انواع راه ها و متدهای مطالعات تهویه تونل(Tunnel ventilation methods)
تهویه هوای تونل چیست؟
تهویه تونل(Tunnel ventilation) شامل مجموعه روش ها، محاسبات، سیمولیشن(نرم افزار)، و تجهیزات نصب شده در تونل(سخت افزار)، به ویژه جت فن است که با هدف بهتر شدن کیفیت هوای داخل تونل های بین شهری و درون شهری اجرا می شود.
علت اصلی اینکه تهویه تونل را به عنوان یک بخش مهم از مطالعات طراحی و ساخت در نظر می گیرند این است که به مرور زمان و بر اثر حرکت خودروها در داخل تونل، مقدار گازهای آلاینده ای مانند دی اکسید کربن، اکسیدهای ازت و نیتروژن، اکسید های گوگرد و دوده در تونل که یک محیط سر بسته است بالا می رود. در این شرایط اگر نتوانیم این گازهای سمی را از داخل تونل خالی کنیم، مسافران خودروها دچار مسمومیت می شوند و در مواردی هم به علت سرگیجه و بیهوشی راننده، احتمال بروز تصادفات شدید وجود دارد. به عنوان مثال شاید شما فیلم هایی از تصادف موتور سواران در داخل تونل توحید را دیده باشید. در بسیاری از این موارد، موتور سوار به علت اینکه به صورت مستقیم با گازهای آلاینده ای مانند CO2 در ارتباط است، و همچنین به دلیل زیاد بودن طول تونل توحید، در یک لحظه هوشیاری خود و کنترل موتور سیکلت را از دست می دهد. به همین خاطر است که تردد موتور در داخل تونل های شهری ممنوع است. روش های اصلی طراحی و اجرای تهویه تونل و تهویه زیر گذر را می توان به شرح زیر طبقه بندی کرد:
الف) تهویه طبیعی تونل و زیر گذر
ب) تهویه ناشی از اثر پیستونی حرکت خودرو و قطار
د) تهویه عرضی و نیمه عرضی تونل و زیرگذر
ه) بهبود شرایط هوا به کمک مواد شیمیایی
در ادامه به معرفی و بررسی معایب هر یک از این روش ها می پردازیم.
حالت های کلی طراحی تهویه در تونل
استفاده از جت فن طراحی و اجرای تهویه طولی
تهویه طبیعی تونل
Natural ventilation in tunnel
تهویه طبیعی تونل عبارت است از حرکت طبیعی هوا که در اثر اختلاف فشار بین دو دهانه ورودی و خروجی تونل ایجاد می شود. این اختلاف فشار ناشی از موارد زیر می باشد:
- اختلاف ارتفاع در دو دهانه تونل یا زیرگذر
- اختلاف دما در دو دهانه
- اثر باد در تونل
تصویر یک تونل کوتاه که تهویه طبیعی در آن اتفاق میافتد و نیاز به تهویه مکانیکی تونل ندارد.
جریان طبیعی هوا در داخل تونل را می توان به صورت طولی یا از طریق کانال مرکزی انجام داد. در واقع تهویه طبیعی هوا نیاز به تجهیزات متحرک و مکانیکی ندارد و بدون مصرف انرژی اتفاق می افتد. تهویه طبیعی در تونل هایی که طول بسیار کمی دارند، بصورت خود بخود اتفاق میافتد و نیاز به طراحی نیست.
مزایا و فواید تهویه طبیعی
- این روش تهویه نیاز به هزینه اولیه و خرید تجهیزات ندارد.
- روش تهویه طبیعی تونل هزینه تعمیرات و نگهداری را به صفر می رساند.
معایب و مشکلات تهویه طبیعی تونل
- کارآیی تهویه طبیعی به شرایط جوی بستگی دارد و نمی شود آن را کنترل کرد.
- تهویه طبیعی فقط در تونل هایی با طول کمتر از 170 متر (مگر در شرایط خاص) قابل قبول است.
