ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΑΕΡΙΣΜΟΥ ΣΗΡΑΓΓΑΣ

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΑΕΡΙΣΜΟΥ ΣΗΡΑΓΓΑΣ



Σελίδα 2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 2. ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΚΑ ΚΑΙ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 3. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΑΕΡΙΣΜΟΥ 4. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α – ΠΙΝΑΚΕΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΑΕΡΙΣΜΟΥ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 5. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β - ΠΙΝΑΚΕΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΡΥΠΩΝ ΚΑΙ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΩΝ


Σελίδα 3

1. ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Στην εκπόνησης των παρακάτω υπολογισμών ελήφθησαν υπόψη τα εξής: Τα πρακτικά της Τεχνικής Επιτροπής των Συνεδρίων της Μόνιμου Διεθνούς Ενώσεως για την Οδοποιία (Permanent International Association Road Congress – PIARC) και μάλιστα: Του Συνεδρίου των Βρυξελλών, Βέλγιο-1987 Του Συνεδρίου του Μαρακές, Μαρόκο-1991 Του Συνεδρίου του Μόντρεάλ, Καναδάς-1995 Road Tunnels: Emissions, Ventilation Environment-1995 Fire and smoke Control in Road Tunnels-Last Draft August 1998 Το σύγγραμμα «Tunnel Engineering Handbook», BICKEL-KUESSL and KING, Δευτέρα Έκδοση, 1996 Το άρθρο «Road Tunnel Ventilation, design and Application» του DAVID W. WOOD, που δημοσιεύθηκε στο τεύχος Οκτωβρίου 1991 του περιοδικού ASHRAE Journal. Τους Αυστριακούς Κανονισμούς για τον αερισμό σηράγγων. (Forschungsgesellsaft fur das Verkehrs-und strassenwesen) έκδοση 1997. Το σύγγραμμα « Τhe Aerodynamics and Ventilation of Vechicle Tunnels», (BRITISH HYDROMECHANICAL RESEARCH ASSOCIATION, 1976. Διάφορα έντυπα βοηθήματα της Αγγλικής εταιρείας κατασκευής ανεμιστήρων WOODS. 2. ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΚΑ ΚΑΙ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 2.1 Υπολογισμός κυκλοφοριακού φόρτου σήραγγας Για τον υπολογισμό της κυκλοφορίας λαμβάνεται υπόψη η πεντηκοστή ώρα αιχμής (T50th.h) η οποία ορίζεται ως:

- T50th.h =0,14 AADT, σε περίπτωση οδού με δυο ξεχωριστά (με νησίδα) οδοστρώματα μονής κατεύθυνσης.

- T50th.h = 0,12 AADT, σε περίπτωση μονού οδοστρώματος, διπλής κατεύθυνσης.

Το AADT (Annual average daily traffic – Ετήσια μέση ημερήσια κυκλοφοριακή φόρτιση) αναφέρεται στο σύνολο της κυκλοφορίας. Στην περίπτωση της εξεταζόμενης σήραγγας της Επαρχιακής Οδού Καρδίτσας-Αρτας, έχουμε μια οπή (σήραγγα) με διπλή κατεύθυνση κυκλοφορίας.


Σελίδα 4

T50th.h = 0,12 x 100% x AADT Το 100% υποδηλώνει το γεγονός ότι όλη η κυκλοφορία διέρχεται δια της σήραγγας. Από την κυκλοφοριακή μελέτη λαμβάνεται ότι η τιμή του AADT είναι 500 οχήματα στη διαδρομή του δρόμου και προς τις δυο κατευθύνσεις. Η κυκλοφορία στις δυο κατευθύνσεις κυκλοφορίας κατανέμεται ως εξής: Έτος 2005 (Σήραγγα διπλής κατεύθυνσης) Δεξιός κλάδος (Ρεύμα Καρδίτσας-Άρτας) : T50th.h = 0,12 x 500 = 60 οχημ/ώρα Αριστερός κλάδος (Ρεύμα Άρτας-Καρδίτσας) : T50th.h = 0,12 x 500 = 60 οχημ/ώρα Σύμφωνα με την κυκλοφοριακή μελέτη, η σύνθεση των αυτοκινήτων είναι : Επιβατηγά (βενζινοκίνητα – πετρελαιοκίνητα) 70% Φορτηγά 30% Συνδυάζοντας τη σύνθεση του στόλου για τo χαρακτηριστικό έτος 2005 με τις κατηγορίες που αναφέρονται στους πίνακες 1 έως 24 του PIARC 1995, προκύπτει η παρακάτω σύνθεση οχημάτων:

Σύνθεση Οχημάτων για το Έτος 2005

α. Βενζινοκίνητα Επιβατηγά

US83 39,20%

ECE 15/04 16,80%

β. Πετρελαιοκίνητα Επιβατηγά

EYRO 2 14,00%

γ. Φορτηγά - Λεωφορεία

EYRO 2 30,00%

Ο αριθμός των οχημάτων που βρίσκονται ταυτόχρονα μέσα στην σήραγγα δίνεται από την παρακάτω σχέση :

Dpc=U

oD

L

Dpco

.

