VJETRENJE TUNELA U vjetrenju tunela razlikujemo: separatno

Vjetrenje tunela i podzemnih prostorija Vjetrenje tunela

D. Vrkljan RGN-fakultet, Zagreb 2001. 1

VJETRENJE TUNELA

U vjetrenju tunela razlikujemo: ♦separatno vjetrenje tijekom izgradnje (probijanja, iskopa, izrade) tunela

♦vjetrenje tunela tijekom eksploatacije (uporabe, po izgradnji)

Vjetrenje tunela tijekom eksploatacije bitno se razlikuje za cestovne tunele u odnosu na željezničke i tunele podzemne željeznice. Obzirom na značaj i raširenost izložiti će se vjetrenje cestovnih tunela. Osnovna zadaća vjetrenja tunela je razređivanje otrovnih plinova ispod maksimalno dozvoljenih koncentracija. U cestovnom prometu prevladavaju vozila sa benzinskim motorima, pa je dominantni otrovni plin ugljični monoksid CO. Dizelski motori ispuštaju više dušičnih oksida, pa se zahtjeva intenzivnije zračenje uslijed smanjene vidljivosti. Sekundarno, vjetrenje tunela, treba osigurati povoljne atmosferske uvjete za boravak i rad ljudi u tunelu (temperatura, vlaga, brzina zraka). VJETRENJE TUNELA U IZGRADNJI Tri osnovna sistema separatnog vjetrenja su tlačno, sisajuće i kombinirano. tlačno, sisajuće i kombinirano

Slika 1. Sistemi separatnog vjetrenja tunela a. tlačno b. sisajuće c. kombinirano



Osnovni nedostak tlačnog vjetrenja je polagano vračanje onečišćene zračne struje po profilu tunela (prostorije). Oplakivanje radilišta svježom zračnom strujom je dobro. Pri sisajućem vjetrenju svježi zrak malom brzinom ulazi u prostoriju, dok istrošeni zrak velikom brzinom izlazi u atmosferu. Oplakivanje radilišta svježim zrakom je slabo.

Slika 2. Izolinije brzina strujanja zraka

a. sisajuće b. tlačno Kombiniranim vjetrenjem otklanjaju se nedostaci tlačnog i sisajućeg vjetrenja. Udaljenost ventilatora od portala tunela mora onemogućiti miješanje ulaznog i izlaznog zraka, što je ovisno o ruži vjetrova. Separatno vjetrenje podzemnih prostorija provodi se do trenutka njihova uključivanja u protočnu zračnu struju. Separatno vjetrenje tunela provodi se do probijanja tunela, odnosno spoja tunela s vjetrenim oknom ili drugom podzemnom prostorijom povezanom sa atmosferom. Proračun separatnog vjetrenja Pri separatnom vjetrenju duž zrakovoda dolazi do gubitaka zraka na spojevima cijevi odnosno na oštećenim dijelovima. Iz tog razloga količina zraka na izlazu iz zrakovoda manja je u odnosu na ulaznu količinu koju daje ventilator. Za cijev promjera D i površine poprečnog presjeka A dolazi na duljini dx do pada tlaka za iznos dp i smanjenja brzine u iznosu dv (slika 3). Prema Darcy-Weisbachovoj jednadžbi pad tlaka dp na duljini dx iznosi:

2

2 ρλ ∗∗∗=

vDdxdp (1)



Slika 3. Pad tlaka i brzine uzduž zrakovoda Promjena brzine dv na duljini dx ovisi o površini otvora i brzini istjecanja v:

dxvDfdvD ππ∗±=∗

∗ ∗

4

2

(2)

gdje je f*- stvarna površina istjecanja Stvarna površina istjecanja f* ovisi o f’ i koeficijentu lokalnog otpora pri istjecanju ξ:

'*

1ffξ

=+

(3)

f’- geometrijska površina istjecanja po m2 oboda cijevi

Sređivanjem jednadžbi (1) i (2) dobiju se jednadžbe strujanja u cijevima:

2

2 ρλ ∗∗=

vDdx

dp (4)

vD

fdxdv

∗∗

=*4 (5)

