Исследование воздухораспределения на обобщенной сетевой модели вентиляционной системы метрополитена с однопутным тоннелем Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 697.9:625.42

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НА ОБОБЩЕННОЙ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МЕТРОПОЛИТЕНА С ОДНОПУТНЫМ ТОННЕЛЕМ

Иван Владимирович Лугин

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник, тел. (383)205-30-30, доп. 179, e-mail: ivlugin@misd.nsc.ru

Разработана обобщенная расчетная модель для исследования сетевым методом возду-хораспределения в вентиляционной системе метрополитена с однопутными тоннелями. Проведены расчеты воздухораспределения, дана оценка степени влияния на него топологии и величины аэродинамических сопротивлений участков вентиляционной сети.

Ключевые слова: метрополитен, однопутный тоннель, вентиляционная система, сетевая модель, топология, аэродинамическое сопротивление.

GENERALIZED NETWORK MODEL TO STUDY AIR DISTRIBUTION IN SUBWAY VENTILATION SYSTEM WITH ONE-TRACK TUNNEL

Ivan V. Lugin

Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D., Assistant Professor, Senior Researcher, tel. (383)205-30-30, extension 179, e-mail: ivlugin@misd.nsc.ru

The generalized computing model is developed to investigate air distribution in subway ventilation system with single-track tunnels by a network method. Air distribution calculations are made, the effect of topology and aerodynamic resistance of ventilation network sections is assessed.

Key words: subway, one-track tunnel, ventilation system, network model, topology, aerodynamic resistance.

Тоннельная вентиляция является одним из основныхэлементов системы жизнеобеспечения метрополитенов. К ней предъявляются требования, нормируемые СП "Метрополитены" [1] как по созданию комфортных параметров воздушной среды, так и по обеспечению условий безопасной эвакуации при чрезвычайной ситуации. Для исследования воздухораспределения в сооружениях метрополитена (на примере Новосибирского) численным способом, была создана математическая сетевая модель вентиляционной системы, на основе проведенного обследования проектно-конструкторской документации строительных конструкций путей движения воздушных потоков на действующих объектах метрополитена. Для проверки соответствия проектных данных и параметров существующих сооружений проведены натурные обследования вентиляционных сооружений станций и перегонов. С учетом уточненных данных проведен расчет аэродинамических сопротивлений[2, 3] ветвей сети. Вентиляционная сеть метрополитена представляет собой связанную систему с существенным влиянием работающих вентиляторов на параметры воздушного потока в разных точках сети. Данная работа направлена на выявление наиболее значимых элементов, влияющих на воздухораспределение и режимы работы вентиляторов в сети.

Для получения общих закономерностей воздухораспределения, на основе схемы вентиляционной сети Новосибирского метрополитена, разработана обобщенная схема вентиляционной сети, состоящая из повторяющихся одинаковых блоков, таких как «станционные пешеходные пути»,«станционная вентиляционная камера», «перегонная вентиляционная камера» и соединяющие их участки перегонных тоннелей (рис. 1). Величины аэродинамических сопротивлений участков этих блоков рассчитаны как усредненные значения для соответствующих участков вентиляционной сети станций и тоннелей Новосибирского метрополитена.

Рис. 1. Обобщенная расчетная схема вентиляционной системы линии метрополитена:

1 - платформенный зал станции; 2 - станционные пешеходные пути;

3 - станционная вентиляционная камера; 4 - перегонная вентиляционная камера; цифрами в кружках обозначены номера узлов расчетной вентиляционной сети

Использование обобщенной модели позволяет избежать влияния на воздухорас-пределение частных особенностей разных станций.

Типовая станция имеет два вестибюля, по два выход на каждом вестибюле. На выходах стоит один ряд дверей из 4-х створок с заданным углом открытия 20°, на

« " л

входе в кассовый зал также один ряд дверей из 4-х створок с заданным углом открытия 20°. Основное сопротивление - двери, оно составляет 0,03 к^ (пример: участки 403-29, 29-28 и др.).

Типовая станционная вентиляционная камера оснащена двумя вентиляторами без диффузоров; пластинчатыми шумоглушителями строительного исполнения из шлакоблоков до и после вентиляторов; одиночным киоском; выход воздуха на пути осуществляется с обеих сторон платформы с прохождение части воздуха через под-платформенный канал. Основное сопротивление - выход из венткиоска, оно состав-

ляет до 0.003 к^ (пример: участок 401-2); выходы на пути: 0.01 для ближнего выхода и 0.013 для дальнего.

Типовая перегонная вентиляционная камера оснащена двумя вентиляторами без диффузоров; пластинчатыми шумоглушителями строительного исполнения из шлакоблоков до и после вентиляторов; одиночным киоском; выход воздуха на пути осуществляется на оба тоннеля раздельно из канала между путями. Основное сопротивление - выход из венткиоска, оно составляет до 0.003 к^, выходы на пути - по 0.0025 к^.

Типовые тоннели стандартные однопутные с обделкой из железобетонных тюбингов диаметром 5.1 м, пристанционная вентсбойка длиной 20 м, длина полуперегона 500 м.

Количество станций на линии 8 штук, это минимальное число для корректного-учета взаимовлияния воздухораспределения на линии [4].

Линия метрополитена представлена в двух вариантах: полуоткрытая, у которой с одной стороны тупик, а с другой выход в атмосферу, и тупиковая, ограниченная с обеих сторон тупиками.

