CC BY
13
УДК 624.191.94
DOI: 10.18303/2618-981X-2018-5-172-177
ВЛИЯНИЕ ПОРШНЕВОГО ДЕЙСТВИЯ ПОЕЗДОВ НА ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ТУПИКОВЫХ СТАНЦИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА В ХОЛОДНЫЙ ПЕРИОД ГОДА
Станислав Александрович Павлов
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 54, кандидат технических наук, тел. (383)205-30-30, доп. 179, e-mail: pavlov_s_a@inbox.ru
В статье рассмотрены факторы, оказывающие влияние на тепловой режим тупиковых станций в холодный период года. В рамках работы проведены натурные замеры скорости и температуры воздушных потоков в пассажирских помещениях станций Новосибирского и Екатеринбургского метрополитенов. Разработана и уточнена математическая модель воз-духораспределения в вентиляционной сети метрополитена, учитывающая влияние поршневого действия поездов. По результатам исследования определен диапазон регулирования количества холодного наружного воздуха, поступающего в вестибюли станций под действием поршневого эффекта.
Ключевые слова: метрополитен, воздухораспределение, холодный период года, тепловой режим, тупиковая станция, поршневой эффект.
INFLUENCE OF TRAIN PISTON ACTION ON THERMAL CONDITIONS OF SUBWAY TERMINAL STATIONS IN A COLD SEASON
Stanislav A. Pavlov
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, Ph. D., phone: (383)205-30-30, extension 179, e-mail: pavlov_s_a@inbox.ru
The article studies the factors that influence the thermal conditions of terminal stations in the cold period of the year. The work includes full-scale measurements of the velocity and temperature of air flows in the passenger rooms of the Novosibirsk and Yekaterinburg subway stations. A mathematical model of air distribution in the ventilation network of the subway has been developed and refined, taking into account the effect of the train piston action. Based on the results of the study the regulation range of the amount of cold outside air entering the hall of the stations under the action of a piston effect is determined.
Key words: subway, air distribution, cold season, thermal condtiions, terminal station, piston effect.
Обеспечение подземных сооружений метрополитена требуемым количество воздуха является основной задачей тоннельной вентиляции. Сложнее всего эта задача решается на тупиковых станциях мелкого заложения.
В зимний период тупиковые станции, как и все остальные на линии, проветриваются в основном за счет поршневого действия поездов [1, 2]. При уходе поездов из платформенного зала, своим поршневым действием они создают область пониженного давления в подземных помещениях станции, в которую устремляется воздух с поверхности. На промежуточных станциях основная масса воздушного потока поступает из тоннелей позади движущегося поезда. На тупиковых станциях зимой воздух попадает в платформенный зал в основ-
ном только через пешеходные пути. Поэтому количество поступающего холодного воздуха на этих станциях на 57-71 % больше, чем на остальных [1, 2]. Как показывает опыт эксплуатации метрополитенов мелкого заложения, это негативно сказывается на параметрах микроклимата в пассажирских помещениях станций и в примыкающих к ним подземных пешеходных переходах.
Например, на тупиковой станции «Площадь Гарина-Михайловского» Новосибирского метрополитена (рис. 1) в холодный период года при температуре атмосферного воздуха ниже -15 °С, температура воздуха в вестибюлях становится ниже нормативной [3, 4]. Причем на одном из вестибюлей средняя температура значительно ниже, чем на втором.
Рис. 1. Схема станции «Гарина-Михайловского» с указанием мест установки измерительного оборудования в замерных пунктах № 1, 2
Были проведены натурные эксперименты по замеру скорости и температуры воздушного потока на наклонных пешеходных путях станции в замерных пунктах № 1 и № 2 (рис. 1). В каждом из выбранных сечений были определены наиболее характерные участки, на которых минимально сказывается неравномерность воздушного потока от конструктивно-строительных элементов станции.
На рис. 2 представлены результаты измерения скорости воздушного потока в замерных пунктах № 1 и № 2 на станции «Гарина-Михайловского» за время прибытия и ухода нескольких поездов.
Анализ результатов показывает, что количество воздуха за один цикл (между двумя одинаковыми событиями), в отрицательной области больше, чем в положительной. Было определено, что количество воздуха, поступающего
с улицы на станцию «Площадь Гарина-Михайловского» вследствие поршневого действия одного убывающего поезда за один цикл в среднем составляет 8 624 м , а количество воздуха, вытесняемого на поверхность прибывающим поездом в среднем составляет 977 м , что в 8,8 раза меньше. Поэтому в холодное время года вестибюли станции постепенно охлаждаются до температур ниже нормируемых.
