公路隧道全射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)與分段通風(fēng)需風(fēng)量計算及其差異性分析

摘要：隨著高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，為使長隧道及特長隧道更好的服務(wù)于公路運輸，需要通過通風(fēng)改善隧道內(nèi)的空氣品質(zhì)，以便更好的保證司乘人員的行車安全。由于規(guī)范中對分段通風(fēng)需風(fēng)量計算的解釋較為簡略，文章則依據(jù)規(guī)范，以公式的形式闡述全射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)與斜豎井分段通風(fēng)需風(fēng)量計算的過程及其差異性。

關(guān)鍵詞:需風(fēng)量，分段通風(fēng)，公路隧道，CO濃度，煙霧濃度。

The Analysis of calculating and difference of highway tunnel with full jet fan ventilation and sectional ventilation

(Shanxi Provincial Transportation Planning Survey and Design Institute,Sun Jinfei , Shanxi Taiyuan,030012)

Abstract: with the rapid development of highway, in order to make the long tunnel to serve the highway transportation more better, we need to improve the air quality of the tunnel and ensure safe driving by Using mechanical ventilation. As the calculation of the sectional ventilation in related standards is very simple, this article is based on the standards,and states the calculation process of ventilation rate and differences between the two ventilation modes in the form of formula.

Keywords: air volume, sectional ventilation, highway tunnel, concentration of CO, concentration of smoke。

中圖分類號： TD724 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

0 引言

高速公路隧道作為為公路運輸過程中特殊路段，需要對隧道內(nèi)封閉空間的駕駛環(huán)境進(jìn)行改善。為了滿足需求，采用稀釋法計算隧道通風(fēng)的需風(fēng)量。隧道內(nèi)的污染物主要有CO、HC、NOx、SO2和煙霧等，其中CO 是對人體危害最大的，一直以來作為計算隧道通風(fēng)需風(fēng)量的衛(wèi)生要求指標(biāo)；而煙霧會影響駕駛?cè)藛T的視線，所以隧道通風(fēng)的需風(fēng)量應(yīng)同時能滿足CO 指標(biāo)的衛(wèi)生要求和煙霧指標(biāo)的可見度要求等。

1通風(fēng)需風(fēng)量計算

以《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》（JTJ 026.1—1999）作為計算依據(jù)，分別計算CO及煙霧的排放量，再由CO及煙霧設(shè)計指標(biāo)得出隧道的通風(fēng)需風(fēng)量，取其二者中的最大值與通風(fēng)換氣需風(fēng)量、火災(zāi)工況下的需風(fēng)量進(jìn)行比較，擇其大者作為該條（段）隧道的需風(fēng)量。

2規(guī)范中對隧道通風(fēng)需風(fēng)量的規(guī)定[1]

2.1稀釋CO的需風(fēng)量

（1）隧道內(nèi)的CO排放量計算公式為

其中：Qco——隧道全長CO排放量（m3/s）；Qco為CO基準(zhǔn)排放量（m3/輛·Km）；fa為考慮CO的車況系數(shù)；fd為車流密度系數(shù)；fh為考慮CO的海拔高度系數(shù)；fm為考慮CO的車型系數(shù)；fiv為考慮CO的縱坡-車速系數(shù)；N為車型類別數(shù)；Nm為相應(yīng)車型的設(shè)計交通量。

（2）稀釋CO的需風(fēng)量按下式計算

其中：Qreq（CO）為隧道稀釋CO的需風(fēng)量；P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325KN/㎡）；P為隧址設(shè)計氣壓（KN/㎡）；T0為標(biāo)準(zhǔn)氣溫（273K）；T為隧道夏季的設(shè)計氣溫。

2.2稀釋煙霧濃度需風(fēng)量

（1）隧道內(nèi)煙霧排放量，可通過下式計算

其中：QVI為隧道全長煙霧排放量（m2/s）；qVI為煙霧基準(zhǔn)排放量（m2/輛·Km）；fa（VI）為考慮煙霧的車況系數(shù)；fd為車流密度系數(shù)；fh（VI）為考慮煙霧的海拔高度系數(shù)；fm（VI）為考慮煙霧的車型系數(shù)；fiv（VI）為考慮煙霧的縱坡-車速系數(shù)；nD為柴油車車型類別數(shù)；Nm為相應(yīng)車型的設(shè)計交通量。

（2）稀釋煙霧的需風(fēng)量為

其中：Qreq（VI）為隧道稀釋煙霧的需風(fēng)量；K為煙霧設(shè)計濃度（m-1）。

3全射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)模式下的通風(fēng)需風(fēng)量

交通量小、長度短的隧道多采用全射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)模式，該通風(fēng)模式下的需風(fēng)量計算是把整個隧道作為一個完整的通風(fēng)管道，利用射流風(fēng)機(jī)的輔助動力克服局部和沿程阻力，將外環(huán)境的新鮮空氣送入隧道內(nèi)，以改善隧道內(nèi)的駕駛環(huán)境。

3.1正常工況

正常工況按照設(shè)計行駛速度V設(shè)計確定fd（正常）、fiv（正常）、fiv（VI）（正常）等參數(shù)，，此時該隧道內(nèi)車輛的CO、VI的排放量分別為：

