隧道通风系统节能理念及其实践探讨*

张永利

(中铁十八局集团公司第六工程有限公司，天津300222)

隧道通风系统节能理念及其实践探讨*

张永利

(中铁十八局集团公司第六工程有限公司，天津300222)

目前，随着国内经济的迅速发展，人流物流的流量也随之增大，迫切需要基础设施建设的完善和发展，与此同时与城乡连接的公路隧道的开挖难度也是越来越大，隧道的里程越来越长，其对通风系统的选择越来越重要，在这样的背景下，笔者探讨在节能理念的指导下，各种通风方式的优缺点及其选择的原则，力图为隧道通风理论的完善和基础的夯实作出应有的贡献，以期引起同行的关注，共同促进行业理论的完善。

隧道;通风系统;节能理念;实践

一方面是国内经济的高速发展，人流物流的迅速增长，另一方面是“要想富先修路”观念的根深蒂固，我国的公路建设事业发展十分迅猛:2006年的资料表明，我国公路投资共达六千二百多亿元，比上年增加了七百多亿元，同比增长十三个百分点。到2006年末，公路总里程达到了将近三百五十万公里，位居世界第二。同时为解决偏远地区，尤其是山区的道路不畅出行不便的状况，国家也在逐年加大相关方面的投入。显而易见，与之相关的就是隧道越来越多，通行里程也越来越长，在封闭的隧道里行驶，汽车所排放的尾气等相关的气体也不便于获得有效的交换和排放。这一点在有些特别长的隧道中表现的尤为突出，但是，由于尾气中含有大量的一氧化碳、氮氧化合物等有害的物质，如果得不到及时的排放或是空气的交流，长期的积聚不仅能够影响隧道内的可视距离，影响交通安全，而且更为严重的是，长期的积累，将会严重影响通行人员的身体健康。所以，在保证安全的情况下，通过各种方式对隧道内废气的疏散和排放时十分有必要。目前主要的排放方式有以下两种，即自然通风和机械通风。自然的通风即时利用自然的温差产生的水平气压梯度力，而产生的能力引起的风，而机械通风，则主要是利用机械装备和人力的控制改变已有的空气分布状况，具体而言，机械通风又包括纵向式通风、半横向式通风和横向式通风，而纵向式通风则包括全射流通风、辅助竖井通风和静电除尘通风。

一、隧道通风系统的节能理念

在隧道通行领域讨论节能理念也正是资源节约型和环境友好型社会的要求的集中同一。一方面是能源的节约，资源的合理配置，隧道通风方式的合理选择，另一方面是环境的友好，主要是可以及时促进隧道内空气的及时改善，而这正好契合了上述理念的要求，所以说在隧道通风领域选择这样一种指导理念是应当的也是必须的。笔者认为在隧道涉及理念的选择上，安全理念，经济理念和环保理念显得尤为重要，认为他们是其他理念和原则的存在基础。首先是安全理念，这一点也是体现了时代的要求的，以人为本的社会的构建，它要求始终将人放在最为根本的位置，立足于服务于人民，所以无论是在社会的哪一个领域，以人为本的理念都应该深入的贯彻彻底;其次是经济原则，这是每一个理性的人的选择与追求，即追求效用的最大化，和资源的合理的配置，它的主要指标是通风质量和环境的质量标准，力争追求性价比的最高。它的体现具体是在投入或者说是费用和产出或者说是效用两个方面，在费用指标上主要包括工程投资费用和运营管理费用;而效用则是比较广泛意义上的概念了，诸如社会效用，经济效用，和环境效用等等，这里主要是指社会效用;最后是环保理念，它的要求也是不然的，因为从通风设备的选用和通风方式的选择，无不涉及到环境保护的目的的，从根本上来我们甚至可以说，我们最初的想法可能就是排出隧道内的污浊的空气，从而更好的预防和制止其他领域内的问题的发生。所以环境保护原则是必不可少的，是刚性的要求。

所以概括起来，隧道通风系统的最重要的几大理念即时安全理念、经济理念和环保理念，而这些理念中的最为重要的是安全理念，而经济理念和环保理念则是最基本的要求，所以笔者认为节能理念应该成为连接这几大要素的关键因子。

二、隧道通风方式的比较

影响隧道通风方式的选择因素是多种多样的，诸如隧道的长度、车流量、通行方式、安全性、地面条件等等。选择合理的通风方式不仅是节能环保的需要、经济合理的要求，而且也是身心健康的需求。因而我们需要根据不同的条件选择不同的通风方式和条件、力求达到最优的原则。在上述的各种通风方式中，最为经济也最为环保的就是自然风，理所当然，自然风的使用，排除了风机设备等装置的物质投入和人力资本的投入，符合经济的原则，同时也由于天然形成，自然也符合环保的原则，所以在其他条件都容许的情况下，应该优先选择自然的通风方式，事实上这也是最为理想的形式。

