями. При длине тоннеля до 50м вентиляция его осуществляется за счет всегда имеющейся разницы давлений между двумя станциями разных линий, вызываемой поршневым действием движущихся поездов.

При длине пересадочных тоннелей более 50м рекомендуется в них осуществлять искусственную систему вентиляции с забором воздуха их объема одной из станций, к которой примыкает такой тоннель, и рассредоточено выпускать воздух вдоль тоннеля. Для этого под платформой пересадочного тоннеля у места забора воздуха следует располагать вентиляционную установку. От нее вдоль платформы у каждой стены необходимо прокладывать распределительные вентиляционные каналы проходного или полупроходного сечения, от которых по вертикальным каналам воздух выпускается в пересадочный тоннель.

Для вентиляции наклонных эскалаторных тоннелей и кассовых залов вестибюлей при регулировании системы тоннельной вентиляции следует обеспечивать превышение притока над вытяжкой на 15-20%. При этом излишек приточного воздуха под давлением приточных вентиляторов будет выходить на поверхность через наклонные эскалаторные тоннели и кассовые залы вестибюлей, тем самым проветривая их.

СХЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ТУПИКОВ И СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ТОННЕЛЕЙ МЕЖДУ ЛИНИЯМИ МЕТРОПОЛИТЕНА

Помимо отстоя поездов и их профилактического осмотра в тупиках производятся очистка и срочный мелкий ремонт подвижного состава с электросварочными работами.

Опытом эксплуатации отечественных метрополитенов доказано, что тупики необходимо проветривать системой вентиляции с искусственным побуждением. Для устранения производственных вредностей (пылевых и газовых) в конце тупиков следует располагать вытяжную вентиляционную установку и ствол шахты. Для этого лучше использовать ближайший ствол, предназначенный для производства работ. Проветривание следует производить последовательно: воздух, поступающий на станцию, пропускают через все тоннели тупиков и отводят через ствол шахты на поверхность. Для возможности экстренной подачи свежего воздуха в тупики вытяжную вентиляционную установку следует предусматривать реверсивной.

Если невозможно расположить в конце тупиков ствол шахты, а тупики имеют большое сечение (двухпутные), то под их сводом можно устраивать воздуховод в виде подшивного отсека. По этому воздуховоду можно подавть в конец тупиков или извлекать оттуда воздух вентиляционной установкой у шахты, располагаемыми в этом случае вблизи станции.

Если тупики одной линии метрополитена находятся в непосредственной близости с пересекающими их тоннелями другой линии, то допустимо вместо сооружения шахты присоединить вентиляционную установку тупиков к перегонным тоннелям другой линии. В этом случае воздух тупиков через перегонные тоннели другой линии и ее перегонную установку (минуя станции) будет выходить на поверхность.

Соединительные тоннели между линиями метрополитена вследствие редкого движения по ним подвижного состава фактически остаются бех интенсивного проветривания. В этих тоннелях выделения вредностей отсутствуют. В задачу вентиляции этих тоннелей входит снижение высокой относительной влажности, создающейся вследствие крайне незначительных тепловыделений.

При длине соединительного тоннеля до 500м минимально необходимое проветривание тоннеля может осуществляться вследствие возникающей разницы воздушного давления между двумя линиями.

Если длина соединительного тоннеля значительно превосходит указанную величину, у этого тоннеля следует сооружать вентиляционную шахту, которая обычно используется вначале для производства через нее работ по сооружению тоннеля.

СХЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ТОННЕЛЕЙ НА УЧАСТКАХ ВЫХОДА ТРАССЫ НА ПОВЕРХНОСТЬ

Трасса подземных линий метрополитена выходит на поверхность для обеспечения возможности вывода подвижного состава в депо и для соединения с наземными линиями метрополитена. В первом случае вентиляция участка трассы между станцией и порталом на поверхности осуществляется аналогично вентиляции соединительных тоннелей двумя линиями. Во втором случае вентиляция участка должна выполняться в соответствии с расчетными данными как для обычного перегона, с учетом естественного поступления наружного воздуха в тоннель через портал и его выхода из тоннеля. Обычно на коротких участках трассы длиной 300-400 м специальные вентиляционные установки искусственной вентиляции делать не следует.

При значительно большей длине этого участка следует устанавливать реверсивную вентиляционную установку, а в тоннелях глубокого заложения сооружать шахту. В этом случае следует также учитывать естественное поступление и удаление воздуха через портал.

СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ АВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ

Подземное пространство сегодня осваивается все активнее: под землю переносятся автомобильные парковки, строятся подземные железнодорожные и автомобильные магистрали. При этом пребывание людей внутри подобных сооружений связано с определенным риском и требует обеспечения необходимых параметров воздушной среды.

Схема вентиляции подземных сооружений определяется, исходя из геометрии и глубины расположения тоннеля, особенности транспортного потока, внешнего ветрового напора и других факторов. При этом необходимо смоделировать сценарии наиболее вероятных аварийных ситуаций, оценить степень риска для людей, а также разработать алгоритм работы системы вентиляции в случае чрезвычайных происшествий. Поскольку в последнее время налицо тенденция снижения токсичности выхлопных газов у новых моделей автомобилей, первоочередной задачей при разработке систем вентиляции тоннелей становится обеспечение пожарной безопасности. Помимо пожара источником опасности могут стать взрыв облака топливно-воздушной смеси, выброс ядовитых газов, жидкостей и биологических агентов, а также возможная атака террористов.

Следует помнить, что вентиляция оказывает значительное влияние на развитие чрезвычайных ситуаций. Например, потоки воздуха в тоннеле могут усилить испарение разлившейся воспламеняющейся жидкости, оказать влияние на направление распространения токсичных или горючих газов, но в то же время способствовать уменьшению концентрации загрязняющих веществ.

ЕСТЕСТВЕННАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ АВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ

Естественная вентиляция не позволяет контролировать распространение дыма в аварийной ситуации. Движение потока воздуха в тоннеле зависит от ветрового напора и количества движущихся автомобилей, которые увлекают воздух за собой, создавая так называемый поршневой эффект. В аварийной ситуации поток машин останавливается и поршневой эффект исчезает. В свою очередь, сильный напор ветра либо перепад давлений, возникающий из-за наклонного расположения тоннеля, могут препятствовать процессу естественной вентиляции или вообще свести ее на нет.

Стандарты европейских стран устанавливают различные значения максимально допустимой длины тоннеля с естественной вентиляцией. В Англии, например, это 300 метров. В тоннелях протяженностью 300-400 метров искусственная вентиляция требуется только при значительном уклоне или при большой интенсивности движения транспорта. Во Франции максимальная длина для городских тоннелей с естественной вентиляцией -- 300 метров, для тоннелей со значительной интенсивностью транспортного потока -- 500 метров и, наконец, для тоннелей с интенсивностью транспортного потока менее 2000 машин в день -- 1000 метров.

Американский стандарт пожаробезопасности ограничивает максимально допустимую протяженность тоннеля с естественной вентиляцией 240 метрами. Для тоннелей длиной свыше 240 метров вопрос о наличии или отсутствии механической вентиляции зависит от результатов экспертного анализа с учетом длины, поперечного сечения и уклона тоннеля, розы ветров, направления движения и типа проходящего по тоннелю транспорта, а также тепловой мощности возможного пожара.

ПРОДОЛЬНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ АВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ

При установке механической вентиляции вначале рассматривается возможность использования продольной схемы, так как она наиболее проста в реализации, требует меньших капитальных затрат и отличается меньшей стоимостью эксплуатации и обслуживания. Данная схема оптимальна для коротких тоннелей с односторонним движением. К недостаткам здесь можно отнести увеличение концентрации вредных примесей по длине тоннеля, подверженность естественной тяге, которая зависит от теплового и ветрового напоров, и недостаточная пожарная безопасность.

Тем не менее, в последние годы за рубежом все чаще используют продольную схему для организации вентиляции тоннелей протяженностью до 3000 метров. Однако в различных странах эксперты расходятся в оценках работы этой схемы в аварийных режимах.

Для предотвращения проникновения дыма в зону, расположенную выше места возгорания, в тоннелях с односторонним движением английский стандарт рекомендует перемещать воздух в направлении движения транспорта.

В тоннелях с двусторонним движением невозможно решить задачу защиты людей только посредством организации продольной вентиляции. В этом случае наиболее важным условием является сохранение сформировавшейся конвективной струи дыма, а поэтому рекомендуется уменьшить продольный поток воздуха, отключить вентиляторы в зоне задымления и избегать реверсирования потока воздуха, даже если место возгорания находится рядом с порталом.

Австрийские и немецкие нормативы в целом дополняют друг друга, причем их требования распространяются как на тоннели с двусторонним, так и односторонним направлением движения: для сохранения конвективной струи рекомендуется снизить скорость воздушного потока и отказаться от его принудительного реверсирования при ограниченном задымлении.

ОБОРУДОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

В зависимости от типа применяемых вентиляторов и используемой схемы вентиляции реализуются два основных способа автоматизированного регулирования расхода и направления движения потока воздуха в тоннеле. Первый -- изменение угла поворота лопаток вентилятора и переключение ступеней скорости вращения при использовании многополюсного вентилятора, второй -- применение инверторных регуляторов скорости вращения и реверса (для вентиляторов с фиксированным углом поворота лопаток).

Оба способа доказали свою жизнеспособность, однако использование того или иного варианта напрямую зависит от аэродинамических характеристик тоннеля в рабочем и аварийном режимах. При этом, необходимым условием является близость рабочих точек каждого вентилятора в стандартном и аварийном режимах в пределах рабочей зоны.

Важным аспектом при выборе системы управления является поддержание необходимого давления, создаваемого на приточных и вытяжных устройствах с целью предотвращения неконтролируемого реверса потока, что накладывает определенные ограничения на применение вентиляторов с регулированием скорости вращения. То есть оптимальным решением будет комбинация систем управления скоростью вращения и изменением угла поворота лопаток.

Компания TLT-Turbo GmbH (Германия) производит широкий спектр аксиальных вентиляторов, в том числе и для тоннелей. В ассортимент выпускаемой продукции входят вентиляторы с фиксированным положением лопаток, а также вентиляторы, в которых положение лопаток может быть гидравлически изменено в ходе работы. Для улучшения аэродинамических показателей тоннельные вентиляторы оснащают диффузорами длиной до 5 м, которые преобразуют часть динамического напора в статический.

Главный минус естественной вентиляции заключается в том, что ее можно использовать только в очень коротких тоннелях (в разных странах допустимая максимальная длина варьируется от 240 до 1000 метров). Кроме того, эффективность этой схемы очень сильно зависит от погодных условий и характера движения транспорта, а в случае пожара она не позволяет контролировать распространение дыма.

Продольная схема усиливает действие естественной вентиляции. Воздух при этом подается и удаляется по всему сечению тоннеля, а значит, нет необходимости в создании специальных вентиляционных каналов. Продольную вентиляцию целесообразно применять в относительно коротких (до трех километров) тоннелях с односторонним движением. При большей длине возникает необходимость в строительстве промежуточных шахт и дополнительных мерах по обеспечению безопасности людей в случае возникновения аварийной ситуации.

ПОПЕРЕЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ АВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ

Поперечная схема механической вентиляции наиболее эффективна, но при этом она отличается высокой стоимостью строительства и эксплуатации. Существуют два варианта реализации этой схемы: полнопоперечная и полупоперечная.

В первом случае по всей длине тоннеля создается вертикальный воздушный поток между подающим и отводящим вентиляционными каналами. Это позволяет сделать приток и вытяжку воздуха равномерными.

Полнопоперечная схема лишена такого недостатка продольной, как увеличение концентрации вредных примесей по длине тоннеля, ведь загрязнения удаляются из тоннеля практически там же, где попадают в него. То же происходит и с дымом, а значит, этот вариант решения отличает и повышенная безопасность при пожаре. Предложенная схема наилучшим образом подходит для длинных тоннелей с интенсивным движением в обоих направлениях. Однако реализация такой схемы требует значительных затрат, доходящих до 15% стоимости тоннеля, в связи с тем, что кроме устройства вентиляционных каналов, приводящих к необходимости увеличения площади поперечного сечения тоннеля, для каждого из каналов требуются еще и отдельные вентиляционные установки.

При полупоперечной схеме вентиляции свежий воздух подается по каналу, проложенному по всей длине тоннеля, обычно -- в его нижней части. Загрязненный же воздух за счет поршневого эффекта и естественной тяги отводится непосредственно к порталам или вентиляционным шахтам. Обратная схема, когда по тоннелю подается свежий воздух, а загрязненный удаляется по вытяжному каналу, называется полупродольной.

