Приложение И. Пример расчета продольной схемы вентиляции автодорожного тоннеля

Приложение И

Пример расчета продольной схемы вентиляции автодорожного тоннеля

И.1 Исходные данные

Осуществляют выбор параметров продольной струйной системы вентиляции для городского автодорожного тоннеля, имеющего следующие характеристики:

- год, на который запланирован пуск тоннеля - 2015;

- длина тоннеля - 1200 м;

- сечение тоннеля - 75 ;

- периметр тоннеля - 31 м;

- количество полос движения - 2;

- направление движения по каждой полосе - в противоположные стороны;

- высота горы , через которую проходит тоннель - 300 м;

- высотная отметка портала А - 100 м;

- высотная отметка портала В - 76 м;

- разница высот между порталами тоннеля - 24 м;

- уклон тоннеля - 2%;

- скорость ветра у портала В - 5 м/с;

- угол между направлением ветра и осью тоннеля - 60°;

- скорость ветра у портала А - 0 м/с;

- температура атмосферного воздуха у портала А, имеющего большую высотную отметку ;

- атмосферное давление у портала с большей высотной отметкой мм рт. ст.;

- температура атмосферного воздуха у портала В с меньшей высотной отметкой - 16°С;

- атмосферное давление у портала с меньшей высотной отметкой мм рт. ст.;

- атмосферное давление на высотной отметке горы, через которую проходит тоннель мм рт. ст.;

- средняя температура воздуха в тоннеле - 20°С;

- интенсивность движения транспортных средств в час пик - 1800 пр. авт./ч;

- установленная скорость движения всех категорий автотранспорта - 60 км/ч;

- скорость движения автотранспорта при замедленном движении - 10 км/ч;

- интенсивность движения при замедленном движении в час пик - 57% интенсивности движения при движении с установленной скоростью;

- относительное количество в транспортном потоке автомобилей различного типа составляют: , , , , ;

- технологический показатель, определяющий выбросы загрязняющих веществ, - Э3;

- предельно допустимые концентрации СО для режимов движения "А", "Б" - 80 , для режима движения "В" - 115 ;

- предельно допустимые концентрации для режимов движения "Б" и "В" - 5 ;

- предельно допустимые концентрации сажи (взвешенных частиц выхлопного происхождения) для режимов движения "Б" и "В" - 4 ;

- коэффициент ослабления (затухания): для режима движения "А" - 0,005 , для режима движения "Б" - 0,007 ; для режима движения "В" - 0, 009 ;

- коэффициент трения воздуха о стенки тоннеля - 0,031;

- сечение тоннеля на участке, предназначенного для аварийной остановки транспорта, - 90 ;

- протяженность участка аварийной остановки - 30 м;

- проектная мощность пожара - 100 МВт.

И.2 Расчет необходимого количества воздуха для проветривания тоннеля

И.2.1 Расчет количества транспортных средств каждого вида, находящихся в тоннеле для условий часа пик и полного прекращения движения

При отсутствии данных о прогнозных интенсивностях движения транспортных средств расчет выполняют по заданной величине приведенных автомобилей с использованием формул (Е.1) - (Е.13) приложения Е.

Для режима движения "А" интенсивность движения транспортного потока находят по формуле (Е.7) приложения Е при интенсивности движения приведенных автомобилей 1800 пр.авт./ч

тр. ср./ч.

Интенсивности движения легковых автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями, легкого грузового транспорта, тяжелого грузового транспорта массой до 15 т и автобусов, тяжелого грузового транспорта массой до 32 т вычисляют по формулам (Е.8) - (Е.13) приложения Е.

авт./ч;

авт./ч;

авт./ч;

авт./ч;

авт./ч.

Количество транспортных средств различного типа, находящихся одновременно в тоннеле, устанавливают по формулам (Е.1) - (Е.6) приложения Е.

;

;

;

;

.

Для замедленного режима движения "Б" и режима остановки движения (пробка) "В" расчеты интенсивностей движения транспортных средств различного типа и количества автомобилей, находящихся в тоннеле, определяют аналогичным образом соответственно при интенсивности движения приведенных автомобилей в час пик, составляющей 57% интенсивности движения при установленной скорости, и числе транспортных средств, находящихся в тоннеле, из расчета 165 тр. ср./км на одной полосе движения. Результаты вычислений приведены в таблице И.1.

