تهویه تونل ‌ها به منظور زدودن آلاینده ‌ها یا گرما و کنترل دود در صورت وقوع آتش ‌سوزی در آن‌ها پیش ‌بینی می ‌شود. آلودگی در تونل ‌های جاده ‌ای به دلیل خروج گازهایی مانند مونوکسید کربن، دود ناشی از احتراق سوخت دیزل و اکسید های نیتروژن از اگزوز خودروها ایجاد می ‌شود.

آلودگی در تونل ‌های راه ‌آهن از دود سوخت دیزل لوکوموتیوها ناشی شده و در تونل ‌های مترو نیز زدودن گرما مهم‌ترین دغدغه طراحان به شمار می ‌رود. عامل زدودن گرما معمولاً باعث تغییر نیازمندی‌ های تهویه تونل‌ های جاده‌ ای نمی‌شود چون نرخ‌ های محاسبه ‌شده برای این منظور خاص بسیار کمتر از نرخ ‌های تهویه لازم برای خروج آلاینده‌ ها در این‌گونه تونل‌ هاست.

اما زدودن گرما در تونل‌ های راه‌ آهن پراهمیت است چون وقتی ‌که یک قطار در تونل‌ های طولانی حرکت می‌کند، هوا با همان سرعت حرکت قطار در تونل به حرکت درآمده و موجب افزایش دمای داخل تونل و گرم شدن بیش ‌از حد موتور لوکوموتیو می ‌شود.

کنترل حریق نیز در تونل ‌ها از اهمیت فراوانی برخوردار است. یکی از ابعاد بسیار مهم طراحی، تعیین حجم حریقی است که می ‌تواند بر شرایط و نیازمندی ‌های تهویه تونل ‌ها تأثیرگذار باشد.

عوامل ایجاد کننده حریق در تونل ‌های جاده‌ ای، خودروها، سوخت و محموله ‌آن ‌ها می‌ باشند و در تونل‌ های راه ‌آهن، باید خطر آتش‌ سوزی ‌های ناشی از اتصال کوتاه مدارات برقی در تونل‌ های مترو نیز بسیار بااهمیت ‌اند.

تهویه تونل مترو

تهویه و کنترل دود در متروها

تهویه متروها را می ‌توان به دو بخش اصلی تقسیم‌ بندی نمود:

تونل ‌ها

ایستگاه‌ ها

در ایستگاه‌ ها، گرمای ایجاد شده از بدن انسان ‌ها، تجهیزات برقی و قطارها باید زدوده شود. این کار اغلب با استفاده از شیوه‌ های معمول تهویه مطبوع و توسط کانال‌ های تغذیه و مکش هوا عملی می‌ شود.

گرمای تجمع یافته در تونل ‌ها که سرمنشأ آن قطارها هستند نیز با استفاده از شیوه‌ های تهویه طولی به بیرون هدایت می‌ شود تا از افزایش بیش ‌ازحد جابه‌جایی و ناشی از حرکت قطارها جلوگیری به عمل آید.

سیستم ‌های کنترل دود در ایستگاه‌ ها بسیار مشابه با سیستم‌ هایی هستند که در ساختمان ‌ها نصب می‌شوند با این تفاوت که دسترسی ایستگاه‌ ها به فضای بیرون برای مکش یا فرار دود محدود تر است.

به همین دلیل، توصیه می‌ شود که ایستگاه‌ ها به بخش‌ ها و منطقه ‌های مختلفی تقسیم ‌بندی و دود جمع شده در هر یک از آن‌ ها با کانال‌ کشی‌ ها و باد زن ‌های مقاوم به دماهای بالا به بیرون هدایت شود.

البته بهترین حالت این است که دود در نزدیک ‌ترین نقطه به منشأ تولید آن جمع ‌آوری شود. طراحان برای انتخاب سیستم کنترل دود در ایستگاه‌ ها باید تخمینی از اندازه آتش و دمای دود آن به دست آورند.

تئوری ‌های مختلفی توسط سازمان ‌هایی مانند NFPA یا مؤسسه تحقیقات حریق بریتانیا برای این امر تدوین‌ شده ‌اند ولی درهر حال، دمای طراحی دود باید بالا ترین دمای به‌ دست ‌آمده از محاسبات مختلف در نظر گرفته شود.