Vrijednosti λ i f* mogu se utvrditi na zrakovodima različitih glatkoća i starosti. Mjerenjem je konstatirano da porastom vrijednosti λ raste f* u razmjeru

* 1,3f λ= (6)

f*=5-60 mm2/m2



Slika 4. Određivanje veličina vjetrenja tunela

Pri proračunu separatnog vjetrenja cestovnih tunela odnos površine profila tunela Ft i cijevi Fc iznosi između 20 do 50. Pri dimenzioniranju ventilatora i zrakovoda potrebno je odrediti promjer zrakovoda D, snagu ventilatora Nv i depresiju ventilatora hv, te količinu Qo na kraju zrakovoda. Otpori strujanju zraku u tunelskoj cijevi obzirom na male brzine su mali pa se u proračunu zanemaruju. Uvođenjem bezdimenzijskih brojeva ω, K i s u jednadžbe (4) i (5) dobiju se izrazi:

ωρ

= =∗

QQ

uuo o

1 1

2

, K =p

u, s =

xL

1

o2

dKds

LD

= ∗ ∗λ ω 2 (7)

dds

fLD

Kω

= ∗ ∗4 * (8)



Grafičko rješenjem izraza (7) i (8) dobiju se vrijednosti ω i K za razne vrijednosti s, a time i odabiranje vrijednosti Q1, hv i v1. Snaga motora ventilatora Nv:

1 **

vukv

v m

Q hNη η

= (9)

2

2

2)1(

21

1

21

1

21

11

ρξ

ρ

ρξ

∗∗=

∗=

∗∗+++=

vp

vp

vpph

gg

din

dinvuk

ξg- koeficijent gubitaka pri ulazu zraka u ventilator Tlak u vjetrenim cjevima ne smije prijeći dozvoljeni tlak propisan od proizvođača. Dozvoljeni statički tlak za plastične cijevi iznosi oko 6000 Pa. Proračun će pokazati da postoji minimalni promjer sa kojim se duljina L uz količinu Qo i depresiju hv može vjetriti. U protivnom potrebno je ugraditi još jedan ventilator. U tom slučaju proračun se provodi za I dionicu i zatim za II dionicu (slika 5).

Slika 5. Vjetrenje tunela sa dva ventilatora u seriji



VENTILATORI I VJETRENE CIJEVI Ventilatori imaju različiti stupanj korisnog djelovanja unutar svog nominalnog ranga djelovanja. Stupanj korisnog djelovanja kreće se između 60 i 86%. Niži stupnjevi korisnog djelovanja odgovaraju nižim pritiscima. Najveći stupanj korisnog djelovanja postiže se kod 70% maksimalnog pritiska. Sastavni dijelovi tunelskog ventilatora prikazani su na slici 6.

Slika 6. Sastavni dijelovi tunelskog ventilatora

Broj okretaja kola ventilatora odnosno regulacija dobavne količine zraka izvodi se u upravljačkom ormariću promjenom frekvencije. Utiškivač i prigušivač služe za smanjenje buke i oscilacija. Pri separatnom vjetrenju rabe se najčešće cijevni ventilatori. Jednostepeni ventilatori postižu tlakove do 3500 Pa, a visokotlačni sa protusmjernom vrtnjom i do 8000 Pa. Promjena radne karakteristike ventilatora, odnosno regulacija količine i depresije, moguća je na više načina. Proizvođači većih ventilatora ugrađuju uređaj za promjenu kuta nagiba lopatica. Promjenom nagiba lopatica moguća je promjena količina zraka i depresije u omjeru 1:2 do 1:3. Mijenjanjem broja okretaja kola ventilatora moguća je regulacija količine u omjeru 1:2. Postoje nomogrami iz kojih se za zahtjevane količine dobave zraka Q, m3/s i različite promjere cijevi mogu odrediti veličine pada pritiska u Pa (mm H2O) za svakih 100 m cjevovoda te potrebnu snagu ventilatora u kW za svakih 100 m cjevovoda (slika 7). Za potrebnu dobavnu količinu zraka (desna ordinata), odabere se promjer zrakovoda. Na gornjoj apcisi očita se pad pritiska za 100 m zrakovoda, a na lijevoj ordinati ili donjoj apcisi, povlačenjem dijagonalnog pravaca iz točke sjecišta, potrebna snaga ventilatora za 100 m zrakovoda.



