در قسمت اول تهویه تونل ها درباره تهویه هوا در تونل های مختلف از جمله تونل های جاده ای، تونل های راه آهن و مترو صحبت کردیم. در این مقاله به صورت دقیق تر و کامل تر به تهویه تونل می پردازیم.
سیستم کاملاً متقاطع
یک سیستم کاملاً متقاطع، دارای کانال هایی برای تغذیه و مکش هوا می باشد. تغذیه هوا معمولاً از ارتفاعی پایین و از کانال هایی واقع در زیر جاده صورت می گیرد تا هوای تازه با گازهای خارج شونده از اگزوز خودروها ترکیب شود.
هوای آلوده که میزان غوطه وری بالایی دارد، در ارتفاعی بالا و معمولاً از کانال های واقع در بالای تونل به بیرون مکیده می شود. این سیستم از لحاظ فنی بهترین نتیجه ممکن را به دست می دهد چون عملکرد آن از فشار باد در دهانه های تونل یا حرکت خودروها و ترافیک تأثیر نمی پذیرد.
این نوع سیستم غالباً در تونل های طولانی، پرترافیک و یا دو طرفه به کار برده می شود. هزینه تجهیزات مکانیکی و کارهای ساختمانی این سیستم ها نسبتاً زیاد است و توزیع هوا باید به دقت در آن متعادل شود.
بادزن های مورد استفاده در سیستم کاملاً متقاطع معمولاً بادزن های بزرگ جریان محوری هستند که به طور موازی با هم کار کرده و طراحی آن ها از نوع گام ثابت است که حجم کلی هوادهی با سوئیچ های روشن و خاموش کردن بادزن ها کنترل می شود.
البته در صورتی که از بادزن ها دو سرعته استفاده شود، هزینه های عملکردی سیستم کاهش یافته و می‌توان ظرفیت سیستم کاملاً متقاطع را بهتر با بار موجود مطابقت داد. این بادزن ها در شفت های مربوطه به طورعمودی یا افقی نصب می شوند و تعبیه صداگیرها در هر دو سمت بادزن ها الزامی است.
یک مزیت دیگر بادزن های دو سرعته، به کار انداختن آن‌ها با سرعت پایین تر در هنگام شب است (زمانی که بار ترافیکی تونل کاهش می یابد) تا صدای تولید شده کاهش داده شود.
تهویه تونل
اگر در تونلی که حرکت طولی هوا در آن وجود ندارد آتش سوزی روی دهد، هوای تازه از دهانه های تونل به داخل کشیده شده و ابری از دود و گازهای داغ ایجاد می شود. این ابر به بالای لایه هوای تازه تونل رفته و به هر دو سمت نقطه آتش سوزی تونل منتشر می شود (معمولاً به اندازه 300 متر به طرفی نقطه آتش سوزی).
این ابر پس از طی این مسافت خنک شده، و حالت غوطه وری خود را از دست می دهد و در نتیجه با هوای تازه‌ای که توسط آتش به داخل تونل کشیده می شود، مخلوط می‌گردد. کنترل مؤثر دود با مکش و زدایش دود، قبل از مخلوط شدن آن با هوای تازه میسر خواهد بود.
سیستم شاید قادر باشد دود را در نقاطی مناسب مکش کند ولی هرگز نمی تواند تمامی حجم دود تولید شده از آتش را بزداید؛ بنابراین باید حجم هوای خارج شونده از نزدیکی آتش را افزایش داد.
به همین دلیل در اکثر تونل ها نقاط مکش اضافیِ مجهز به دمپر تعبیه می شوند تا در صورت بروز آتش سوزی، دمپرهای نقاط نزدیک به آتش باز شده و بقیه دمپرها بسته بمانند. در این صورت می توان عمل مکیده شدن هوای نزدیک به آتش را تحقق بخشید.
اگر تونل یک طرفه است بهتر خواهد بود که دود و گازهای داغ به جهت مخالف خودروهای ایستاده رانده شوند. برای عملی ساختن این منظور می‌توان جهت کار بادزن های مکش و تغذیه را در بخش های مختلف تونل عکس نمود تا سرعت طولی مناسب برای این امر تأمین گردد.
سیستم نیمه متقاطع
این سیستم شباهت بسیاری به مکانیسم های مجزای مکش و تغذیه سیستم های کاملاً متقاطع دارد. اگر سیستم نیمه متقاطع از نوع مکشی باشد، هوا از ارتفاعی بالا مکش شده و هوای تازه از دهانه های تونل وارد و از دریچه های واقع در ارتفاع های بالا بیرون می رود. در این سیستم ها، هوا هرچه به مرکز تونل نزدیک تر می شود آلوده تر می‌گردد لذا باید نرخ تهویه تونل را برای جبران آن افزایش داد.
در سیستم های نیمه متقاطع تغذیه ای، هوای تازه از ارتفاع پایین وارد شده و هوای آلوده از دهانه های تونل خارج می شود.
در این حالت تمام حجم هوا در سطح حداکثر آلودگی مجاز قرار خواهد داشت لذا از این جنبه نیازی به بالا بردن نرخ تهویه نمی باشد. کانال های هوا را می‌توان در زیر یا سطح جاده و یا در کنار مسیر عبور خودروها قرار داد.