اگر دود با هوای تازه مخلوط شود، دمای آن کاهش می ‌باید. اما یک مشکل بسیار مهم، غلبه بر نیروی غوطه ‌وری طبیعی دود است که باعث می ‌شود دود حتی در برابر جریان هوا با جهت مخالف، به بالا صعود کند.

در تهویه تونل ‌ها کل بازده گرمایی قطارها را باید برای محاسبه نرخ تهویه مورد نیاز در نظر گرفت. کار زدایش گرما با تعبیه باد زن‌ های مکش هوا و تغذیه نصب ‌شده در نزدیکی ایستگا‌ه ‌ها و یا شفت‌ های تهویه طبیعی به اجرا درمی‌ آید.

بادزن‌ ها و یا شفت ‌های تهویه طبیعی معمولاً برای کاهش دادن مقدار جریان‌ هوای ناشی از اثر پیستونی حرکت قطار در تونل نیز به ‌کاربرده می ‌شوند. برای کنترل دود در تونل باید یک اصل را در نظر داشت: تأمین سرعت مناسب جریان برای بیرون راندن دود از مسیرهای فرار. این کار در اکثر موارد خیلی دشوار نیست چون آتش ‌های درون تونل ‌ها نسبتاً کوچک و در حد MW15 هستند.

تحقیقات انجام ‌شده، نرخ تولید دود و حرکت آن از منشأ آتش به اطراف را تعیین نموده است. اگر سرعت هوا از این رقم بیشتر باشد، دود از آتش دور خواهد شد. به‌ عنوان ‌مثال، سرعت هوای m/s3 در سطح مقطع تونل برای بیرون راندن دود ناشی از حریقی به قدرت MW15 کافی خواهد بود.

باد زن ‌هایی که برای این کار نصب می ‌شوند معمولاً از نوع کاملاً معکوس شونده هستند تا بتوان با تغییر جهت جریان هوا، نزدیک ‌ترین مسیر فرار را قابل ‌استفاده ساخت. اگرچه فضا های بزرگ به‌ طور معمول با باد زن‌ های بزرگ برای تأمین و مکش هوا تجهیز می ‌شوند، اما استفاده از جت فن‌ها نیز مرسوم است.

این نوع خاص باد زن، جتی پرسرعت از هوا ایجاد می‌کند که در فضای تونل منتشرشده و هوا و دود موجود در آنجا را به همراه خود بیرون می‌ راند. انرژی این جت به فشار استاتیک تبدیل می ‌شود و باعث حرکت عمده هوا خواهد شد. جت فن ‌ها را می‌ توان در تونل ‌ها یا فضا های بسیار بزرگ مانند ایستگاه ‌های سرپوشیده به کار برد.

تهویه تونل راه آهن

تهویه تونل‌ های راه‌آهن

تهویه تونل ‌های راه ‌آهن به ‌طورکلی ساده‌ تر از تهویه تونل ‌های مترو است. این تونل‌ ها معمولاً تکی و دو سر باز بوده و یک شفت مرکزی برای تأمین / مکش هوا در آن‌ها تعبیه می‌ شود. تونل ‌های راه‌ آهن به ‌ندرت به یکدیگر وصل می‌ شوند بنابراین نیازی به انجام محاسبات پیچیده شبکه ‌ای حرکت قطارها و آرایش باد زن‌ها نخواهد بود.

در اکثر این تونل‌ ها تهویه به ‌طور خود به خودی و بر اثر حرکت قطارها انجام می ‌شود ولی در بعضی از این تونل ‌ها باید امکانات تهویه را برای خارج ساختن دود سوخت دیزل و خنک کردن لوکوموتیو پیش‌بینی کرد.

برای کنترل دود ناشی از آتش‌ سوزی در تونل ‌ها به جز تونل ‌های بسیار کوتاه نیز باید تمهیداتی اندیشیده شود.

عملی ‌ترین روش برای تهویه تونل‌ های راه ‌آهن، استفاده از سیستم‌ های تهویه طولی است که از بادزن ‌های بزرگ معکوس شونده در میانه تونل (برای مکش/ تغذیه هوا) و یا جت فن ‌ها تشکیل می ‌شوند.