ЗАРУБЕЖНЫЕ СТАНДАРТЫ

Среди зарубежных стандартов, содержащих рекомендации и методические указания поприменению поперечной и полупоперечной схем вентиляции, единства нет.

В Германии рекомендуют использовать полнопоперечную систему с восходящим удалением загрязненного воздуха, так как она наиболее эффективна для борьбы с задымлением. Применять же полупоперечную схему, напротив, не рекомендуется, так как в ней для удаления дыма приточные вентиляторы должны быть переключены на работу в качестве вытяжных (реверсированы). А это требует времени, в течение которого дым успеет распространиться по тоннелю.

Французский стандарт больше сосредоточен не на схемах вентиляции, а на организации дымоудаления при пожаре. Документ ограничивает длину секции вентилирования до 400 м -- для городских тоннелей и до 600 м -- в тоннелях за пределами города. Для гарантированного дымоудаления объем вытяжного воздуха должен на одну треть превышать расчетный объем образующегося дыма.

Австрийский стандарт допускает применение полупоперечной схемы, если используемые в ней вентиляционные установки имеют возможность реверса. В случае пожара вентиляторы в зоне возгорания немедленно переключаются на удаление дыма, а соседние секции при этом с наибольшей эффективностью работают в прежнем режиме. Общий объем приточного воздуха здесь сокращается до трети от максимального, а устройства удаления воздуха в верхней части тоннеля полностью открываются.

При проектировании полно- или полупоперечной вентиляции для тоннелей с однонаправленным движением американский стандарт предписывает обеспечить пожаробезопасность следующим образом. Объем удаляемого воздуха в зоне возгорания должен быть максимально возможным, а приточного -- минимальным. При этом необходимо создать воздушный поток в направлении движения транспорта, для чего на въезде в тоннель обеспечивается максимальная подача воздуха, на выезде -- его интенсивное удаление.

По стандарту Евросоюза (так называемой Европейской директиве) поперечные или полупоперечные системы, которые могут быть использованы и как системы дымоудаления, следует применять в тех тоннелях, где необходима принудительная вентиляция, но обеспечить ее по продольной схеме не представляется возможным.

Кроме того, для тоннелей с двусторонним движением протяженностью более 3000 м, по которым за день проезжают более 2000 автомобилей, устанавливаются дополнительные требования. Вытяжные устройства и клапаны дымоудаления в них обязаны предусматривать как групповое, так и индивидуальное управление. При этом система вентиляции должна обеспечить полный контроль скорости продольного воздушного потока. При применении поперечных схем такой контроль затруднен, так как скорость воздуха в них меняется по всей длине тоннеля. Чтобы управлять ею, необходимо сбалансировать объемы притока и вытяжки. В случае пожара следует избегать попадания приточного воздуха в область задымления, для чего длина тоннельных секций, в которые осуществляется приток, ограниченна, а сами приточные воздухораспределительные устройства располагаются внизу.

В настоящее время в России идет активное строительство тоннелей. В ближайшие годы должны быть сданы в эксплуатацию 12 совмещенных автомобильно-железнодорожных тоннелей для Северо-Кавказской железной дороги (целевая программа строительства к Олимпиаде-2014 в Сочи), Орловский тоннель в Санкт-Петербурге, четырехкилометровый тоннель в Хабаровске, комплекс тоннелей Красноярской железной дороги и многие другие. Безопасность новых объектов во многом будет зависеть от правильного выбора схемы вентиляции и надежности оборудования, которая должна быть обеспечена многолетним опытом компании-производителя и подтверждена национальными и международными сертификатами качества.

ВЕНТИЛЯТОРЫ ДЛЯ ТОННЕЛЕЙ

Вентиляторы для метрополитенов, серия ТА

Для нагнетания свежего воздуха на станции метрополитена и для вытяжки отработанного воздуха, газов и дыма используются специальные вентиляторы. Они могут быть нереверсивными и реверсивными (в зависимости от профиля лопатки). Конструктивно вентиляторы представляют собой корпус со встроенным электродвигателем и рабочее колесо с вращающимся обтекателем. Дополнительно могут комплектоваться входным соплом, диффузором, шумоглушителем и запорным клапаном.

Устанавливаются вентиляторы как горизонтально, так и вертикально.

