СПОСОБ ВЕНТИЛЯЦИИ МЕТРОПОЛИТЕНА
METHOD OF UNDERGROUND VENTILATION

Изобретение относится к вентиляции и может быть использовано для устройства систем основной (тоннельной) вентиляции метрополитена(ов). Вентиляцией обеспечивают нормативные значения температурно-влажностного режима (ТВР) и поддерживают нормативное содержание кислорода и углекислого газа в воздушной среде метрополитена.
Известен способ вентиляции метрополитена, включающий направленное движение по тоннелям потоков воздуха, создаваемое за счет поршневого эффекта от движения поезда в тоннеле, при этом наружный воздух всасывается через вентиляционную шахту, а отработанный воздух удаляется из тоннеля при отходе поезда от станции. При этом обязательным условием является перекрытие сечения тоннеля специальным устройством в виде затвора (SU №1588874 А1, кл. Е21F 1/00, 30.08.1990 г.).
Недостатком указанного технического решения является то, что для реализации этого способа вентиляции необходим специальный дорогостоящий затвор, который не должен препятствовать движению поездов и безотказно, в автоматическом режиме, обеспечивать открытие и закрытие сечения тоннеля.
Известны схемы прямоточной (приточно-вытяжной) вентиляции метрополитена с термодинамической обработкой приточного воздуха (Цодиков В.Я. «Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов», Москва, изд. «Недра», 1975 г., стр.218).
Данные схемы как технически, так и экономически нереализуемы из-за чрезвычайно больших объемов приточного воздуха.
Известны также практические меры по оснащению вагонов метро автономными кондиционерами. Однако их конденсаторные блоки удаляют в тоннели и на станции количество тепла, равноценное количеству холода, подаваемого испарительными устройствами в вагоны. Когда количество таких вагонов незначительное, то выделяемое тепло не существенно влияет на температуру тоннельной атмосферы. Но если все вагоны на линии (или их подавляющее количество) будут оснащены кондиционерами, и они будут работать регулярно, то в завагонное пространство будет поступать такое количество тепла, которое создаст перегрев тоннельной атмосферы и окружающего грунта. А это приведет к ненормальной работе (вплоть до выхода из строя) многих инженерных устройств в тоннелях и притоннельных сооружениях. В условиях перегретой тоннельной атмосферы и сами вагонные кондиционеры могут потерять работоспособность, так как их конденсаторы не будут должным образом охлаждаться.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ вентиляции метрополитена, включающий подачу наружного воздуха, организацию направленного движения воздуха по тоннелям и удаление отработанного воздуха (Поляков А.Х. «Проектирование вентиляции тоннелей», Москва, «Изд. литературы по строительству», 1971 г., стр.25).
Недостатком указанного способа является следующее.
В теплый период года температура приточного воздуха часто превышает расчетные значения (вместо охлаждения в подземные сооружения поступает с воздухом дополнительное тепло, усиливающее тепловую нагрузку на грунт), что не позволяет прямоточным вентиляционным системам осуществлять ассимиляцию тепла в необходимом количестве и обеспечивать нормативный ТВР (температура от 18 до 28°С согласно СНиП 32-02-2003 «Метрополитены», относительная влажность 15-75% согласно тем же СНиП и СП 2.5.1337-03 «Санитарные правила эксплуатации метрополитенов»).
Задачей настоящего изобретения является круглогодичное, независимо от погодных условий на поверхности, поддержание нормативного содержания кислорода и углекислого газа и требуемых температурно-влажностных параметров воздушной среды метрополитена, сокращение затрат и сроков строительства метрополитена.
