بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحی سیستم تهویه تونل هاي مترو تهران-مطالعه موردي حدفاصل ایستگاههاي مولوي –شوش
چکیده
تهویه در مترو به دلیل رفت وآمد و حضور تعداد زیادي از مسافران در تونلها ، قطارها و ایستگاههاي مترو اهمیت ویژه اي دارد.اجزاي مترو عبارت از تونلها و ایستگاهها هستند که هواي داخل آنها باید در شرایط عادي و اضطراري دائما تهویه شود، تا در مواقع عادي شرایط مطلوبی براي افراد و در مواقع اضطراري امکان نجات براي افراد فراهم گردد. با توجه به این مطلب که در حالت عادي قطارهاي مترو با سیستم برق کار می کنند ، لذا در تونل و ایستگاهها آلاینده هاي ناشی از سوختهاي فسیلی تولید نمی شود و بنابراین در شرایط عادي باید فقط به گرماي ناشی از تجهیزات ولوازم موجود درایستگاهها ، تونل ، افراد و قطارها توجه کرد. باتوجه به این مطلب گرماي ناشی از ایستگاههاي مولوي – شوش محاسبه و مقدار هواي لازم براي تهویه کردن به میزان64 m3/sec تعیین شد.درشرایط اضطراري نیز با توجه به نوع تونل و ایستگاهها و استانداردهاي لازم براي راندن دود در جهتی که راههاي فرار براي مسافران حفظ شود و باتوجه به سطح مقطع تونل که برابر60 m2 است ، مقدار هواي لازم براي تهویه کردن در شرایط اضطراري به میزان 105 m3/secتعیین شد .در نهایت بامحاسبه مقدار هواي لازم در شرایط عادي و اضطراري و میزان وچگونگی توزیع گرمایی در محیط مترو مقدار هواي لازم جهت هر بخش از محیط مترو محاسبه شده است .
-1 مقدمه
تهویه یکی از مهمترین خدمات فنی در زمان حفر و بهره برداري تونلها است .ولی در زمان بهره برداري به علت اینکه تعداد افراد بیشتري ازآن استفاده می کنند اهمیت آن دو چندان می شود .
کافی نبودن سیستم تهویه باعث بروز مشکلات تنفسی براي مسافران و کارکنان و کاهش عمر تجهیزات مترو می شود و زیاد بودن آن ، نه تنها افزایش هزینه هاي تهویه را در پی دارد بلکه کورانهایی در ایستگاهها و تونلها ایجاد می کند.براي طراحی سیستم تهویه مترو لازم است که ابتداشدت جریان مورد نیاز سیستم با توجه به منابع مصرف کننده اکسیژن و تولید کننده گرما تعیین شده و با شدت جریانی که دراثر تهویه طبیعی و اثرپیستونی وجود می آید مقایسه شود .اگر کمتر بود سیستم نیازي به تهویه مکانیکی ندارد و اگر بیشتر بود سیستم تهویه مکانیکی مناسب باید طراحی شود .
مهمترین پارامترموثردر مورد تهویه ایستگاهها و تونلها ، گرماي تولید شده به وسیله قطار و مهمترین پارامترموثر در تهویه داخل قطار، تعداد مسافران است .
در موارد آتشسوزي، دود مهمتر از گرماست و کنترل آتش و دود از طریق ایجاد یک سرعت حداقل بحرانی به منظور تضمین حرکت دود در جهت دلخواه بسیار مهم است .