Устройства серии ТА, выпускаемые TLT Turbo GmbH специально для метро, имеют мощность двигателя до 500 кВт, расход воздуха от 20 до 200 м3/с, создают давление до 3500 Па и могут в течение двух часов эксплуатироваться при температуре +400°С. Диаметр рабочего колеса вентиляторов -- от 1,4 до 2,2 м; длина корпуса -- от 1,4 до 2,0 м.

Особенности серии: 100%-ная реверсивность, высокий КПД, широкий ассортимент дополнительных принадлежностей.

Тоннельные вентиляторы, серия TAF

Тоннельные осевые вентиляторы -- нереверсивные устройства с возможностью изменения положения лопаток в ходе работы. Сфера их применения -- вентиляция, а также вытяжка отработанного воздуха и дыма. Как и вентиляторы для метро, тоннельные вентиляторы могут быть укомплектованы дополнительными принадлежностями: входным соплом, диффузором, шумоглушителем.

Технические данные устройств серии TAF: расход воздуха -- от 50 до 350 м3/с; общее давление -- до 8000 Па; мощность двигателя -- до 2500 кВт; диаметр рабочего колеса -- от 1,8 до 3,2 м; длина корпуса -- от 1,6 до 3,5 м. Вентиляторы TAF отличаются высоким КПД, наличием широкого спектра дополнительных принадлежностей и возможностью работы при +600 °С в течение двух часов.

Струйные вентиляторы, серия TAS

Струйный или импульсный вентилятор состоит из рабочего колеса, которое является реверсивным за счет переключения направления вращения на двигателе, электродвигателя, корпуса, двух шумоглушителей с входным соплом и устройством подвески. Вентилятор осуществляет свободный забор и выхлоп, ускоряя всасываемый воздух и передавая его в воздушный столб тоннеля.

Технические данные устройств серии TAS: тяга от 350 до 1800 Н; мощность двигателя -- от 11 до 55 кВт; диаметр рабочего колеса -- от 0,56 до 1,25 м; внешний диаметр -- 1,5 м; длина корпуса -- от 1,0 до 7,0 м.

Вентиляторы TAS -- реверсивные устройства, изготовленные из нержавеющей стали или стали с горячим оцинкованием и порошковым покрытием, и практически не нуждаются в техническом обслуживании.

Вентиляторы для эвакуационных тоннелей, серия AXN

Устройства серии AXN -- это вентиляторы дымоудаления, которые поддерживают избыточное давление в эвакуационном тоннеле, в случае пожара не позволяя проникнуть дыму в тоннели. Вентиляторы состоят из корпуса, рабочего колеса и встроенного двигателя, могут быть оснащены устройством против срыва потока, а также рядом дополнительных принадлежностей. Материалом для изготовления вентиляторов AXN служит оцинкованная сталь с порошковым покрытием или покраской.

Технические данные серии AXN: расход воздуха -- от 0,5 до 40 м3/с; общее давление -- до 1600 Па; мощность двигателя -- до 160 кВт; диаметр рабочего колеса -- от 0,5 до 1,25 м; длина корпуса -- от 0,54 до 1,34 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вентиляция тоннеля -- регулируемый воздухообмен в тоннеле с целью удаления вредных газов и влажного воздуха, разрушающих обделку тоннеля и обустройства пути, в отдельных случаях -- для компенсации тепловыделения. Качество воздуха в тоннеле ухудшается при повышении влажности и выделении окружающими породами газов, проникающих через обделку. Во время эксплуатации автодорожного тоннеля воздух нагревается и загрязняется пылью и продуктами сгорания топлива -- дымовыми и выхлопными газами. Обмен воздуха, необходимый для создания в тоннеле норм, санитарно-гигиенических условий, может обеспечиваться естественным путём или создаваться искусственно при помощи вентиляционного оборудования.

Естественному проветриванию тоннеля способствуют: различие барометрических давлений у порталов тоннеля; разность температур внутри тоннеля и вне его; устойчивые (господствующие) ветровые потоки вдоль оси тоннеля; «поршневой эффект», создаваемый проходящим через тоннель подвижным составом.

Искусственная вентиляция может быть приточной, вытяжной и приточно-вытяжной. Приточная вентиляция осуществляется путём нагнетания в тоннель свежего воздуха, вытяжная -- отсасыванием загрязнённого воздуха через один из порталов или вентиляционной шахты, приточно-вытяжная -- комбинацией двух первых.

