特長公路隧道運營通風節能分析(其他)
特長公路隧道運營通風節能分析(其他)
朱祝龍 田峰
中鐵隧道勘測設計院有限公司第五設計分院
摘要：為了降低長大公路隧道運營費用、優化隧道通風方案，本文運用通風網絡解算基本理論，分析了通風網絡構成及風網中風流流動基本規律，采用礦井通風解算程序對某隧道平導送風型半橫向通風和平導送風型縱向通風進行解算。結果表明，利用風網解算程序對長大公路隧道通風方案進行分析可以優化通風組合方式，降低通風系統裝機功率，以達到節能的目的。
關鍵詞：特長公路隧道通風網絡節能
隨著我國公路建設的快速發展，公路隧道，特別是長度超過3 km的特長公路隧道大量出現。復雜的特長隧道通風系統不僅使隧道工程造價急劇增加，而且隧道運營費用也大幅上升。從以往的設計經驗看，通風系統的投資約占整個隧道投資的15%～25%，而通風系統的維護管理占隧道運營管理費用的70～80%，因此合理確定隧道通風方案非常重要。本文運用通風網絡結算基本理論，對隧道運營通風節能進行分析。
1 通風網絡解算理論
用圖論的方法對通風系統進行抽象描述，把通風系統變成一個由線、點及其屬性組成的系統，稱為通風網絡。通風網絡解算算法目前應用較多的是回路法和節點風壓法；無論是回路法還是節點風壓法，其本質都是以通風阻力定律、風量平衡定律、能量平衡定律三大基本定律為基本原理。
1)通風阻力定律
空氣在隧道中流動時，不同的流速會形成不同的流動狀態，空氣的流動狀態可以采用雷諾數來判別，一般情況下隧道內空氣流動狀態均為紊流。紊流狀態下，通風阻力定律指流體的流動阻力與風量的平方成正比，即：
式中：h為風道的通風阻力，Pa; R為風道的摩擦風阻；Q為通過風道總風量，m3/S。
2)風量平衡定律
風量平衡定律是指在穩態通風條件下，單位時間流人與流出某節點的各分支的質量流量的代數和為零，即：
式中：M為通過的風量質量流量，kg/s。
若不考慮風流密度的變化，則流入與流出某節點的各分支的風量的代數和為零，即：
3)能量平衡定律
能量平衡定律是指在一任一閉合回路中，各分支的通風阻力代數和等于該回路中風機風壓與自然風壓的代數和，即：
2 隧道通風網絡解算
2.1工程概況
高樓山隧道位于甘肅省隴南市西南角文縣境內，為單洞雙向行車隧道。隧道進口里程BK7+040，出口里程BK17+825，隧道全長10.875 km。本隧道從施工及防災需要考慮到設置平導，平導進口里程BPK7+010，出口里程BPK17+820。
2.2通風方案
本隧道為單洞雙向行車的特長隧道，不能利用活塞風作用，因此必須考慮機械通風。隧道通風方式的選擇與隧道長度、交通流量、行車方式、洞口環保要求和隧道施工方法等多種因素有關。根據規范計算可知，隧道設計風量為413.51 m3/s。在運營階段，平時可以利用平導送排風，火災時利用平導進行救災和疏散。針對本隧道實際情況，通風方式考慮平導送風型半橫向通風（方案一）和平導送風型縱向通風（方案二）。
2.2.1方案一
平導送風型半橫向通風方案是利用隧道風機通過平導送風，送風氣流經設置的3個送風橫通道送人隧道，橫通道設置手動風量調節閥和電動防火閥，以實現均勻送風和平時通風與防災通風工況的切換，隧道風機同時通過2個電動排煙口向隧道送風，隧道內污風從行車隧道兩洞口集中排風。通風方案示意圖如圖1所示。
2.2.2方案二
平導送風型縱向通風方案是平導送風方式同平導送風型半橫向方案，同時在主隧道設置射流風機以達到通風要求。通風方案示意圖如圖2所示。
2.3通風網絡解算
依據通風網絡基本原理和通風系統示意圖，不考慮風機段、隧道坡度及線路圓曲線等影響繪制通風網絡圖（圖3、圖4）。
2.4通風網絡解算結果
解算目標要求隧道從進口端到出口端所有風量都能夠滿足隧道需風量計算要求，能夠有效稀釋污染物，滿足隧道舒適、安全行車要求。
2.4.1方案一
根據送風節點6、7、8、9、10所在位置，分析隧道需風量計算參數可算得各區段需風量如表1所示：
2.4.2方案二
根據送風節點6、7、8所在位置，分析隧道需風量計算參數可算得各區段需風量如表2所示：
風網解算結果表明，兩種通風方案均能滿足隧道運營通風的要求。
3 隧道通風系統分析
3.1節能分析
根據風網解算結果，兩種方案下主要通風設備裝機功率情況如表3
由表3可知，方案一在運營費用上比方案二要節能，參照《綜合能耗計算通則》有關計算方法可算出每年約節省424.18 tce/a。
3.2隧道防災救援分析
方案一采用平導加壓送風加雙點式排煙方案。由于平導內平時送風，可以避免汽車尾氣進入疏散通道，對防災疏散有利；火災時控制方式簡單；火災時人與煙氣分離，人員疏散不受排煙影響。但是，由于主隧道送風機兼火災時的排煙風機，排煙時風機需要切換工況，轉換時間較長。
方案二采用平導加壓送風加洞口排煙方案。平導內有新鮮氣流供應，因而主洞火災煙霧無法侵入平導，不能傷害已撤離到平導的人員。但是此方案最大缺點為人與煙氣不分離，需等待人員疏散完畢后排煙，排煙時機不好把握等。
結合比較兩者可以看出，方案一不僅比方案二要更節省運營費用，同時在防災救援上更有優勢，因此本工程選擇方案一為推薦通風方案。
4 結論與建議
1)對于本隧道，兩種通風方式在技術上均可行；通風方案的選擇不僅要求滿足運營通風時的需風量計算，還需要達到防災救援的要求；
2)方案一不僅比方案二要更節省運營費用，同時在防災救援上更有優勢，因此本工程選擇方案一為推薦通風方案；
3)利用通風網絡解算理論可以優化通風組合方式，降低通風系統裝機功率，以達到節能的目的，可以為類似工程提供一定參考。
