隧道工程第8章 隧道通风课件.ppt

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1、8.1 概 述,汽车所排出的废气，含有多种有害成分，如一氧化碳、煤烟、铝、磷化物、硫等，是气态和浮游固态微粒的混合物。汽车还能携带尘土和卷起尘埃。这些物质构成了对隧道内空气的污染。而隧道是个闭塞空间，一般只有进出口与大气相通，污染物不能很快扩散，因此隧道内污染空气的浓度会逐渐积累。当浓度很小时，通常影响不大。但是，剧毒性的CO 浓度增加时，会使人体产生不同程度的中毒症状，直至危及生命。空气中的烟雾可以影响能见度，含烟（尘）量达到一定程度后，即可使能见度下降到妨碍行车安全的程度。总之，隧道内的空气污染，既会造成对人体的危害，又会影响行车安全。,第8章 隧道通风,1,通风设计需要考虑的主要问题是：

2、空气中有害物质的容许浓度；需风量的计算方法；判断自然通风的能力；机械通风方式的讨论；通风设备的选择以及经济性等。,2,8.2 空气中有害物质的设计浓度,对汽车排出的废气中的有害物质进行研究是在20世纪20年代，美国对汽车的CO 发生量进行过研究，同时还研究了人体对CO浓度的容许值。后来人们逐渐认识到，除CO浓度问题以外，还有视界内的空气透明度的问题，尤其是大马力柴油机汽车在交通流组成中所占比例增大以后，排烟量大大增加，稀释烟雾浓度所需新风量有时超过稀释CO浓度所需新风量。60年代以后在新建和改建隧道时，通常是按上述两项分别计算，并取其较大者作为设计通风量。,3,8.2.1 CO设计浓度关于CO

3、的毒性，本来是医学领域的研究课题，由于在特定的隧道环境中的实际需要，通风设计者对CO的毒性也颇为关切。红细胞中的血红蛋白（Hemoglobin，简称Hb），正常情况下在经过肺时与氧结合，并把氧气输送到人体的各个器官。由于CO对血红蛋白的亲和力比氧气大200耀300倍，因此，一旦CO与血红蛋白结合生成碳氧血红蛋白（CO-Hb），分解即非常缓慢，它能使红细胞失去输送氧气的能力。若为深度中毒时，则会因缺氧而死亡。CO为无色无味的气体，比重也几乎与空气相等，人的感觉器官又不能分辨它，因而是非常危险的。,4,5,6,7,8.2.2 烟雾设计浓度为了保证停车视距，必须控制烟雾浓度。隧道内的停车视距不仅取决

4、于车速，而且与路面亮度、路面材料的种类、烟雾浓度有关，通常需要综合考虑。随着对道路服务水平的要求不断提高，在保证停车视距的同时，还要求保证舒适性，因而需要把烟雾浓度控制在容许标准之下。透光率是光线在污染空气中的透过量与在洁净空气中的透过量之比。一般用下式表示：,8,9,10,11,8.2.3 其他有害物（1）氮氧化物氮氧化物是柴油机排出的主要有害成分之一。主要来源于空气中的氮和氧，在爆燃条件下，产生的瞬时高温、高压能使空气中的氮与氧化合，生成NO，是吸热反应。爆燃温度越高，反应越快，生成的NO也越多。但在汽缸内，正常燃烧的温度条件下，氮与氧不发生化合反应。当温度下降后，汽缸内生成的NO遇O2，

5、即可生成NO2。,12,（2）丙烯醛丙烯醛为无色挥发性液体，相对密度0.841，易燃。由于它具有强烈的辛辣刺激窒息性气味，所以容易引起警觉，在正常情况下很少发生严重中毒现象。（3）二氧化硫SO2为具有强烈的辛辣刺激性气味的气体，相对密度2.264，易溶于水。它进入呼吸道后，大部分在上呼吸道上生成亚硫酸和硫酸，被气管吸收，对上呼吸道产生强烈刺激性引起各种炎症。能分布至全身组织，破坏细胞。二氧化硫对人体健康状况的影响因其浓度不同而有所不同，见表8.5。,13,14,8.3 需风量计算,8.3.1 按稀释CO浓度计算新风量通风设计中，车辆有害气体的排放量以及与之对应的交通量都应有明确的远景设计年限，

6、二者应相匹配。计算近期的需风量时应采用相应年份的交通量。在确定新风量时，应对计算行车速度以下的各工况车速20km/h为一档分别计算，并考虑交通阻滞状态，取其较大者作为设计需风量。,15,16,17,18,8.3.2 按稀释烟雾浓度计算需风量烟雾排放量是以柴油车作为计算依据，当交通流组成柴油车比例大到某一限度以后，烟雾危害超过CO危害，因此，根据烟雾排放量计算所需通风量成为重要问题。烟雾排放量按下式计算：,19,20,21,22,23,8.4 通风方式及其选择,8.4.1 综述隧道通风方式的种类很多，选择时最主要的是考虑隧道长度和交通条件，同时还要考虑气象、环境、地形以及地质等条件。在充分考虑各