طراحی و مطالعات تهویه تونل
شبیه سازی آتش سوزی و دود در داخل تونل
شرکت آراکو، محمد قربانعلی بیک
09124780268
02166129745
02166561974
تهویه تونل به خاطر اثر پیستونی حرکت خودرو و قطار
Piston effect in tunnel
حرکت خودروها در داخل تونل با سرعتی متفاوت از سرعت هوای متوسط، باعث ایجاد اختلاف فشار در داخل تونل می شود. با توجه به یک طرفه یا دو طرفه بودن ترافیک تونل و همچنین تعداد اتومبیل ها، امکان تهویه به کمک اثر پیستونی در تونل-Piston effect وجود دارد.
در مفهوم تهویه پیستونی تونل، هر وسیله نقلیه که در داخل تونل حرکت می کند، اثری شبیه یک پیستون در اخل یک لوله بلند دارد. بدلیل اختلاف فشار جلو و عقب اتومیبل(فشار زیاد در جلو و فشار کم در عقب) نیرویی ایجاد می شود که هوای داخل تونل را به حرکت در می آورد. بیشترین تاثیر تهویه پیستونی، در تونل های یک طرفه است. به خاطر حرکت خودروها در داخل تونل یک طرفه، همیشه جریان هوایی از سمت دهانه ورودی تونل به سمت دهانه خروجی در جریان است.
تصویر نحوه ایجاد اثر پیستونی در داخل تونل
شدت جریان هوایی که به خاطر اثر پیستونی در تونل ایجاد می شود به عوامل زیر بستگی دارد:
- نوع وسیله نقلیه داخل تونل و مشخصات آئرودینامیکی
- سرعت حرکت خودرو در داخل تونل
- ترافیک مسیر
- وضعیت هندسی و مشخصات آئرودینامیک تونل
مزایای استفاده از اثر پیستونی در تهویه تونل
- بی نیاز بودن از سرمایه گذاری اولیه
- هزینه های بهره برداری در روش تهویه پیستونی صفر است.
معایب روش پیستونی در تهویه تونل
- اثر پیستونی در تونل های دو طرفه معمولا به صف می رسد.
- اگر در داخل تونل تصادف، آتش سوزی یا ترافیک باعث کم شدن سرعت خودرو ها شود، اثر پیستونی از بین می رود.
تهویه طولی تونل
Longitudinal ventilation in tunnel
در این سیستم هوا درتونل به صورت اجباری (تهویه مکانیکی) جریان می یابد. شدت جریان هوای لازم به میزان آلودگی بستگی دارد و به همین دلیل مقدار هوای مورد نیاز برای تهویه بهداشتی با افزایش طول تونل افزایش می یابد. در روش تهویه طولی، می توان با نصب بادزن های تقویتی در تونل به جریان هوا شتاب داد.
روش تهویه طولی تونل را می توان به 3 حالت زیر انجام داد :
تهویه طولی با استفاده از بادزن اصلی
در این روش تهویه تونل با نصب فن دمنده و مکنده ابتدا و انتهای تونل، هوا را در طول تونل به حرکت در می آوریم.
این سیستم تهویه فقط در مورد تونل های یک طرفه کارآیی دارد و هوا از جهتی به تونل دمیده می شود که اثر پیستونی و تهویه طبیعی به آن کمک کند. در این حالت سرعت هوا در تونل ثابت است و تمرکز آلودگی ها از صفر در دهانه تونل ورودی تا مقدار حداکثر در دهانه خروجی تغییر می کند.
مزایای تهویه طولی تونل با استفاده از بادزن اصلی
- کم شدن مقاومت آئرودینامیک و در نتیجه کاهش مصرف سوخت به دلیل استفاده از تمام مقطع تونل برای عبور هوا
- اشغال نکردن فضای تونل در دیوار و سقف
- نیاز نداشتن به سرمایه گذاری اولیه زیاد
- کم بودن هزینه های بهره برداری و تعمیرات و نگهداری
معایب سیستم تهویه طولی مکانیکی تونل با بادزن اصلی
- مهمترین مشکل این روش این است که ممکن است به دلیل تغییر شرایط جوی، جهت جریان تهویه طبیعی در جهت عکس تهویه مکانیکی عمل کند.