Slika 7. Nomogram za određivanje pada pritiska i snage ventilatora (za određenu dobavnu količinu zraka i za svakih 100 m zrakovoda)

Primjer (prikazan na slici):

•potrebna dobavna količina zraka Q=10,8 m3/s, •odabrani promjer zrakovoda D=1100 mm, •pad pritiska na 100 m zrakovoda p100= 9,8 mm vodenog stupca, •potrebna snaga ventilatora za 100 m zrakovoda N100=2 KS.



Vrijednosti u nomogramu pretpostavljaju zrakotijesno spajanje ventilacijskih cijevi bez gubitaka zraka uzduž zrakovoda.

Slika 8. Karakteristike ventilatora

Slikom 8. prikazane su različite karakteristike ventilatora jednog proizvođača.



Karakteristike ventilatora obuhvaćaju:

♦dobavne količine zraka između 25 i 100 m3/s, ♦padovi pritisaka (tlačne visine) između 1200 i 3000 Pa, ♦promjere cijevi zrakovoda između 900 i 1600 mm.

Ventilacijske cijevi

Kvaliteta ventilacijskih cijevi ovisi o mjestu i uvjetima korištenja. Promjeri cijevi kreću se od 200 do 3000 mm. Izrađene su od negorivog materijala i presvučene su zaštitnim plastičnim omotačem sa vanjske i unutarnje strane cijevi. Ventilacijske cijevi za tunele i rudnike sa mogučnošću nastupanja eksplozije izrađuju se antistatičke. Specifična masa cijevi kreće se ovisno o promjeru i vrsti (materijalu) između 0,55 kg/m' (za promjer 200 mm) i 8,38 kg/m' (promjer cijevi 3000 mm). Postavljanje i montaža ventilacijskih cijevi Ventilacijske cijevi vješaju se kukicama o noseće uže (sajlu) ovješeno i učvrščeno u strop tunela (slika 9).

Slika 9. Postavljanje ventilacijskih cijevi u tunelu

Spajanje plastičnih cijevi rješeno je na različite načine: •na čičak (soft couplings), •patentnim zatvaračem (zip couplings), •čeličnim spojkama (steel couplings). Čelične spojke koriste se za veće pritiske i velike promjere cjevovoda (slika 10).



Slika 10. Spajanje ventilacijskih cijevi pomoću čeličnih spojki

Slika 11. Prijelazni dijelovi zrakovoda Na slici 11. prikazani su prijelazni dijelovi plastičnih zrakovoda: za račvanje (odvajanje), suženje i skretanje zrakovoda pod različitim kutem.



VJETRENJE TUNELA TIJEKOM EKSPLOATACIJE (PROMETA) Potrebna količina zraka u tunelu Potrebna količina zraka za vjetrenje tunela treba:

♦smanjiti koncentracije štetnih i opasnih plinova ispod maksimalno dopuštenih koncentracija, ♦osigurati traženu vidljivost u tunelu Velik je broj vrlo štetnih i opasnih plinova koji se pojavljuju u tunelskim prostorima

kao posljedica rada benzinskih i dieselskih motora. Najčešći su ugljični monoksid, ugljični dioksid, dušični oksidi, metan, sumporovodik, aldehidi i drugi. Ugljični monoksid je najkritičniji za cestovne tunele i prema njemu se računa potrebna količina svježeg zraka u tunelu. Prije 40 godina računalo se u SAD-e sa prosječnom emisijom od 2,1 m3/h ugljičnog monoksida po osobnom automobilu, danas je ta količina svedena na 0,6 m3/h, sa tendencijom daljnjeg smanjenja na 0,15 m3/h. Smanjenjem emisije ugljičnog monoksida, ugljični oksidi postati će kritični plinovi za proračun potrebnih količina zraka.