یک سیستم نیمه متقاطع از لحاظ فنی تنها به حرکت هوا در تونل اتکا دارد؛ بنابراین از فشار باد در دهانه ها و حرکت خودروها تأثیر گرفته و دقت و راندمان آن به اندازه سیستم های کاملاً متقاطع نخواهد بود. برای همین منظور باید نرخ تهویه را بالا برد تا اثرات کاهش نرخ جریان هوا در جهتی خاص جبران شود.
سیستم های نیمه متقاطع را می‌توان در تونل های طولانی، پر ترافیک یا تونل های دو طرفه استفاده نمود اما باید توجه داشت که این سیستم ها جریان هوایی با سرعت بالا در دهانه های تونل ایجاد می کنند.
یک روش برای رفع این معضل، استفاده از سیستم نیمه متقاطع در بخش های انتهایی تونل و نصب یک سیستم کاملاً متقاطع در مرکز آن است. هزینه ساخت و نصب سیستم های نیمه متقاطع به مانند سیستم های کاملاً متقاطع زیاد می باشد.
سیستم های نیمه متقاطع برای کنترل دود باید به مانند سیستم های متقاطع عمل کنند یعنی باید مکش را در ارتفاع بالا انجام دهند. اگر سیستم از نوع تغذیه‌ای است، بادزن ها باید معکوس شونده بوده و قادر به مکش از ارتفاعی بالا باشند و دمپرهایی برای بستن دریچه های ارتفاع پایین داشته باشد.
بادزن های این سیستم ها مانند سیستم های کاملاً متقاطع هستند اما چون حرکت طولی هوا در داخل تونل وجود خواهد داشت باید افت فشار ناشی از آن را به افت فشار سیستم کانال ها افزود و انتخاب بادزن ها را بر این اساس انجام داد.
تهویه تونل جاده ای
سیستم‌های مخلوط
یک کانال تغذیه می تواند بخشی از طول تونل را تغذیه کرد و یک کانال مکش، عمل بیرون کشیدن را از بخش باقی‌مانده طول تونل عهده‌دار شود.
در تونل های طولانی واقع در مناطق کوهستانی، سیستم طولی می‌تواند عملکرد مناسبی داشته باشد به این شرط که شفت‌هایی برای تأمین و مکش هوا در فاصله‌ها مناسب تعبیه شده باشند.
سیستم های تهویه طولی
حرکت هوا در یک سیستم تهویه طولی در راستای طول تونل خواهد بود؛ بنابراین نیازی به پیش‌بینی کانال های توزیع در تونل نیست. هوا می تواند از هر یک از دها‌نه‌ها وارد شده و از دهانه دیگر خارج شود، یا این که از نقاطی واقع در درون تونل تأمین و به بیرون هدایت شود.
می‌توان حرکت هوا را در این سیستم با استفاده از بادزن های بزرگ با جت فن یا ترکیبی از آن دو ایجاد نمود.
تمام هوای آلوده یک تونل مجهز به سیستم تهویه طولی از دهانه های تونل خارج خواهد شد. بنابراین می‌توان بادزن های بزرگی در این نقاط نصب نمود تا عمل تخلیه هوای آلوده در ارتفاع بالا را تسهیل کنند.
اگر سرعت طراحی در تونل خیلی پایین باشد، هوای تازه شاید به اندازه کافی مغشوش و توربولانت نباشد که بتواند گازهای خروجی از اگزوزهای خودروها را قبل از ورود به کاربراتور خودرو بعدی رقیق سازد.
اما اگر نرخ تهویه تونل طوری انتخاب شده باشد که برای کنترل دود و آتش مناسب باشد، مشکلی از این بابت هم به وجود نخواهد آمد. اگر تونل در منطقه ای باز قرار دارد، اثرات باد بر دهانه ها شاید به قدری باشد که جت فن‌ها نتوانند از عهده غلبه بر فشار آن برآیند.
در این صورت، بادزن ها باید 100% معکوس شونده باشند تا بتوان جریان هوا را با جهت وزش باد همسو ساخت. نرخ تهویه بر اساس سطح رقیق سازی مورد نیاز آلاینده ها یا بر مبنای دمش دود به دور از آتش تعیین می شود.
جت فن ها
جت فن در سیستم تهویه طولی
جت فن ها معمولاً در چندین نقطه از تونل ها نصب می شوند. البته زمان کارکرد این بادزن ها خیلی زیاد نخواهد بود چون حرکت خودروها به خودی خود مکانیسم تهویه ای در تونل ایجاد می‌کند.
بنابراین کارکرد این بادزن ها بر اساس یک برنامه زمانی تنظیم می شود. بسیار مهم است که بدانیم جریان هوای داخل تونل به دلیل افزایش فشار ناشی از کارکرد جت فن ها و دمیده شدن حتی پرسرعت از هوا ایجاد می شود.
