ВЕНТИЛЯЦИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ - Омск 2009
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
ВЕНТИЛЯЦИЯ
ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ
Омск 2009Федеральное агентство по образованию
Сибирская государственная
автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
Кафедра мостов
ВЕНТИЛЯЦИЯ
ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ
Методические указания
по курсовому и дипломному проектированию
для студентов специальности 270201
«Мосты и транспортные тоннели»
Составители: А.А. Фугенфиров, В.Е. Русанов
Омск
Издательство СибАДИ
2009УДК 625.42
ББК 39.112
Рецензент Н.И. Ветошкин, директор НПКУ ПИ «Омсктранспроект»
Работа одобрена научно-методическим советом специальности
«Мосты и транспортные тоннели» в качестве методических указаний к
курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности
270201
ВЕНТИЛЯЦИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ: Методические ука-
зания / Сост.: А.А. Фугенфиров, В.Е. Русанов. – Омск: Изд-во СибАДИ,
2009. –56 с.
Методические указания составлены в соответствии с программой
дисциплины «Проектирование и строительство тоннелей» и предназначе-
ны для студентов специальности 270201 «Мосты и транспортные тонне-
ли», выполняющих дипломные и курсовые проекты по сооружению
транспортных тоннелей.
В них заложены основы проектирования и расчета искусственной
вентиляции горных, городских и подводных автотранспортных тоннелей и
тоннелей метрополитенов. Даны общие положения по вентиляции, мето-
дика расчета расхода подаваемого в тоннель воздуха по газо- и тепловыде-
лениям, определение давления воздуха при естественном и искусственном
проветривании, а также выбор необходимого вентиляционного оборудова-
ния. Приведены алгоритмы расчета естественной и искусственной венти-
ляций автодорожных тоннелей.
Табл. 10. Ил. 16. Библиогр.: 8 назв.
© Составители: А.А. Фугенфиров,
В.Е. Русанов, 20091. ВЕНТИЛЯЦИЯ АВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ
1.1. Общие положения
Применение вентиляции в тоннелях обусловлено необходи-
мостью снижения до допустимой концентрации вредных газов,
устранения задымленности и запыленности воздуха, создания
нормального температурного режима.
По нормативам, автодорожные тоннели длиной до 150 м мо-
гут проветриваться естественным путем, тоннели длиной
150400 м должны иметь естественное проветривание при обос-
новании его расчетами и в случае необходимости оборудоваться
искусственной вентиляцией, а тоннели длиной более 400 м обяза-
тельно должны иметь принудительную вентиляцию.
Искусственная вентиляция автодорожных тоннелей произ-
водится путем подачи свежего воздуха, удаления загрязненного
или одновременной подачи свежего и вытяжки отработанного
воздуха.
При этом применяют продольную, поперечную или комби-
нированную системы вентиляции, отличающиеся друг от друга
характером воздухообмена, направлением движения воздуха, на-
личием или отсутствием специальных приточных и вытяжных
каналов.
При продольной системе воздух подается и удаляется по
всему сечению тоннеля вентиляторами, установленными у порта-
лов (рис. 1.1). Скорость движения воздуха в тоннеле не должна
превышать 6 м/с. Такую систему наиболее целесообразно приме-
нять в автодорожных тоннелях с односторонним движением
транспорта длиной не более 1 км, а также в железнодорожных
тоннелях. В тоннелях длиной до 2 км находит применение про-
дольно-струйная система вентиляции, являющаяся разновидно-
стью продольной системы. Для интенсификации проветривания
вдоль тоннеля (на стенах или на своде) через 50100 м устанав-
ливают высокоскоростные струйные вентиляторы (рис. 1.2).
Наиболее эффективной для автодорожных тоннелей, осо-
бенно имеющих значительную протяженность, является попе-
речная система вентиляции с подачей и вытяжкой воздуха поРис. 1.1. Продольная схема вентиляции:
1 – вентиляционная установка; 2 – направление
движения воздуха
Рис. 1.2. Продольно-струйная система вентиляции (а) и
схемы размещения вентиляторов (б – г): 1 – вентиляторы; 2 –
направление движения воздуха; 3 – направляющие; 4 – кор-
пус; 5 – электрокабель; 6 – элемент крепленияпродольным каналам, расположенным за пределами габарита
приближения строений (рис. 1.3).
Скорость движения воздуха в продольных каналах – до
1520 м/с. Длину продольных каналов принимают не более
600800 м из условия обеспечения равномерного выпуска воз-
духа по тоннелю. Каждый участок проветривания обслуживается
отдельной вентиляционной установкой.
Рис. 1.3. Поперечная система вентиляции (а) и схемы распо-
ложения вентиляционных каналов (б – г): 1 – вентиляционная ус-
тановка; 2 – направление движения воздуха; 3 – вытяжной канал;
4 – отверстие в вентиляционной перегородке; 5 – приточный канал;
6 – поперечный каналВоздух из приточного продольного канала поступает со
скоростью не более 35 м/с по поперечным каналам высотой
hпк 815 см и шириной bпк 715 hпк , расположенным че-
рез 46 м, и удаляется через отверстия в вентиляционной пере-
городке шириной а0 120 200 см и длиной l 0 0,1 0,2 a0 .
Размещение каналов для притока и вытяжки воздуха зави-
сит главным образом от формы поперечного сечения тоннеля.
Так, в тоннелях кругового поперечного сечения приточный канал
размещают под проезжей частью, а вытяжной канал – над ней.
При сводчатом очертании тоннеля приточный и вытяжной
каналы располагают чаще всего над проезжей частью (под сво-
дом), причем возможна как двусторонняя, так и односторонняя
подача воздуха.
В тоннелях прямоугольного поперечного сечения каналы
наиболее целесообразно размещать сбоку от проезжей части, ря-
дом с боковыми стенами, а в двухпролетных тоннелях один из
каналов может располагаться между проезжими частями.
Применяют также комбинированные системы вентиляции:
полупоперечную – с подачей воздуха по каналу и вытяжкой по
тоннелю и полупродольную – с подачей воздуха по тоннелю и
вытяжкой по каналу (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Полупоперечная (а) и полупродольная (б) системы вен-
тиляции: 1 – вентиляционная установка; 2 – направление движе-
ния воздуха; 3 – приточный канал; 4 – поперечный канал; 5 –
вытяжной канал; 6 – отверстия в вентиляционной перегородкеРис. 1.5. Схема портально-
шахтной (а) и шахтной (б) вентиля-
ции при проветривании горного и
подводного тоннелей: 1 – порталь-
ная вентиляционная установка; 2 –
вентиляционная установка над
При проветривании тоннелей значительной протяженности (более
1,5...2 км) в дополнение к портальным вентиляционным установкам уст-
раивают вентиляционные установки, размещаемые над шахтными ствола-
ми (рис. 1.5). В шахтных стволах скорость движения воздуха не должна
превышать 7...8 м/с.
Более подробные сведения о вентиляции автодорожных
тоннелей можно найти в дополнительной литературе.
Проектирование вентиляции автодорожных тоннелей пре-
дусматривает:
- определение необходимого расхода и давления воздуха для
проветривания;
- выбор вентиляционных установок;
- размещение вентиляционных каналов, перегородок и прочее.
1.2. Расход воздуха, подаваемого в тоннель
Расход воздуха, который требуется подавать в тоннель для
обеспечения нормальной эксплуатации, определяют из условий
снижения до ПДК вредных газов и установления в тоннеле
нормального температурного режима. Для расчета вентиляции
принимают исходные данные: тип и назначение тоннеля, катего-
рию дороги, площадь поперечного сечения тоннеля, длину тон-
неля, высоту расположения над уровнем моря, продольный про-
филь и план тоннеля, интенсивность движения автомобилей, ско-
рость движения автомобилей в колонне, состав автомобильного
потока по типам автомобилей, систему вентиляции.
Состав автомобильного потока для курсового проектирования до-
пускается назначать из условий:1) автомобильный поток представлен легковыми автомоби-
лями с карбюраторными двигателями т л 20 45 % общего
потока, грузовыми автомобилями с карбюраторными двигателя-
ми тгк 30 55 % общего потока, грузовыми автомобилями
с дизельными двигателями тгд 15 20 % общего потока, авто-
бусами с карбюраторными двигателями тав 510 % общего
потока. В качестве начальных данных для проектирования венти-
ляции необходимо задаться величинами т л , тгк , тгд , т;
2) общий поток автомобилей составляет
т л тгк тгд тав 100 %;
3) количество грузовых автомобилей в общем потоке неза-
висимо от типа двигателя определяется тг тгк тгд ;
4) по типам двигателя автомобильный поток разделяется на
автомобили с карбюраторными двигателями (легковые, грузовые,
автобусы) и автомобили с дизельными двигателями (грузовые);
5) доли автомобилей с карбюраторными и дизельными дви-
гателями в общем потоке определяются по формулам:
тк т л тгк тав – доля автомобилей с карбюраторными дви-
гателями в общем потоке; тд тгд – доля автомобилей с карбю-
раторными двигателями в общем потоке; тк тд 100 %;
6) доля каждой группы автомобилей с карбюраторными дви-
гателями в общем потоке таких автомобилей вычисляется из
предположения т л, кп тгк , кп тав , кп 100 %. Отсюда следует
т л,кп 100 т л тк – доля легковых автомобилей в "карбюратор-
ном" потоке;
тгк,кп 100 тгк тк – доля грузовых автомобилей в "карбюра-
торном" потоке;
тав ,кп 100 тав тк – доля автобусов в "карбюраторном" потоке;
7) "дизельный" поток автомобилей представлен только од-
ним видом автомобилей – грузовыми автомобилями, поэтому
тгд,дп 100 %;
8) в расчетных формулах величины mi подставляются не в
%, а в долях единицы, то есть разделенные на 100.Пример: назначим т л 35 %;тгк 35 %; тгд 20 %;
тав 100 % 35 % 35 % 20 % 10 %, все значения попадают в
интервалы, указанные в условиях выше.
тг 35 % 20 % 55 %;
тк 35 % 35 % 10 % 80 %; тд 20 %.
"Карбюраторный" поток:
т л,кп 100 35 % 80 % 43,75 %, округляем до целых т л,кп 44 % ;
тгк ,кп 100 35 % 80 % 43,75 %, округляем до целых тгк,кп 44 % ;
тав ,кп 100 % 44 % 44 % 12 %.
"Дизельный" поток: тгд,дп 100 %.
Для дальнейших расчетов все значения mi делим на 100, поэтому
т л 0,35; тгк 0,35; тгд 0,20; тав 0,10; тг 0,55;
тк 0,80; тд 0,20; т л,кп 0,44; тгк ,кп 0,44; тав ,кп 0,12;
тгд,дп 1,0.
1.2.1. Расчет по предельно допустимой концентрации СО
В курсовом проекте допускается производить расчет по
ПДК вредных газов в тоннеле только для CO.
Расход воздуха, м3/с, требуемый по условию снижения кон-
центрации СО до предельно допустимой:
L Ja cпк cск cпд cсд
QCO m q m q , (1.1)
Va
к к д д
2 2
где L – длина тоннеля или его участка с одним уклоном, км;
J a – максимальная часовая интенсивность движения автомоби-
лей, авт./ч (табл. 1.1); Va – средняя скорость движения колонны
автомобилей по тоннелю, км/ч (табл. 1.1); – предельно допус-
тимая концентрация СО в воздухе тоннеля, мг/м3 (табл. 1.2), при
этом время нахождения транспорта в тоннеле t, мин, определяет-
ся по формуле t 60 L Va , но не менее 5 мин; – концентрация
СО в приточном воздухе, обычно =1мг/м3; тк , тд – доли авто-
мобилей с карбюраторными и дизельными двигателями в общемТаблица 1.1
Категория дороги I II III
IV
Максимальная интенсивность Более 2400 1600 Менее
движения автомобилей J a , авт./ч 2400 1600 800 800
Расчетная скорость движения ко-
80 60 50 40
лонны автомобилей Va , км/ч
Таблица 1.2
Нормальный Замедленный
Время нахождения режим движения с режим движения
транспорта в тоннеле расчетной скоростью (Va 20 км/ч и остановки
t , мин
5 10 15 20 движения до 15 мин)
ПДК СО , мг/м3 60 35 26 21 200
2 0,7
ПДК СН2 , мг/м3 При отсутствии При наличии
пешеходов пешеходов
потоке; спк , сск , спд , ссд – коэффициенты, учитывающие влияние
уклона проезжей части тоннеля для различных скоростей движе-
ния на подъеме и спуске соответственно для автомобилей с кар-
бюраторными и дизельными двигателями (табл. 1.3); qк , qд – ко-
личество СО, выделяемого одним «осредненным» автомобилем с
карбюраторным и дизельным двигателем соответственно, мг/с,
определяются по формулам:
qк 2,777 1 14,9 к Gт.к Pк cв ;
(1.2)
qд 2,777 1 14,9д Gт. д Pд cв ,
где к = 0,851,2 – коэффициент избыточного расхода воздуха в
горючей смеси для карбюраторных двигателей; д = 1,52,5 – ко-
эффициент избыточного расхода воздуха в горючей смеси для
дизельных двигателей; Gт. к , Gт. д – расход топлива одним «ос-
редненным» автомобилем, кг/ч (табл. 1.4); Рк , Рд – процентноесодержание СО в выхлопных газах по массе, %; при равно-
мерном движении принимают для карбюраторных двигате-
лей тк = 0,72,0 %; для дизельных двигателей тд = 0,080,13 %;
при замедлении для карбюраторных двигателей тк = 2,04,0 %;
cв – коэффициент, учитывающий влияние высоты расположения
тоннеля над уровнем моря (табл. 1.5).
Таблица 1.3
Тип двигателя
Коэф-
Укло- карбюраторный дизельный
фици-
ны, ‰ Скорость движения, км/ч
енты
40 50 60 80 40 50 60 80
60 1,97 1,64 1,42 1,24 3,75 4,33 5,41 6,04
50 1,88 1,56 1,35 1,17 3,29 3,82 4,80 5,45
40 1,80 1,49 1,27 1,11 2,83 3,31 4,20 4,87
сп
30 1,73 1,41 1,21 1,05 2,36 2,78 3,56 4,25
20 1,65 1,34 1,15 1,00 1,88 2,26 2,93 3,62
10 1,57 1,27 1,09 0,96 1,40 1,74 2,31 2,98
- 0 1,49 1,20 1,04 0,92 0,94 1,20 1,68 2,36
10 1,40 1,13 0,99 0,89 0,70 0,85 1,09 1,74
20 1,28 1,06 0,95 0,86 0,63 0,66 0,82 1,16
30 1,13 0,99 0,91 0,84 0,75 0,75 0,75 0,86
сс
40 1,01 0,94 0,88 0,82 0,87 0,87 0,87 0,87
50 0,97 0,92 0,85 0,79 1,00 1,00 1,00 1,00
60 0,96 0,90 0,84 0,78 1,12 1,12 1,12 1,12
Таблица 1.4
Скорость движения колонны автомобилей, км/ч
Группы 30 40 50 60 70 80
автомобилей Расход топлива Gт , кг/ч, по группам
автомобилей
Легковые 2,10 2.75 3,48 4,31 5,33 6,98
Автобусы 6,39 8,58 11,47 15,10 20,72 26,05
Грузовые с карбюра-
5,77 8,38 12,47 15,41 20,05 24,86
торными двигателями
Грузовые с дизельными 6,93 9,85 14,79 18,71 24,95 32,2двигателями
Таблица 1.5
Высота над уровнем
0 400 800 1200 1600 2000
моря, м
cвк для карбюраторных
1,10 1,17 1,43 1,80 2,18 2,55
двигателей
cвд для дизельных
- 1,00 1,23 1,45 1,67 1,90
двигателей
Пример определения Gт. к , Gт.д по данным, приведенным выше. Если за-
даться расчетной скоростью движения автомобилей, например 60 км/ч, то
Gт.к 4,31 т л, кп 15,41 тгк , кп 15,1 тав , кп
4,31 0,44 15,41 0,44 15,1 0,12 10,49 кг/ч;
Gт.д 18,71 тгд, дп 18,71 1,0 18,71 1,0 18,71 кг/ч.
