طراحی تهویه تونل ها، چه در پروسه طراحی و ساخت تونل چه در زمانی که تونل مورد بهره برداری قرار می‌گیرد، یکی از مشکلات درد سرساز برای مهندسین است. تونل ها گاهی فضاهای زیرزمینی هستند که هیچ گونه دسترسی به هوای آزاد ندارند، گاهی هم دسترسی آن ها به فضای بیرون ممکن است، اما درون شهر هستند و امکان تهویه به صورت طبیعی برای آن ها مهیا نیست.
تونل ها بیشتر از هر فضای دیگری در معرض آلودگی های تولیدشده ناشی از دود خودروها و وسایل نقلیه می باشند. مواد آلاینده ای که در فضا محبوس می شوند، روی هم انباشته شده و رفته رفته موجب پایین آوردن کیفیت هوا، ایجاد رنگ و بوی نامطلوب، خوردگی قطعات خودروها، سمی شدن فضا برای تنفس و حتی مرگ می شوند.
از طرفی، هنگام شرایطی نظیر انفجار باید بخارات و شعله های حاصل از انفجار به سرعت از ورودی های تونل پاک شوند تا زمان کافی برای پاک سازی دهانه های تونل وجود داشته باشد و دهانه ها در اثر ریزش سقف مسدود نشوند.
از طرف دیگر، در شرایطی مانند آتش‌سوزی یا همین انفجار، محصولات احتراق و دود باید جای خود را با هوای تازه عوض کنند تا آتش نشانان بتوانند در محل حادثه حضور یابند.
با توجه به صحبت هایی که شد، طراحی سیستم تهویه تونل، باید به‌گونه ای باشد که در سریع ترین زمان ممکن و با اقتصادی ترین راه موجود، هوای آلوده تولید شده را خارج و با مقادیر هوای تازه جایگزین کند.
در این سیستم، گردش هوا توسط عواملی نظیر اختلاف فشار هوا، تردد خودروها و ترافیک، دما، باد و سایر عواملی که در محیط هستند به وجود می آید. در حقیقت هیچ گونه وسیله مکانیکی و خارجی به منظور تهویه در تونل کار گذاشته نمی شود.
این سیستم برای تهویه در ابتدا شاید بسیار کم هزینه و کم مصرف از لحاظ انرژی به نظر رسد، اما باید در نظر داشت که در همة شرایط قادر به کار کردن نیست و چه بسا حتی با وجود شرایط مطلوب نیز کارکرد کافی را نداشته باشد یا اصلاً قابل اجرا نباشد. فلذا استفاده از این سیستم نوعی ریسک محسوب می شود.
استفاده از یک وسیله ی مکانیکی نظیر جت فن اساس کار این نوع تهویه می باشد. تهویه طولی به این معناست که سیستم یک جریان طولی از هوا را در سرتاسر تونل ایجاد می کند. سیستم تهویه طولی از طریق فن های آکسیال یا همان جت فن ها کار می کند، و تهویه عرضی به صورت عرضی و توسط کانال کشی از طریق سیستم تغذیه و تخلیه این کار را انجام می دهد. در سیستم های تهویه نیمه عرضی، جای دو سیستم تغذیه و تخلیه، یکی از آن ها را داریم.
اگر سیستم تغذیه را داشته باشیم، هوای تازه از طریق داکت ها وارد شده و از خروجی های تونل خود به خود خارج می شوند، اگر هم از نوع تخلیه باشد، هوای تازه پس از اینکه از یکی از دهانه های تونل وارد شد، توسط سیستم تخلیه تعبیه شده از تونل خارج می شود. در حقیقت، این سیستم ترکیبی است از روش طبیعی و تهویه مکانیکی از نوع عرضی.
طراحی تهویه تونل ها و پارکینگ ها، همواره یکی از مهم ترین مراحلی است که مهندسین با آن سر و کار دارند. یکی از مسائلی که شاید حتی شما، به عنوان یک فرد رهگذر، داخل پارکینگ های عمومی یا تونل ها با آن مواجه شده باشید، هوای گرفته و دودی مانند درون فضا بوده است که همواره باعث شده ترجیح دهید سریع تر از آن فضا خارج شوید مقاله “روش‌های تهویه تونل‌های مترو و جاده ای” بهتون پیشنهاد می کنیم مطالعه کنید
در این روش، هوای خروجی تونل با هدف کاهش مقدار هوای مورد نیاز جهت تهویه تونل و کاهش آلودگی آزادشده در ورودی ها و خروجی ها و مسیر تونل، با کاهش سطح آلودگی قابل پاک سازی است. با استفاده از ته نشین کننده های الکتروستاتی می‌توان آلاینده ها و دوده و گردو غبار را از هوای تونل جمع کرد.