Время, с
Рис. 2. Скорость воздушного потока в замерных пунктах № 1 и № 2:
1 - момент прибытия поезда; 2 - момент ухода поезда
Было проведено сравнение результатов математического моделирования воздухораспределения, вызванного поршневым действием поездов, и осред-ненных по циклам результатов натурных замеров.
На рис. 3 представлены графики для сравнения скорости воздушного потока в замерном пункте № 1. Существующая квазидинамическая математическая модель воздухораспределения показала удовлетворительную качественную сходимость с натурными замерами.
С помощью квазидинамической математической модели воздухораспреде-ления сосредоточенными параметрами в вентиляционной сети Новосибирского метрополитена, учитывающей поршневое действие поездов, были проведены численные эксперименты. Одним из вариантов активного регулирования количества воздуха на станции, является изменение скорости движения уходящих и прибывающих поездов.
Был проведен подобный натурный эксперимент по регулированию скорости движения поездов и оценки его влияния на воздухообмен с поверхностью на наклонном лестничном спуске тупиковой станции «Ботаническая» Екатеринбургского метрополитена (рис. 4).
Рис. 3. Скорость воздушного потока в замерном пункте № 1, результаты вычислительных экспериментов и натурных замеров: 1 - натурные замеры; 2 - моделирование
В замерном пункте № 3 (рис. 4) было установлено измерительное оборудование. Осредненные результаты скорости воздуха на пешеходных путях от нескольких повторяющихся циклов представлены на рис. 5. На шкале абсцисс также отмечена скорость поезда при штатном режиме работы в определенный момент времени. Можно увидеть, что из-за особенностей конструкции наземных павильонов [5], скорость воздуха в вестибюлях станции в 2 раза выше, чем на станции рассмотренной выше.
Рис. 4. Схема станции «Ботаническая» с указанием места установки измерительного оборудования в замерном пункте № 3
V, м/с 2п
г, с
1
0
1
2
3
4
5 -1
Рис. 5. Скорость воздуха в замерном пункте № 3 за осредненный цикл при штатном режиме движения поездов
На рис. 6 показано, что уменьшение скорости движения уходящих со станции «Ботаническая» поездов в два раза на участке от платформенного зала до перегонной венткамеры, способствует почти трехкратному снижению количества холодного воздуха, поступающего с поверхности в кассовый зал.
4
5
Рис. 6. Скорость воздуха в замерном пункте № 3 за осредненный цикл при замедленном режиме движения поездов
Результаты проведенных численных и натурных экспериментов показывают, что для снижения количества холодного воздуха, поступающего с поверхности в кассовые залы станции, необходимо уменьшать скорость убывающих поездов на участке от платформенного зала до перегонной венткамеры. В случае расположения станционной венткамеры со стороны тупика, предусмотреть регулирующие устройства, открывающие аэродинамическую связь станции с поверхностью при уходе поезда и закрывающиеся при его прибытии.
Работа выполнена в рамках научного проекта IX.132.3.2. ФНИ, № гос. регистрации АААА-А17-117091320027-5.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Красюк А. М., Лугин И. В., Павлов С. А. Исследование циркуляционных колец в сети тоннельной вентиляции метрополитена, возникающих от поршневого действия поездов // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск «Аэрология. Метан. Безопасность». - М. : МГГУ, 2011. - С. 430-448.
2. Красюк А. М., Лугин И. В., Павлов С. А. Об эффекте возникновения циркуляционных колец и их влиянии на воздухораспределение в метрополитене мелкого заложения // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2010. - № 4. - С. 75-82.
3. СП 120.13330.2.12. Метрополитены. Актуализированная редакция СНиП 32-02-2003: утв. Приказом Минрегион РФ 30.06.2012 : дата введ. 01.01.2013. - М.: [б.и.], 2013. - 260 с.
4. СП 2.5.2623-10 Санитарные правила эксплуатации метрополитенов. Изменения и дополнения N 1 к СП 2.5.1337-03 [Текст] : утв. Пост. Главного государственного санитарного врача РФ от 30.04.2010 : дата введ. 08.06.2010. - М.: [б.и.], 2010. - 15 с.
5. Павлов С. А. Обоснование эффективности способов снижения поступления холодных потоков воздуха в пассажирские помещения тупиковых станций линии метрополитена от поршневого действия поездов // Сборник трудов Всероссийской научной конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых с элементами научной школы «Горняцкая смена - 2013». - Новосибирск : Изд. ИГД СО РАН, 2013. - С. 186-190.
© С. А. Павлов, 2018