Όπου : Dpc = Αριθμός οχημάτων μέσα στη σήραγγα ανά Km και λωρίδα (οχημ/km,λωρ)


Σελίδα 5

Dpcο = Αριθμός οχημάτων μέσα στη σήραγγα (οχημ) D+o = Κυκλοφοριακός φόρτος ανά κατεύθυνση (οχημ/h) λ = Μήκος σήραγγας (Km) Λ = Αριθμός λωρίδων ανά κατεύθυνση U = Ταχύτητα οχημάτων (Km/h) Βάσει των παραπάνω καταρτίζεται ο πίνακας 1α.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1α Αριθμός οχημάτων στην σήραγγα ανά λωρίδα και Km για διάφορες ταχύτητες

κυκλοφορίας για το έτος 2005

Ταχύτητα κυκλοφορίας (Km/h)

Έτος Οχήματα την ώρα

ανά λωρίδα 10 20 40 60 80

2005

Επιβατηγά (70%)

US 83 2.4 1.2 0.6 0.4 0.2 ECE 15/04 1.0 0.5 0.3 0.2 0.1

Diesel (EURO 2) 0.8 0.4 0.2 0.1 0.1 Φορτηγά

(30%) Diesel (EURO 2) 1.8 0.9 0.5 0.3 0.2

2.2 Γεωμετρικά στοιχεία σήραγγας Στον παρακάτω πίνακα 3, δίνονται τα γεωμετρικά στοιχεία της υπό μελέτη σήραγγας που επηρεάζουν την μελέτη αερισμού της σήραγγας :

ΠΙΝΑΚΑΣ 3

ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΗΡΑΓΓΑΣ

Χ.Θ Ερυθρά καταστρώματος

Αρχή Τέλος Μήκος Αρχής 0+719

Σημείου αλλαγής κλίσης 0+842

Τέλους 2+207

Διαφορά

Κλίση Τμήμα 1

0+719 έως 0+842

Τμήμα 2 0+842 έως

2+207 0+719 2+207 1488 1276,34 1277,49 1253,6 23,34 +1% -1,8%

Τα λοιπά στοιχεία σχήματος της διατομής, είναι τα παρακάτω : Κατεύθυνση κυκλοφορίας Διπλή


Σελίδα 6

Αριθμός λωρίδων κυκλοφορίας ανά κατεύθυνση 1 Υδραυλική διάμετρος [

T

Th P

AD

4] 7,73 m

Εμβαδόν διατομής οπής (ΑΤ) 55,05 m2

Περίμετρος οπής (PT) 28,47 m

Μέσο υψόμετρο από τη στάθμη της θάλασσας 1260 m 3. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΑΕΡΙΣΜΟΥ 3.1.1 Υπολογισμοί εκπομπής ρύπων Ο υπολογισμός της απαιτούμενης ποσότητας φρέσκου αέρα για την επίτευξη της επιθυμητής συγκέντρωσης για κάθε ρύπο, γίνεται με την παρακάτω μέθοδο : Το τυπολόγιο που εφαρμόζεται για τον υπολογισμό της ποσότητας του φρέσκου αέρα είναι αυτό του PIARC 1987 (σελίδες 59 και 67 ) και του PIARC 1995. Τα μέγιστα επιτρεπόμενα όρια συγκέντρωσης για τους διάφορους ρύπους, καθορίζονται ως ακολούθως : α. Για το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) - Για κυκλοφορία ελεύθερης ροής τα 100 ppm - Για κυκλοφοριακή συμφόρηση τα 150 ppm β. Για τα οξείδια του αζώτου (NOx) - Για όλες τις κυκλοφοριακές συνθήκες τα 25 ppm γ. Για την ορατότητα (καπνός) Για κυκλοφορία ελεύθερης ροής (V>60 km/h) τα 0,005/m Για κυκλοφορία ελεύθερης ροής (V>60 km/h) τα 0,007/m Για κυκλοφοριακή συμφόρηση τα 0,009/m 3.1.2 Υπολογισμοί μέγιστου φόρτου ρύπου CO Επιβατηγά


Σελίδα 7

Ο συνολικός όγκος του αέρα που απαιτείται, για την απομάκρυνση του CO που εκπέμπεται από τα διερχόμενα επιβατηγά αυτοκίνητα (βενζινοκίνητα ή πετρελαιοκίνητα), δίδεται από του τύπους (PIARC 1987 – Βρυξέλλες, σελ.59) :

Qf. =lim

610...

