公路隧道全射流风机通风与分段通风需风量计算及其差异性分析

摘要：随着高速公路建设的快速发展，为使长隧道及特长隧道更好的服务于公路运输，需要通过通风改善隧道内的空气品质，以便更好的保证司乘人员的行车安全。由于规范中对分段通风需风量计算的解释较为简略，文章则依据规范，以公式的形式阐述全射流风机通风与斜竖井分段通风需风量计算的过程及其差异性。

关键词:需风量，分段通风，公路隧道，CO浓度，烟雾浓度。

The Analysis of calculating and difference of highway tunnel with full jet fan ventilation and sectional ventilation

(Shanxi Provincial Transportation Planning Survey and Design Institute,Sun Jinfei , Shanxi Taiyuan,030012)

Abstract: with the rapid development of highway, in order to make the long tunnel to serve the highway transportation more better, we need to improve the air quality of the tunnel and ensure safe driving by Using mechanical ventilation. As the calculation of the sectional ventilation in related standards is very simple, this article is based on the standards,and states the calculation process of ventilation rate and differences between the two ventilation modes in the form of formula.

Keywords: air volume, sectional ventilation, highway tunnel, concentration of CO, concentration of smoke。

中图分类号： TD724 文献标识码： A

0 引言

高速公路隧道作为为公路运输过程中特殊路段，需要对隧道内封闭空间的驾驶环境进行改善。为了满足需求，采用稀释法计算隧道通风的需风量。隧道内的污染物主要有CO、HC、NOx、SO2和烟雾等，其中CO 是对人体危害最大的，一直以来作为计算隧道通风需风量的卫生要求指标；而烟雾会影响驾驶人员的视线，所以隧道通风的需风量应同时能满足CO 指标的卫生要求和烟雾指标的可见度要求等。

1通风需风量计算

以《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ 026.1—1999）作为计算依据，分别计算CO及烟雾的排放量，再由CO及烟雾设计指标得出隧道的通风需风量，取其二者中的最大值与通风换气需风量、火灾工况下的需风量进行比较，择其大者作为该条（段）隧道的需风量。

2规范中对隧道通风需风量的规定[1]

2.1稀释CO的需风量

（1）隧道内的CO排放量计算公式为

其中：Qco——隧道全长CO排放量（m³/s）；Qco为CO基准排放量（m³/辆·Km）；fa为考虑CO的车况系数；fd为车流密度系数；fh为考虑CO的海拔高度系数；fm为考虑CO的车型系数；fiv为考虑CO的纵坡-车速系数；N为车型类别数；Nm为相应车型的设计交通量。

（2）稀释CO的需风量按下式计算

其中：Qreq（CO）为隧道稀释CO的需风量；P0为标准大气压（101.325KN/㎡）；P为隧址设计气压（KN/㎡）；T0为标准气温（273K）；T为隧道夏季的设计气温。

2.2稀释烟雾浓度需风量

（1）隧道内烟雾排放量，可通过下式计算

其中：QVI为隧道全长烟雾排放量（m2/s）；qVI为烟雾基准排放量（m2/辆·Km）；fa（VI）为考虑烟雾的车况系数；fd为车流密度系数；fh（VI）为考虑烟雾的海拔高度系数；fm（VI）为考虑烟雾的车型系数；fiv（VI）为考虑烟雾的纵坡-车速系数；nD为柴油车车型类别数；Nm为相应车型的设计交通量。

（2）稀释烟雾的需风量为

其中：Qreq（VI）为隧道稀释烟雾的需风量；K为烟雾设计浓度（m-1）。

3全射流风机通风模式下的通风需风量

交通量小、长度短的隧道多采用全射流風机通风模式，该通风模式下的需风量计算是把整个隧道作为一个完整的通风管道，利用射流风机的辅助动力克服局部和沿程阻力，将外环境的新鲜空气送入隧道内，以改善隧道内的驾驶环境。