-2 سابقه مترو تهران
بررسی طرح متروي تهران از سال 1340 توسط یک شرکت فرانسوي (سوفرتو) (شرکت حمل و نقل پارس) آغاز شد. این گروه پس از مطالعات لازم در مورد طرحهاي دراز مدت براي شهر تهران ایجاد شبکه راههاي سریع (بزرگراه، آزاد راه) به طول نهایی 200 کیلومتر و ایجاد شبکه راه آهن سریع (مترو) به طول تقریبی 112 کیلومتر را ضروري دانستند. ولی این طرح تاسیس مترو با مصوبه هیئت وزیران وقت متوقف شد . از آن سال تا سال 1350 به دلیل گسترش بیرویه شهر تهران و رشد سریع جمعیت این شهر مطالعاتی براي حل مشکل ترافیک تهران انجام گرفت که ، مهمترین آنها مطالعات به شرح زیر است: [1 ]
- طرح ترافیک حمل و نقل تهران (شرکت سوفوتو)
- طرح کنترل مرکزي ترافیک تهران (شرکت جی – اي . س – الیوت شین)
- برنامه حمل و نقل تهران و ارزیابی مطالعات شرکت سوفرتو (جان – اف – کین)
- گزارش مقدماتی از طرح ترافیک تهران (شرکت مهندسی یاشیو)
- خدمات مهندسان مشاور براي حمل و نقل شهر تهران (مهندسان مشاور فریمن – فاکس و همکاران)
- مطالعه سیستم حمل و نقل شهري تهران (سازمان همکاريهاي بین المللی ژاپن)
در اسفندماه 1360 هیات وزیران طرح متروي تهران را به طور کامل متوقف کرد. طی سالهاي 1363 تا 1366 در محافل گوناگون براي حل مشکل و راه اندازي دوباره پروژه متروي تهران تلاشهایی انجام گرفت تا در اواسط سال 1366 عملاً فعالیت اجرائی پروژه آغاز شد . [1 ]
-3مشخصات عمومی متروي تهران
-1-3 خط یک
این خط شمالی – جنوبی به طول 15 کیلومتر از بزرگراه جهان کودك (حقانی) شروع شده و با عبور از زیر خیابانهاي شهید بهشتی، مطهري و میدان هفت تیر به سمت میدان امام خمینی ادامه مسیر مییابد و در ادامه به بازار و میدان محمدیه میرسد و به خیابان شوش منتهی می شود.
-2-3 توسعه خط یک (مسیر از رو)
توسعه خط یک از شمال به جنوب حدود 19 کیلومتر از خیابان شوش شروع میشود و به سمت بهشت زهرا ادامه مییابد و با گذر از مرقد امام، محوطه بهشت زهرا را دور می زند و به شکل حلقه اي آنرا احاطه میکند.
تعداد ایستگاههاي موجود در خط یک 27 ایستگاه است که 15 ایستگاه آن زیرزمینی و 12 ایستگاه آن روزمینی است . [2 ]
-3-3 خط دو
تونل شرقی – غربی به طول 20/3 کیلومتر از دردشت تهران پارس آغاز می شود و پس از طی بزرگراه رسالت و خیابان آیت اله مدنی (نظام اباد سابق) از مسیر بهارستان به میدان امام میرسد و با عبور از خیابان امام خمینی و تقاطع زنجان در انتها به فلکه دوم صادقیه منتهی میشود. 19 کیلومتر از این خط زیرزمینی و یک کیلومتر آن روي زمین است و تعداد 18 ایستگاه دارد که یک ایستگاه آن با خط یک مشترك است.
-4-3 توسعه خط دو مسیر از رو
خط تهران – کرج به طول 41/5 کیلومتر است که این خط از میدان صادقیه شروع میشود و موازي با اتوبان تهران – کرج به سمت کرج و مهر شهر ادامه می یابد. حدود 2/5کیلومتر از 41/5 کیلومتر این خط زیرزمینی و 39 کیلومتر آن روي زمین است. این خط 9 ایستگاه و یک پایانه دارد . [2 ]
شکل -1 نقشه متروي تهران و ایستگاههاي آن
-4 مبانی طراحی سیستم تهویه تونل مترو
سیستم تهویه براي تونلها و ایستگاههاي قطارهاي شهري زیرزمینی به منظور کنترل و ایجاد شرایط محیطی مناسب معمولاً براي حالتهاي زیر طراحی می شود:[3]
الف – هوارسانی ، خشک کردن و تخلیه حرارت از تونلها و ایستگاهها در شرایط کار عادي
ب – هوارسانی ، خنک کردن و تخلیه حرارت از تونلها و ایستگاهها در شرایط کار متراکم (اختلال در کار عادي)
ج – کنترل حریق و تخلیه دود حاصل از حریق در مواقع اضطراري در تونلها و ایستگاهها به طورکلی براي تعیین نوع و ظرفیت سیستمهاي تهویه عوامل زیر تأثیر گذراند :[4]
الف - بار حرارتی ایجاد شده در تونلها
ب - فاصله زمانی حرکت قطارها
ج – نوع قطار شهري
د – شتابهاي تندشونده و کندشونده
ه – تعداد مسافرین
و – ساعات کار اوج روزانه قطار
ز – شرایط جوي محیط
ح – قدرت حریق و آتش سوزي ممکن در تونلها و ایستگاهها ط – و شرایط فیزیکی تونلها و ایستگاهها از قبیل قطر، سطح مقطع و نظایر آن .