3600 COWLDpc

p

q

CO

o

και τον τύπο (PIARC 1995 – σελ. 15) και qo = q(v.i) . fh . fcs . fa όπου : Qf : Παροχή φρέσκου (καθαρού) αέρα m3 /s qo : Ρύπος CO g/h, όχημα q(v,I) : Βασική τιμή ρύπου (CO), εξαρτώμενη από την ταχύτητα του οχήματος και με την κλίση του εδάφους σε (g/h, όχημα) fh : Συντελεστής υψομέτρου fcs : Συντελεστής κρύας εκκίνησης fa : Συντελεστής γήρανσης καταλυτικών οχημάτων Dpc : Αριθμός οχημάτων ανά ώρα/km σε λωρίδα L : Μήκος σήραγγας σε km λ : Αριθμός λωρίδων σήραγγας ανά κατεύθυνση W : Βάρος οχήματος σε τόνους (επιβατηγά = 1 ton) Colim : Μέγιστη επιτρεπόμενη πυκνότητα CO,σε ppm pco : Πυκνότητα CO ( = 1200g CO/m3) Η πυκνότητα οχημάτων ανά ώρα και λωρίδα ελήφθη από τους ΠΙΝΑΚΕΣ 1α & 1β Η βασική τιμή ρύπου q(v,I) ελήφθη από τους ΠΙΝΑΚΕΣ 1,2,3,4,5,6 του Παραρτήματος Β, ανάλογα με το είδος του οχήματος ( βενζινοκίνητα ή πετρελαιοκίνητα επιβατηγά ) και την τεχνολογία των κινητήρων. Ο συντελεστής fh ελήφθη από τον πίνακα 17 του Παραρτήματος Β. Ο συντελεστής fcs ελήφθη από τον πίνακα 16 του Παραρτήματος Β. Ο συντελεστής fa ελήφθη από τον πίνακα 16 του Παραρτήματος Β. Φορτηγά – Λεωφορεία Ο συνολικός όγκος του αέρα που απαιτείται, για την απομάκρυνση του CO που εκπέμπεται από τα διερχόμενα φορτηγά – λεωφορεία (πετρελαιοκίνητα) δίδεται από τους τύπους (PIARC 1987 – Βρυξέλλες, σελ.59) :


Σελίδα 8

Qf. =lim

610...

3600 COLDpc

p

q

CO

o

και τον τύπο (PIARC 1995 – σελ. 21) και qo = q(v.i) . fm . fe . fh όπου : Qf : Παροχή φρέσκου (καθαρού) αέρα m3 /s qo : Ρύπος CO g/h, όχημα q(v,I) : Βασική τιμή ρύπου (CO), εξαρτώμενη από την ταχύτητα του οχήματος και με την κλίση του εδάφους σε (g/h, όχημα) fh : Συντελεστής υψομέτρου fm : Συντελεστής βάρους οχήματος fc : Συντελεστής ανάλογα με την τεχνολογία του κινητήρα Dpc : Αριθμός οχημάτων ανά ώρα/km σε λωρίδα L : Μήκος σήραγγας σε km λ : Αριθμός λωρίδων σήραγγας ανά κατεύθυνση Colim : Μέγιστη επιτρεπόμενη πυκνότητα CO,σε ppm pco : Πυκνότητα CO ( = 1200g CO/m3) Η πυκνότητα οχημάτων ανά ώρα και λωρίδα ελήφθη από τους ΠΙΝΑΚΕΣ 1α & 1β Η βασική τιμή ρύπου q(v,I) ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 19 του Παραρτήματος Β, ανάλογα με την τεχνολογία των κινητήρων. Ο συντελεστής fh ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 24 του Παραρτήματος Β. Ο συντελεστής fm ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 22 του Παραρτήματος Β. Ο συντελεστής fe ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 23 του Παραρτήματος Β. 3.1.3 Υπολογισμοί μέγιστου φόρτου ρύπου NOx Επιβατηγά Ο συνολικός όγκος του αέρα που απαιτείται, για την απομάκρυνση του NOx που εκπέμπεται από τα διερχόμενα επιβατηγά αυτοκίνητα (βενζινοκίνητα ή πετρελαιοκίνητα), δίδεται από του τύπους (PIARC 1987 – Βρυξέλλες, σελ.59) :


Σελίδα 9

Qf. =lim

610...

3600 NOWLDpc

p

q

NO

o

και τον τύπο (PIARC 1995 – σελ. 15) και qo = q(v.i) . fh . fcs . fa όπου : Qf : Παροχή φρέσκου (καθαρού) αέρα m3 /s qo : Ρύπος NOx g/h, όχημα q(v,I) : Βασική τιμή ρύπου (NOx), εξαρτώμενη από την ταχύτητα του οχήματος και με την κλίση του εδάφους σε (g/h, όχημα) fh : Συντελεστής υψομέτρου fcs : Συντελεστής κρύας εκκίνησης fa : Συντελεστής γήρανσης καταλυτικών οχημάτων Dpc : Αριθμός οχημάτων ανά ώρα/km σε λωρίδα L : Μήκος σήραγγας σε km λ : Αριθμός λωρίδων σήραγγας ανά κατεύθυνση W : Βάρος οχήματος σε τόνους (επιβατηγά = 1 ton) NOlim : Μέγιστη επιτρεπόμενη πυκνότητα NOX, σε ppm pNo : Πυκνότητα NO2 ( = 2000g NO2/m