关于其他几种机械通风方式的选择则是这里要讨论的重点。首先是纵向的通风方式，它的工作原理就是通风机通过压入外界的空气，从隧道的一端直接推向隧道的另外一端，实现空气的整体置换，推动污浊的空气沿着车道纵向流动，同时也起到稀释的作用。这种通风方式的优点在于造价比较低廉，费用比较便宜。而缺点也是显而易见的，如果被推出的空气一旦不能正常的流动，那么就会堆积在隧道的另外一端，而如果其实一旦有堵车或相关的影响正常行驶的情况的出现，那么其对司机乘客及其有关人员也是有着不理的影响的。此是其一，而其二则是，一旦发生火灾后果也将是难以预料的，因为火势会顺着风行的风向迅速响端口的另一端蔓延，即另一端的物品也将很容易引起火灾受到火灾的影响，而采用其他的方法进行排烟，这种情况也是可以降低损失的。其次是半横向的通风方式，半横向的通风方式就是将新鲜空气经过风道直接吹向汽车的排气孔高度附近，直接将空气稀释，污染的空气在隧道上部扩散，经过两端的洞口进行排出。使用这种方式的优点在于合理经济，不需要动用大量的人力物力财力去进行大规模的设备安置和机械工程的建设。实际上，该系统又可以分为送风型通风系统和排风型通风系统两种通风方式。前一种通风方式是指新风由风道送至沿隧道长度布置的各个风口，废气则由隧道两端口溢出，而另一种方式则正好相反，新风从两个端口吸入，排风由布置在隧道不同长度的各个排风口抽出至排风亭排出。横向式通风就是通风机送出的新鲜空气，经过风道在车道地板上的进气口横向进入车道，稀释污浊的空气以后横向穿过车道，经顶板上的排气口进入排气通道，排出洞外。选择这种通风方式，有利于火灾的扑灭，同时车辆排放的烟气也是可以以最短的路程被排除掉的，通风效果也是比较好的，但是也是由于经常用于较长的隧道，所以直接导致的结果就是它需要的费用过高，成本较大。

三、节能理念指导下的隧道通风监控方式的合理选择

一般而言，隧道监控方式的分为传统的和现代的两种。但是具体而言则有可以分为直接控制方式、间接控制方式、程序控制方式、组合控制方式、智能模糊控制方式等。另外还有一种分法是控制方式主要可以分为以下几种类型，其中包括反馈式控制法、程序控制法、前馈式控制法、前馈式智能控制法。

这里我们采取第一种分类的方式。其中直接控制的基本思路是通过检测隧道类的一氧化碳的浓度值和能见度来控制处理空气的质量。间接的控制方式就是将隧道内平均车速等作为参数输入，然后经过优化的计算，最终确定风机的运行。程序控制法就是在此之前首先通过统计获得相应的技术参数，然后在此基础上控制风的运行的一种方式。组合控制法，就是检测得到的交通流数据，利用交通流预测模型得到下一个控制周期的交通流，并结合预测原件预测得到的污染物质的浓度反馈值，通过污染物的浓度增量来确定风机的运行方式。而智能模型法主要就是经过模型推理，得到风机的变化量，最后结合风机当前的运行状况，决定开启风机的台数和风机的位置，从而得到新的污染物动态，再进入下一个周期的运行。其主要依赖的就是经验的知识，而不是数学的模型等等。

节能理念要求我们在达到同样的目的的前提下通过比较各种不同的通风方式，选择最为合理的最为节约能源和资源的通风系统的监控方式。有学者在研究总结高速公路隧道通风系统的指出“高速公路隧道通风监控系统将朝着智能化、集成化、网络化的方向发展。”笔者也较为认可这种观点。一般而言国内的隧道通风系统大多数会选择射流风机诱导式纵向的通风系统，其实这样的选择也是有其服人的利用的，比如说设备比较简单，同时安装也是比较方便的，这样一来，经济效益就明显的显现出来了，而实践中也证明该种组合的通风效果是比较好的。针对有些地方多单向交通的运营模式，应当开展车辆活塞的较好利用，如当车速一定的时候，其活塞可以用来稀释有害的物质浓度，满足通风要求，此是的射流机就是无需开启的，这样也减少了设备运营的费用，符合节约能源资源的理念。

而在控制系统的选择方面，则多采用前馈控制方式，这样的选择是为了更好的满足正常情况下的交通火灾等相关事故的救助。还有一点也是不容忽视的，那就是选择这样的控制方式，也可以控制隧道的噪音污染以及其他诸如一氧化氮，氮氧化合物的排放，起到保护环境的良好作用。改善交通效果，增加行车的舒适程度、提高车辆的安全性以及预防火灾和其它重大的交通事故的发生，同时还可以增加车辆的通行能力节约电力能耗，所以这一些都是与笔者所提倡的环保理念是不谋而合的，所以前馈式控制系统的通风控制方式的选择是最为合理的。

总而言之，节能理念的提倡在隧道通风系统中的应用的重点就在于通风方式的选择和监控系统的选择之上。但是由于节能环保工程建设的复杂性，是一个综合的系统的工程，所以在节能设计的发展必然要求广大的设计人员从更多的更切合实践的角度着手，唯有如此，才可能发掘出更多的改进空间，使得节能的理念更为深入人心，同时节能的实际效果也将更为多样化的体现在实际的隧道的运营中。

［1］郑道访．隧道通风方式研究［M］．北京:北京科学技术文献出版社，2000．

［2］何川．公路隧道通风系统的前馈式智能模糊控制［J］．西安交通大学学报．

［3］刘力力．隧道通风系统的节能设计及应用［J］．上海公路，2010，(2)．

［4］马生瑞．公路隧道群交通事故分布特点［J］．长安大学学报，2007，(1)．

2012－02－16

张永利(1971－)，男，陕西宝鸡人，高级工程师。