隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

公路隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵與困難是隧道的監(jiān)控系統(tǒng)，而且它將會(huì)直接決定了隧道行車的安全性,舒適性,起著稀釋有毒害地氣體的濃度以及一些污染物的作用效果，并且還對(duì)運(yùn)營(yíng)管理的隧道與汽車行駛的安全性,隧道的運(yùn)營(yíng)成本有一定程度的影響。當(dāng)駕駛員在駕駛過(guò)程中，汽車排放的空氣污染物主要是一氧化碳與顆粒。隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要的任務(wù)就是減少隧道中CO濃度，使CO濃度達(dá)不到損害人體健康的安全水平。煙霧粒子會(huì)降低隧道的可見(jiàn)度，影響人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的觀察。

一、通風(fēng)控制的目的

道路隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是為了把隧道的空氣質(zhì)量提高到一定的程度，為了讓汽車上的駕駛員與隧道管理人擁有一個(gè)良好的通道與工作崗位。

車輛進(jìn)入隧道可以帶走一些有毒的氣體,如果污染水平不高,自然風(fēng)力就應(yīng)該可以保持空氣的質(zhì)量與安全的范圍,但是隨車數(shù)量的增加,汽車的速度慢下來(lái),汽車的尾氣的排放量將會(huì)迅速增長(zhǎng)就會(huì)難以使用自然風(fēng)力保持安全的范圍,在這樣的情況下,我們就必須使用隧道通風(fēng)系統(tǒng)來(lái)控制。

因此，隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)是確保隧道內(nèi)的空氣的污染水平和視覺(jué)環(huán)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)。通風(fēng)控制系統(tǒng)還應(yīng)該能有效果地去處理火災(zāi)等緊急情況。

二、隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

(一)隧道通風(fēng)控制的方式

按照通風(fēng)的風(fēng)的方向和隧道的進(jìn)出口的方向，將隧道的通風(fēng)方案分為幾個(gè)方案：大多是垂直通風(fēng)、水平通風(fēng)、垂直和水平通風(fēng)等等。

長(zhǎng)度小于了200m的隧道，被稱之為短隧道，大多數(shù)沒(méi)有通風(fēng)系統(tǒng)，是因?yàn)槠囘M(jìn)入隧道帶入了一些自然風(fēng)，按照活塞式通風(fēng)的原理，自然風(fēng)就可以保持隧道地空氣質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn);隧道長(zhǎng)度多余了200米，但是沒(méi)有超過(guò)1000米，被稱之為中隧道。一個(gè)長(zhǎng)度為1000m—3000m的隧道被稱之為長(zhǎng)道。一般來(lái)說(shuō)，采用縱向通風(fēng)，風(fēng)機(jī)采用噴風(fēng)機(jī)，應(yīng)該由設(shè)計(jì)單位計(jì)算噴氣風(fēng)機(jī)的數(shù)量和安裝位置，并在土木工程建設(shè)中保留基礎(chǔ)或嵌入部件。大于3000米長(zhǎng)的隧道設(shè)計(jì)有水平通風(fēng)、垂直和水平通風(fēng)、水平通風(fēng)、垂直通風(fēng)和導(dǎo)洞式的通風(fēng)。

(二)通風(fēng)系統(tǒng)組成及實(shí)現(xiàn)

(1)隧道的通風(fēng)控制系統(tǒng)由隧道管理站的主要的控制器、公路隧道的一些區(qū)域控制器、風(fēng)機(jī)上的電氣控制柜、風(fēng)機(jī)、COVI檢測(cè)器、風(fēng)速風(fēng)向儀、風(fēng)向儀等組成。在隧道中，通過(guò)速率檢測(cè)器檢查一氧化碳與煙霧，可以依據(jù)隧道合適的通風(fēng)的方式，煙霧透光率低的一氧化碳濃度會(huì)高，在靠近大門的空氣入口和隧道附近的煙霧的通風(fēng)井，設(shè)置COVI探測(cè)器是為了自動(dòng)確定隧道中一氧化碳地濃度，并且還要以準(zhǔn)確、快速與連續(xù)的方法在隧道中檢查出總體地?zé)熿F滲透率數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)由區(qū)域地控制器收集，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，為風(fēng)機(jī)的起止控制提供了一些參數(shù)的依據(jù)。也可以為操作者監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的氣體環(huán)境污染，更是為操作者對(duì)風(fēng)機(jī)的手動(dòng)控制提供依據(jù)。(2)在公路隧道很近的位置處的通風(fēng)豎井入口與排氣口附近安置風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器，測(cè)量風(fēng)機(jī)的風(fēng)向、風(fēng)速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)以及風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效果。(3)通風(fēng)系統(tǒng)地風(fēng)機(jī)電氣控制柜，可以采用局部手動(dòng)實(shí)施控制。區(qū)域控制器通過(guò)中間的繼電器接觸輸出并且與直通風(fēng)控制柜相互連接，工作人員為了對(duì)保證風(fēng)機(jī)的控制，每一個(gè)小組射流風(fēng)機(jī)都是單獨(dú)控制的，它們彼此的影響被最小化。(4)智能控制射流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)地目標(biāo)是掌控一個(gè)區(qū)域的兩個(gè)風(fēng)機(jī)。每一個(gè)風(fēng)機(jī)的狀態(tài)地信號(hào)應(yīng)由通風(fēng)地系統(tǒng)返回，包括風(fēng)機(jī)地反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)、停止與故障，并且在輸出與輸入之間實(shí)施相應(yīng)地電磁隔離措施。(5)依據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)確定的通風(fēng)方案，風(fēng)機(jī)控制包括軸流式風(fēng)機(jī)控制與噴風(fēng)式風(fēng)機(jī)控制。軸流式風(fēng)機(jī)控制和噴氣式風(fēng)機(jī)控制被工程師認(rèn)為是一個(gè)的整體，但是控制這個(gè)整體的回路是單獨(dú)的。