Таблица И.1 - Интенсивность движения и количество транспортных средств n различного типа для режимов движения "А", "Б" и "В"

Режим движения	Значение показателя для типа транспортного средства
Режим "А"	873	18	218	4	109	2	210	4	90	2
Режим "Б"	497	60	124	15	62	7	120	14	51	6
Режим "В"	-	165	-	41	-	21	-	40	-	16

И.2.2 Определение выбросов загрязняющих веществ от транспортных средств, находящихся в тоннеле

Базовые значения выбросов загрязняющих веществ (СО, , сажи, взвешенных частиц невыхлопного происхождения), устанавливают для технологического показателя Э1 в зависимости от типа транспортного средства, скорости его движения (режимы движения "А", "Б", "В") и уклона тоннеля по данным приложений А-В и приложения Д (таблица Д.1).

Значения базовых выбросов загрязняющих веществ приведены в таблице И.2.

Значения выбросов загрязняющих веществ для технологического показателя Э3, планируемого года пуска тоннеля, высоты над уровнем моря, массы тяжелых грузовых автомобилей, установлены с учетом поправочных коэффициентов, принятых по данным приложения Г. Значения этих коэффициентов, а также значения суммарного поправочного коэффициента приведены в таблице И.3

Данные таблиц И.2, И.3 использованы для вычисления выбросов загрязняющих веществ от транспортных средств различного типа (таблица И.4).

Например, значение выброса (в пересчете на ) у тяжелых грузовых автомобилей массой до 32 т для режима движения "Б" рассчитывается как: г/ч.

Таблица И.2 - Базовые значения выбросов СО, , сажи, взвешенных частиц невыхлопного происхождения для различных типов транспортных средств

Тип транспортного средства	Легковые автомобили с бензиновым двигателем						Легковые автомобили с дизельным двигателем						Легкие грузовые автомобили в комбинации бензинового и дизельного двигателя						Тяжелые грузовые автомобили* массой 23 т
Уклон, %	2			-2			2			-2			2			-2			2			-2
Режим движения	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В
Базовые выбросы загрязняющих веществ, г/ч
СО	97,5	32	20,5	49,4	27,8	20,5	3,3	5,1	1,0	3,4	2,2	1,0	21,6	16,5	2,3	18,2	8,7	2,3	12,5	67,2	44,5	32,8	35,4	12,5
	15,7	5,1	1,6	4,9	3,3	1,6	50,3	15,8	6,3	10,7	6,3	6,3	50,0	18,3	9,1	10,4	19,8	9,1	467,8	192,8	12,5	150,0	115,9	12,5
Сажа (взвешенные частицы выхлопного происхождения)	-	-	-	-	-	-	14,4	4,1	1,4	2,6	1,4	1,4	10,5	4,1	6,4	4,8	1,3	6,4	43,6	21,4	11,0	17,5	15,5	11,0
Взвешенные частицы невыхлопного происхождения,	9,2	1,4	0	9,2	1,4	0	9,2	1,4	0	9,2	1,4	0	9,2	1,4	0	9,2	1,4	0	29,3	4,9	0	29,3	4,9	0
* Только в расчете на дизельный двигатель.

Таблица И.3 - Поправочные коэффициенты на значения выбросов загрязняющих веществ

Коэффициент	Значения поправочных коэффициентов на значения выбросов для типов транспортных средств
	Легковые автомобили с бензиновым двигателем			Легковые автомобили с дизельным двигателем			Легкие грузовые автомобили в комбинации бензинового и дизельного двигателя			Тяжелые грузовые автомобили* массой до 15 т			Тяжелые грузовые автомобили* массой до 32 т
	СО		сажа	СО		сажа	СО		сажа	СО		сажа	СО		сажа
	0,75	0,65	-	0,74	0,76	0,55	0,72	0,76	0,54	0,58	0,61	0,59	0,58	0,61	0,59
	1,0	1,0	-	1,0	1,0	1,0	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,70	0,70	0,70	1,90	1,90	1,90
	2,90	2,80	-	4,0	1,20	2,0	3,50	1,50	2,60	2,30	1,80	2,80	2,30	1,80	2,80
	2,24	1	-	1,40	1,0	1,0	1,82	1,0	1,0	1,40	1,0	1,0	1,40	1,0	1,0
	4,87	1,82	-	4,14	0,91	1,10	4,59	1,14	1,40	1,31	0,77	1,16	3,55	2,09	3,14
* Только в расчете на дизельный двигатель

Таблица И.4 - Значения выбросов загрязняющих веществ от транспортных средств различного типа