3) Η πυκνότητα οχημάτων ανά ώρα και λωρίδα ελήφθη από τους ΠΙΝΑΚΕΣ 1α & 1β Η βασική τιμή ρύπου q(v,I) ελήφθη από τους ΠΙΝΑΚΕΣ 7,8,9,10,11,12 του Παραρτήματος Β, ανάλογα με το είδος του οχήματος ( βενζινοκίνητα ή πετρελαιοκίνητα επιβατηγά ) και την τεχνολογία των κινητήρων. Ο συντελεστής fh ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 17 του Παραρτήματος Β. Ο συντελεστής fcs ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 16 του Παραρτήματος Β. Ο συντελεστής fa ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 18 του Παραρτήματος Β. Φορτηγά – Λεωφορεία Ο συνολικός όγκος του αέρα που απαιτείται, για την απομάκρυνση του NOx που εκπέμπεται από τα διερχόμενα φορτηγά – λεωφορεία (πετρελαιοκίνητα) δίδεται από τους τύπους (PIARC 1987 – Βρυξέλλες, σελ.59) :


Σελίδα 10

Qf. =lim

610...

3600 NOLDpc

p

q

NO

o

και τον τύπο (PIARC 1995 – σελ. 21) και qo = q(v.i) . fh . fcs . fa όπου : Qf : Παροχή φρέσκου (καθαρού) αέρα m3 /s qo : Ρύπος NOx g/h, όχημα q(v,I) : Βασική τιμή ρύπου (NOx), εξαρτώμενη από την ταχύτητα του οχήματος και με την κλίση του εδάφους σε (g/h, όχημα) fh : Συντελεστής υψομέτρου fcs : Συντελεστής κρύας εκκίνησης fa : Συντελεστής γήρανσης καταλυτικών οχημάτων Dpc : Αριθμός οχημάτων ανά ώρα/km σε λωρίδα L : Μήκος σήραγγας σε km λ : Αριθμός λωρίδων σήραγγας ανά κατεύθυνση NOlim : Μέγιστη επιτρεπόμενη πυκνότητα CO, σε ppm pno : Πυκνότητα NOx ( = 2000g NOx/m3) Η πυκνότητα οχημάτων ανά ώρα και λωρίδα ελήφθη από τους ΠΙΝΑΚΕΣ 1α & 1β Η βασική τιμή ρύπου q(v,I) ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 20 του Παραρτήματος Β, ανάλογα με την τεχνολογία των κινητήρων. Ο συντελεστής fh ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 24 του Παραρτήματος Β. Ο συντελεστής fcs ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 22 του Παραρτήματος Β. Ο συντελεστής fa ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 23 του Παραρτήματος Β. 3.1.4 Υπολογισμοί μεγίστου φόρτου ρύπου καπνού Επιβατηγά Ο συνολικός όγκος του αέρα που απαιτείται, για την απομάκρυνση του καπνού που εκπέμπεται από τα διερχόμενα επιβατηγά αυτοκίνητα (βενζινοκίνητα) έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η αναγκαία, για κάθε ταχύτητα κινήσεως των οχημάτων, διαύγεια της ατμόσφαιρας μέσα στη σήραγγα και επομένως η ορατότητα των οδηγών, δίδεται από του τύπους (PIARC 1987 – Βρυξέλλες, σελ.67) :

Qf. =lim

1..

3600 KLDpc

qo


Σελίδα 11

και τον τύπο (PIARC 1995 – σελ. 15) και qo = q(v.i) . fh . fcs όπου : Qf : Παροχή φρέσκου (καθαρού) αέρα m3 /s qo : Ρύπος καπνού m2/h, όχημα q(v,I) : Βασική τιμή ρύπου καπνού, εξαρτώμενη από την ταχύτητα του οχήματος και με την κλίση του εδάφους σε (m2/h, όχημα) fh : Συντελεστής υψομέτρου fcs : Συντελεστής κρύας εκκίνησης fa : Συντελεστής γήρανσης καταλυτικών οχημάτων Dpc : Αριθμός οχημάτων ανά ώρα/km σε λωρίδα L : Μήκος σήραγγας σε km λ : Αριθμός λωρίδων σήραγγας ανά κατεύθυνση Klim : Ελάχιστη επιτρεπόμενη ορατότητα (m-1) Η πυκνότητα οχημάτων ανά ώρα και λωρίδα ελήφθη από τους ΠΙΝΑΚΕΣ 1α & 1β Η βασική τιμή ρύπου q(v,I) ελήφθη από τους ΠΙΝΑΚΕΣ 13,14,15 του Παραρτήματος Β, ανάλογα με την τεχνολογία των κινητήρων. Ο συντελεστής fh ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 17 του Παραρτήματος Β. Ο συντελεστής fcs ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 16 του Παραρτήματος Β. Φορτηγά – Λεωφορεία Ο συνολικός όγκος του αέρα που απαιτείται, για την απομάκρυνση του καπνού που εκπέμπεται από τα διερχόμενα φορτηγά – λεωφορεία (πετρελαιοκίνητα) έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η αναγκαία, για κάθε ταχύτητα κινήσεως των οχημάτων, διαύγεια της ατμόσφαιρας μέσα στη σήραγγα και επομένως η ορατότητα των οδηγών, δίδεται από του τύπους (PIARC 1987 – Βρυξέλλες, σελ.67) :

