The microclimate of the underground pedestrian crossings

Первый тип — это сооружения, в которых происходят значительные суточные и годовые колебания температур воздуха, связанные с колебаниями температуры атмосферного воздуха, используемого для их вентиляции. К этому типу сооружений относятся транспортные тоннели, подземные пешеходные переходы и аналогичные сооружения. Второй тип — это сооружения с различными режимами работы, в которых периодически могут возникать ситуации, требующие при заданном тепловом потоке определения возможного времени достижения какой-либо промежуточной температуры, являющейся для данного этапа конечной. К таким сооружениям могут относиться отдельные производства. Третий тип — это сооружения, в которых не происходят значительные колебания внутренних температур воздуха, и задан необходимый минимальный воздухообмен. К этому типу сооружений относятся подземные гаражи, склады, магазины и т.п. Эксплуатация современных подземных пешеходных переходов в связи с расширением их функционального назначения может осуществляться с учетом всех перечисленных видов теплообмена.

Воздушный режим подземных пешеходных переходов зависит от интенсивности естественного воздухообмена, который определяется значениями гравитационного и ветрового давлений. В типовых пешеходных переходах из-за отсутствия составляющей гравитационного давления естественный воздухообмен осуществляется только за счет ветрового давления. В случае использования подземных переходов дополнительно в качестве помещений общественного назначения следует учитывать гравитационную составляющую.

В технической литературе отсутствуют количественные характеристики влияния скорости ветра на кратность воздухообмена в подземных пешеходных переходах, в т.ч. через традиционные аэродинамические коэффициенты, характерные для надземных сооружений. Поэтому определение интенсивности воздухообменов в подземных пешеходных переходах определялась нами путем испытания модели в аэродинамической трубе. За аналог принят наиболее распространенный типовой переход под автомобильной трассой [1].

Модель перехода выполнена с учетом автомодельности относительно реального перехода в масштабе 1:200. Изменение направления воздушного потока (ветра) осуществлялось поворотом исследуемой модели на углы 0° (режим «А»), 30° (режим «Б»), 45° (режим «В»), 60° (режим «Г»), 90° (режим «Д»). Замеры скорости воздуха внутри и вне модели проводились измерителем комбинированным ТАММ20, все замеры дублировались три раза. Результаты аэродинамических испытаний модели пешеходного перехода при максимальной принятой нами скорости воздушного потока (ветра) vв = 7,5 м/с показали следующее. Скорость воздушного потока в тоннеле перехода при углах обдува 0°, 30°, 45° находилась в пределах vт = 0,3 м/с, при углах обдува 60°, 90° поток воздуха в тоннеле был неустойчивым, и, по нашему мнению, скорость воздуха в нем может быть принята vт = 0 м/с. Данный вывод основан на том, что невязка замеренных расходов воздуха во входах (выходах) в пешеходный тоннель составляла более 50% при абсолютной скорости воздуха в нем менее vт = 0,1 м/с. Таким образом, только при направлениях обдува модели 0°, 30°, 45° происходит естественная вентиляция тоннеля пешеходного перехода за счет ветрового давления. На рис. 1 заштрихованная часть показывает область практического отсутствия естественной вентиляции в тоннеле перехода за счет ветрового давления.



Максимальный расход воздуха в реальном моделируемом тоннеле пешеходного перехода размером F = 3 × 6 м колеблется от L = 0 м3/ч при направлениях ветра 60°, 90° до L = 3600vтF = 3600 × 0,3 × 3 = = 19 440 м3/ч при направлениях ветра 0°, 30°, 45° относительно оси тоннеля.

Заключение по исследованию воздухообменов. Естественная вентиляция подземных переходов за счет ветрового давления носит неустойчивый характер, она зависит о направления и скорости ветра. Отсутствие устойчивого воздухообмена допустимо при отсутствии в подземных переходах помещений с постоянным пребыванием людей (магазины и т.п.). При наличии в подземных переходах общественных помещений следует предусматривать механическую вентиляцию из условия разбавления вредностей в соответствии с действующими нормами. Интенсивность воздухообмена при естественной вентиляции от ветрового давления следует принимать не более средней скорости в тоннеле vт = 0,15 м/с (для рассмотренного случая L = 9720 м3/ч), что характерно для скоростей ветра в пределах 3,0–4,0 м/с.

В связи с отсутствием у наружных ограждений подземных сооружений непосредственного контакта с атмосферным воздухом они по формированию температурных параметров внутреннего воздуха относятся к особому классу. Направления и интенсивность тепловых потоков через ограждения подземных сооружений непосредственно зависят от температуры окружающего грунта.

На динамику изменения температур по глубине грунта оказывает влияние сезонное изменение температуры наружного воздуха, в то же время колебания температуры наружного воздуха в течение суток не влияют на температурные поля в земле.

Глубина грунта, на которой отсутствует влияние колебаний наружных температур на его температурный режим, т.е., фактически, температура грунта остается практически постоянной, составляет h0 ≈ 15 м [2, 3].

Расчетная температура грунта на глубине h0, на которую не влияют колебания температур наружного воздуха, определяется по формуле [2]:

где ψ2 — коэффициент, учитывающий кривизну температурной линии в грунте к концу его нагрева за теплый период года, приведен в табл. 1.



Анализ динамики изменения температур внутренних поверхностей подземных помещений показал, что с достаточной для инженерных расчетов точностью (± 5 %) можно упростить определение температуры поверхности любой внутренней ограждающей конструкции путем линеризации огибающей минимальных температур (рис. 2).



На рис. 2 линия а–б — участок изменения температуры грунта в зоне промерзания. Линия б–в — участок изменения температуры в зоне от нулевой амплитуды текущей температуры грунта (температуры фазового превращения воды) tф = 0 °C до постоянной температуры грунта tо при глубине hо. Значения текущей hм и максимальной hм.max глубин промерзания грунта в рассматриваемом климатическом регионе страны определяются по методике, приведенной в [4].

Изменение текущей температуры любой внутренней поверхности подземных сооружений в зоне hм.max равно:

а в зоне ниже глубины промерзания величина (h0 – hм):

Температура воздуха tв в подземных невентилируемых помещениях в расчетный период времени составляет:

где tв, tт, tп — соответственно температуры внутренних поверхностей, торцевых ограждений и пола [°C], определяемые по (2) и (3); Fв, Fт, Fп — площади соответствующих ограждений, м2.

При необходимости вентилирования наружным воздухом общественных помещений, расположенных в подземных переходах, температура воздуха в них определяется с учетом ассимиляции холода (теплоты) грунтом, наличием в них тепловыделений и теплоемкой массы продукции, по методике, приведенной в [5].

1. Гибшман Е.Е., Кириллов В.С., Маковский Л.В., Назаренко Б.П. Мосты и сооружения на дорогах. — М.: Транспорт, 1972.
2. Цодиков В.Я. Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов / В.Я. Цодиков. — М.: Недра, 1975.
3. Рубинэ М. Кондиционирование воздуха в подземных сооружениях. — М.: Госстройиздат, 1963.
4. Бодров В.И., Довлетхель Р.К. Определение глубины промерзания грунта / Межвуз. науч.техн. сб. «Вентиляция и кондиционирование воздуха». — Рига: Изд-во РПИ, 1979.
5. Бодров В.И. Хранение картофеля и овощей: инженерные методы создания и поддержания технологического микроклимата. — Горький: Волго-Вятское кн. Изд-во, 1985.