§ 137. ВЕНТИЛЯЦИЯ ЛИНИИ МЕТРОПОЛИТЕНОВ (ч. 2)

Определение объема воздуха по теплоизбыткам. Теплоизбытки определяют как разность между тепловыделением в тоннелях и теплоуходом через обделку тоннелей в грунт. Теплота выделяется поездами, людьми, электроосвещением и различным электрическим оборудованием.

Количество тепла (ккал/ч), выделяемое поездами при их движении, определяется по формуле

,
(273)

где 2 — число путей; 864 — тепловой эквивалент 1 кВт (1кВт = 864 ккал/ч); nс — среднечасовое (за время действия метрополитена) число пар поездов, движущихся по трассе (принимается 65% максимального); nв — число вагонов в поезде; Nуд — удельный расход электроэнергии, затрачиваемый на движение поездов и потери в токоведущем рельсе, приведенный к 1 ткм. Эта величина зависит от характеристики трассы, конструкции вагонов, скорости и частоты движения поездов и может быть различной для каждого перегона. Допускается принимать Nуд средним и равномерным на протяжении всей трассы проектируемой линии и ориентировочно равным от 0,042 до 0,055 (чем длиннее перегон и меньше его уклон, тем меньше значение Nуд в связи с относительно меньшим влиянием торможения); l — длина расчетного участка линии, км; gв — масса одного вагона, равная 32 т для вагона типа Е; gп — средняя масса одного пассажира — 0,07 т; nп — расчетное число пассажиров в одном вагоне, составляющее 20 % максимального (170).

Количество тепла (ккал/ч), выделяемое людьми, определяется по формуле

,
(274)

где gп — полное количество тепла, выделяемое одним человеком; принимается в зависимости от температуры окружающего воздуха от 128 до 150 ккал/ч (при t = 10° и ниже — 150; при t = 15° — 140 и при t = 20° и выше — 128); nобщ — число пассажиров, одновременно находящихся на станции и в поездах на перегоне, определяемое по формуле

;
(275)

v — средняя эксплуатационная скорость движения поездов по трассе данной линии, принимаемая ~ 50 км/ч; zст — время нахождения пассажиров на станции, принимаемое равным 3—5 мин; nпл — число пассажиров, находящихся одновременно на станционной платформе, но при этом расчетное число пассажиров в вагоне берется не максимальным, а средним за время действия метрополитена в течение суток (т.е. 20 % от 170).

Количество тепла, выделяемое электроосвещением и оборудованием во время движения поездов, определяют по формуле

.
(276)

В этой формуле принимают следующие мощности рабочего освещения: на 1 км однопутного перегонного тоннеля Nп = 6 кВт и на станции Nст = 80÷120 кВт; стационарного оборудования на станции и оборудования связи Nоб = 12÷16 кВт; вентиляционного оборудования на станции и перегоне Nвент = 70 кВт.

Суммарное среднее часовое тепловыделение (ккал/ч) за время движения поездов составляет

.
(277)

В летний период года, когда температура воздуха, поступающего в тоннели, выше температуры окружающей их породы, тепло частично уходит в породу.

Чем ниже температура породы, тем больше тепла входит в нее. Поэтому следует стремиться поддерживать температуру породы неограниченно долго близкой к начальной естественной. Это достигается подачей в тоннели необходимого объема воздуха в холодный период года.

Средний часовой уход тепла в породу (ккал/ч) определяют по формуле

,
(278)

где F — внутренняя поверхность бетонных тоннелей или наружная поверхность чугунных, м2; tв — расчетная температура воздуха в тоннелях за теплый период года; tп — расчетная температура породы, °С. (Значения tв и tп для главнейших городов СССР приведены в прил. 3 и 5 к книге В. Я. Цодикова); kz — коэффициент теплопередачи при нестационарном тепловом режиме, ккал/м2·ч·град.

Величина kz — переменная и изменяется во времени; точное определение этой величины учитывает расчетное время теплопоступлений в породу, материал и размеры тоннельных обделок, теплопроводность, теплоемкость и плотность породы, среднюю скорость движения воздуха в сечении тоннеля, а также толщину прогретого слоя породы к концу расчетного времени.

Формулы для определения kz и входящих в нее величин приведены в специальной литературе. Ориентировочные значения kz можно принимать в пределах от 0,5 до 0,7 ккал/м2·ч·град. Первое значение, как правило, можно относить к тоннелям, заложенным в сухих породах, а второе — к тоннелям, находящимся в породах обводненных.

Количество избыточного тепла.

,
(279)

Вследствие движения поездов в тоннелях возникает поршневое действие, увлекающее воздух по ходу движения поезда, а также циркуляционный поток тоннельного воздуха.

Воздух в тоннеле распределяется неравномерно, и эта неравномерность зависит от расположения вентиляционной установки, через которую подается наружный воздух. При расположении вентиляционной установки в середине перегона необходимое для вентиляции одного участка трассы количество воздуха (кг/ч) определяется по формуле

,
(280)

При расположении вентиляционной установки на расстоянии l' от оси станции для всего расчетного участка

,
(281)

В этих формулах:

ΔI = Iкон – Iнач — разность между конечным и начальным теплосодержанием вентиляционного воздуха; принимается по последней графе таблицы приложения 5; Gц — циркуляционный поток, кг/ч, в тоннеле, зависящий от поперечного сечения тоннеля, скорости движения и состава поездов; определяется по формуле

,
(282)

v0 — средняя скорость воздуха по сечению и длине тоннеля, которую ориентировочно можно принимать равной 2,5 м/с; Fт — площадь поперечного сечения тоннеля, м2; γ — плотность воздуха, принимаемая равной 1,2 кг/м3. Требуемый для вентиляции участка линии метрополитена объем воздуха (м3/ч) определяют по формуле

,
(283)

В тех случаях, когда полученный по формуле (283) объем воздуха будет менее 2,5—3-кратного воздухообмена, следует принимать его равным 2,5—3-кратным внутреннему объему вентилируемых тоннелей.

В городах с жарким климатом вентиляцию тоннелей метрополитена осуществляют с охлаждением воздуха различными способами, изложенными в специальной литературе.

Для вентиляции метрополитенов применяют главным образом осевые реверсивные вентиляторы, отличающиеся компактностью и экономичностью. Наиболее совершенной является конструкция осевого двухступенчатого вентилятора типа ВОМД-24. Этот вентилятор имеет высокий КПД (0,84 при прямом ходе), небольшие габариты и сниженную звуковую мощность по сравнению с другими типами вентиляторов.

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены