Наиболее значительные научнопрактические исследования осуществлены фирмой PB (Parsons Brinckerhoff) в рамках проекта SERP (Subway Environment Research Project). Результатом явилась разработка фундаментального руководства по проектированию систем вентиляции тоннелей (Subway Environmental Design Handbook), а также программного комплекса SES (Subway Environment Simulation). Последний использует новейшие средства численного моделирования применительно к задачам промышленной аэродинамики, широко известные как CFD (Computational Fluid Dynamic) и являющиеся воплощением последних достижений в области компьютерных технологий и теории параллельных вычислений. Программный комплекс SES оснащен развитым интерфейсом, обеспечивающим моделирование работы систем вентиляции, как в штатном, так и в экстремальных режимах (аварии, пожары, взрывы) с использованием визуализации получаемых результатов компьютерными средствами VR (Virtual Reality).В табл. 1 представлена сводка крупнейших зарубежных проектов, реализованных за последнее время. Известны три основные схемы вентиляции тоннелей: Поперечная схема, при которой воздух подается вдоль одной из стен и удаляется вдоль другой. Недостатком является большая протяженность используемых воздуховодов. Возможно использование как осевых, так и центробежных вентиляторов. Полупоперечная схема, при которой воздух раздается с некоторой степенью равномерности по длине туннеля и вытесняется в осевом направлении. Продольная схема, при которой вентиляторы монтируются под сводом туннеля, обеспечивая продольное перемещение воздуха. Последняя схема является наиболее экономичной при длине тоннеля до 1 км в условиях нормальной плотности транспортного потока. На рис. 1 представлены возможные варианты обустройства тоннелей с продольной схемой вентиляции. В качестве основного технического средства реализации указанных вариантов являются осевые вентиляторы. Выбор и обоснование используемых моделей осевых вентиляторов определяется их аэродинамической характеристикой. Наряду с требуемыми номинальными параметрами (расход воздуха, статический напор) учитываются показатели, характеризующие влияние: а — скорости вращения электродвигателя; б — плотности воздуха и в — сопротивления системы на работу вентилятора. На рис. 2 схематически представлены соответствующие графоаналитические методы определения указанных показателей. Интегральная эффективность осевых вентиляторов определяется следующим соотношением: где: L — расход воздуха, м3/с; P — развиваемый напор, н/м2; N — мощность вентилятора, кВт. Помимо этого, одним из решающих факторов являются акустические характеристики вентилятора, сравнительный анализ которых осуществляется по силовым (дБ) и мощностным (дБА) показателям, определяемым согласно методике №1 стандарта BS 848, часть II.Наиболее известным производителем осевых вентиляторов, предназначенных для вентиляции тоннелей, является фирма Matthews & Yates (Великобритания), специализирующаяся в данной области с 1882 г. Продукция фирмы имеет мировую известность также под брендами GW Axial, Myson Fans и Brooks.На рис. 3 представлены значения эффективности и акустические показатели осевых вентиляторов производства фирмы Matthews & Yates с диаметром импеллера 305; 380; 480; 535; 610; 760; 965; 1220; 1525; 1900 мм, что соответствует обеспечиваемым расходам воздуха от 50 до 170 000 м3/ч.Ниже в качестве примера приводится краткая характеристика проектных решений вентиляции автомобильного тоннеля в районе г. Сочи, осуществленных АООТ «Ленметрострой» (к.т.н. Э.М. Юшковский) с использованием вышеупомянутого оборудования производства фирмы Matthews & Yates. Аналогичные решения использованы в системе вентиляции Северо-Муйского железнодорожного тоннеля. Краткое описание принятой системы вентиляции Принятая вентиляционная система тоннеля включает в себя следующие обособленные подсистемы, связанные решением общей задачи — обеспечение нормируемых параметров воздушной среды в подземном транспортном сооружении. Этими подсистемами являются:1. Струйная система вентиляции транспортного отсека тоннеля.2. Система дымоудаления при аварии.3. Система вентиляции дренажной штольни.4. Система управления вентиляционным оборудованием. Работа струйной вентиляции транспортного отсека Воздух для проветривания тоннеля забирается из атмосферы через портал и с помощью струйных вентиляторов перемещается вдоль тоннеля и выбрасывается через противоположный портал. Предпочтительной при эксплуатации является организация работы системы таким образом, чтобы использовать действие естественных факторов, облегчающих работу системы. В данном случае такими факторами являются утренний и вечерний бризы, действующие круглогодично. Работа системы дымоудаления при аварии При возникновении в тоннеле аварии на транспорте (пожар или загорание) в работу включается система дымоудаления. При этом находящаяся в работе система струйной вентиляции штольни отключаются. Атмосферный воздух, замещающий отсасываемые продукты горения, поступает через порталы и удаляется в атмосферу через дренажную штольню. Дымоудаление через штольню осуществляется по всему