هر کدام از روش هایی که در بالاتر ذکر شد، ویژگی های خاص خود را دارند و در شرایط خاص همi این روش ها با تحقیق و بررسی مزایا و معایبی دارند. فاکتورهای زیادی برای انتخاب یک سیستم تهویه مناسب وجود دارد، مهم ترین این فاکتورها عبارت اند از:
لازم به ذکر است که بگوییم این نوع سیستم ها برای تونل هایی با ترافیک شهری دو طرفه خوب نیستند. از دیگر محدودیت های آنها، این است که برای ایمنی بیشتر، سرعت هوا در تونل باید زیر ۱۰ متر بر ثانیه باشد. (البته سرعت بالای ۷ متر بر ثانیه به ندرت است چه برسد به ۱۰، ولی خب این محدودیت نیز باید ذکر می شد.)
برای آشنایی بیشتر طراحی سیستم تهویه تونل با روش طولی، مراحل آن را در اینجا مختصر توضیح می دهیم.
میزان هوای تازه ی مورد نیاز به عواملی نظیر مقدار ماکزیمم مجاز تعیین شده برای مونوکسید کربن، دود دیزلی، اسید نیتریک، تعداد وسایل نقلیه بنزینی و دیزلی که در هر ساعت از تونل عبور می کنند، سرعت این وسایل نقلیه، شیب جاده و ارتفاع آن از سطح دریا بستگی دارد. رابطه زیر به منظور محاسبه مقدار هوای مورد نیاز برای تهویه ایمنی در تونل است که در گزارش PIARC در کنگره سال ۱۹۹۵ مطرح شد:
Nveh= تعداد وسایل نقلیه
Nlane= تعداد خطوط جاده ای
L=طول تونل
V= سرعت وسایل نقلیه
q= فاکتور انتشار تابعی از سرعت، شیب و ارتفاع جاده از سطح دریا
Kadm= ضریب خاموشی مجاز است.
در جدول زیر ضریب خاموشی برحسب موقعیت ترافیک را مشاهده می کنید.
| موقعیت ترافیک | ترافیک روان | فشرده روزانه | خیلی فشرده و قفل | تونل بسته شده |
| ضریب خاموشی مجاز | ۰٫۰۰۵ | ۰٫۰۰۷ | ۰٫۰۰۹ | ۰٫۰۱۲ |
در این مرحله باید محاسبه کنیم که جت فن ها چه مقدار فشار باید تولید کنند که بر مقاومت کل تونل غلبه کنند. این اتلاف از مجموع این موارد ناشی می شود: اتلاف فشار ناشی از دراگ، اختلاف ارتفاع دو سر ورودی و خروجی تونل، اتلاف فشار اصطکاکی و افت فشار ورودی و خروجی.
تک تک جت فن ها نیرویی تولید می کنند که برایند آنها، نیروی محوری کل تونل است. نیروی واقعی فن ها پس از نصب برابر است با:
Ti=Tm K1K2K3
ضرایب اصلاح k1و k2، k3 از طریق نمودارهای عملکردهای هر شرکت قابل دسترسی هستند. هر کدام از این ضریب تاثیر یک چیز را بیان می کنند مثلا ضریب k1 بیانگر تاثیر سرعت هوای تونل بر سرعت فن است.
گفتیم که جت فن ها انواع گوناگونی دارند. هنگام انتخاب جت فن، باید در نظر داشت که جت فنی را انتخاب کنیم که توان مصرفی و سرو صدای کمتری داشته باشد، نیروی آن ها کافی باشد، برگشت پذیر باشد. (برای امنیت بیشتر در هنگام آتش سوزی)
فن های دو سرعته نیز، انتخاب خوبی هستند. اگرچه در ابتدا گران تر هستند، اما هزینه انرژی مصرفی آنها پایین تر است و صدای آن ها نیز کمتر است.