При односкатном профиле с одним продольным уклоном
расход воздуха определяют сразу для всего тоннеля, а при много-
скатном профиле – по участкам с разными уклонами. Поэтому в
формуле (1.1) в первом случае принимают полную длину тоннеля
Lт , а во втором – длину каждого отдельного участка L1 , L2 , L3 и
т.д. Тогда общий расход воздуха определяется суммированием
расходов по участкам.
1.2.2. Расчет по теплоизбыткам
Расход воздуха, м3/с, требуемый по условию удаления из
тоннеля избыточного тепла и установления нормального темпе-
ратурного режима:
T
Qт , (1.3)
1000 a t т t н т
где Т – суммарные теплоизбытки в тоннеле, Вт; а – удельная
массовая теплоемкость воздуха, кДж/(кг · °С), принимают а = 1кДж/(кг · °С); t т , tн – температура воздуха в тоннеле и наружная
на поверхности земли, °С; т – плотность воздуха в тоннеле при
определенной температуре, кг/м3 (табл. 1.6).
Теплоизбытки в тоннеле,
Вт, определяют как сумму тепло- Таблица 1.6
выделений с учетом возможных
tт (tн), °С т (н), кг/м3
теплопотерь: -20 1,396
Т Т а Т осв Т л Т пор , (1.4) -15 1,368
-10 1,342
где Та – тепловыделения авто- -5 1,317
0 1,293
мобильных двигателей, Вт; Тосв – 5 1,270
тепловыделения устройств ис- 10 1,248
кусственного освещения, Вт; 15 1,226
Тл – тепловыделения находящих- 20 1,205
ся в тоннеле людей, Вт; Тпор – те- 25 1,185
пловыделения породного масси- 30 1,165
35 1,146
ва, окружающего тоннель, или
теплопотери при уходе тепла из
тоннеля в породный массив, Вт. Температуру подаваемого в
тоннель воздуха tн принимают равной среднегодовой темпера-
туре воздуха в данной местности.
Для курсового проекта допускается принимать температуру
наружного воздуха tн от –5 до +15 °С. Температура воздуха в
тоннеле tт не должна превышать среднюю температуру наруж-
ного воздуха tн более чем на 1015 °С и не должна быть выше
+35 °С.
Плотность воздуха при определенной температуре и нор-
мальном атмосферном давлении 101325 Па можно принять по
табл. 1.6.
Тепловыделения автомобильных двигателей, Вт:Ja L c c
Тa mк Gтк hк к cвк пк cк
3,6 Va 2
(1.5)
спд ссд
mд Gтд hд д свд ,
2где hк , hд – низшая теплотворная способность бензина и дизель-
ного топлива, hк = 44000 кДж/кг; hд = 42500 кДж/кг; к , д – до-
ля тепловыделений карбюраторных и дизельных двигателей,
к = 0,6; д = 0,45.
Тепловыделения устройств освещения, Вт:
Тосв = 1000 · · с , (1.6)
где – коэффициент перехода электроэнергии в тепло,
= 0,920,97; Nc – потребляемая мощность одновременно
включенных светильников, кВт. Значение Nc вычисляется по
формуле Nc = Nc1 · nсвет,сеч · (1000 · L) / sсвет, где Nc1 = 0,1...1,0 кВт
– потребляемая мощность одного светильника; nсвет,сеч = 2...3 –
количество светильников в поперечном сечении тоннеля; L –
длина тоннеля, км; sсвет = 5...10 м – шаг светильников по длине
тоннеля.
Тепловыделения находящихся в тоннеле людей, Вт:
Тл = раб · раб + вод · вод + пас · пас + пеш · пеш, (1.7)
где i – средние тепловыделения одного человека, Вт, величину
i принимают для ремонтных и эксплуатационных рабочих
раб =175 Вт, для водителей вод =115145 Вт, для пассажиров и
пешеходов пас = пеш = 80 Вт; i – максимальное количество лю-
дей, одновременно находящихся в тоннеле.
В курсовом проекте значение i допускается определять по
условиям нормального режима движения транспорта:
- для ремонтных и эксплуатационных рабочих из расчета
7 чел. на 1 км тоннеля, но не менее 7 чел. при длине тоннеля
менее 1 км и не более 30 чел. для длинных тоннелей, т.е.
раб=7·L; 7 ≤ раб ≤ 30;
- для водителей по формуле вод J a L Va ; (1.8)
- для пассажиров по формуле
пас J a L Va (к л ·m л к г ·mг кав ·mав ) , (1.9)где кл = 1...4 – количество пассажиров в легковых автомобилях;
кг = 1...2 – количество пассажиров в грузовых автомобилях;
кав = 20...60 – количество пассажиров в автобусах; Ja – в авт/ч,
L – в км, Va – в км/ч;
- для пешеходов из расчета 5 чел. на 1 км тоннеля, но не ме-
нее 5 чел. при длине тоннеля менее 1 км, т.е. пеш = 5·L; пеш ≥ 5.
Значения i округляются до целых чисел в большую сторону.
Тепловыделения породного массива (теплопотери через
обделку тоннеля), Вт:
Т пор
1000 ·П кон L tпор t т , (1.10)
Rо
где Пкон – периметр внутреннего контура тоннеля, м; tпор – сред-
няя температура породы на данной глубине, °С, определяемая по
Н h
формуле t пор tн , где H – глубина заложения тоннеля, м;
n
h – глубина пояса постоянных температур, равная 30...35 м;
n – величина геотермической ступени, определяется в зависимости от
отметки тоннеля выше уровня моря по табл. 1.7; Rо – сопротив-
ление теплопередаче обделки тоннеля, м2 · °С/Вт.
Сопротивление теплопередаче обделки тоннеля
1 1
Ro Rт , (1.11)
в н Таблица 1.7
где в – коэффициент теплопередачи Отметка, м n, м
внутренней поверхности обделки, прини- 0...100 20
мают для обделок c плоской поверхностью 101...300 25
в=8,7 Вт/(м2 · °С); для обделок с ребри- 301...500 30
501...1000 35
стой поверхностью в=7,54 Вт/(м2 · °С); 1001...1500 40
н – коэффициент теплопередачи наруж- 1501...2000 45
ной поверхности обделки тоннеля, при- 2001...2500 50
нимают для обделок, контактирующих с
сухой породой н = 5,8 Вт/(м2 · °С); для об-
делок, контактирующих с влажной поро-дой н = 11,6 Вт/(м2 · °С); Rт – термическое сопротивление обдел-
ки тоннеля, м2 · °С/Вт.
Величину Rт для многослойных конструкций (обделка, об-
лицовка, гидроизоляция, защитная обойма и пр.) определяют как
сумму сопротивлений отдельных слоев:
Rm Rmi i i , (1.12)
где i – толщина отдельного слоя, м; i – расчетный коэффици-
ент теплопроводности материала отдельного слоя, Вт/(м · °С)
(табл. 1.8).