Qf. =lim

1...

3600 KLDpc

qo

και τον τύπο (PIARC 1995 – σελ. 21) και qo = q(v.i) . fm . fe . fn όπου : Qf : Παροχή φρέσκου (καθαρού) αέρα m3 /s qo : Ρύπος καπνού m2/h, όχημα q(v,I) : Βασική τιμή ρύπου καπνού, εξαρτώμενη από την ταχύτητα του οχήματος και με την κλίση του εδάφους σε (m2/h, όχημα) fh : Συντελεστής υψομέτρου fm : Συντελεστής κρύας εκκίνησης


Σελίδα 12

fe : Συντελεστής ανάλογα με την τεχνολογία του κινητήρα Dpc : Αριθμός οχημάτων ανά ώρα/km σε λωρίδα L : Μήκος σήραγγας σε km λ : Αριθμός λωρίδων σήραγγας ανά κατεύθυνση Κlim : Ελάχιστη επιτρεπόμενη ορατότητα (m-1) Η πυκνότητα οχημάτων ανά ώρα και λωρίδα ελήφθη από τους ΠΙΝΑΚΕΣ 1α & 1β Η βασική τιμή ρύπου q(v,I) ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 21 του Παραρτήματος Β, ανάλογα με την τεχνολογία των κινητήρων. Ο συντελεστής fh ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 24 του Παραρτήματος Β. Ο συντελεστής fm ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 22 του Παραρτήματος Β. Ο συντελεστής fe ελήφθη από τον ΠΙΝΑΚΑ 23 του Παραρτήματος Β. 3.2 Αερισμός για την διάσωση ατόμων σε περίπτωση πυρκαγιάς και την καταπολέμηση της πυρκαγιάς

Σε περίπτωση έκρηξης πυρκαγιάς μέσα σε μια σήραγγα, η γένεση καπνού και αερίων υψηλής θερμοκρασίας, μέσα στην σήραγγα δημιουργεί κινδύνους τόσο σε επιβάτες των οποίων τα αυτοκίνητα ακινητοποιούνται πίσω από το όχημα που καίγεται, όσο και στις ομάδες πυροσβεστών που θα αναλάβουν να επέμβουν μέσα στην σήραγγα για να σβήσουν τη φωτιά στο καιγόμενο όχημα και να το απομακρύνουν, ώστε να εκλείψει ο κίνδυνος και αποκατασταθεί η κυκλοφορία. Είναι προφανές ότι ο καπνός είναι περισσότερος και η θερμοκρασία των καυσαερίων είναι υψηλότερη, όσο το μέγεθος της πυρκαγιάς είναι μεγαλύτερο. Το PIARC 1998 « Fire and Smoke Control in road tunnel – Last Draft – August 1998 », προτείνει η ταχύτητα αέρα εντός της σήραγγας να είναι 3m/s η οποία είναι ικανή να δημιουργήσει κίνηση καπνού αντίθετη προς τη ροή του αέρα (backlayering).

3.3 Επιλογή Ανεμιστήρων 3.3.1 Απώλειες Πίεσης


Σελίδα 13

Ο υπολογισμός της αναγκαίας ποσότητας φρέσκου αέρα για την επίτευξη της επιθυμητής συγκέντρωσης για κάθε ρύπο, έγινε σύμφωνα με τις παραγράφους 3.1.1 έως 3.1.4 και φαίνεται στο παράρτημα Α. Η συνολική πτώση πίεσης μπορεί να υπολογιστεί ως το άθροισμα των παρακάτω επιμέρους απωλειών :

ΔΡj = ΔΡtu + ΔΡveh + ΔΡMT

Όπου : ΔΡtu : Απώλειες πιέσεως λόγω τριβών στη Σήραγγα ΔΡveh : Απώλειες πιέσεως λόγω κινούμενων οχημάτων ΔΡMT : Απώλειες πιέσεως λόγω μετεωρολογικών συνθηκών 3.3.1.1 Απώλειες πιέσεως λόγω τριβών στη Σήραγγα Οι απώλειες πίεσης στις εισόδους και κατά μήκος της Σήραγγας δίνεται από τον τύπο :