Ugljični monoksid otrovni je plin gustoće 1,25 kg/m3, približno kao i zrak. Intenzitet štetnog djelovanja ugljičnog monoksida na organizam čovjeka ovisi o koncentraciji plina u zraku, vremenu ekspozicije i aktivnosti čovjeka. Ugljični monoksid ima veći afinitet prema hemoglobinu u krvi od kisika i pri vrlo malim koncentracijama. U Europi se pri projektiranju tunela računa emisija ugljičnog monoksida osobnih vozila sa benzinskim motorima qCO=0,017 m3/tkm (Izvješće švicarskih eksperata), pri brzini vožnje 40 do 60 km/h, na nadmorskoj visini 400 m, uzimajući u obzir brutto masu vozila. Pri radu motora u mirovanju emisija se uzima qCO=0,0076 m3/tkm. Maksimalno dopuštene koncentracije štetnih plinova Maksimalno dopuštene koncentracije (MDK) opasnih i štetnih plinova u švicarskim cestovnim tunelima u ppm (part per milion) i mg/m3: ppm mg/m3 ppm mg/m3 ugljični dioksid 5000 9000 uglj. monoksid 50 55 nitrozni plinovi dušični oksid, NO 25 30 ostali duš. oksidi NyOx 5 9

aldehidi formaldehidi, H.CHO 1 1,2 acetadehid CH3.CHO 100 180 akrolein,CH2CH.CHO 0,1 0,25 sump. dioksid, SO2 5 13 sumporovodik, H2S 10 15



Ukupna količina svježeg zraka Q obzirom na benzinske motore iznosi:

,3600106

rdfhCO ffff

MDKqGM

Q ∗∗∗∗∗∗∗

= m3/s/ km

gdje je M – broj automobila na sat G – prosječna brutto masa automobila, fh – korekcijski faktor za nadmorsku visinu ff - korekcijski faktor za brzinu vožnje fd - korekcijski faktor za dizel motore fr - korekcijski faktor za rezervu Maksimalno dopuštene koncentracije opasnih i štetnih plinova u tunelima propisane su za svaku zemlju. Za Švicarsku vrijede: Gradski tuneli ppm Promet bez zastoja 75 Usporeni promet 150 Promet sa zastojima 250

Tuneli izvan gradova

Promet bez zastoja 150 Promet sa zastojima 250 Tuneli s uzdužnim vjetrenjem Maksimum na izlazu 300 Za vrijeme servisiranja tunela 50

Osobni automobili i kamioni sa dizelskim motorima zagađuju zrak dimom i čađi i smanjuju vidljivost. Količinu zraka potrebnog za održavanje potrebne vidljivosti u tunelu utvrđujemo optičkim i masenim postupkom proračuna.

Potrebna količina zraka za održanje vidljivosti – optički postupak

nidoz

o ffMKK

VQ ∗∗∗∗= , m3/ km /h

V – volumen ispušnih plinova kamiona s dizelskim motorom, m3/km Ko- koeficijent ekstinkcije (slabljenje intenziteta svjetlosti) mjeren na ispuhu kamiona Kdoz- dopuštena vrijednost koeficijenta ekstinkcije M – broj kamiona u satu



Fh, fi – korekcijski faktori za nadmorsku visinu i uzdužni nagib ceste

Maseni postupak proračuna temelji se na utvrđivanju čvrstih čestica u zraku mg/m3. Potrebna količina zraka utvrđuje se prema izrazu:

hidoz

ffMGqqQ ∗∗∗∗= , m3/ km h

q – količina dimnih čestica u ispuhu, mg/kmt q doz– dopuštena količina dimnih čestica u zraku, mg/kmt G – masa kamiona na dizel pogon, tona M – broj kamiona u satu

Fh, fi – korekcijski faktori za nadmorsku visinu i uzdužni nagib ceste



SISTEMI VJETRENJE CESTOVNIH TUNELA (u eksploataciji)

Pri vjetrenju cestovnih tunela tijekom njihove eksploatacije razlikujemo vjetrenje prema izvoru depresije, tj. obzirom na izvor energije za pokretanje zraka te prema pravcu strujanja zraka. Sistemi vjetrenja tunela obzirom na pogon:

♦prirodno vjetrenje ♦vjetrenje izazvano prometom ♦vjetrenje primjenom ventilatora