Таблица 1.8
Материал i , Вт/(м · °С) Материал i , Вт/(м · °С)
Сталь 58 Цементно-
песчаный 0,680,90
Чугун 50
раствор
Кирпичная
Камень (мрамор, 0,460,87
33,5 кладка
гранит, базальт)
Гидроизол,
0,174
Железобетон 1,92 рубероид
Бетон 1,74 Полимеры 0,348
Величина Tпор может быть как положительной, так и отри-
цательной, в зависимости от величин tпор и tт. Если tпор больше
tт, то происходит передача тепла от породного массива через об-
делку в тоннель – теплоприход в тоннель и наоборот, если tт
больше tпор, происходит теплоуход, так как в любом случае тепло
уходит в более холодную область. В формуле (1.4) значение Tпор,
полученное по формуле (1.10), следует учитывать со своим знаком.
1.2.3. Выбор системы вентиляции
После определения требуемых расходов воздуха по ПДК СО
и теплоизбыткам в тоннеле определяется максимальное значение
требуемого расхода воздуха, м3/с:
Qmax max Qco , Qт . (1.13)Выбор системы вентиляции определяют по допустимой ско-
рости движения воздуха в транспортной зоне тоннеля Vв.
Вначале проверяют возможность применения продольной
(продольно-струйной) системы вентиляции в тоннеле при Vв 6.
Средняя скорость движения воздуха в транспортной зоне тонне-
ля, м/с: Vв Qmax S т , где S т – сечение транспортной зоны тон-
неля, м2.
При Vв 6 м/с принимают поперечную систему вентиля-
ции либо проверяют возможность применения комбинирован-
ных схем вентиляции или производят переконструирование сече-
ния тоннеля с целью увеличения площади транспортной зоны
тоннеля.
При предварительном выборе системы вентиляции допускается ис-
пользовать критерии, приведенные в табл. 1.9.
Таблица 1.9
Длина тоннеля Скорость движения
Система вентиляции
L, км воздуха в тоннеле Vв, м/с
Естественное проветривание ≤ 0,4 Vе Qmax S т
Продольная 0, 43 ≤6
Продольно-струйная 0, 43 ≤6
Поперечная > 1.2 >6
1.3. Давление воздуха
По нормативам, при длине автодорожных тоннелей менее
150 м вентиляция осуществляется только естественным провет-
риванием. В тоннелях длиной от 150 до 400 м искусственная вен-
тиляция может не устраиваться, если создается естественная тяга
воздуха, обеспечивающая предельно допустимую концентрацию
вредных газов и нормальный температурный режим в тоннеле.
Допустимость естественного проветривания в этом случае обос-
новывается расчетом.
Тоннели длиной более 400 м должны проветриваться с по-
мощью специально устроенных и расcчитанных вентиляционных
установок.1.3.1. Продольная система вентиляции
Поперечные сечения тоннелей сводчатого и кругового очер-
тания при продольной системе вентиляции приведены на рис. 1.6.
и 1.7.
Рис. 1.6. Поперечное сечение Рис. 1.7. Поперечное сече-
тоннеля сводчатого очертания при ние тоннеля кругового очерта-
продольной системе вентиляции ния при продольной системе
вентиляции
1.3.1.1. Определение факторов естественного проветривания
При продольной системе вентиляции в тоннелях длиной от
150 до 400 м проверяется возможность проветривания за счет ес-
тественных факторов, которые при самых невыгодных условиях
должны обеспечивать необходимую тягу воздуха.
Тяга воздуха определяется как алгебраическая сумма давле-
ний в тоннеле, Па, создаваемых совместным действием отдель-
ных факторов естественного проветривания:
Pe Pв Pt Pб Pа , (1.14)
где Рв, Рt, Рб, Ра – соответственно давления, вызванные действи-
ем ветра, разностью температур, барометрического давления ипоршневым эффектом автомобилей. Каждый из факторов может
действовать в любом направлении в зависимости от определен-
ных условий. В курсовом проекте допускается рассматривать все
факторы естественного проветривания с одним знаком для полу-
чения максимально возможной величины Ре.
Давление за счет динамического действия ветра, Па:
2
Pв 0,5 т Vвт cos 2 , (1.15)
где Vвт – скорость ветра, попутного или встречного движению
воздуха в тоннеле, м/с (для курсового проекта допускается при-
нимать 3...6 м/с), при попутном направлении ветра значение
Pв > 0, при встречном направлении ветра Pв < 0; – угол между
направлением ветра и осью тоннеля, град (для курсового проекта
допускается принимать 5...15°).
Давление, вызванное разностью температур воздуха на
поверхности и в тоннеле, Па:
Pt 9,81 H н т , (1.16)
где – разность высотных отметок порталов тоннеля, м, опре-
деляемая в зависимости от уклонов и длины тоннеля; при одно-
скатном продольном профиле H=L·i, где L – длина тоннеля, км;
i – продольный уклон тоннеля, ‰; н и т определяются для со-
ответствующих температур (по табл. 1.6), кг/м3.
Если температура воздуха в тоннеле выше, чем на поверх-
ности (в холодное время года), то воздух движется от нижнего
портала к верхнему, в противном случае – наоборот.
Давление за счет разности барометрических давлений у
порталов, Па:
Pб Pб1 Pб 2 . (1.17)
В курсовом проекте допускается вычислять давление Pб по
упрощенной формуле
Pб 9,9 H . (1.18)Давление, вызванное поршневым действием автомоби-
лей, движущихся в одном направлении, Па:
Pa S м S т ca т 2 N a Va Vв 2 , (1.19)
где Sм – миделево сечение автомобиля, м2; Sт – площадь попе-
речного сечения тоннеля, м2; са – коэффициент лобового сопро-
тивления автомобиля; Nа – количество автомобилей, одновре-
менно находящихся в тоннеле на одной полосе движения; Va –
скорость движения колонны автомобилей, м/с; Vв – средняя ско-
рость движения воздуха в тоннеле, м/с.
В формуле (1.19) знак «плюс» ставится тогда, когда направление
движения автомобилей совпадает с направлением движения воздуха, и
знак «минус» – когда не совпадают движения
автомобилей и воздуха. Для курсового проекта допускается рассматривать
один, наиболее невыгодный, случай, когда направление воздуха совпадает
с движением транспортного потока и при этом поршневой эффект оказы-
вает негативное влияние на проветривание.
Значения Sмi составляют: для легковых автомобилей малого
класса 1,52,0 м2, для легковых автомобилей среднего и боль-
шого класса 2,02,8 м2, для грузовых автомобилей 3,0 6,5 м2,
для автобусов 3,07,5 м2.
Значения саi принимают: для легковых автомобилей 0,4
0,5; для грузовых автомобилей 0,61,0; для автобусов 0,450,9
(первые числа – для автомобилей с хорошо обтекаемым, а вторые
– для автомобилей с плохо обтекаемым кузовом).
Для расчета принимают средневзвешенные значения Sм и са
(с учетом долей автомобилей в общем потоке):
S м S м , л m л S м , г mг S м , ав mав ;
(1.20)
cа c а , л m л cа , г mг cа , ав mав .
Количество автомобилей, одновременно находящихся в
тоннеле на одной полосе движения:
N a L J a 2Va . (1.21)
При длинах тоннелей 400 м и менее, определив суммарное
давление Pе и учитывая, что оно расходуется на преодоление со-противлений, возникающих в тоннеле, подсчитывают скорость
движения воздуха от естественных факторов проветривания в
тоннеле (с учетом всех сопротивлений), м/с:
2 Pе
Vе , (1.22)
1000 L
т тр i
d эт
где тр – коэффициент трения воздуха по внутренним стенкам
тоннеля; dэт – эквивалентный диаметр тоннеля, м;
Значения тр ориентировочно принимают для тоннелей:
- с гладкой бетонной поверхностью тр = 0,028;
- с ребристой поверхностью при обделке из железобетонных
тюбингов тр = 0,036;
- с ребристой поверхностью при обделке из чугунных тю-
бингов тр = 0,047.
i – сумма местных сопротивлений в тоннеле (табл. 1.10), при-
нимаемая для естественных факторов проветривания
i 9 1 3 8 .