تمام عوامل یادشده در طراحی ظرفیت دستگاههاي تهویه مانند بادبزن هاي هوادهی و یا تخلیه مؤثر هستند.حدود 85 تا 90 درصد گرماي تولید شده در مترو مربوط به قطارهاست. انرژي الکتریکی قطارها نهایتاً به شکل حرارت به محیط تونل و ایستگاه مترو منتقل میشود. نیمی از گرماي تولید شده توسط قطارها ، مربوط به ترمزهاي آنها به هنگام توقف و شروع حرکت است. ازآنجا که ترمز کردن معمولاً در حوالی ایستگاهها انجام میگیرد، لذا گرماي حاصل از ترمزهاي قطار معمولاً در اطراف ایستگاهها پراکنده میشود. در متروهایی که سرعت قطار به بیش از 160 کیلومتر در ساعت میرسد در اثر مقاومت آئرودینامیکی قطار هوا داخل تونلها گرم می شود .[3] بخشی از گرماي تولید شده به وسیله دیوارهاي محیط جذب شده و بقیه آن به هواي محیط انتقال مییابد . با توجه به گرماي تولید شده استفاده از سیستم تهویه و یا تهویه مطبوع براي متروها ضروري است.
-5 میزان گرماي حاصله در ایستگاه و تونل
گرماي موجود در ایستگاه و تونلها را میتوان به چهار بخش کلی تقسیم کرد که هر بخش به قسمتهاي کوچکتري تقسیم میشود. این بخشها عبارتند از: [5 ]
-1-5 گرماي ناشی از ترمز گرفتن
الف- گرماي ناشی از مقاومت هوا
ب- گرماي ناشی از مقاومت مکانیکی
ج- گرماي ناشی از ترمز دینامیکی
-2-5 گرماي ناشی از شتاب گرفتن
الف- گرماي ناشی از مقاومت هوا
ب- گرماي ناشی از مقاومت مکانیکی
ج- گرماي ناشی ازاتلاف حرارتی مقاومتهاي راه انداز
د- گرماي ناشی از اتلاف حرارتی موتور محرك واگنها
-3-5 گرماي متفرقه
الف - گرماي ناشی از ریل سوم
ب- گرماي ناشی از کمپرسور هواي واگنها
ج- گرماي ناشی از موتور – ژنراتور واگنها
د- گرماي ناشی از روشنایی تونل ها
-4-5 گرماي ناشی از ایستگاه
الف- گرماي ناشی از روشنایی ایستگاه
ب- گرماي ناشی از تابلوهاي تبلیغاتی
ج- گرماي ناشی از تابلوهاي اعلام کننده
د- گرماي ناشی از پله برقی
ه- گرماي ناشی از تجهیزات جمع آوري کرایه و کنترل بلیط و- گرماي ناشی از مسافرین
-6 نحوه محاسبه گرما
در این بخش نحوه محاسبه گرما هاي ذکرشده بیان شده است : [5 ]
-1-6 گرماي ناشی از ترمز گرفتن
الف – گرماي ناشی از مقاومت هوا با توجه به فرمول (1) براي محاسبه نیروي مقاومت هوا داریم:
حال با محاسبه نیروي مقاومت هوا میتوان گرماي ناشی از مقاومت هوا را با توجه به فرمول((2 محاسبه کرد.
به هنگام ترمز ، انرژي جنبشی قطار در مقاومت هاي الکتریکی تبدیل به گرمـا مـیشـود، لـذا بـراي محاسـبه گرماي ناشی از ترمز دینامیکی بایستی انرژي جنبشی قطار را محاسبه کنیم.
براي محاسبه انرژي جنبشی قطار از فرمول((5 استفاده میکنیم.
-2-6 گرماي ناشی از شتاب گرفتن
الف – گرماي ناشی از مقاومت هوا
با استفاده از روش یاد شده در مورد ترمز گیري میتوان گرماي ناشی از مقاومت هوا را محاسبه کرد کـه برابـر همان مقدار در حین ترمز گیري خواهد شد.
ب – گرماي ناشی از مقاومت مکانیکی
با استفاده از روش یادشده در موردترمزگیري، میتوان گرماي ناشی از مقاومت مکانیکی را محاسـبه کـرد کـه برابر همان مقدار در حین ترمز گیري است.
ج – اتلاف حرارتی
مقاومتهاي راه انداز این بخش گرما از رابطه زیرمحاسبه می شود:
براي محاسبه انرژي جنبشی ترن در هنگام راه اندازي باید از سرعت انتقال در فرمول انرژي جنبشی اسـتفاده کرد و سرعت انتقال نیز با توجه به سرعت ماکزیمم قطار بدست می آید.
در فرمول ، دو قسمت داریم که بایستی محاسبه شوند تا از جمع جبري آنها مقدار اتلاف حرارتی مقاومتهاي راه انداز بدست آید.