7、种因素后，选择既有效又经济的通风方式。按车道空间的空气流动方式，大体上可以分为自然通风和机械通风两种方式。而机械通风又分为纵向通风方式、半横向通风方式、全横向通风方式和组合通风方式四种，其中纵向通风方式又分为射流式通风、集中送入式通风、竖（斜）井送排风式通风、竖（斜）井排出式通风以及静电吸尘式通风等；半横向通风方式分为送风半横向式和排风半横向式通风。,24,8.4.2 自然通风目前还没有可靠的计算自然通风的隧道最大容许长度的一般算式。因为，由隧道两个洞口的大气条件（气压，温度，风等）和高差引起的压头差值，从而导致隧道内自然风是不稳定的。上述大气条件在隧道内引起的总压头，可由下式计算：,25,2

8、6,8.4.3 关于空气气流的假定条件在通风过程中的气流，其细部是相当复杂的，但宏观的可以看作是稳定流。在隧道内流动的空气，其流速一般在25m/s以下，可以不考虑其压缩作用。污染过的空气与新鲜空气的组成有所不同，但是在计算时，可以忽略这些不同。因此，对空气作如下假定：把气流看作是非压缩性流性；把气流看作是稳定流；无论进气或排气均看作是普通空气，其密度为12N/m3。,27,8.4.4 纵向式通风纵向式通风是从一个洞口直接引进新鲜空气，由另一洞口把污染空气排出的方式，与自然通风的原理是相同的。此时，隧道内沿纵向流动的空气速度，可以认为从入口至出口都是匀速的。这种方式的空气污染浓度，由入口向出口方

9、向成直线增加。（1）射流式通风射流式通风是在车道空间上方直接吊设射流式通风机，用以升压，进行通风的方式，通常根据需要，沿隧道纵向以适当的间隔吊设数组，每组为一至数个射流式风机。射流式通风机是一种开发不久的新型通风机，具有体积小，风量大的特点，其喷射风速能达到25耀30m/s。,28,（2）有竖井的纵向式通风纵向式通风是最简单的通风方式，它以自然通风为主，不足需要时，用机械通风加以补充，是最经济合理的。8.4.5 半横向式通风纵向式通风的污染浓度不均匀，进风口最低，出风口处最高。为使出口处的浓度保持在容许限度以下，只好加大通风量，但此时其他地方的污染浓度则相当低。这样，既不经济，又使隧道内风速过

10、大。而半横向式通风，可使隧道内的污染浓度，大体上接近一致。,29,8.4.6 全横向式通风上述几种通风方式，都存在纵向风速较大和火灾时对下风侧不利，以及火灾发生点下风方向的隧道区间过于长的问题。因此，在长大隧道、重要隧道、水底隧道中，为了使隧道内不产生过大的纵向风速，仍可采用全横向式通风。这种通风方式同时设置送风管道和排风管道，隧道内基本上不产生沿纵向流动的风，只有横方向的风流动。,30,8.4.7 混合式通风混合式通风没有固定的格局，它是根据某些特殊的需要，由上述几种基本通风形式组合而成的。世界上用组合式通风的隧道不乏先例，是可以利用的方式。其组合方式有许多种，但应符合一般性的设计原则，既经

11、济，又实用。8.4.8 通风方式选择（1）影响通风方式选择的因素1）隧道长度隧道长度是影响隧道通风方式选择的最主要的因素。隧道越长，隧道发生事故和灾害造成的损失一般也越大，所以隧道越长，对隧道通风的安全性和可靠性要求越高。对于不同长度的隧道选择通风方式时可参照表8.11。,31,32,2）隧道交通条件隧道交通条件指隧道内为单向行车还是双向行车以及隧道的交通量。一般单向行车的隧道采用纵向和半横向通风较好，能够较充分地利用自然风和活塞风；交通量大的隧道一方面有害气体排放量大，另一方面安全要求高，因此，一般应选用横向通风或半横向通风方式。3）隧道所处地层的地质条件隧道所处地层的地质条件好，隧道施工比

12、较容易，费用低，这时选用横向通风方式，隧道断面可适当加大，送风道和排风道容易布置并可以布置得大一些。这样隧道的建设和运营费用不会很高。相反，如果围岩条件差，则可能由于隧道施工困难，以及施工费用高而影响到横向通风的使用。,33,4）隧道所处地区的地形和气象条件地形和气象条件与隧道自然风流的流向和流量有关。当自然风流比较大，流向相对稳定时，对于较短的隧道，可直接利用它通风。但对于纵向通风的隧道，若自然风流变化较大时，将会影响通风效果，严重者会造成隧道无风或风机损坏。因此，在这种条件下宜用横向通风，若采用纵向通风，需加强管理。（2）通风方式选择选择通风方式时，应该综合考虑上述诸多因素。合理的通风方式