Таблица 1.10
№
Вид местного сопротивления i
п/п
1 Вход в воздуховод по прямому направлению 0,5
2 Вход в воздуховод с поворотом 1,5
3 Выход из воздуховода по прямому направлению 1,0
4 Выход из воздуховода с поворотом 2,0
5 Поворот (отвод) на 900 круглый 0,10,3
6 Поворот (отвод) на 900 прямоугольный 0,20,6
7 Колено 900 0,41,1
8 Внезапное расширение потока 0,10,8
9 Внезапное сжатие потока 0,20,5
Эквивалентный диаметр воздуховодов некругового сеченияd эт 4 S т П т , (1.23)
где Sт – площадь поперечного сечения транспортной зоны тон-
неля в свету, м2; Пт – периметр поперечного сечения тоннеля,
соответствующий Sт, м.
Определив Vе, следует проверить условие Vе Q S т , при
соблюдении которого достаточность естественного проветрива-
ния можно считать обоснованной.
При длинах тоннелей более 400 м расчет скорости движения
воздуха Vе, создаваемой естественными факторами, не производит-
ся, так как используется искусственная вентиляция.
1.3.1.2. Расчет искусственной вентиляции
при продольной системе
При расчете искусственной вентиляции определяют давле-
ние подаваемого в тоннель воздуха, необходимое для преодоле-
ния сопротивлений, возникающих в тоннеле.
При продольной системе вентиляции возникают сопротив-
ления за счет сил трения воздуха по длине тоннеля, а также мест-
ные сопротивления при входе и выходе воздуха из тоннеля и при
поворотах, если трасса тоннеля располагается на кривой. В ряде
случаев учитывают сопротивление, вызванное естественной тя-
гой воздуха, направленной навстречу воздушному потоку, созда-
ваемому вентиляторами.
Сопротивление трения, т. е. потеря давления в воздуховоде
произвольного поперечного сечения, Па:
тр L т Vв2
P1 , (1.24)
d эт 2
где тр принимают по примечанию к формуле (1.22); L – длина
тоннеля (участка), м; dэт – определяют по формуле (1.23); Vв –
средняя скорость движения воздуха в тоннеле (см. подр. 1.2.3.),
м/с.Потери давления в местных сопротивлениях, Па:
т Vв2
P2 i . (1.25)
2
где i – сумма местных сопротивлений в тоннеле (см. табл.
1.10), принимается с учетом размещения вентиляционных уста-
новок, i 8 2 3 8 .
Полное необходимое давление воздуха в тоннеле определя-
ется суммой давлений: Pmax Pe P1 P2 , при этом дополни-
тельно учтено давление естественных факторов Ре как нега-
тивное.
1.3.2. Продольно-струйная система вентиляции
Поперечные сечения тоннелей сводчатого и кругового очер-
таний при продольно-струйной системе вентиляции приведены
на рис. 1.8 и 1.9.
Рис. 1.8. Поперечное Рис. 1.9. Поперечное
сечение тоннеля сводчатого сечение тоннеля кругового
очертания при продольно- очертания при продольно-
струйной системе вентиляции струйной системе вентиля-
ции1.3.2.1. Определение факторов естественного проветривания
Факторы естественного проветривания определяются анало-
гично подр. 1.3.1.1.
1.3.2.2. Расчет искусственной вентиляции
при продольно-струйной системе
Значение Pmax определяется по формулам подр. 1.3.1.2. При
продольно-струйной системе используются высокоскоростные
вентиляторы местного проветривания.
Технические характеристики струйных вентиляторов (мест-
ного проветривания) приведены в прил. 1.
Количество струйных вентиляторов подбирается исходя из
давления, создаваемого каждым вентилятором, определяемого по
формуле
S V V
Pсв k св св св 1 т Vв2 , (1.26)
S т Vв Vв
где k – коэффициент использования струи, k = 0,850,90; Sсв –
площадь поперечного сечения вентилятора на выходе (площадь
кольцевого сечения), м2 (см. прил.1); Vсв – скорость движения
воздуха у выходного отверстия вентилятора, м/с (см. прил.1).
1.3.3. Поперечная система вентиляции
Поперечные сечения тоннелей сводчатого и кругового очер-
таний при поперечной системе вентиляции приведены на рис.
1.10 и 1.11.
При поперечной системе вентиляции сопротивления трения
возникают в продольных и поперечных вентиляционных каналах,
а местные сопротивления – при входе и выходе воздуха из кана-
лов, при поворотах, сужениях и расширениях воздуховодов и пр.
При поперечной системе вентиляции с промежуточными
шахтными стволами необходимо также учитывать сопротивлениетрения при движении воздуха по шахтному стволу или устроен-
ным в нем каналам и местные сопротивления при входе и выходе
воздуха из шахтного ствола, поворотах и пр.
В курсовом проекте допускается не учитывать наличие
шахтных стволов в системе поперечной вентиляции.
Давление Pmax определяется как сумма давлений P1,прод,
P2,прод в продольном канале и P1,пк, P2,пк в поперечных каналах:
Pmax = P1,прод + P2,прод + P1,пк + P2,пк. При определении Pi учиты-
ваются характеристики поперечных сечений продольного канала
и поперечных каналов.
P1,прод определяется по формуле (1.24), при этом тр при-
нимают по примечанию к формуле (1.22); L = Lуч – длина участка
вентиляции, м; dэт определяют по формуле dэт = 4 · Sпрод / Ппрод,
где Sпрод и Ппрод – площадь сечения и периметр продольного ка-
нала соответственно.
Vв = Vпрод – средняя скорость движения воздуха в продоль-
ном канале, м/с, определяемая по формуле Vпрод = Qуч / Sпрод,
где Qуч = Qmax / nуч.
Рис. 1.10. Поперечное Рис. 1.11. Поперечное
сечение тоннеля сводчатого сечение тоннеля кругового
очертания при поперечной очертания при поперечной
системе вентиляции системе вентиляцииnуч – количество участков вентиляции по длине тоннеля.
Количество участков назначается из условий:
- длина участка Lуч = 600...800 м;
- скорость движения воздуха в продольном канале Vпрод ≤ 20 м/с.
P2,прод определяется по формуле (1.25), при этом Vв = Vпрод –
средняя скорость движения воздуха в продольном канале, м/с;
i – сумма местных сопротивлений в тоннеле (см. табл.
1.10), принимается с учетом размещения вентиляционных уста-
новок, i 8 2 3 9 .
Для определения давления P1,пк задаются предварительными
размерами и количеством поперечных каналов исходя из усло-
вий:
- поперечные каналы имеют прямоугольное поперечное се-
чение;
- высота поперечного канала hпк = 80...150 мм;
- ширина поперечного канала bпк = 550...2250;
- шаг поперечных каналов пк вдоль тоннеля назначается в
пределах 4...6 м;
- скорость движения воздуха в поперечном канале Vпк ≤ 5 м/с.
Количество поперечных каналов nпк определяется по фор-
муле nпк = Lуч / пк с округлением до целого в большую сторону.
P1,пк определяется по формуле (1.24), при этом тр принимают
для поперечных каналов, облицованных листовой сталью, ас-
боцементными листами или винипластом 0,08...0,10; L = Lпк=
= lпк = nпк · lпк – длина всех поперечных каналов, м. Длина од-
ного поперечного канала lпк определяется графически по чертежу
поперечного сечения тоннеля с учетом размещения вентиляцион-
ных каналов.
dэт определяется по формуле dэт = 2 hпк · bпк / ( hпк + bпк ).