Тип транспортного средства	Легковые автомобили с бензиновым двигателем						Легковые автомобили с дизельным двигателем						Легкие грузовые автомобили в комбинации бензинового и дизельного двигателей						Тяжелые грузовые автомобили* массой до 15 т						Тяжелые грузовые автомобили* массой до 32 т
Уклон, %	2			-2			2			-2			2			-2			2			-2			2			-2
Режим движения	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В
Выбросы загрязняющих веществ с учетом корректирующих коэффициентов, г/ч
СО	474,8	155,8	99,8	240,6	135,4	99,8	13,7	21,1	4,14	14,1	9,1	4,14	99,1	75,7	10,6	83,5	39,9	10,6	88,0	58,3	16,3	46,4	43,0	16,3	238,6	158,0	44,4	125,7	116,4	44,4
	28,6	9,3	2,9	8,9	6,0	2,9	45,8	14,3	5,7	9,7	5,7	5,7	57,0	20,9	10,4	11,9	22,6	10,4	313,4	148,5	9,7	115,5	89,2	9,7	977,7	403,0	26,1	313,5	240,3	26,1
Сажа* (взвешенные частицы выхлопного происхождения),	-	-	-	-	-	-	15,8	4,5	1,5	2,9	1,5	1,5	23,9	5,74	9,00	6,72	1,82	9,0	50,6	24,8	12,8	17,5	15,5	11,0	136,9	67,2	34,5	54,9	48,7	34,5
Взвешенные частицы невыхлопного происхождения,	9,2	1,4	0	9,2	1,4	0	9,2	1,4	0	9,2	1,4	0	9,2	1,4	0	9,2	1,4	0	29,3	4,9	0	29,3	4,9	0	29,3	4,9	0	29,3	4,9	0
* Только в расчете на дизельный двигатель.

Суммарные выбросы загрязняющих веществ транспортных средств различного типа, находящихся в тоннеле, рассчитывают по их количеству (таблица И.1) и значению выбросов (таблица И.4). При этом принято, что количество автомобилей, движущихся по уклону тоннеля вверх (к порталу А) и вниз (к порталу В), равны между собой.

Например, для режима движения с замедленной скоростью (режим "Б") значение выброса (в пересчете на ) у тяжелых грузовых автомобилей массой до 32 т составляет:

г/ч.

Результаты вычислений выбросов загрязняющих веществ типов транспортных средств при различных режимах движения представлены в таблице И.5.

Таблица И.5 - Суммарные выбросы загрязняющих веществ транспортных средств различного типа, находящихся в тоннеле, г/ч, при различных режимах движения

Выбросы загрязняющих веществ при режиме движения		Значение показателя для типа транспортного средства
		Легковые с бензиновым двигателем	Легковые с дизельным двигателем	Легкие грузовые в комбинации бензинового и дизельного двигателей	Тяжелые грузовые массой до 15 т	Тяжелые грузовые массой до 32 т	Всего
Режим "А"	СО	6438,6	55,6	182,6	268,8	364,3	7309,9
	Сажа,	-	37,4	30,6	68,1	191,8	327,9
	Взвешенные частицы,	165,6	36,8	18,4	36,8	18,4	276
Режим "Б"	СО	8736	226,5	404,6	713,3	832,2	10903,6
		459	150	152,3	1663,9	1929,9	4355,1
	Сажа,	-	45	26,5	282,1	347,7	701,3
	Взвешенные частицы,	84	21	9,8	19,6	8,4	142,8
Режим "В"	СО	16467	169,7	222,6	652	710,4	18221,7
		478,5	233,7	218,4	388	417,6	1736,2
	Сажа,	-	123	378	1024	1104	2629
	Взвешенные частицы,	-	-	-	-	-	-

Объемный расход воздуха G для обеспечения ПДК СО, (в пересчете на ) г/ч, сажи вычисляют по формуле (Е.18) приложения Е.

Принимая ПДК для режима "Б" равным 5 , а значения выбросов для транспортных средств различных типов - в соответствии с данными таблицы И.5, расход воздуха будет составлять:

.

Объемный расход воздуха G, обеспечивающий нормативную видимость в тоннеле, рассчитывают по формуле (Е.19) приложения Е.

При принятом значении для режима движения "Б" равным 0,007 и суммарном выбросе сажи и взвешенных частиц невыхлопного происхождения, определяемым данными таблицы И.4, расход воздуха будет составлять:

.

Результаты расчетов расходов воздуха по остальным факторам приведены в таблице И.6.

Таблица И.6 - Необходимый расход воздуха для обеспечения нормативных параметров воздушной среды в тоннеле

Режим движения		"А"	"Б"	"В"
Расход воздуха,	СО	25,4	37,9	44,0
		-	242,0	96,5
	Сажа	-	49,1	184,0
	Видимость*	33,6	33,5	81,0
* См. формулу (Е.19).