با کاهش شتاب حرکت این جت هوا، انرژی آن به جریان عادی هوا منتقل می شود و افزایش فشاری معادل توان بادزن تقسیم بر مساحت سطح مقطع تونل ایجاد می نماید. این فشار هوا، هوا را در طول تونل به حرکت درآورده و بر افت فشار تونل غلبه می کند.
البته از آنجا که این افت شتاب حالتی تدریجی دارد، اگر فاصله طولی میان باد زن‌ها ناکافی باشد افت شتاب ناکامل مانده و افزایش سرعت بر عملکرد سری بعدی بادزن ها تأثیر خواهد گذاشت. برای رفع این مشکل معمولاً فاصله میان مجموعه های جت فن ها را معادل ده برابر قطر تونل در نظر می‌گیرند.
از سایر عواملی که باید به آن ها توجه داشت، سرعت حرکت هوا در تونل و نزدیکی بادزن ها به دیواره و سقف تونل است. توان بادزن در شرایط سکون هوا اندازه گیری می شود و از هر تغییری در ممنتوم هوای گذرکننده از بادزن ها تأثیر می گیرد.
اگر هوا در ورودی بادزن دارای حرکت باشد، تغییر ممنتوم کاهش می یابد. اگر جت فن خیلی به دیوار نزدیک باشد، تلفات اضافه ای ناشی از اصطکاک میان جت هوا و دیوار وجود خواهد داشت.
راندمان بادزن های معکوس شونده در مقایسه با انواع عادی تک جهته کمی کمتر بوده و صدای کار آن‌ها کمی بیشتر است اما قابلیت انعطاف آن ها به مراتب بالاتر می‌باشد. با استفاده از این بادزن ها می‌توان در صورت لزوم، کاربری تونل های یک طرفه را به دو طرفه تغییر داد.
جت فن ها در مقایسه با سایر بادزن ها، هزینه اولیه و عملکرد کمتری دارند. معمولاً از آن‌ها در کنار سایر سیستم ها استفاده می شود.
به عنوان مثال می توان از آن ها برای تأمین جریان هوایی با سرعت لازم در شرایط آتش سوزی یا تأمین سطوح اولیه تهویه برای کاستن از ظرفیت و هزینه های سیستم های دیگر استفاده به عمل آورد.
جت فن ها در سیستم های تهویه طولی (که در قاره اروپا به عنوان گزینه اصلی مطرح می باشند)، بهترین کیفیت عملکرد را دارند و طراحان معمولاً از آن‌ها استفاده می کنند.
البته طول تونل می تواند در اینجا یک عامل محدود کننده به شمار آید چون سرعت حرکت هوا در تونل مشمول مقادیر حداکثر مجاز است. به منظور تأمین نیازمندی ها و شرایط ایمنی، سرعت جریان هوا در تونل ها هرگز نباید از m/s10 بیشتر باشد و البته سرعت های بالای m/s7، در عمل کمتر مشاهده شده اند.
این سیستم برای تونل هایی با طول بیش از سیصد متر و ترافیک شهری دوطرفه توصیه نمی شود مگر اینکه بادزن های تخلیه اضطراری برای تهویه تونل و حفاظت از فاکتورهای مهم در نصب بادزن تونلی مسیرهای فرار سرنشینان خودروها نصب شده باشند.
در مواردی هم که احتمال بروز آتش سوزی با قدرت بیش از MW10 وجود دارد و دمای هوا شاید از سیصد درجه سانتی گراد بالاتر رود، جت فن ها گزینه مناسب و قابل توصیه ای نخواهند بود.
فن تهویه تونل ها
راهنمای انتخاب بادزن
در هنگام انتخاب بادزن برای تهویه تونل ها به این نکات توجه کنید:
بزرگ ترین بادزن ممکن و قابل نصب را انتخاب کنید. بادزن های بزرگ تر در مقایسه با بادزن های کوچک تر نسبت به توان خروجی، هزینه اولیه و نصب بالاتری دارند.
برای دستیابی به پایین ترین هزینه عملکردی، بادزنی با سرعت پایین و یا با گام پایین انتخاب کنید.
نسبت توان مصرفی به توان خروجی بادزن با سرعت خروجی آن رابطه مستقیم دارد؛ بنابراین، مصرف توان یک بادزن که سرعت خروجی آن بالاست قابل توجه خواهد بود.
کاستن از توان خروجی بادزن ها در ابعاد و اندازه برابر، موجب افزوده شدن بر تعداد بادزن‌ها می شود و در نتیجه هزینه های اولیه طرح افزایش می یابند.
علاوه بر این، استفاده از بادزن هایی که با سرعت خروجی پایین تر به مفهوم تولید صدای کمتر و کاهش طول صداگیرهای مورد نیاز و یا اصلاً حذف آن‌ها خواهد بود.
چنانچه به کسب دانش و اطلاعات در زمینه تاسیسات مکانیکی علاقه مندید، آکادمی کاشانه با 14 سال سابقه درخشان در زمینه برگزاری دوره های آموزش در صنعت تاسیسات، دوره آموزشی تحت عنوان دوره اصول طراحی تاسیسات ساختمانی، بیمارستانی و صنعتی برگزار می کند و شما با شرکت در این دوره می توانید در صنعت تاسیسات حرفه ای شوید.