Указанная задача решается тем, что в способе вентиляции метрополитена, включающем подачу наружного воздуха, организацию направленного движения воздуха по тоннелям и удаление отработанного воздуха, наружный воздух подают в объеме, равном 20-30% от расчетного по теплоизбыткам объема воздуха для вентиляции, достаточном для поддержания нормативного содержания кислорода и углекислого газа в воздушной среде метрополитена, и производят принудительную рециркуляцию между станциями смеси наружного и тоннельного воздуха, в процессе которой смесь подвергают термодинамической обработке до достижения требуемых для метрополитена температурно-влажностных параметров воздуха.
Предложенный способ вентиляции метрополитена поясняется приведенными схемами на примере вентиляции его участка.
На фиг.1 - схема вентиляции, согласно которой производят принудительную рециркуляцию с размещением камер для термодинамической обработки смеси наружного и тоннельного воздуха в межтоннельной сбойке;
на фиг.2 - схема вентиляции, согласно которой производят принудительную рециркуляцию с размещением камер для термодинамической обработки смеси наружного и тоннельного воздуха в притоннельном (надтоннельном) сооружении;
на фиг.3 - схема вентиляции, согласно которой производят принудительную рециркуляцию с размещением камер для термодинамической обработки смеси наружного и тоннельного воздуха в станционных вентиляционных камерах.
На приведенных схемах обозначены позициями:
1 - тоннели метрополитена;
2 - станции метрополитена;
3 - вентиляторные агрегаты;
4 - вентиляционные стволы (каналы) для подачи (удаления) воздуха с поверхности;
5 - камеры термодинамической обработки воздуха
6 - вентилятор для принудительной рециркуляции воздуха;
7 - межтоннельная сбойка (фиг.1);
8 - притоннельное (надтоннельное) сооружение (фиг.2);
9 - станционная вентиляционная камера;
10 - потоки воздуха (стрелками показаны направления движения потоков воздуха).
Способ вентиляции метрополитена включает подачу наружного воздуха вентиляторными агрегатами 3 через вентиляционные стволы (каналы) 4 в объеме, равном 20-30% от расчетного по теплоизбыткам объема воздуха для вентиляции, организацию направленного движения воздуха по тоннелям 1 и удаление отработанного воздуха через вентиляционные стволы (каналы) 4.
Между станциями 2 метрополитена производят принудительную рециркуляцию смеси наружного и тоннельного воздуха, в процессе которой смесь подвергают термодинамической обработке в камерах 5 до достижения требуемых для метрополитена температурно-влажностных параметров воздуха.
Принудительную рециркуляцию воздуха обеспечивают вентиляторами 6 или вентиляторными агрегатами 3 в зависимости от выбранной схемы вентиляции.
Принудительную рециркуляцию усиливает поршневой эффект, создаваемый при движении поездов по тоннелям 1.
Как видно из схем, рециркуляционный поток воздуха проходит по тоннелям 1 с перетеканием его из одного тоннеля в другой (параллельный) тоннель через пространство станций 2, а также через межтоннельные сбойки 7 или притоннельные (надтоннельные) сооружения 8.
По ходу движения потоки воздуха перемешиваются и прогреваются по мере ассимиляции теплоизбытков. Далее смесь наружного и тоннельного воздуха подвергают термодинамической обработке в камерах 5 и в ходе рециркуляции потоки воздуха 10 вновь и вновь ассимилируют теплоизбытки.
Во всех трех приведенных схемах подачу и удаление воздуха, в практически равных объемах, обеспечивают станционными вентиляционными камерами 9, каналы и агрегаты которых могут использовать (например, в случае пожара) для целей дымоудаления.
Для термодинамической обработки воздуха используется один из следующих видов (процессов):
адиабатическое охлаждение воздуха с его увлажнением;
охлаждение воздуха с его осушением при непосредственном контакте с водой (политропический процесс);
охлаждение с осушением воздуха при применении поверхностных охладителей.
Выбор процесса осуществляется в каждом конкретном случае при проектировании линии метро на основании расчетов по обеспечению нормативного ТВР, но любой из выбранных термодинамических процессов является реально осуществимым вследствие значительного сокращения количества обрабатываемого рециркуляционного воздуха по сравнению с прямоточным циклом.