Скорость движения воздуха в поперечном канале Vпк опре-
деляется по формуле Vпк = Qуч / (nпк · hпк · bпк ).
P2,пк определяется по формуле (1.25), при этом Vв = Vпк –
средняя скорость движения воздуха в поперечном канале,
м/с; i сумма местных сопротивлений в тоннеле (см.табл.1.10), принимается с учетом размещения поперечных каналов, их
количества и конфигурации:
- для тоннелей сводчатого очертания
i 9 1 5 5 3 8 nпк ;
- для тоннелей кругового очертания
i 9 1 3 8 ппк .
1.4. Выбор вентиляционного оборудования
После определения требуемых значений Qmax и Pmax опреде-
ляют расчетные значения расхода и давления воздуха. Расчетные
значения принимают с учетом возможных потерь порядка 510 %:
Q p 1,051,10 Qmax ;
(1.27)
Pp 1,051,10 Pmax .
Определив расчетный расход воздуха Qр и требуемое давле-
ние Рр , выбирают необходимое вентиляционное оборудование.
Для проветривания тоннелей применяют центробежные и
осевые вентиляторы главного проветривания, а также струйные
высокоскоростные вентиляторы местного проветривания.
Вентиляторы подбирают по их характеристикам, которые
выражают зависимость между основными параметрами их рабо-
ты: производительностью и давлением при различной частоте
вращения и разных коэффициентах полезного действия.
В первом приближении выбор типа вентиляторов можно
производить по их основным параметрам, приведенным в
прил. 1 – 5.
В случае если один вентилятор не удовлетворяет расчетным
значениям Qр и Рр , выбирают несколько вентиляторов, объединяя
их по параллельной или последовательной схеме.
При параллельной схеме общий расход воздуха, подаваемо-
го в воздуховод, будет равен сумме производительности всех ус-
тановленных параллельно вентиляторов, а общее давление не бу-
дет превышать давления, создаваемого каждым из вентиляторов.При последовательной схеме общее давление равно сумме
давлений всех вентиляторов, а производительность соответствует
производительности каждого из вентиляторов.
Тоннельные вентиляторы должны удовлетворять следую-
щим требованиям:
- иметь большую производительность (порядка 180...250
тыс. м3/ч) и минимальные размеры;
- обладать широким диапазоном допустимого изменения
производительности (в пределах 70...250 тыс. м3/ч);
- иметь наибольший КПД при оптимальном режиме работы;
- обладать возможностью реверсирования движения воздуха;
- при реверсировании производительность вентилятора
должна составлять не менее 80 % его производительности в пря-
мом режиме;
- обеспечивать устойчивую параллельную работу двух оди-
наковых вентиляторов;
- иметь надежную, простую в обслуживании, маловибраци-
онную, малошумную конструкцию.
В большей степени этим требованиям удовлетворяют осе-
вые вентиляторы. Центробежные вентиляторы являются более
производительными и менее шумными, но уступают осевым по
другим показателям и не реверсируются.
1.4.1. Продольная система вентиляции
При продольной системе используются центробежные и
осевые вентиляторы главного проветривания (см. прил. 4, 5), ко-
торые устанавливаются у порталов в специальных помещениях
(рис. 1.1, 1.12).
1.4.2. Продольно-струйная система вентиляции
Струйные вентиляторы размещают непосредственно на сте-
нах или под сводом тоннеля, над тротуарами или непосредственно
над проезжей частью так, чтобы ось каждого вентилятора была
параллельна оси тоннеля. Можно располагать струйные вентиля-
торы и в специальных нишах в стенах или своде (см. рис. 1.2).Рис. 1.12. Схемы вентиляционных установок горного (а), подводно- го (б) и городского (в) тоннелей: 1 – центробежный вентилятор; 2 – вен- тиляционная камера; 3 – жалюзи; 4 – тоннель; 5 – направление движения воздуха; 6 – щелевое отверстие; 7 – диффузор; 8 – осевой вентилятор; 9 – вытяжной шахтный ствол; 10 – вентиляционный канал; 11 – вентиляцион- ный киоск
Количество рядов (ступеней) струйных вентиляторов вдоль
тоннеля определяют так:
nсв = Pр / Pсв, (1.28)
где Рсв – см. формулу (1.26).
Требуемое количество струйных вентиляторов в попереч-
ном сечении nсв,сеч определяется по расходу воздуха, создаваемо-
му одним струйным вентилятором: nсв,сеч = Qр / ( Qсв · nсв ), где
Qсв принимается по прил. 1, в зависимости от выбранного типа
вентилятора местного проветривания.
1.4.3. Поперечная система вентиляции
При поперечной системе вентиляции используются центро-
бежные и осевые вентиляторы главного проветривания (см. прил.
4, 5), которые размещают непосредственно у порталов тоннелей
или в подземных камерах (см. рис. 1.3, 1.12).
1.5. Алгоритмы расчета
вентиляции автодорожных тоннелей
1.5.1. Продольная система вентиляции
I. Определение расхода воздуха, подаваемого в тоннель:
- принимается состав транспортного потока mл, mгк, mгд, mав;
- вычисляются составляющие транспортного потока m, mк, mд,
mл,кп, mгк,кп, mав,кп, mгд,дп;
1. Расчет по предельно допустимой концентрации СО:
- вычисляются значения qk и qд по формулам (1.2);
- вычисляется расход воздуха по формуле (1.1).
2. Расчет по теплоизбыткам:
- назначаются температура воздуха в тоннеле и наружная тем-
пература воздуха;
- вычисляются тепловыделения автомобильных двигателей по
формуле (1.5);
- принимается схема размещения светильников и вычисляют-
ся тепловыделения устройств освещения по формуле (1.6);- вычисляются тепловыделения находящихся в тоннеле людей
по формуле (1.7);
- определяется средняя температура породы на глубине зало-
жения тоннеля;
- определяется термическое сопротивление обделки тоннеля
по формуле (1.12) с учетом конструкции обделки;
- определяется сопротивление теплопередаче обделки тоннеля
по формуле (1.11);
- вычисляются тепловыделения породного массива (теплопо-
тери через обделку тоннеля) по формуле (1.10);
- определяются суммарные теплоизбытки в тоннеле по формуле (1.4);
- определяется расход воздуха по формуле (1.3);
- определяется максимальное значение требуемого расхода
воздуха по ПДК СО и теплоизбыткам в тоннеле по формуле
(1.13);
- определяется площадь сечения транспортной зоны тоннеля
(рис. 1.13);
- вычисляется средняя скорость движения воздуха в транс-
портной зоне тоннеля по максимальному расходу воздуха;
- при средней скорости движения воздуха в транспортной зо-
не тоннеля не более 6 м/с применение продольной системы
вентиляции считается обоснованным;
S
S
Рис. 1.13. Определение площади сечения транспортной зоны тоннеля- при значениях средней скорости движения воздуха в транс-
портной зоне тоннеля более 6 м/с производят переконструи-
рование сечения тоннеля с целью увеличения площади се-
чения транспортной зоны либо принимают поперечную сис-
тему вентиляции.
II. Определение давления воздуха и выбор вентиляционной
установки:
- назначается схема размещения вентиляционных установок
(либо на одном портале, либо на двух порталах при
Qmax>500 м3/с);
1. Определение факторов естественного проветривания:
- принимается скорость ветра и угол между направлением
ветра и осью тоннеля и определяется давление воздуха, вы-
званное действием ветра по формуле (1.15);
- определяется давление воздуха, вызванное разностью тем-
ператур воздуха на поверхности и в тоннеле по формуле
(1.16);
- определяется давление воздуха за счет разности барометри-
ческих давлений у порталов по формуле (1.18);
- определяется давление воздуха, вызванное поршневым дей-
ствием автомобилей, движущихся в одном направлении, по
формуле (1.19);
- определяется суммарное давление воздуха, вызванное есте-
ственными факторами, по формуле (1.14).