البته توجه داشته باشید که با قرار دادن این بادزن ‌ها در میانه تونل و تغذیه و مکش هوا از این نقطه، هوا از ساده ‌ترین مسیر، معمولاً از درون تونل خالی، وارد و خارج می‌ شود و شاید از بخشی که قطار در آن حرکت می‌ کند گذر نکند.

بنابراین باید مقاومت ‌های نسبی سیستم را در هنگام محاسبه طرح جریان هوای اطراف قطار در نظر داشت.

اگر سیستم به جت فن‌ مجهز شده باشد، هوا از یک دهانه تونل وارد شده و از دهانه دیگر خارج می ‌شود لذا تمام حجم هوا از روی قطار عبور خواهد کرد.

این بادزن‌ ها می ‌توانند 100% معکوس شونده باشند تا بتوان جهت جریان هوا را طوری انتخاب کرد که از مسیر فرار دور باشد.

اما در صورت استفاده از سیستم‌ های تهویه طولی اگر حریق در مرکز قطار روی دهد، دود را باید از بخش ‌هایی از تونل به بیرون هدایت کرد که قاعدتاً مسافران در آن حضور دارند.

در اینجا نیز به مانندِ تونل ‌های مترو، کنترل دود بر اساس تأمین سرعت مناسب جریان هوا برای تضمین بیرون رانده شدن دود و حرکت آن تنها به یک سمت حریق استوار است تا فضا برای تعداد هرچه بیشتری از افراد ایمن باشد.

بادزن‌ هایی که برای کنترل دود در تونل‌ های راه‌ آهن نصب می ‌شوند باید قادر به تحمل دمای 150 یا 250 درجه سانتی ‌گراد برای زمان حداقل یک ساعت باشند.

تهویه تونل جاده ای

تهویه تونل‌های جاده‌ای

نرخ‌ های تهویه تونل‌ های جاده ‌ای بر اساس کنترل آلودگی برای تأمین شرایط آسایشی یا کنترل دوره ناشی از حریق انتخاب می‌ شوند. این نرخ‌ ها برای تأمین شرایط آسایشی به میزان مونوکسید کربن، دود سوخت دیزل یا اکسید های نیتروژن بستگی دارند.

سطوح تولید آلاینده ‌های خودروها را می ‌توان از انتشارات مرجع سازمان بین‌ المللی جاده‌ ها (PIARC) به دست آورد که بر اساس اطلاعات و داده ‌های جمع‌ آوری ‌شده از کشورهای مختلف جهان تهیه و تدوین می ‌شوند.

این داده‌ ها حالت مبنا برای محاسبات داشته و ضرایب مربوط به شرایط جاده ‌ها و خودروهای کشورهای مختلف نیز به همراه آن آورده شده که باید حتماً مدنظر قرار گیرند. این داده‌ های مبنا بر اساس سرعت حرکت خودروها، گرادیان و شیب جاده و ارتفاع محل احداث تونل هم باید تصحیح شوند.

علاوه بر این ‌ها، آگاهی داشتن از تعداد و وزن خودرو ها در تونل نیز لازم است. تعداد خودرو ها بر اساس طول تونل، تعداد مسیرهای حرکت و تعداد خودرو/ کیلومتر/ مسیر محاسبه می‌ شوند نرخ تهویه مور نیاز بر اساس تعداد خودرو های موجود در تونل ضرب در وزن خودروها، ضرب در آلاینده ‌های ویژه (مونو کسید کربن، اکسید های نیتروژن و دود) و تقسیم نتیجه بر سطح تولید آلاینده (مونو کسید کربن، اکسید های نیتروژن و دود) و در نظر گرفتن بالاترین رقم حاصله از هر یک از آلاینده‌ ها محاسبه می ‌شود.

نکته بعدی، محاسبه نرخ تهویه لازم برای کنترل دود و گازهای داغ ناشی از آتش ‌سوزی است که برای این کار دو روش وجود دارد.

دود یا با مکش از ارتفاعی بالا رانده می ‌شود یا این‌که هوا به سمت نقطه وقوع حریق دمیده شده و دود و گازهای داغ در مسیری دلخواه به حرکت درآورده می ‌شوند.

نرخ‌ های تهویه هر دو روش در انتشارات PIARC موجودند. در تونل‌ های جاده‌ای ممکن است بسته به تشخیص طراحان از چند نوع سیستم تهویه به‌ طور مستقل و یا ترکیبی استفاده شود.