Prirodno vjetrenje tunela uzrokovano je klimatskim čimbenicima: tlakom, temperaturom, vjetrom, gustoćom zraka. Ovisno o zemljopisnom položaju tunela tlak i temperatura zraka znatno se razlikuju na portalima tunela. Na temperaturu zraka na portalima tunela može uticati zagrijavanje sunca što potiče visinsko strujanje zraka i promjene tlakova. Temperatura tunelskog zraka razlikuje se od atmosferskog zraka, pa kod tunela pod nagibom stvara znatne razlike pritisaka i strujanje zraka (efekt dimnjaka). Dinamička sila vjetra, ovisno o podudaranju smjera puhanja sa smjerom tunela, može uzrokovati strujanje zraka u tunelu. Vjetrenje izazvano prometom, kretanjem vozila kroz tunel, (efekt klipa) dovodi do stvaranja razlike tlakova, ako se brzina vozila razlikuje od brzine zraka. Pri tome naročiti značaj ima brzina i oblik vozila, odnos površine poprečnog presjeka vozila i tunela te gustoća i smjer prometa. Pri jednosmjernom prometu u tunelima znatne duljine, uslijed ovog efekta postiže se dobro vjetrenje. Pri dvosmjernom prometu vozila u tunelu, ovaj efekt je znatno manji. Vjetrenje tunela primjenom ventilatora uvodi se kad prirodno vjetrenje i vjetrenje uzrokovano prometom vozila ne daje zadovoljavajuće rezultate. Pri tome, promet vozila u tunelu i prirodno vjetrenje imaju utjecaja na parametre vjetrenje tunela. Obzirom na smjer strujanja zraka u tunelu razlikujemo: •uzdužno ili longitudinalno vjetrenje

•poluprečno vjetrenje •poprečno ili transverzalno vjetrenje

UZDUŽNO ILI LONGITUDINALNO VJETRENJE

Pri uzdužnom vjetrenju tunela zrak struji čitavim profilom tunela od ulaznog do izlaznog portala tunela. Takav sustav primjenjuje se u rudarstvu za vjetrenje podzemnih rudarskih prostorija. Zrak pri tome struji (slika 12):

•od ulaznog do izlaznog portala tunela (slika 12a)



•od ulaznog/izlaznog portala do vjetrenog okna (slika 12b) • od vjetrenog okna prema ulaznom i izlaznom portalu (slika 12c)

Slika 12. Uzdužno vjetrenje tunela

Koji će se od načina uzdužnog vjetrenja tunela primijeniti ovisi o mogućnostima održavanja koncentracije štetnih plinova ispod maksimalno dopuštenih koncentracija (MDK) i održavanja gustoće krutih lebdećih čestica u zraku ispod razine tražene vrijednosti. Količina zraka u tunelu ograničena je maksimalno dopuštenom brzinom ( u većini europskih zemalja vmax=10 m/s). Instalacije uzdužnog vjetrenja znatno su jeftinije u odnosu na druge sisteme vjetrenja, pa se u mnogim zemljama sve više koriste unatoč očiglednim nedostacima glede požarne sigurnosti. Energija pokretanja uzdužnog strujanja zraka je od prirodne depresije, dinamičke depresije inducirane prometom, umjetne depresije ventilatora. Izvori depresije mogu se primjenjivati samostalno ili u međusobnim kombinacijama. Utjecajne veličine su duljina tunela, potrebna količina zraka i karakter prometa.



Slika 13. Površinske sile na dijelu tunela dx

Prirodno strujanje i strujanje zraka inducirano prometom mogu se dionici tunela dx izraziti jednadžbom (slika 13):

FpAvApAvA dxxTdxxTxTxT Σ−∗+∗=∗+∗ ++ )(2

)()(2

)( ρρ

FppAvvA dxxxTxdxxT Σ+−∗=−∗ ++ )()( )(2

)(2

)(ρ gdje je ρ – gustoća zraka, kg/m3 v – brzina zraka, m/s p – tlak zraka, Pa AT- površina poprečnog presjeka tunela, m2

ΣF- sile ovisne o: trenju o stijenke tunela, gubicima na portalima tunela, vjetru, temperaturi, efektu klipa i razlici tlakova na portalima