Конструктивно камеры термодинамической обработки рециркуляционного воздуха могут располагаться в межтоннельных сбойках, притоннельных (надтоннельных) сооружениях, в станционных камерах приточно-вытяжной вентиляции пониженной производительности (определенной из расчета поддержания нормативного содержания кислорода и углекислого газа в воздушной среде метрополитена).
Существует несколько методик расчетов необходимого объема (количества) подачи наружного воздуха для вентиляции метрополитенов, определяющих производительность вентиляционных прямоточных систем, такие как расчет по теплоизбыткам, предельно допустимому химическому составу воздушной среды метрополитена и др.
До настоящего времени производительность вентиляционных систем метрополитена принимается на основании расчетов по теплоизбыткам. Расчеты показывают, что наибольший воздухообмен основной тоннельной вентиляции требуется для ассимиляции тепла (выделяющегося в количестве 800 тыс. - 1 млн ккал/час на 1 км трассы), поэтому производительность используемых в настоящее время вентиляционных систем в 4-5 раз больше, чем требуется для поддержания нормативного содержания кислорода и углекислого газа в воздушной среде метрополитена.
При определении производительности вентиляционных систем также принимаются во внимание теплоаккумулирующие свойства окружающих грунтов, поглощающих (в теплый период года) часть избыточного тепла (250-300 тыс. ккал/час). В холодный период года грунт должен быть охлажден до первоначальных значений. Однако на практике это достигается не всегда, что снижает теплоаккумулирующие свойства грунтов.
3
3
В предлагаемом способе вентиляции сохраняется приточно-вытяжной воздухообмен с атмосферой, но в значительно сокращенном объеме (количестве), так как теперь этот объем определяется исходя из задачи обеспечения нормативного содержания кислорода и углекислого газа в воздушной среде метрополитена, а не ТВР: 150-200 тыс. м/час вместо 600-800 тыс. м/час. При этом сокращается интенсивность дутьевых потоков, так как теперь движущийся по тоннелям воздух суммируется со значительно меньшим количеством приточного/вытяжного воздуха, чем при прямоточном способе вентиляции.
Вследствие своей незначительной доли приточно-вытяжная составляющая вентиляции метрополитена не может оказать существенного влияния на температурно-влажностные параметры воздуха, циркулирующего по тоннелям. Это позволяет задать режим термодинамической обработки воздуха, обеспечивающий оптимальные параметры ТВР независимо от погодных условий на поверхности.
Строительство вентиляционных камер приточно-вытяжной вентиляции является весьма трудоемким мероприятием, требующим проходки притоннельных горных выработок (как правило ручным способом) и вентиляционных стволов, с созданием на поверхности необходимых стройплощадок с горными комплексами, с соответствующим перекрытием уличного движения, перекладкой городских инженерных коммуникаций и др., что связано с большими финансовыми затратами и удлинением сроков строительства.
Поэтому выгодно отказаться от строительства перегонных вентиляционных камер и сохранить только станционные, организуя рециркуляцию воздушных потоков (рециркуляционный цикл) между станциями, согласно предложенному изобретению.
Если на перегонах имеются технологические сбойки, они должны быть перекрыты легко открывающимися створчатыми клапанами для того, чтобы на них не замыкался рециркуляционный цикл, а достигал станций.
Таким образом, предложенный способ вентиляции метрополитена позволяет круглогодично, независимо от погодных условий на поверхности, поддерживать нормативные параметры ТВР и содержание кислорода и углекислого газа в воздушной среде метрополитена, снизить в 3-4 раза интенсивность дутьевых потоков за счет сокращения количества приточно-вытяжного воздуха и устранить связанные с этим негативные явления (распахивания дверей на входах, раскачивание транспарантов, простудные заболевания и др.), достигнуть существенной экономии затрат и сокращения сроков строительства линий метро.