2. При длине тоннеля 400 м и менее проверяется возможность
естественного проветривания:
- определяется скорость движения воздуха от естественных
факторов по формуле (1.22);
- производится сравнение скорости движения воздуха от ес-
тественных факторов и средней скорости движения воздуха
в транспортной зоне тоннеля, при Vе >Vв естественное про-
ветривание считается обоснованным.
3. При длине тоннеля более 400 м применяется искусственная
вентиляция. Расчет искусственной вентиляции:
- вычисляется давление, требуемое на преодоление сопротив-
лений трения, по формуле (1.24);- вычисляется давление, требуемое на преодоление местных
сопротивлений, по формуле (1.25);
- определяется полное давление с учетом естественных фак-
торов.
4. Выбор вентиляционной установки:
- определяются расчетные значения расхода и давления воз-
духа по формулам (1.27);
- по полученным расчетным значениям подбираются венти-
ляторы из прил. 4, 5;
- при необходимости назначается количество вентиляторов в
вентиляционной установке по последовательной или парал-
лельной схеме.
1.5.2. Продольно-струйная система вентиляции
I. Определение расхода воздуха по предельно допустимой
концентрации СО и по теплоизбыткам:
- принимается состав транспортного потока mл, mгк, mгд, mав;
- вычисляются составляющие транспортного потока mг , mк ,
mд, mл,кп, mгк,кп, mав,кп, mгд,дп;
- вычисляются значения qk и qд по формулам (1.2);
- вычисляется расход воздуха, требуемый по условию сниже-
ния концентрации СО до предельно допустимой, по формуле (1.1);
- назначаются температура воздуха в тоннеле и наружная
температура воздуха;
- вычисляются тепловыделения автомобильных двигателей
по формуле (1.5);
- принимается схема размещения светильников и вычисляют-
ся тепловыделения устройств освещения по формуле (1.6);
- вычисляются тепловыделения находящихся в тоннеле лю-
дей по формуле (1.7);
- определяется средняя температура породы на глубине зало-
жения тоннеля;
- определяется термическое сопротивление обделки тоннеля
по формуле (1.12) с учетом конструкции обделки;
- определяется сопротивление теплопередаче обделки тонне-
ля по формуле (1.11);- вычисляются тепловыделения породного массива (теплопо-
тери через обделку тоннеля) по формуле (1.10);
- определяются суммарные теплоизбытки в тоннеле по фор-
муле (1.4);
- определяется расход воздуха, требуемый по условию удале-
ния из тоннеля избыточного тепла и установления нормаль-
ного температурного режима, по формуле (1.3);
- определяется максимальное значение требуемого расхода
воздуха по ПДК СО и теплоизбыткам в тоннеле по формуле
(1.13);
- определяется площадь сечения транспортной зоны тоннеля
(см. рис. 1.13);
- вычисляется средняя скорость движения воздуха в транс-
портной зоне тоннеля по максимальному расходу воздуха;
- при средней скорости движения воздуха в транспортной зо-
не тоннеля не более 6 м/с применение продольно-струйной
системы вентиляции считается обоснованым;
- при значениях средней скорости движения воздуха в транс-
портной зоне тоннеля более 6 м/с производят переконструи-
рование сечения тоннеля с целью увеличения площади се-
чения транспортной зоны либо принимают поперечную сис-
тему вентиляции.
II. Определение давления воздуха и выбор вентиляци-
онных установок:
1. Определение факторов естественного проветривания:
- принимается скорость ветра и угол между направлением
ветра и осью тоннеля и определяется давление воздуха, вы-
званное действием ветра по формуле (1.15);
- определяется давление воздуха, вызванное разностью тем-
ператур воздуха на поверхности и в тоннеле по формуле
(1.16);
- определяется давление воздуха за счет разности барометри-
ческих давлений у порталов по формуле (1.18);
- определяется давление воздуха, вызванное поршневым дей-
ствием автомобилей, движущихся в одном направлении, по
формуле (1.19);- определяется суммарное давление воздуха, вызванное есте-
ственными факторами, по формуле (1.14).
2. При длине тоннеля 400 м и менее проверяется возможность
естественного проветривания:
- определяется скорость движения воздуха от естественных
факторов по формуле (1.22);
- производится сравнение скорости движения воздуха от ес-
тественных факторов и средней скорости движения воздуха
в транспортной зоне тоннеля, при Vе > Vв естественное про-
ветривание считается обоснованным.
3. При длине тоннеля более 400 м применяется искусственная
вентиляция. Расчет искусственной вентиляции:
- вычисляется давление, требуемое на преодоление сопротив-
лений трения, по формуле (1.24);
- вычисляется давление, требуемое на преодоление местных
сопротивлений, по формуле (1.25);
- определяется полное давление с учетом естественных фак-
торов.
4. Выбор вентиляционной установки:
- определяются расчетные значения расхода и давления воз-
духа по формулам (1.27);
- предварительно выбирается осевой вентилятор местного
проветривания (струйный) по прил. 1;
- определяется давление, создаваемое одним вентилятором,
по формуле (1.26);
- определяется требуемое количество вентиляторов по длине
тоннеля для обеспечения необходимого давления воздуха в
системе по формуле (1.28);
- назначается фактическое количество и шаг струйных венти-
ляторов по длине тоннеля (округляется требуемое количест-
во в большую сторону);
- при необходимости выбирается более или менее мощный
вентилятор из рекомендаций по назначению расстояния ме-
жду струйными вентиляторами вдоль тоннеля (см. подр. 1.1);
- определяется необходимое количество вентиляторов в по-
перечном сечении тоннеля для обеспечения требуемого рас-
хода воздуха на вентилируемом участке (см. подр. 1.4.2).1.5.3. Поперечная система вентиляции
I. Определение расхода воздуха, подаваемого в тоннель:
- принимается состав транспортного потока mл, mгк, mгд, mав;
- вычисляются составляющие транспортного потока mг, mк,
mд, mл,кп, mгк,кп, mав,кп, mгд,дп;
1. Расчет по предельно допустимой концентрации СО:
- вычисляются значения qk и qд по формулам (1.2);
- вычисляется расход воздуха по формуле (1.1).
2. Расчет по теплоизбыткам:
- назначаются температура воздуха в тоннеле и наружная
температура воздуха;
- вычисляются тепловыделения автомобильных двигателей
по формуле (1.5);
- принимается схема размещения светильников и вычисляют-
ся тепловыделения устройств освещения по формуле (1.6);
- вычисляются тепловыделения находящихся в тоннеле лю-
дей по формуле (1.7);
- определяется средняя температура породы на глубине зало-
жения тоннеля;
- определяется термическое сопротивление обделки тоннеля
по формуле (1.12) с учетом конструкции обделки;
- определяется сопротивление теплопередаче обделки тонне-
ля по формуле (1.11);
- вычисляются тепловыделения породного массива (теплопо-
тери через обделку тоннеля) по формуле (1.10);
- определяются суммарные теплоизбытки в тоннеле по фор-
муле (1.4);
- определяется расход воздуха по формуле (1.3);
- определяется максимальное значение требуемого расхода
воздуха по ПДК СО и теплоизбыткам в тоннеле по формуле
(1.13).