- کارآیی نداشتن در تونل های دو طرفه
- محدودیت سرعت هوا در تونل(به دلیل جلوگیری از ایجاد ناراحتی برای مسافران) بین 8 تا 10 متردرثانیه
تهویه طولی تونل با استفاده از دویل یا شفت
در این روش تهویه تونل با استفاده از شفت، یک کانال در مرکز تونل حفر شده و بادزن تهویه در آن نصب می شود. با مکش هوا به کمک این فن یا بادزن، هوا از دو طرف تونل وارد و از کانال خارج می شود. در این روش جهت سرعت هوا در دو نیمه تونل مخالف هم است. این روش فقط در بعضی از تونل های دو طرفه کاربرد دارد. دلیل این که روش تهویه تونل با شفت، برای تونل یک طرفه مناسب نیست این است که جهت حرکت هوا در نیمی از تونل بر خلاف جهت حرکت خودرو ها است و باعث می شود اثر پیستونی خنثی شود. به این ترتیب در نیمی از تونل تهویه به صورت مناسب اتفاق نمی افتد.
روش تهویه مکانیکی تونل با شفت و کانال میانی، در تهویه تونل های مترو و قطار شهری بسیار کاربرد دارد و اکثر مدل های تهویه تونل مترو بر اساس این روش است.
تهویه مکانیکی تونل مترو با استفاده از شفت
تهویه طولی تونل با استفاده از جت فن (Jet fan)
روش تهویه طولی تونل با استفاده از جت فن، متداول ترین روش تهویه مکانیکی تونل است. تهویه تونل با استفاده از جت فن در تونل های یک طرفه و دو طرفه کاربرد دارد. در این روش به کمک نصب جت فن jet fan در سقف تونل، هوا را در قسمت بالایی مقطع هندسی تونل به جریان درمیاوریم و تهویه طولی را انجام می دهیم. در تهویه طولی تونل با جت فن، سرعت بالای هوایی که در اطراف جت فن ها در حرکت است باعث می شود، هوا در قسمت های پایینی تونل هم به حرکت در بیاید. جت فن های داخل تونل را می توانیم به صورت تکی و یا چند تایی کنترل کنیم. اگر زمانی ترافیک ماشین های داخل تونل کمتر از حالت عادی باشد، امکان خاموش کردن بعضی از جتفن ها به صورت هوشمند وجود دارد که به کمتر شدن مصرف برق منجر می شود.
شماتیک سیستم تهویه طولی تونل با جت فن
مزایا سیستم تهویه طولی تونل با جت فن
- عدم نیاز به احداث اتاقک بادزن
- امکان مدیریت مصرف انرژی (با توجه به ترافیک، تعدادی از فن ها را می توان خاموش کرد)
- سازگاری با اثر پیستونی ناشی از حرکت وسایل نقلیه
- انعطاف پذیری نسبت به تغییر در شرایط جوی(با استفاده از جت فن هایی که قابلیت ایجاد جریان معکوس را دارند می توان جهت جت فن را بر اساس جهت جریان طبیعی، تنظیم نمود)
- نصب نسبتا آسان جت فن در سقف یا دیواره تونل
مشکلات تهویه طولی تونل
- ایجاد محدودیت در ارتفاع یا عرض تونل جهت نصب جت فن
- محدودیت در حجم هوایی که توسط jet fan به جریان می افتد.
- محدودیت در طول تونل
تهویه عرضی تونل
Transverse ventilation system in tunnel
در سیستم تهویه عرضی، هوای تازه از طریق یک کانال سراسری در تمام طول تونل وارد می شود وهوای آلوده و گرم برگشت از راه دریچه هایی به داخل کانال برگشت مکیده می شود. مقطع کانالهای دمنده و مکنده در طول تونل تغییر می کند و هوا معمولاً از کف تونل وارد شده و از نزدیک سقف خارج می گردد. اگر نقاط ورود وخروج هوا به صورت قطری نسبت به هم قرار گرفته باشند اصطلاحاً به آن تهویه عرضی جانبی (Literal transverse) گفته می شود. تهویه عرضی در تونل های دو طرفه با طول بیش از 2.5 الی 3 کیلومتر و همچنین در شرایطی که خطر آتش سوزی خیلی زیاد باشد مورد استفاده قرار می گیرد. لازم به ذکر است روش تهویه عرضی تونل جزو روش های پر کاربرد در Tunnel ventilation design نیست.
مزیت های تهویه عرضی در تونل
-تمام طول تونل به صورت یکنواخت تهویه می شود.
-ریسک انتشار دود و یا آتش و تمرکز آلودگی کمتر می شود.
-فشار یکنواخت هوا در طول تونل
معایب روش تهویه نیمه عرضی
-سرمایه گذاری اولیه خیلی زیاد
- نیاز به زمان زیاد برای اجرا
تهویه نیمه عرضی تونل
Semi transverse tunnel ventilation
سیستم تهویه نیمه عرضی، ترکیبی از روشهای تهویه طولی تونل با شفت و سیستم عرضی است. در این روش هوای تازه در تمام طول تونل از داخل کانال هایی به داخل وارد شده و هوای آلوده به درون شفت هایی که در سقف تونل تعبیه شده است مکیده شده و به خارج تونل فرستاده می شود. روش تهویه نیمه عرضی مثل روش عرضی در مواردی که تهویه طولی تونل با جت فن کاربردی نداشته باشد مناسب است.
مزایای روش تهویه نیمه عرضی در تونل
-استفاده از فضای تونل برای خروج هوا و در نتیجه مصرف انرژی کمتر نسبت به روش عرضی
-هزینه احداث یک مجرای جداگانه برای ورود یا خروج هوا وجود ندارد
-کنترل بهتر نسبت به دود و آتش در مقایسه با سیستم طولی
معایب تهویه نیمه عرضی تونل
-محدودیت در طولی که هوای خروجی در آن قادر به حرکت است.
-اگر سرعت هوا و خودرو برابر باشد، آن وسیله نقلیه دودزا ممکن است در هاله دود خودش احاطه شود.
-عدم سازگاری کامل با شرایط هوای معکوس
-عدم انعطاف کامل در مقابل تغییر شرایط جوی و اثر تهویه طبیعی
انواع روش های تهویه تونل
تهویه به کمک مواد شیمیایی در تونل
تهویه هوای تونل با استفاده از مواد شیمیایی یکی از روش های بسیار محدود و کم کاربرد است که معمولا در تونل و زیرگذرهای عادی کاربرد ندارد. روشهای مهم تصفیه هوا با استفاده از مواد شیمیایی عبارتند از:
1- احتراق کاتالیتی (مثلاً با هوپکالیت)
2- جذب سطحی ( مثلاً با کربن فعال شده )
3- جذب ( مثلاً جذب شیمیایی)
4- انتقال رطوبت با ژل سیلیس، تمیز کردن هوا با رطوبت و رسوب الکتروستاتیک
چنین سیستمی را می توان در تمام طول تونل به کار برد، اما به دلیل هزینه بسیار بالا و نیاز به تعویض مداوم مواد شیمیایی به ندرت مورد استفاده قرار میگیرد.
با این توضیحات مشخص است که انجام مطالعات تهویه هوا تونل و انتخاب روش مناسب و طراحی تهویه تونل، نیاز به تجربه مناسبی در این حوزه دارد. شرکت آراکو با داشتن دانش و تجربه مناسب در حوزه مطالعات و طراحی تهویه تونل و استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی و سیمولیشن CFD و آتش سوزی و حریق در تونل، آمادگی دارد خدمات خود را در بخش تهویه هوای تونل در اختیار شرکت های مشاور و پیمانکار این حوزه قرار دهد.
قابلیت های نرم افزار پایروسیم(Pyrosim) در شبیه سازی و سیمولیشن آتش و دود
شرکت آراکو ، محمد قربانعلی بیک
انجام مطالعات طراحی تهویه تونل
پروژه شبیه سازی تهویه تونل
مشاوره، طراحی و شبیه سازی تهویه زیرگذر
طراحی تهویه تونل قطار با استفاده از جت فن
اجرای پروژه های شبیه سازی آتش سوزی و حریق در تونل
09124780268
02166561974
02166129745