(三)隧道通風(fēng)控制原則

隧道風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)的控制原理是基于《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》，該系統(tǒng)采用CO和VI作為一般風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)的參數(shù)，具體指標(biāo)如下。

1.保持隧道內(nèi)環(huán)境指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi):(1)隧道內(nèi)CO的正常運(yùn)行允許的濃度低于150ppm是正常的,但是多余了150pm的CO濃度，然而卻又是低于了300ppm的CO濃度。風(fēng)機(jī)就需要開(kāi)啟了，直到CO的濃度是低于150PPM。交通阻塞時(shí)可為300ppm，但是不得超出20分鐘。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或者交通事故時(shí)，一氧化碳濃度驟然到超過(guò)300ppm的時(shí)候，與此同時(shí)，風(fēng)機(jī)就會(huì)被打開(kāi)，直到CO濃度達(dá)到低于150PPM為止。如果所有的風(fēng)扇在同一時(shí)間開(kāi)始，并且在一定時(shí)間(15分鐘)之后，CO濃度仍然超過(guò)300PPM，就應(yīng)該考慮關(guān)閉隧道。(2)隧道內(nèi)煙霧允許濃度為0.0007;(3)隧道內(nèi)風(fēng)速正常運(yùn)營(yíng)時(shí)推薦為10m

2.能見(jiàn)度測(cè)量。CO濃度分為幾個(gè)級(jí)別，從低到高，通過(guò)速率檢測(cè)，當(dāng)隧道正常運(yùn)行時(shí)，確定風(fēng)機(jī)輸入和運(yùn)行時(shí)間。隧道的可見(jiàn)性測(cè)量范圍為0-151公里，分為4個(gè)層次。當(dāng)隧道內(nèi)的可見(jiàn)度小于5km的時(shí)候，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行認(rèn)為是正常的就行。但是當(dāng)隧道內(nèi)可見(jiàn)度大于5km的時(shí)候，這是非常有必要打開(kāi)風(fēng)機(jī)的，直到可見(jiàn)度恢復(fù)到正常的情形，當(dāng)隧道的可見(jiàn)度大于10km的時(shí)候，就應(yīng)該將隧道關(guān)閉，禁止車輛通行。

3.有運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)功能。風(fēng)機(jī)的運(yùn)行依據(jù)車流量狀況，透光率、CO濃度、火災(zāi)報(bào)警等復(fù)雜條件進(jìn)行調(diào)整的。具體的原則是:(1)以據(jù)隧道作業(yè)的交通實(shí)際情形，及時(shí)調(diào)整隧道的通風(fēng)的量，在保證隧道汽車安全的前提下，來(lái)給隧道提供最經(jīng)濟(jì)的能源，為滿足汽車在隧道運(yùn)行的條件提供足夠的通風(fēng)。先到達(dá)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)值，離探測(cè)器最近的風(fēng)機(jī)先啟動(dòng)。(2)由于風(fēng)機(jī)起動(dòng)引起的巨大沖擊，每個(gè)風(fēng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間短，減少了變電站的電力供應(yīng)。(3)風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟和關(guān)閉頻率不應(yīng)過(guò)于頻繁，以防止風(fēng)機(jī)擺動(dòng)。(4)具有風(fēng)機(jī)啟動(dòng)和間隔連鎖功能。具有對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行就地控制的功能。(5)在火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，控制室的系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制指令被接收后，平常運(yùn)行的工作狀態(tài)被立馬停止，而且接受監(jiān)控室主管的命令來(lái)控制隧道風(fēng)機(jī)來(lái)治理這個(gè)隧道。(6)利用CO/VI檢測(cè)器來(lái)測(cè)量CO濃度和可見(jiàn)性，PLC的模擬量轉(zhuǎn)換模塊將被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。(7)利用PLC程序的處理和它的判斷，控制隧道式噴氣風(fēng)機(jī)的起動(dòng)與暫停，來(lái)消除一氧化碳和煙霧，確保最大流量的通風(fēng)的規(guī)定，來(lái)滿足隧道的空氣衛(wèi)生地要求。

三、隧道通風(fēng)控制的應(yīng)用效果

實(shí)踐表明，通風(fēng)控制系統(tǒng)不僅可以明顯改善通風(fēng)效果，提高駕駛舒適性，提高駕駛安全，防止重大的火災(zāi)和其他重大交通事故的發(fā)生，提高交通能力，還能節(jié)省超過(guò)25%的電力消耗。雁門關(guān)隧道通風(fēng)系統(tǒng)的總功率為2990千瓦，日功率消耗為70000度，智能控制系統(tǒng)用于控制系統(tǒng)。

四、結(jié)語(yǔ)

公路隧道的通風(fēng)控制系統(tǒng)將直接決定隧道行車安全性、舒適性,發(fā)揮著稀釋有害氣體與污染物質(zhì)濃度的作用,并且對(duì)隧道地行車的安全、運(yùn)營(yíng)管理質(zhì)量與隧道的運(yùn)營(yíng)花費(fèi)有著明顯的影響。傳感器的選擇對(duì)隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)有著十分重要的意義,保證隧道地通風(fēng)系統(tǒng)工作時(shí)數(shù)據(jù)的精確性。