ΔΡtu= 2

.1

2Up

D

Lj

Όπου : J : Παράγοντας που λαμβάνει υπόψη το σχήμα των εισόδων της Σήραγγας λ : Συντελεστής τριβής των τοιχωμάτων της Σήραγγας L : Μήκος της Σήραγγας D : Υδραυλική διάμετρος της Σήραγγας (m) p : Πυκνότητα αέρα (kg/m3) U : Ταχύτητα αέρα στη σήραγγα (m/s) 3.3.1.2 Απώλειες πιέσεως λόγω κινούμενων οχημάτων Κάθε κινούμενο όχημα μέσα στη Σήραγγα λειτουργεί σαν έμβολο και θέτει την μάζα του αέρα σε κίνηση κατά τη φορά της κίνησής του. Αρκετοί παράγοντες επηρεάζουν το μέγεθος του φαινομένου αυτού, όπως η ταχύτητα των οχημάτων, η απόσταση μεταξύ των οχημάτων, το μέγεθος και το σχήμα των οχημάτων και η διατομή της Σήραγγας. Η απώλεια πίεσης λόγω κινούμενων οχημάτων ανά λωρίδα κυκλοφορίας δίνεται από τον τύπο :

ΔΡveh= 2

6.32

)(.

u

Vp

A

vehCwA

V

LM

T


Σελίδα 14

Όπου : Μ : Αριθμός οχημάτων ανά ώρα και λωρίδα L : Μήκος Σήραγγας (km) V : Ταχύτητα οχημάτων (km/h) Cw : Συντελεστής οπισθέλκουσας (αεροδυναμικής) των οχημάτων A : Εμπρόσθια επιφάνεια οχημάτων (m2) AT : Ελεύθερη διατομή Σήραγγας (m2) u : Ταχύτητα αέρα στη Σήραγγα (m/s) p : Πυκνότητα αέρα (=1,2 kg/m3) 3.3.1.3 Απώλειες πιέσεως μετεωρολογικών συνθηκών Θερμοκρασιακή διαφορά Η θερμοκρασία του αέρα μέσα στη Σήραγγα μπορεί να είναι διαφορετική από αυτή του αέρα στις εισόδους, εξαιτίας της θερμοκρασίας που εκπέμπουν τα οχήματα και εξαιτίας της θερμοκρασίας του πετρώματος από το οποίο διέρχεται η σήραγγα που είναι σταθερή. Η διαφορά θερμοκρασίας αυτή δημιουργεί φαινόμενο καμινάδας. Για το μέγεθος του φαινομένου αυτού ο Α. Haerter δίνει την εξίσωση:

ΔΡT= ΔΗ.γ.g.

T

[Pa]

Όπου ΔΗ είναι η διαφορά υψομέτρου ανάμεσα στις δύο εισόδους της σήραγγας (m), Τσ (ºK) η μέση θερμοκρασία του αέρα μέσα στη σήραγγα και Τα (ºK) η ατμοσφαιρική θερμοκρασία στις εισόδους της σήραγγας, γ το ειδικό βάρος του αέρα (1,112 kg/m3) και g η επιτάχυνση της βαρύτητας (9,81 m/sec2) Έτσι για Tσ=25+273=298 ºK και Τα=20+273=293 ºK προκύπτει ΔPT1= 4.25 Pa (θέρος). Για Τσ=5+273=278 ºK και Τα= -5+273=268 ºK προκύπτει ΔPT2=9,10 Pa (χειμώνας). Επιλέγουμε τελικά ΔΡT= 10 Pa για να είμαστε από την πλευρά της ασφάλειας. Διαφορά πιέσεως λόγω ανέμου Οι ισχυροί άνεμοι, μπορούν να προκαλέσουν μια διαφορά πιέσεως ανάμεσα στις εισόδους της σήραγγας. Για την διαφορά πιέσεως αυτή και ο Α. Haerter και το BHRA δίνουν τον παρακάτω τύπο:


Σελίδα 15

ΔΡw= sin..2

2wUp

Όπου Uw είναι η ταχύτητα του αέρα και Φ η γωνία ανάμεσα στην διεύθυνση του αέρα και της επιφάνειας της εισόδου, ή

ΔΡw= wVp 2.2

Όπου Vw είναι η συνιστώσα της ταχύτητας του αέρα, κάθετα στην είσοδο της σήραγγας. Για ταχύτητα ανέμου Vw = 6,0m/s (20mph), η ασκούμενη πίεση είναι:

ΔΡw= 22 /20)0,6.(2

2,1mN (Pa)

Έτσι οι συνολικές απώλειες πίεσης λόγω μετεωρολογικών συνθηκών είναι: ΔΡMtot = ΔΡΤ+ΔΡW =10+20=30 (Ρa) 3.3.2 Απαιτούμενη προωστική δύναμη και εγκατάσταση ανεμιστήρα Η απαιτούμενη προωστική δύναμη (Τ) σε Newton δίνεται από την εξίσωση:

Τ = ΔΡ. F

Όπου ΔΡ = Συνολική απώλεια πίεσης (N/m2) F = Διατομή σήραγγας (m2) Η συνολική προωστική δύναμη που αποδίδεται από έναν αριθμό ανεμιστήρων τύπου ″ώσης″, είναι ίση με το άθροισμα των επιμέρους προωστικών δυνάμεων. Η τιμή της προωστικής δύναμης που αναφέρουν οι κατασκευαστές ανεμιστήρων, είναι για τους ανεμιστήρες τοποθετημένους ελεύθερα, σε στάσιμο αέρα. Στις συνθήκες τοποθετήσεως τους στη σήραγγα, οι ανεμιστήρες είναι τοποθετημένοι κοντά στην οροφή της σήραγγας και ο περιβάλλον αέρας κινείται. Η αποδιδόμενη προωστική δύναμη του ανεμιστήρα είναι:

Τα = Τj n1.n2.n3 = )(3.2.1).( NewtonsnnnuuA

pQj

a

j

όπου:


Σελίδα 16

Τα : Αποδιδόμενη προωστική δύναμη ανεμιστήρα [Ν] Tj : Θεωρητικά αποδιδόμενη προωστική δύναμη ανεμιστήρα [Ν] Qj : Παροχή αέρα ανεμιστήρα (m3/s) uj : Ταχύτητα αέρα στην έξοδο του ανεμιστήρα (m/s) u : Ταχύτητα αέρα στην Σήραγγα (m/s) Aα : Επιφάνεια ανεμιστήρα (m2) p : Πυκνότητα αέρα (ρ=1,2 kg/m3) n1 : Συντελεστής μείωσης της παροχής του ανεμιστήρα λόγω στροβιλισμών στην έξοδο του. Συνήθης τιμή n1=0.9 n2 : Συντελεστής που εξαρτάται από την απόσταση του άξονα του ανεμιστήρα από την οροφή και τα πλαϊνά τοιχώματα της Σήραγγας. Η τιμή του δίνεται από τον παρακάτω πίνακα. Τρόπος και θέση εγκατάστασης ανεμιστήρα n2 I Ανεμιστήρας στη γωνία σε επαφή με τα τοιχώματα και την οροφή ~0,7 II Απόσταση ανεμιστήρα από τα τοιχώματα και την οροφή ½ διάμετρο του ανεμιστήρα ~0,8 III Απόσταση ανεμιστήρα από τα τοιχώματα και την οροφή 1 διάμετρο του ανεμιστήρα ~0,9 IV Ανεμιστήρας σε κοίλωμα ~0,8 V Πολλοί ανεμιστήρες σε κοίλωμα ~0,7 n3 : Συντελεστής που εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ δυο διαδοχικών ανεμιστήρων. Για απόσταση ανεμιστήρων μεγαλύτερη δέκα (10) υδραυλικών διαμέτρων της Σήραγγας η τιμή του n3 είναι ίση με τη μονάδα. Για τη Σήραγγα, επελέγησαν αξονικοί ανεμιστήρες ειδικοί για σήραγγες (JETFOIL TUNNEL FANS), της αγγλικής κατασκευαστικής εταιρείας WOODS, AIR MOVEMENT, τύπου 112, με τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Διάμετρος ανεμιστήρα 1,00 m Στροφές (σε ρεύμα 50 περιόδων) 1470 RPM Ώθηση (thrust) 875 Νewtons Παροχή αέρα 25,6 m3/s Ταχύτητα αέρα στην έξοδο 32,6 m/s Απορροφώμενη ισχύς 24,6 KW Ισχύς κινητήρα 26 KW Στάθμη θορύβου ανεμιστήρα με ηχοαπορροφητήρα μήκους 1D 71 Dba


Σελίδα 17

Στους υπολογισμούς ελήφθησαν υπόψη τα γεωμετρικά στοιχεία της σήραγγας, που δίδονται στους προηγούμενους πίνακες 3 καθώς και τα εξής: Συντελεστής τριβής τοιχωμάτων σηράγγων (μπετόν) 0,024 Αντίσταση ανέμου 20 Pa Μέσο βάρος οχημάτων Επιβατηγών 1 t Φορτηγών και λεωφορείων 20 t Επιφάνεια οχημάτων κατά την φορά της κινήσεως Επιβατηγών 2 m2 Φορτηγών και λεωφορείων 7 m2

Σε περίπτωση πυρκαγιάς στη Σήραγγα, σύμφωνα με το PIARC 1995 ο μέγιστος αριθμός ακινητοποιημένων μονάδων αυτοκινήτων είναι 150 PCU/ km, λωρίδα. Με βάση τον τύπο:

25.1

1001001// ήx

aakmvehDkmUD vehvpupc

(Piarc 95, σελ 7) Για ποσοστά φορτηγών 30% (α=30) και συντελεστή Ζ (για φορτηγά) προκύπτει: Dvev (veh/km)=115.38 οχημ/km. Για μήκος σήραγγας 1,488 km έχουμε τελικά: Αριθμός οχημάτων στην σήραγγα = 171,68 172 οχήματα. Σε περίπτωση πυρκαγιάς ο αριθμός αυτός κατανέμεται σε δυο λωρίδες: 86 οχημ./ λωρ. Με βάση την σύνθεση οχημάτων της παραγράφου 2.1 έχουμε τελικά 60 επιβατηγά/λωρίδα και 26 φορτηγά/λωρίδα. Ο συντελεστής οπισθέλκουσας (αεροδυναμικής) των οχημάτων σύμφωνα με το PIARC 1995, δίδεται ως εξής: Επιβατηγά Σε ελεύθερη ροή Cw = 0.35 Σε συμφόρηση Cw = 0.40 Φορτηγά


Σελίδα 18

Σε ελεύθερη ροή Cw = 0.80 Σε συμφόρηση Cw = 1.0 Από το Παράρτημα "Α" που επισυνάπτεται, προκύπτουν οι παροχές αερισμού και ο απαιτούμενος αριθμός ανεμιστήρων που δίνονται στους παρακάτω πίνακες 4α, 4β, 4γ, 4δ και 4ε. τόσο για την κάλυψη των απαιτήσεων αερισμού σε κανονική λειτουργία, όσο και στην περίπτωση της πυρκαγιάς.

ΠΙΝΑΚΑΣ 4α ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΩΝ ΣΗΡΑΓΓΑΣ

ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2005

ΤΑΧΥΤΗΣ Km/h

ΡΥΠΟΣ ΠΑΡΟΧΗ

ΑΕΡΑ m3/s

ΤΑΧΥΤΗΣ ΑΕΡΑ

m/s

ΑΡΙΘΜΟΣ ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΩΝ

Φ 1,00 m τεμ. 10 CO 47,33 0,86 3,88 20 « 28,42 0,52 3,88 40 « 16,21 0,29 3,83 60 « 12,56 0,23 3,81 80 « 17,10 0,31 3,81 Πυρκαγιά 165.15 3.00 7.10

Από τον παραπάνω πίνακα, φαίνεται ότι ο αριθμός ανεμιστήρων, μεγέθους Φ 1m, που ικανοποιεί όλες τις ανάγκες αερισμού και την περίπτωση της πυρκαγιάς, η οποία είναι και η δυσμενέστερη είναι:

8 τεμάχια

Επειδή δε είθισται να προβλέπεται ως εφεδρεία μια ομάδα ανεμιστήρων που θα μπορεί να τεθεί εκτός λειτουργίας λόγω της πυρκαγιάς ή και να καταστραφεί, κρίνεται αναγκαία η εγκατάσταση αερισμού της σήραγγας να περιλάβει:

10 τεμάχια ανεμιστήρων Φ 1,00m

που θα εγκατασταθούν στη σειρά ανά ζεύγη. Τρία ζεύγη ανεμιστήρων τοποθετούνται στο Ανατολικό μέτωπο και δύο στο Δυτικό μέτωπο. Όσον αφορά τις θέσεις εγκαταστάσεως των ανεμιστήρων εντός της σήραγγας, το ειδικό αγγλικό εργοστάσιο κατασκευής ανεμιστήρων σηράγγων WOODS, AIR MOVEMENT, συνιστά στο έντυπο του JETFOIL TUNNEL FANS, σελίδα 11, Κεφάλαιο Tunnel Thrust Requirements, η απόσταση μεταξύ διαδοχικών ομάδων ανεμιστήρων κατά μήκος της σήραγγας να επιλέγεται: - Τουλάχιστον δεκαπλάσια της υδραυλικής διαμέτρου της σήραγγας ή - Το ένα δέκατο της δυναμικής πιέσεως του ανεμιστήρα (μετρούμενης σε Pa), σε μέτρα.


Σελίδα 19

Δοθέντος δε ότι η υδραυλική διάμετρος της διατομής της σήραγγας είναι 7.73 m και η ταχύτης εξόδου του αέρα από τον ανεμιστήρα 32.6m/s, δηλαδή η δυναμική πίεση Είναι:

2

2pxVP

Όπου P = Δυναμική πίεση αέρα σήραγγας Ρa Ρ = πυκνότητα αέρα Κg/m3

V = ταχύτητα αέρα m/s

Προκύπτει: Pax

65.6372

)6.32(2.1 2

Απόσταση διαδοχικών σειρών ανεμιστήρων L: α. 7.73 x 10 = 77.3 m ή β. 637.65/10 = 63.7 m επιλέγεται απόσταση μεταξύ των ανεμιστήρων τουλάχιστον L = 150 m.

Documents

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΑΕΡΙΣΜΟΥ ΣΗΡΑΓΓΑΣ