13、是安全可靠性高，建设安装方便，投资小，隧道内环境好，对灾害的适应能力强，运营管理方便，运营费用低的通风方式。但是，各种通风方式都既有优点，又有缺点，一种通风方式不可能完全满足这些要求。因此，实际上的合理是在给定条件下尽可能做到既安全可靠，又经济方便。,34,35,36,37,38,8.4.9 通风机的选择通风机是把机械能转变为空气压能的一种装置，它是实现隧道机械通风的关键设备。目前，国产通风机有两种类型：即离心式通风机和轴流式通风机。通风机的选择包括选择通风机的类型、通风机的型号、通风机的联合运转方式以及通风机的机号、转速和叶片安装角等。（1）根据轴流式和离心式通风机的优缺点选择通风机的种类轴

14、流式和离心式通风机的优缺点归纳如下：,39,在结构上轴流式通风机具有体积小，重量轻，动轮直径小，转速高，可与电动机直接连接等优点；但其缺点是结构复杂，故障多，各部件都装在机壳内部检修不方便，噪声大。离心式通风机则有结构简单，造价低，维修方便，坚固耐用，运行可靠等优点；其缺点是动轮直径大，机体大，转速低，一般不能与高速电机直接相连。,40,在性能上轴流式通风机特性曲线（如图8.6所示）的工作段比较陡斜，当风量Q有较小变化时会引起风压h较大变动。因此，它适应于阻力变化大而要求风量变化小的隧道中，而离心式则与此相反，如图8.7所示。轴流式风机的风压h曲线上有驼峰，若风机在驼峰范围内工作，就会引起风机

15、风量、风压和功率的波动，产生不正常的振动和噪声，因此，风机的工况点应选在驼峰右侧稳定区中。,41,42,在性能调节方面轴流式通风机可通过改变叶片的安装角和转速调节性能，调节简单。经济，调节幅度大。离心式风机也可通过改变前导叶的角度和转速调节性能，但调节不方便且调节幅度小。选择通风机时，要根据两类风机的优缺点，结合隧道通风条件和要求进行具体分析和计算，选择应做到安全、可靠、经济、方便。（2）根据通风机的类型特性曲线选择通风机的型号同一种类的通风机，按照叶轮和前导器的形式，前导器和整流器上叶片的安装角等不同分成多种形式（即型号）。每一种类型的通风机的特性用它的类型特性曲线描述，不同类型的通风机的类

16、型特性曲线不同，其中区别较大的是合理的工况点的范围（通风量和通风压力的范围）。正确选择通风机的型号就是寻求既能满足隧道通风量又能使工况点落在合理的范围的类型特性曲线。通风机型号选择是通风机选型的关键。,43,（3）根据通风机的个体特性曲线选择通风机的机号对于同一种类型的通风机，按照叶轮直径的大小又分成不同的规格（即不同的机号）。在通风机的类型选定以后，就能够保证风机的工况点处于一个比较合理的（效率能够满足要求的）范围内，但要使风机具有一个更为理想的工况点，还要选择合适的机号。选择机号主要依据通风量。一般风量要求大，叶轮直径选择就大些。,44,（4）当单机不能满足风量要求时，应取两机或多机并联运

17、转在隧道通风阻力小，而要求风量大的情况下，采用通风机并联运转能够取得比较好的效果。通风机联合运转的效果取决于单个风机的特性以及两台风机的联合特性。两台通风机并联运转时，通风量增加明显，一般可比单机通风量增大70%左右。随并联风机的台数增多，风量增加的效果会减小，所以并联风机以2耀3台为宜。风机并联运转时两台风机的型号相同时，选型方便，管理维修方便。,45,（5）调整通风机动轮转速和叶片安装角调整动轮的转速和叶片安装角有两个目的：调整动轮转速和叶片安装角使风机处于效率最高且最稳定的工作状态；因隧道交通量或其他条件变化引起隧道通风量和风阻发生变化时，调整动轮转速或叶片安装角可改变风机工况点。,46,思 考 题,8.1 隧道通风的目的是什么？8.2 自然通风与机械通风的限界是如何确定的？8.3 机械通风有哪些选择方式？8.4 如何计算CO的排放量？8.5 如何计算烟雾的排放量？8.6 烟雾设计浓度与哪些因素有关？8.7 如何计算和确定需风量？8.8 如何选择通风机？,47,