Расход воздуха при аварийном режиме проветривания (возникновение пожара) определяют по критической скорости потока . Ее значение вычисляют по формуле (6.6) с учетом формул (6.7), (6.8) при , что соответствует отрицательному углу уклона тоннеля - 2%.

м/с,

где ;

.

Расход воздуха, соответствующей# этой скорости воздуха, равен:

.

Сравнивая данные таблицы И.5 и значение расхода воздуха, необходимого для обеспечения критической скорости воздушного потока при пожаре, выбирают для дальнейших расчетов наибольшее из этих значений, т.е. .

И.3 Расчет потерь давления при движении воздуха по тоннелю

И.3.1 Потери давления на порталах тоннеля с входящей и исходящей воздушной струей вычисляют по формулам (Ж.2), (Ж.4) приложения Ж. Плотность воздуха, вычисленная по формуле (Ж.3) приложения Ж, равна 1,23 .

Па;

Па.

И.3.2 Потери давления от трения воздуха о стены тоннеля [см. формулу (Ж.5)].

Па.

Потери давления на преодоление сопротивлений при расширении (сужении) воздушного потока на участке, предназначенном для аварийной остановки транспорта, рассчитывают по формулам (Ж.6) - (Ж.9) приложения Ж.

С учетом данных рисунка Ж.1 приложения Ж при ; ; . Тогда:

;

;

Па;

Па.

Потери давления на трения на этом участке составляют:

Па.

Общие потери напора на участке остановки транспорта составляют:

Па.

И.4 Расчет гравитационной составляющей естественной тяги

Гравитационную (тепловую) составляющую естественной тяги вычисляют по формуле (Ж.10) приложения Ж

Па.

Направление действия гравитационной составляющей естественной тяги - от портала А к порталу В.

Барометрическую составляющую естественной тяги вычисляют по формуле (Ж.11) приложения Ж

Па.

Ветровую составляющую естественной тяги определяют по формуле (Ж.9) приложения Ж

Па.

Направление действия ветровой составляющей естественной тяги - от портала В к порталу А.

Суммарное значение естественной тяги составляет:

Па.

Таким образом, суммарное значение естественной тяги составляет 2,54 Па при направлении действия от нижнего портала В к верхнему порталу А.

И.5 Расчет потерь давления на преодоление аэродинамического сопротивления стоящих в тоннеле транспортных средств

При возникновении пожара часть транспортных средств по обе стороны от очага пожара по направлению их движения покинет тоннель. Принимают, что в случае расположения очага пожара в центральной части тоннеля на каждой из полос движения может находиться половина транспортных средств от их количества, характеризующего режим транспортной пробки. Тогда значение вычисляют по формуле (Ж.13) приложения Ж при количестве транспортных средств и их типах, соответствующих данным таблице И.1.

Па.

И.6 Расчет общих потерь давления

Общие потери давления в тоннеле при аварийном режиме вентиляции в случае пожара и подаче воздуха в направлении портала В, вычисленные по формуле (Ж.1) приложения Ж, составляют:

Па.

И.7 Определение числа струйных вентиляторов и мест их расположения

Общий импульс струйных вентиляторов, обеспечивающий подачу в тоннель необходимого количества воздуха G, вычисленный по формуле (6.2), составляет:

Н.

При условии расположения струйных вентиляторов попарно у свода тоннеля на расстоянии, равном диаметру выходного отверстия от поверхности тоннеля, параллельно оси тоннеля на расстояниях между группами вентиляторов, превышающем 100 м, и удаленных от порталов тоннеля также на 100 м, корректирующие коэффициенты к номинальному импульсу силы вентилятора будут составлять:

, где 30,6 м/с - значение скорости воздуха на выходе из струйного вентилятора;

при (см. рисунок 6.8) (диаметр выходного отверстия м);

;

;

.

Суммарная величина корректирующего коэффициента составляет:

.

При установке в тоннеле восьми вентиляторов (по два в каждом сечении) номинальный импульс силы, который должен развивать каждый вентилятор, составляет:

Н.

Учитывая сформулированный выше принцип резервирования вентиляторов на случай выхода из строя одной группы, состоящей из двух вентиляторов, при их попадании в зону очага пожара, общее количество струйных вентиляторов, которые необходимо установить в рассматриваемом тоннеле будет составлять 10 шт. (пять групп по два вентилятора в каждой группе).

Расстояние между каждой из групп вентиляторов может быть выбрано, равным 200 м. При этом расстояние от каждого из порталов до первой группы вентиляторов будет равно 100 м.

Подача в тоннель наружного воздуха (направление работы струйных вентиляторов осуществляется в направлении портала тоннеля В - нижний портал) приведена на рисунке И.1.