II. Определение давления воздуха и выбор вентиляцион-
ной установки:
- назначается предварительное количество участков провет-
ривания для каждой вентиляционной установки (учитываяпроизводительность вентиляторов главного проветривания
по прил. 4, 5);
1. Расчет давления в продольном канале (приточном или вы-
тяжном):
- графически определяются площади приточного и вытяжно-
го продольных каналов (рис. 1.14);
- расчет производится на минимальную площадь сечения
приточного или вытяжного продольного канала Sпрод;
- определяется средняя скорость движения воздуха Vпрод в
расчетном продольном канале (см. подр. 1.3.3);
- при Vпрод >20 м/с производят переконструирование сечения
тоннеля с целью увеличения площади сечения продольных
вентиляционных каналов либо увеличивают количество
участков проветривания с учетом рекомендуемой длины
участка 600...800 м;
- определяется периметр расчетного продольного канала и
вычисляется эквивалентный диаметр продольного канала по
формуле (1.23), принимая в формуле площадь и периметр
для продольного канала;
- вычисляется давление P1,прод, требуемое на преодоле-
ние сопротивлений трения, по формуле (1.24), принимая
в формуле коэффициент трения для продольных каналов,
длину вентилируемого участка, плотность подаваемого
Sпрод вытяжной
Sпрод Sпрод
приточный вытяжной
Поперечный
канал
Поперечный
канал Sпрод
приточный
Рис. 1.14. Определение площади сечения продольных каналоввоздуха, скорость движения воздуха в продольном канале
Vпрод и эквивалентный диаметр продольного канала (см.
подр. 1.3.3);
- вычисляется давление P2,прод, требуемое на преодоление ме-
стных сопротивлений, по формуле (1.25), учитывая реко-
мендации подр. 1.3.3.
2. Расчет давления в поперечных каналах:
- назначается предварительный шаг поперечных каналов
(4...6 м) на участке проветривания с учетом рекомендаций
подр. 1.1, 1.3.3;
- определяется количество поперечных каналов на участке по
формуле nпк = Lуч / пк с округлением до целого в большую
сторону;
- назначается скорость движения воздуха Vпк в поперечном
канале (3...5 м/с);
- определяется требуемая площадь сечения поперечных кана-
лов по формуле Sпк = Qуч /(nпк·Vпк);
- назначаются размеры сечения поперечных каналов hпк и bпк
в соответствии с требуемой площадью сечения поперечного
канала и с учетом рекомендаций подр. 1.1, 1.3.3, (hпк · bпк)≥ Sпк;
- определяется эквивалентный диаметр поперечного канала
по формуле dЭТ = 2 · hпк · bпк / ( hпк + bпк );
- графически определяется длина поперечного канала lпк;
- вычисляется давление P1,пк, требуемое на преодоление со-
противлений трения в поперечных каналах, по формуле
(1.24), принимая в формуле коэффициент трения для попе-
речных каналов, суммарную длину всех поперечных кана-
лов на вентилируемом участке, плотность подаваемого воз-
духа, скорость движения воздуха в поперечном канале Vпк и
эквивалентный диаметр поперечного канала (см. подр.
1.3.3);
- вычисляется давление P2,пк, требуемое на преодоление ме-
стных сопротивлений в системе "продольный канал – попе-
речный канал – тоннель", по формуле (1.25) с учетом коли-
чества поперечных каналов в пределах вентилируемого участка;- определяется общее давление, требуемое для преодоления
сопротивлений, возникающих в продольных и поперечных
каналах как сумма Pi.
3. Выбор вентиляционной установки:
- определяются расчетные значения расхода и давления воз-
духа по формулам (1.27);
- по полученным расчетным значениям подбираются венти-
ляторы из прил. 4, 5;
- при необходимости назначается количество вентиляторов в
вентиляционной установке по последовательной или парал-
лельной схеме.
2. ВЕНТИЛЯЦИЯ ТОННЕЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНА
2.1. Общие положения
Для вентиляции тоннелей метрополитенов используется
обычный наружный городской воздух, поступающий через вен-
тиляторные установки, которые располагают в середине каждого
перегона и на каждой станции.
Для метрополитенов городов, где средняя температура са-
мого холодного месяца ниже 0 °C, существуют два режима вен-
тиляции – зимний и летний. Зимой вентиляционные установки,
расположенные на перегонах, работают на приток свежего возду-
ха, а вентиляционные установки, расположенные на станциях, –
на вытяжку, т.е. на станции подается более теплый воздух по
сравнению с наружным, согревшимся при прохождении по пере-
гонному тоннелю (рис. 2.1). Летом вентиляционные установки
на перегонах работают на вытяжку, а станционные – на приток, т.
е. свежий наружный воздух поступает непосредственно на станции.
Количество воздуха, необходимое для проветривания линии
метрополитена, определяют с учетом поступающих в тоннели те-
пла, влаги и вредных газов. Как правило, основной вредностью
являются тепловыделения. Обычно объем воздуха, рассчитан-
ный по теплоизбыткам, достаточен для поглощения влаги и раз-
бавления углекислого и других вредных газов до допустимой
концентрации.а)
)
Станция Сбойка между
тоннелями Ст
б) 0,5l
)
Сбойка между
Ст тоннелями Ст
l
Рис. 2.1. Схема вентиляции линии метрополитена:
а – зимний режим; б – летний режим
2.2. Расчет вентиляции линии метрополитена
2.2.1. Расчет необходимого количества воздуха
по теплоизбыткам
Теплоизбытки образуются как разность между теплоприто-
ком в тоннелях и теплоуходом через обделку тоннелей в породу.
Теплота на линии метрополитена выделяется поездами, людьми,
электроосвещением и другим различным электрооборудованием,
расположенным в тоннелях и на станциях.
Тепло, выделяемое поездами метрополитена, Вт:
Т1 2 N m · 53 · L · Pваг , (2.1)
где 2 – число путей в перегонных тоннелях (значение парности
поездов); N – число пар поездов в час, движущихся по трассе
тоннеля (интенсивность движения), поезд/ч; m – количество ва-
гонов в составе поезда (5 или 6); 53 – приведенный расход элек-
троэнергии, затрачиваемый на движение поезда и потери в токо-
ведущем рельсе, Вт·ч/(т·км); L – длина вентилируемого участкалинии, км; Рваг – масса одного вагона с людьми, допускается
принимать ориентировочно 50 т.
Тепло, выделяемое людьми, Вт:
Т2 n , (2.2)
где – полное количество тепла, выделяемое одним человеком,
Вт, принимают при tвозд= 10 °C 180 Вт; 20 °C 151 Вт; 30 °C
149 Вт; n – количество пассажиров, одновременно находящихся
на расчетном участке трассы,
2 60 L m nваг
n nпл , (2.3)
V t
здесь nваг – количество пассажиров в одном вагоне, принимаемое
для расчета в размере 70 % от максимального наполнения в часы
«пик» (максимальное наполнение вагона составляет от 280 до 300
чел.); V – средняя скорость движения поездов (3540 км/ч); t –
интервал между поездами, мин (при 40 парах поездов в час t = 1,5
мин), допускается определять по формуле t 60 N ; nпл – количе-
ство людей, одновременно находящихся на платформе станции,
nпл = пзап · m · (nв + nп) / 100, (2.4)
где пзап – среднее расчетное заполнение вагона (прил. 6); (пв+пп) –
высадка и посадка пассажиров на станции, %, по отношению к
общему количеству пассажиров в одном вагоне, обычно состав-
ляет от 20 до 50 %.
Тепло, выделяемое электроосвещением и оборудованием, Вт:
а) во время движения поездов:
T3 2 Эпер L Lпл Эст Эоб Эвент , (2.5)
б) во время прекращения движения:
( L Lпл ) Эст
T4 2 Эпер Эоб
Эвент , (2.6)
lваг m 8
где Lпл – длина платформы станции, км, Lпл , здесь
1000
lваг – длина вагона по центрам автосцепок (см. прил. 6);Вы также можете почитать