Режим работы вентиляции соответствует летнему режиму, принятому в Новосибирском метрополитене: станционные вентиляторы типа ВОМД-24 работают на вытяжку, по одному на венткамеру, второй вентилятор выключен, его шибер закрыт; перегонные вентиляторы отключены, их шиберне аппараты открыты, затворы гражданской обороны открыты.

Действие тоннельных вентиляторов смоделировано с использованием усредненной аэродинамической характеристики вентиляционных установок, полученных с использование результатов натурных измерений. При этом сопротивление входных и выходных элементов учтено в аэродинамической характеристике установок, что позволило повысить точность расчетов и их соответствие реальному объекту. Эта характеристика описывается зависимостью:

Р=-0.0488-02+1.31-0+55,

где Р - статическое давление, даПа; Q - расход воздуха, м3/с.

Использование статической характеристики обосновывается тем, что динамическая составляющая полного давления, развиваемого тоннельным вентилятором типа ВОМД-24, практически полностью теряется при выходе из вентилятора в нагнетательную часть вентиляционной камеры. Это связано с несовершенством выходных элементов вентилятора и отсутствием диффузора.

В качестве основного параметра воздухораспределения использован воздухообмен на платформе станции и его составляющие: воздух, приходящий из тоннеля и из пешеходных станционных путей.

На рис. 2 приведена накопительная диаграмма воздухообмена на станциях полуоткрытой линии. Видно, что расход воздуха растет при приближении к выходу в атмосферу расположенному за 8-ой станцией. Рост расхода осуществляется за счет поступлений из тоннеля, которые в два раза превышают такие же для 1 -ой, тупиковой станции. При этом расходы вентиляторов на всей линии практически не меняются и находятся в диапазоне 45.7-45.9 м3/с.

о го

ей «

СО О Ю

£

б й Рн

50 40 30 20 10 0

1

1

1

I

Т-^-^- I — I -^-^-^

1 2 3 4 5 6 7 8

станции

0 пешеходные пути □тоннели

Рис. 2. Расходы воздуха, м3/с, через платформенный зал станции, полуоткрытая линия, выход в атмосферу на 8 станции

На рис. 3 приведена накопительная диаграмма воздухообмена на станциях тупиковой линии. Видно, что расходы воздуха на противоположных станциях примерно одинаковые (небольшое различие на счет несимметричности выходов воздуха на пути из станционных венткамер), на тупиковых расход больше за счет поступлений из тоннеля. Расходы вентиляторов на всей линии одинаковые и составляют 45.7 м3/с.

30

с

^ 25

а хау

20

15 --

5

д10

СО 10

о

и

5 0 х

хас 1

Рч

I

I

1

I

234567 станции

8

ЕЗ пешеходные □ тоннели

Рис. З.Расходы воздуха, м3/с, через платформенный зал станции, тупиковая линия

Влияние изменения сопротивления участков блоков:

- при изменении сопротивления второго неработающего вентилятора в станционной венткамере с 0.666 до 150 к^ на полуоткрытой линии, расход на станциях вырос на 7-8% при том, что расход воздуха на вентиляторах остался в диапазоне 45.145.9 м3/с, т.е. изменился несущественно. Таким образом, снижение утечки через неработающий вентилятор позволяет существенно увеличить воздухообмен на станции без увеличения энергозатрат на проветривание.

- установка дополнительного ряда дверей увеличивает сопротивление участков с дверями с 0.03 до 0.06 к^, при этом на полуоткрытой линии на 1-ой тупиковой станции расход снизился на 7.3%, а на 8-ой станции ближайшей к атмосфере, повысился на 9.1%. Производительность вентиляторов не изменилась и находится в диапазоне 45.6-45.9 м3/с.

- закрытие вестибюля на 4-ой станции (рис. 4) приводит существенному перераспределению воздухообмена на ближайших станция: на 3-ей станции снижение на 13.5%, на 5-ой станции повышение на 16.1%.Производительность вентиляторов не изменилась и находится в диапазоне 45.7-45.9 м3/с.

S 50

^ 40

ой

£ 30 «

8 20 и

g 10 +Н

* 0

й 0 РМ

1

I

i

ы пешеходные пути □тоннели

1 2 3 4 5 6 7 8 станции

Рис. 4. Расходы воздуха, м3/с, через платформенный зал станции, полуоткрытая линия, закрыт вестибюль на 4-ой станции

Выводы:

Основные сопротивления линии метрополитена с двухпутным тоннелем: - двери на станциях; - венткиоски венткамер; - выходы в тоннель на станционных венткамерах.

Снижение утечек через неработающий вентилятор позволяет повысить воздухообмен на станциях на 7-8% без дополнительных энергозатрат.

Для полуоткрытой линии изменение сопротивлений пешеходных частей несущественно влияет на режимы работы вентиляторов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. СП 120.13330.2.12. Метрополитены. Актуализированная редакция СНиП 32-02-2003 [Текст] : утв. Приказом Минрегион РФ 30.06.2012 : дата введ. 01.01.2013. — М.: [б.и.], 2013. — 260 c.

2. Цодиков В.Я. Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Недра», 1975 г., 568 с.

3. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям: монография. Под ред. М. О. Штейнберга.-3-е изд., перераб. и доп.-М.:Машиностроение, 1992.-672 с.

4. Красюк А.М., Лугин И.В. Взаимосвязность режимов вентиляции станций метрополитена// Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). -2003. - № 4. - С. 199-203.

© И. В. Лугин, 2017