По способу обмена воздуха различают продольную, поперечную и полупоперечную вентиляцию тоннелей. При продольной вентиляции воздуховодом служит тоннель, вдоль которого перемещается воздух. Наиболее распространены следующие схемы продольной вентиляции: с вентиляционными шахтами; с портальной установкой и закрытием выхода из тоннеля; с портальной установкой и открытыми входами в тоннель. По первой схеме вентиляция тоннелей осуществляется через стволы шахт, расположенных вдоль тоннеля. Стволы с притоком и вытяжкой воздуха чередуются. По второй схеме при входе поезда в тоннель закрывается брезентовый занавес у противоположного портала и вентиляционная установка нагнетает воздух навстречу движению поезда. Эффект проветривания усиливается, если за поездом, вошедшим в тоннель, опускается занавес и вентиляционная установка входного портала работает на вытяжку. По третьей схеме для проветривания тоннеля используются портальные установки при открытых входах в тоннель. При интенсивном движении поездов воздух с большой скоростью вдувается в тоннель через охватывающую его узкую щель, расположенная под острым углом к оси тоннеля. Вентиляционная установка, находящаяся у второго портала, работает на вытяжку воздуха одновременно с первой. При поперечной вентиляции по обводу тоннеля размещаются два параллельных канала, служащих соответственно для подачи свежего воздуха и для удаления загрязнённого. Движение воздуха происходит поперёк оси тоннеля. Полупоперечная система вентиляции представляет собой комбинацию двух первых. Свежий воздух подаётся по вентиляционному каналу, а загрязнённый удаляется через тоннель. При расчёте вентиляции тоннелей и станций метрополитена учитывают в первую очередь тепловыделения от пассажиров, электрооборудования, окружающих грунтов.

На линиях метрополитена применяют, как правило, приточно-вытяжную вентиляцию с искусств. побуждением. Вентиляционные установки обычно располагают по одной на каждой станции и на каждом перегоне, чаще всего в его середине. В зимнее время вентиляционные установки, расположенные на перегонах, обычно работают на приток воздуха, а вентиляционные установки на станции -- на вытяжку, летом -- наоборот. Применяют и другие схемы в зависимости от характера перевозок, природно-климатических условий и принятой методике проектирования вентиляции.

На недавно прошедшем (в начале марта 2013г) заседании научно-технического совета Департамента строительства Москвы обсудили возможность замены приточно-вытяжной системы вентиляции, ныне действующей в метрополитене, на рециркуляционную с термодинамической обработкой воздуха, сообщает stroi.mos.ru.

Сейчас приток свежего воздуха на станции метрополитена осуществляется за счет приточно-вытяжной вентиляции, производительность которой рассчитывается в соответствии с тепловыделениями (от людей, двигателей, выделение газов при дыхании и так далее). Однако, несмотря на расчеты, в подземке постоянно образуются теплоизбытки -- примерно 700 тыс. Ккал на 1 км трассы.

Еще один недостаток существующей схемы -- вентиляционные камеры, которые строятся на станциях и на перегонах между ними. Для их сооружения требуется капитальное строительство, перекладка коммуникаций и перекрытие улиц, что создает дополнительные сложности.

Не стоит забывать и о сильных потоках воздуха, врывающихся на станцию вместе с прибывающим поездом, создающих сквозняки и раскачивающих вывески, так называемых дутьевых потоках.

Чтобы справиться с указанными трудностями, специалисты предлагают перейти на рециркуляционную схему вентиляции с термодинамической обработкой воздуха. В случае использования этой системы, в подземку нужно будет подавать лишь 25-30% от нынешнего объема воздуха, что позволит снизить интенсивность дутьевых потоков. Установки для рециркуляции и термодинамической обработки воздуха можно будет размещать в вентиляционных камерах на станциях или в между тоннелями. Воздух будет нагреваться или охлаждаться в зависимости от времени года, чтобы сформировать комфортные условия, не зависящие от погоды наверху.

Авторы проекта считают, что переход на рециркуляционную схему ускорит темпы строительства и удешевит стоимость. Патент на систему уже получен ОАО «Трансинжстрой» в сентябре 2012 года.

Научно-технический совет попросил авторов доработать проект, произвести дополнительные расчеты и математическое моделирование. Однако в целом, предложение признано довольно рациональным. Позже оно будет рассмотрено на заседании совета повторно.

Размещено на Allbest.ru

...