сечению. Учитывая, что в начальных стадиях пожара продукты горения скапливаются под сводом тоннеля, организован их отсос из этого пространства. Для этого в месте примыкания дренажной штольни сооружена разграничительная перегородка, позволяющая сформировать отсасываемый поток газов. Для перераспределения потоков воздуха и продуктов горения предусмотрена возможность использования системы струйной вентиляции в совместной работе с установкой дымоудаления. Вентиляция дренажной штольни При постоянной эксплуатации воздух для проветривания штольни забирается из транспортного отсека тоннеля и выбрасывается в атмосферу через портал штольни. Такой режим проветривания предусмотрен исходя из климатических параметров воздушной среды штольни, характеризующейся высокой влажностью, с целью обеспечения сохранности вентиляционного и электротехнического оборудования системы дымоудаления, расположенного в вентиляционной камере штольни. При выполнении осмотров штольни, ремонтных работ на оборудовании, ревизий и прочее производится реверсирование вентиляционной установки, и воздух для проветривания штольни забирается из атмосферы через портал штольни и выбрасывается в транспортный отсек тоннеля. Эта операция должна выполняться не позднее, чем за 15 мин до начала работ в штольне или вентиляционной камере. Допускается постоянное использование вентиляционной установки на подачу свежего воздуха через портал штольни в переходные периоды года (весна, осень), при невысокой (до 75 %) влажности атмосферного воздуха. Система тоннельной вентиляции Для проветривания тоннеля принята продольная система тоннельной вентиляции (СТВ). Расход воздуха определен по обеспечению предельно-допустимой концентрации оксида углерода, в соответствии с требованиями СНиП 3204–97 для режима движения «А» (п. 7.26), составляющей 150 мг/м3 для времени пребывания транспорта в тоннеле 1,5 мин. Нормируемые санитарно-гигиенические условия обеспечиваются при расходе воздуха 390 тыс. м3/ч.Принятый расход воздуха удовлетворяет требованиям СНиП и для режимов «Б» и «В» движения транспорта. Для СТВ приняты одноступенчатые струйные вентиляторы типа 30G.4Р диаметром 760 мм с частотой вращения рабочего колеса 1440 мин–1 с двигателем на одной оси мощностью 5,37 кВт. Всего в тоннеле установлены 20 агрегатов системы струйной вентиляции. Установки реверсивны и конструкция вентилятора позволяет при реверсе сохранить 100 % производительность. Двигатель вентилятора имеет изоляцию класса «F» и в состоянии работать в газовом потоке с температурой 600 °С в течении 1,5 ч.Вентиляторы попарно смонтированы под сводом тоннеля симметрично относительно вертикальной оси с шагом 128 м. Для монтажа и демонтажа используется специальный автотранспорт с грузоподъемным оборудованием. Учитывая значительное количество вентагрегатов СТВ, предусмотрено хранение на складе 20 %го (четыре штуки) резерва для срочной замены при выходе из строя в процессе эксплуатации или в результате аварии. Система дымоудаления при аварии Для системы дымоудаления, по аналогии с нормами для автодорожных тоннелей Западной Европы RVS 9.261 «Основные принципы», принят расход воздуха — 80 м3/с.Выполненный расчет показал, что для обеспечения данного расхода воздуха с выбросом его через дренажную штольню в атмосферу требуется напор вентилятора H = 45 кГ/м2. Для установки дымоудаления использован вентилятор 75G.8Р фирмы Matthews & Yates с электродвигателем на одной оси мощностью 75 кВт и частотой вращения 720 мин–1. Двигатель имеет изоляцию класса «F» и может работать в течении 1,5 ч в газовом потоке с температурой 600 °С. У вентиляторов установлены вентиляционные клапаны, перекрывающие проточную часть неработающего агрегата и имеющие электрическую блокировку с приводным двигателем. Установлены два вентагрегата — один рабочий, второй 100 % резерв. Размещения вентиляционного и электротехнического оборудования осуществлено в камере штольни. Вентиляторы смонтированы на фундаментах. В камере предусмотрено необходимое грузоподъемное оборудование и транспортная тележка для перемещения вышедшего из строя электродвигателя. Система вентиляции дренажной штольни Для вентиляции дренажной штольни предусмотрена механическая принудительная вентиляции, которая осуществляется осевым одноступенчатым вентилятором фирмы Matthews & Yates с электродвигателем на одной оси мощностью 5,37 кВт и частотой вращения 1440 мин–1. Производительность вентилятора составляет 29 тыс. м3/ч, что создает скорость движения воздуха 0,91 м/си обеспечивает в штольне нормируемые в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.005–88 (189) «Воздух рабочей зоны. Санитарно-гигиенические и климатические условия».Конструкция вентилятора 30G.4Р обеспечивает реверсивную его работу с сохранением 100 % производительности. Двигатель имеет изоляцию класса «F» и может работать в течении 1,5 ч в газовом потоке с температурой 600 °С. Вентилятор смонтирован в вентиляционной камере установки дымоудаления в простенке, разделяющем всасывающие и нагнетающие линии вентиляторов. У вентилятора установлен вентиляционной клапан, электрически сблокированный с двигателем.