3.2阻滯工況

阻滯工況時根據(jù)規(guī)范阻滯計算長度不宜大于1km，當(dāng)隧道長度較大（大于1km）時，隧道就被分為兩個駕駛區(qū)間：阻滯段和非阻滯段。阻滯段行車速度按照10 Km/h確定計算參數(shù)fd（阻滯）、fiv（阻滯）、fiv（VI）（阻滯），非阻滯段按照30～40 Km/h確定計算參數(shù)fd（非阻滯）、fiv（非阻滯）、fiv（VI）（非阻滯）。

L=La+Lb

其中：L為隧道總長度（m），La為隧道非阻滯段長度（m），Lb為隧道阻滯段長度（m）。

（1）阻滯工況時隧道內(nèi)的CO排放量

（2）阻滯工況時隧道內(nèi)的VI排放量

3.3該通風(fēng)模式下的需風(fēng)量

由前面已經(jīng)計算得到的CO、VI排放量，根據(jù)CO及VI設(shè)計指標(biāo)得出隧道的通風(fēng)需風(fēng)量，取其二者中的最大值與通風(fēng)換氣需風(fēng)量、火災(zāi)工況下的需風(fēng)量進(jìn)行比較，擇其大者作為該條隧道的需風(fēng)量。具體比較過程如圖3-1所示：

圖3-1全射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)模式需風(fēng)量計算圖

4斜豎井分段通風(fēng)模式下的通風(fēng)需風(fēng)量

當(dāng)隧道長度較長、交通量較大，隧道內(nèi)產(chǎn)生的有害污染物無法通過射流風(fēng)機(jī)將其排出時，需采用設(shè)置斜豎井將隧道進(jìn)行分段，分別進(jìn)行通風(fēng)。

4.1正常工況

正常工況分別按照設(shè)計行駛速度V設(shè)計確定fd（正常）、fiv（正常）、fiv（VI）（正常）等參數(shù)，通風(fēng)分段將隧道分為L1、L2兩個通風(fēng)段。

L=L1+L2

其中：L為隧道總長度（m），L1為第一段隧道長度（m），L2為第二段隧道長度（m）。

（1）隧道內(nèi)CO的排放量

（2）隧道內(nèi)VI的排放量

4.2阻滯工況

分段通風(fēng)時，隧道內(nèi)各段之間相對獨立，因阻滯段位置的變化將會影響該通風(fēng)段最大需風(fēng)量的大小。則阻滯工況需風(fēng)量應(yīng)采用每段都按照阻滯在該段發(fā)生的條件下進(jìn)行計算，這樣才能保證運營期間各段正常工況、阻滯工況下隧道內(nèi)環(huán)境的品質(zhì)。

該工況下通風(fēng)計算阻滯段行車速度按照10 Km/h確定計算參數(shù)fd（阻滯）、fiv（阻滯）、fiv（VI）（阻滯），非阻滯段按照30～40 Km/h確定計算參數(shù)fd（非阻滯）、fiv（非阻滯）、fiv（VI）（非阻滯）。

L1=L1a+L1b；L2=L2a+L2b

其中：L1a為第一段隧道非阻滯段長度（m），L1b為第一段隧道阻滯段長度(m)，L2a為第二段隧道非阻滯段長度（m），L2b為第二段隧道阻滯段長度(m)。

（1）阻滯工況時隧道內(nèi)CO的排放量

1）第一段隧道CO的排放量

2）第二段隧道CO的排放量

（2）阻滯工況時隧道內(nèi)VI排放量

1）第一段隧道VI排放量

2）第二段隧道VI排放量

4.3該通風(fēng)模式下的需風(fēng)量

由前面已經(jīng)計算得到各通風(fēng)段、各工況條件下的CO、VI排放量，根據(jù)CO及VI設(shè)計指標(biāo)得出隧道各段的通風(fēng)需風(fēng)量，將其與各段通風(fēng)換氣需風(fēng)量、火災(zāi)工況下的需風(fēng)量進(jìn)行比較，擇其大者作為該通風(fēng)段的需風(fēng)量。具體比較過程如圖4-1所示：

圖4-1分段通風(fēng)模式需風(fēng)量計算圖

5兩種通風(fēng)模式下通風(fēng)計算比較分析

兩種通風(fēng)模式在各工況條件下所考慮的對象、所需動力、阻滯工況時計算的差異性分別為：

表5-1 兩種通風(fēng)模式下通風(fēng)計算

6結(jié)語

通風(fēng)量計算時應(yīng)根據(jù)交通量大小、隧道長度、縱向坡度等進(jìn)行預(yù)估，在全部采用射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)時不能滿足要求時，采用分段通風(fēng)。同時根據(jù)汽車制造技術(shù)及石油提煉技術(shù)的提高，合理優(yōu)化計算參數(shù)，降低通風(fēng)設(shè)備功耗，以實現(xiàn)節(jié)能減排的效果。

參考文獻(xiàn):

[1] JTJ 026.1-1999 公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范[S]北京：人民交通出版社，2000

作者簡介：孫晉飛（1984—），男，山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，助理工程師，主要從事高速公路隧道通風(fēng)及消防系統(tǒng)設(shè)計。