Zrak se uzima kao nestišljivi fluid što je prihvatljivo glede brzina strujanja u tunelima. Utjecaj trenja na stijenkama tunela:

DAdxv

F T

2

2

1∗∗∗∗

=λρ

gdje je λ – koeficijent trenja D – hidraulički promjer tunela, m

OA

D T4= , m - hidraulički promjer tunela za poprečne presjeke koji nisu okrugli

Uslijed kretanja vozila javlja se efekt klipa:

dxvwSCA

F xC 2

2 )(2

−∗∗∗

=ρ



Ac – poprečni presjek vozila, m2 S – razmak vozila, m C – koeficijent trenja vozila w – brzina kretanja vozila, m/s Označavanjem brzine strujanja zraka u bilo kojem presjeku tunela sa vx a brzine zraka na ulazu tunela sa vo te uvrštavanjem vrijednosti za F1 i F2 dobije se:

∫ ∫ ∗∗∗−−∗+−∗=−∗x

o

x

oxTx

CxoToxT dxvA

DdxvwC

sA

ppAvvA 2)(

2)()(

2)(

2)( 2

)(2

)()( ρλρρ

Gubitak tlaka hul na ulazu tunela izraziti ćemo postavljanjem Bernoullijeve jednadžbe u presjeku neposredno prije ulaza (Po, Zo, Vo=0) i neposredno iza ulaza (po, zo, vo).

Kako je Zo=zo → ερρ∗

∗+

∗−=−=

22

22oo

ooulvv

pPh

)1(2

2 ερ+∗−=−= oooul vpPh

Gdje je έ koeficijent lokalnog otpora na portalu (ulazu) tunela. Analogno tome, na izlaznoj strani tunela gubitak depresije hiz izražavamo postavljanjem Bernoullijeve jednadžbe u presjeku na izlaznoj strani izvan tunela (PL, ZL, VL=0) i neposredno ispred izlaza (pL, zL, vL).

Kako je ZL=zL cvvpPh LLLLiz ∗

∗−

∗=−=

22

22 ρρ

→ )1(2

2 cvpP LLL −∗=−ρ

Gdje je c koeficijent lokalnog otpora na portalu (ulazu) tunela.

Za cijeli tunel x=L uz uvrštavanje izraza za po i pL dobijemo:

∫ ∫ −∗∗++∗∗−∗∗∗−−∗=−L

oTLTo

L

oxTx

CToL cAvAvdxvA

DdxvwC

SA

APP )1(2

)1(22

)(2

)( 222)(

2 ρερρλρ

Pri prirodnom vjetrenju brzina se u tunelu ne mijenja vo=vx=v pa izraz nakon integriranja poprima oblik:

)(2

)(2

)(2

2 cD

LAvvwLCS

AAPP TCToL ++

∗∗

∗∗−−∗∗∗

∗=− ελρρ



Izraz definira brzinu strujanja uz poznate podatke koeficijenta otpora (λ, έ, C, c), elemente tunela (L, AT, D), gustoće zraka te tlakova na kraju tunela. Na razliku tlaka P na portalima tunela utiče vjetar (Δpv), razlika kota (Δpz) te razlika temperature unutar i izvan tunela (Δpt).

2

2 vv vp ∗=Δρ

zgpz Δ∗∗=Δ ρ

t

vtnt T

TTtp

−∗∗Δ=Δ ρ

gdje je

vv – brzina vjetra, m/s

Δz – razlika kota portala tunela, m

Δt – razlika temperatura na portalima, oC

ρn – gustoća zraka nižeg portala, kg/m3

Tt – prosječna temperatura u tunelu, oC

Tv– prosječna vanjska temperatura, oC

Ventilatori se pri uzdužnom vjetrenju tunela primjenjuju kod kraćih tunela intenzivnog prometa, tamo gdje se očekuju zastoji u prometu te kod vjetrenja duljih tunela.

Ventilatori se raspoređuju na ulazu i izlazu iz tunela (sistem Saccardo), ili se razmještaju uzduž trase tunela kod primjene cijevnih ventilatora. Ventilatori proizvode depresiju na mjestu njihova rada.

Proizvedenu depresiju u tunelu možemo uvrstiti u izraz za proračun razlike tlaka na portalima tunela, te uz istovremeno zanemarivanje ove razlike tlakova na portalima, dobijamo izraz koji se često rabi za proračun depresije ventilatora hv:

)(2

)(2

22 c

DLAv

vwLCS

Ah TC

v ++∗

∗∗∗

−−∗∗∗∗

= ελρρ

Stupanj korisnog djelovanja ventilatora η ovisi o vrsti ventilatora i primjenjenom sistemu vjetrenja:

vNN

=η , kW



gdje je N – korisna snaga, kW

Nv – snaga ventilatora, kW

N=AT*v*h=Q*h, kW

Nv=Av*vv*hv=Qv*hv, kW

Indeks v odnosi se na ventilator.

Saccardo je koncem prošlog stoljeća predložio sistem koji je našao primjenu u željezničkim tunelima (slika 14). Koeficijent korisnog djelovanja sistema je vrlo nizak.

Slika 14. Saccardo sistem vjetrenja tunela Cijevni ventilatori montiraju se duž trase tunela. Princip rada idealnog cijevnog ventilatora prikazan je dijagramom na slici 15.

Slika 15. Depresija cijevnog ventilatora



Ukupna depresija tunela dijeli se na veći broj ventilatora koji su pojedinačno ili u grupama obješeni u kaloti tunela.

Djelovanje ventilatora, pri jednosmjernom kretanju prometa u tunelu, također je u

smjeru kretanja vozila, kako bi se iskoristilo kretanje prometa na kretanje zračne struje. Pri dvosmjernom prometu ugrađuju se ventilatori promjenjivog smjera djelovanja. Na taj način može se smjer djelovanja ventilatora prilagoditi smjeru djelovanja prirodne depresije, odnosno smjeru intenzivnijeg prometa.

Požar u tunelu jednosmjernog prometa manjeg je rizika nego u tunelu s dvosmjernim

prometom. U tunelu s jednosmjernim prometom dim i štetni plinovi produkti požara šire se u dio tunela koji napuštaju vozila. Ugrožene su međutim osobe koje se nalaze u tom dijelu tunela. U tunelu s dvosmjernim prometom ugroženi su sudionici u prometu koji se protusmjerno strujanju zraka kreću prema mjestu požaru.

U tunelima i jednosmjernog i dvosmjernog prometa grade se, iz sigurnosnih razloga, spojni hodnici za prolaz ljudi, na svakih 200 do 300 m, prema susjednom paralelnom tunelu, ukoliko postoji ili do površine terena ako je to izvedivo. Ako nije izvediva gradnja sigurnosnih komora s dovodom svježeg zraka, tuneli se dijele oknima na kraće dionice radi smanjenja rizika u slučaju nastanka požara. Poprečno i poluprečno vjetrenje tunela Poprečno vjetrenje tunela prvi put je primjenjeno pri izgradnji 3 km dugog Holland tunela ispod rijeke Hudson u New Yorku 1920. godine.

Slika 16. Izvedbe dovoda i odvoda zraka u tunelima



U tu svrhu, Bureau of Mines proveo je opsežne pokuse u tunelu napuštenog rudnika. Pokusima su utvrđivani rasporedi vjetrenih kanala, gustoća otvora u vjetrenim kanalima za vezu s prometnim dijelom tunela te stabilnost cijelog vjetrenog sistema. Kod poprečnog vjetrenja svježi zrak se dovodi a istrošeni zrak odvodi vjetrenim kanalima (slika 16). Svježi zrak dovodi se vjetrenim kanalima smještenim pri podu boka tunela a odvodi kanalima smještenim u stropu tunela. Sistem je pogodan za dulje tunele, koji se dijele u više zasebnih vjetrenih cjelina (jedinica). Primjer podjele tunela na više vjetrenih jedinica je tunel St. Gotthard (slika 17) koji je podijeljen u 9 zasebnih vjetrenih jedinica. Tunel duljine 16322 m, ima 4 okna i 6 vjetrenih stanica. Svaka vjetrena jedinica ima komunikaciju sa vanjskom atmosferom putem vjetrenih okana (središnje 4 jedinice) ili putem vjetrenih kanala (2 portalne jedinice). Vjetrena okna podijeljena su u dvije klijetke. Jednom klijetkom se dovodi svježa zračna struja. Svježa zračna struja se od vjetrenog okna vodi lijevo i desno uzduž tunela vjetrenim kanalom. Istrošena (onečišćena) zračna struja usisava se kroz otvore u vjetreni kanal. Dovodni i odvodni otvori za zrak smješteni su na suprotnim stranama tunela. Vjetreni kanali za svježu i onečišćenu zračnu struju smješteni su u kaloti (stropu) tunela.