3.1正常工况

正常工况按照设计行驶速度V设计确定fd（正常）、fiv（正常）、fiv（VI）（正常）等参数，，此时该隧道内车辆的CO、VI的排放量分别为：

3.2阻滞工况

阻滞工况时根据规范阻滞计算长度不宜大于1km，当隧道长度较大（大于1km）时，隧道就被分为两个驾驶区间：阻滞段和非阻滞段。阻滞段行车速度按照10 Km/h确定计算参数fd（阻滞）、fiv（阻滞）、fiv（VI）（阻滞），非阻滞段按照30～40 Km/h确定计算参数fd（非阻滞）、fiv（非阻滞）、fiv（VI）（非阻滞）。

L=La+Lb

其中：L为隧道总长度（m），La为隧道非阻滞段长度（m），Lb为隧道阻滞段长度（m）。

（1）阻滞工况时隧道内的CO排放量

（2）阻滞工况时隧道内的VI排放量

3.3该通风模式下的需风量

由前面已经计算得到的CO、VI排放量，根据CO及VI设计指标得出隧道的通风需风量，取其二者中的最大值与通风换气需风量、火灾工况下的需风量进行比较，择其大者作为该条隧道的需风量。具体比较过程如图3-1所示：

图3-1全射流风机通风模式需风量计算图

4斜竖井分段通风模式下的通风需风量

当隧道长度较长、交通量较大，隧道内产生的有害污染物无法通过射流风机将其排出时，需采用设置斜竖井将隧道进行分段，分别进行通风。

4.1正常工况

正常工况分别按照设计行驶速度V设计确定fd（正常）、fiv（正常）、fiv（VI）（正常）等参数，通风分段将隧道分为L1、L2两个通风段。

L=L1+L2

其中：L为隧道总长度（m），L1为第一段隧道长度（m），L2为第二段隧道长度（m）。

（1）隧道内CO的排放量

（2）隧道内VI的排放量

4.2阻滞工况

分段通风时，隧道内各段之间相对独立，因阻滞段位置的变化将会影响该通风段最大需风量的大小。则阻滞工况需风量应采用每段都按照阻滞在该段发生的条件下进行计算，这样才能保证运营期间各段正常工况、阻滞工况下隧道内环境的品质。

该工况下通风计算阻滞段行车速度按照10 Km/h确定计算参数fd（阻滞）、fiv（阻滞）、fiv（VI）（阻滞），非阻滞段按照30～40 Km/h确定计算参数fd（非阻滞）、fiv（非阻滞）、fiv（VI）（非阻滞）。

L1=L1a+L1b；L2=L2a+L2b

其中：L1a为第一段隧道非阻滞段长度（m），L1b为第一段隧道阻滞段长度(m)，L2a为第二段隧道非阻滞段长度（m），L2b为第二段隧道阻滞段长度(m)。

（1）阻滞工况时隧道内CO的排放量

1）第一段隧道CO的排放量

2）第二段隧道CO的排放量

（2）阻滞工况时隧道内VI排放量

1）第一段隧道VI排放量

2）第二段隧道VI排放量

4.3该通风模式下的需风量

由前面已经计算得到各通风段、各工况条件下的CO、VI排放量，根据CO及VI设计指标得出隧道各段的通风需风量，将其与各段通风换气需风量、火灾工况下的需风量进行比较，择其大者作为该通风段的需风量。具体比较过程如图4-1所示：

图4-1分段通风模式需风量计算图

5两种通风模式下通风计算比较分析

两种通风模式在各工况条件下所考虑的对象、所需动力、阻滞工况时计算的差异性分别为：

表5-1 两种通风模式下通风计算

6结语

通风量计算时应根据交通量大小、隧道长度、纵向坡度等进行预估，在全部采用射流风机进行通风时不能满足要求时，采用分段通风。同时根据汽车制造技术及石油提炼技术的提高，合理优化计算参数，降低通风设备功耗，以实现节能减排的效果。

参考文献:

[1] JTJ 026.1-1999 公路隧道通风照明设计规范[S]北京：人民交通出版社，2000

作者简介：孙晋飞（1984—），男，山西省交通规划勘察设计院，助理工程师，主要从事高速公路隧道通风及消防系统设计。