Slika 17. Poprečno vjetrenje cestovnog tunela St. Gotthard (Švicarska) Raspored vjetrenih kanala, vođenje svježe i onečišćene zračne struje te položaj ventilatora u vjetrenim stanicama tunela St. Gotthard prikazan je slikom 18. Paralelno uz tunel Sv. Gotthard izrađen je sigurnosni prolaz (tunel) koji je povezan sa tunelom za promet vozila na svakih 200 do 300 m i kroz koji je moguća evakuacija ljudi. Ventilatori su ugrađeni na početku i kraju odvodnog kanala svake vjetrene jedinice. Promjenom brzine vrtnje i promjenom nagiba lopatica ventilatori mogu raditi u više režima, odnosno mijenjati količine zraka i razvijenu depresiju u širokom rasponu. Ukoliko je količina zraka u dovodnom kanalu različita od količine zraka u odvodnom tunelu dolazi do strujanja uzduž prometnog dijela tunela, pa govorimo o poluprečnom sistemu vjetrenja tunela.



Čisto poluprečno vjetrenje tunela je kada se zrak dovodi u tunel posebnim vjetrenim kanalima, a odvodi uzdužnim strujanjem prometnom cijevi tunela. U tom slučaju, ventilatori su konstrukcijski izvedeni tako da se brzo može promijeniti smjer njihova djelovanja kod pojave požara u tunelu. Duljine i presjeci vjetrenih kanala odabrani su tako da su građevinski i pogonski troškovi što manji. Pri konstantnim poprečnim presjecima vjetrenih kanala, promjenjive su brzine strujanja zraka, i obratno. Maksimalne brzine strujanja zraka u vjetrenim kanalima kreću se između 25 i 40 m/s. Otvori za ulazak svježeg zraka iz vjetrenog dovodnog kanala u prometni dio tunela izgrađuju se u donjem dijelu poprečnog presjeka tunela na razmaku 10 do 20 m. Razmak između otvora može biti i veći (do 200 m) ukoliko se osigura dobro miješanje štetnih plinova i svježeg zraka, što ovisi o brzini istjecanja zraka te brzini i gustoći vozila. Otvori za odvod zraka iz prometne cijevi tunela u pravilu se rade u gornjem dijelu poprečnog presjeka.

Slika 18. Vjetrena stanica u tunelu Sv. Gotthard

Požarna opasnost i rizici kod tunela sa poprečnim ili polupoprečnim sistemom vjetrenja znatno su manji u odnosu na uzdužno vjetrenje tunela, što je i osnovna prednost ovakovog sistema vjetrenja. U više država simulirani su u tunelima požari raznih intenziteta, od požara nekoliko litara benzina do cijele cisterne s gorivom. Prikupljeni su podaci o količinama dima, temperaturi, brzini širenja požara, mogućnostima gašenja i spašavanja u slučaju požara u tunelu. Dobro



dimenzionirano poprečno vjetrenje tunela s automatskom regulacijom omogućava u slučaju nastanka požara zaustavljanje uzdužnog strujanja te brzo i intenzivno usisavanje dima i štetnih plinova iz prometne cijevi tunela u odvodne vjetrene kanale. Literatura

1. Lüftung in Untergebau Richtlinien für die Bemessung und und Betrieb von Baulüftungen, SIA, Zürich, (1976).

2. Tunnel und Stollenlüftung, Projektierung, Bau und Betrieb, SIA Documentation 14, Zürich, (1976).

3. International Symposium on the Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, 2nd, Cambridge, BHRA, 1976.

Documents

VJETRENJE TUNELA U vjetrenju tunela razlikujemo: separatno