Синтез системы управления процессом воздухообмена и теплообмена на станции Речной вокзал Новосибирского (стр. 2 из 15)
Так как пассажиры находятся на станциях, в наклонных ходах эскалаторов и других сооружениях метрополитена незначительное время, на них указанные выше факторы особого влияния не оказывают.
Более серьезные задачи перед вентиляцией возникают в теплый, особенно в жаркий период года. При температуре окружающего воздуха, примерно равной температуре человеческого тела, и относительной влажности около 100% нарушается нормальная отдача тепла организмом, вследствие чего температура человеческого тела повышается. В этом случае у человека может наступить состояние теплового удара.
Задачей вентиляции станций и тоннелей является не только поддержание в местах пребывания пассажиров и обслуживающего персонала заданных метеорологических условий и химического состава воздуха, удовлетворяющих гигиеническим требованиям, но и создание необходимых режимов проветривания при нарушении нормальной работы устройств метрополитена и задымлении.
В метрополитенах, как правило, предусматривается удаление с воздухом из сооружений на поверхность скапливающихся теплоты, влаги, газов и подача свежего воздуха в сооружения. Организация различных схем движения воздушных потоков с учетом технологии работы метрополитена (движение поездов, пассажиропотоки по времени суток и направлениям, состояние воздушной среды на поверхности, исправная работа вентиляционных агрегатов, квалифицированное обслуживание вентиляционных устройств, четкая система управления и диспетчерского контроля) является основой осуществления вентиляции станций и тоннелей.
1.2Описание системы вентиляции Новосибирского метрополитена
Для обеспечения основного принципа вентиляции сооружений метрополитена, заключающегося в поддержании в допустимых пределах параметров и состава воздуха, необходимо подавать чистый воздух к местам наибольшего скопления пассажиров и длительного пребывания обслуживающего персонала с последующим распределением воздуха по всем тоннелям.
Вентиляция Новосибирского метро осуществляется путем нагнетания воздуха в тоннели и его последующим распределением. При вентиляции с искусственным побуждением воздух принудительно подается в тоннели или только из него извлекается (вентиляторами). Для продольного способа сам тоннель служит воздуховодом, по которому проходит необходимый для вентиляции воздух.
Такой способ вентиляции в метро Новосибирска применен вследствие его мелкого заложения (глубина менее 20 м), и малого расстояния между станциями (в пределах 0,7 – 1,5 км).
Системы тоннельной вентиляции метрополитенов проектируются с учетом в первую очередь теплового баланса, обеспечивающего в тоннелях и на станциях допустимые параметры температуры и относительной влажности воздуха. При этом, для обеспечения нормальных условий эксплуатации (сохранение отделочных материалов, исключение возможного замораживания систем водоотлива, водопровода и канализации) температура воздуха на станциях по существующим нормам должна быть не менее + 10ºС. По СНиП 3208-99 регламентируемая подача воздуха на станцию метрополитена должна обеспечиваться в объеме 30 м3/час на одного пассажира и 50 м3/час в часы «пик».
Согласно пункту 7.3 норм проектирования, схемы тоннельной вентиляции могут быть однонаправленными или двунаправленными, при этом в практике проектирования преобладает применение двунаправленных схем вентиляции включающих:
· летний режим, когда воздух подается через станционные вентиляционные камеры, а удаляется через перегонные;
· зимний режим, когда воздух подается через перегонные венткамеры, а удаляется через станции.
Тоннельная вентиляция метрополитена мелкого заложения имеет свои особенности при эксплуатации в регионах с резко-континентальным климатом. Например, более чем 15-летний опыт эксплуатации Новосибирского метрополитена показал, что для сохранения требуемых температур воздуха на станциях и в тоннелях в зимний период, тоннельные вентиляторы должны отключаться при наступлении отрицательных среднесуточных температур атмосферного воздуха. Такой сезонный характер работы вентиляции обусловлен главным образом недостаточными теплоаккумулирующими возможностями грунтов, окружающих вентиляционные шахты и тоннели, из-за их мелкого заложения (как следствие – малой длины). Вентиляция метрополитена в зимний период осуществляется за счет поршневого действия поездов в тоннелях и за счет естественной тяги. При этом на крайних станциях линии метрополитена (на тупиковых станциях и станциях вблизи выхода в атмосферу) может сложиться неблагоприятная ситуация, при которой совместное действие естественной тяги и поршневого действия поездов вызовут переохлаждение пассажирских помещений станции холодным атмосферным воздухом.
1.3 Описание технологического процесса проветривания и элементов системы вентиляции на станции «Речной вокзал»
На рис.1.1 представлена схема процесса вентиляции на станции «Речной вокзал». Вентиляция метрополитена в зимний период осуществляется за счет поршневого действия поездов в тоннелях и за счет естественной тяги. При этом на крайних станциях линии метрополитена (на тупиковых станциях и станциях вблизи выхода в атмосферу) может сложиться неблагоприятная ситуация, при которой совместное действие естественной тяги и поршневого действия поездов вызовут переохлаждение пассажирских помещений станции холодным атмосферным воздухом. Например, при эксплуатации в зимний период года на платформе станции “Речной вокзал” Новосибирского метрополитена, имеющей близлежащий выход в атмосферу – метромост, температура воздуха на платформе опускается до -3…+50C. Снижение общего количества поступающего на станцию холодного воздуха возможно с помощью повышения аэродинамического сопротивления на путях движения холодного атмосферного воздуха с метромоста. При повышении аэродинамического сопротивления снижается расход воздуха через участок тоннеля вне зависимости от того, каким источником давления (поршневым действием поездов или естественной тягой) он инициируется. Повышение сопротивления возможно вследствие установки на участке метромост – платформа так называемых шиберов [2]: конструкций из листового металла или листов асбоцемента, представляющих собой диафрагмы, уменьшающие площадь живого сечения тоннеля для прохода воздуха и существенно повышающих аэродинамическое сопротивление участка тоннеля. Шиберы устанавливаются в тоннелях на расстоянии 2.5…3.5 м – при таком расстоянии сопротивление отдельного шибера максимально. Размеры внутреннего отверстия для прохода воздуха ограничены габаритными размерами поезда для соблюдения безопасности движения метропоездов.
С помощью подвижных шиберов можно управлять поступлением холодного наружного воздуха в тоннель. Далее холодный воздух с метромоста смешивается с горячим воздухом, идущим из воздушно - тепловой завесы (ВТЗ). ВТЗ уменьшает проникновение холодного воздуха из тоннеля метромоста на станцию. Температура полученной смеси регистрируется датчиком температуры, расположенном в тоннеле. Эта температура должна составлять +10ºС ± 2ºС по п.3.1 Санитарных правил 2.5.1337-03 "Санитарные правила эксплуатации метрополитенов" от 30.06.2003. Рассмотрим уравнение теплового баланса на участке вентиляционной сети [7]:
,где tсм - температура смешанного воздуха, tТН – температура теплоносителя (вода), tНВ – температура наружного воздуха, GВТЗ – массовый расход воздуха ВТЗ, GНВ – массовый расход наружного воздуха.
Из уравнения теплового баланса tсм вычисляется по формуле:
Полагая температуру наружного воздуха и температуру теплоносителя ВТЗ величинами постоянными, необходимо управлять расходом наружного воздуха (с помощью управляемых шиберов) и расходом воздуха ВТЗ (меняя производительность вентилятора воздушно-тепловой завесы) для поддержания температуры на платформе станции на необходимом уровне.
Рис. 1.1 Схема выбранного участка вентиляционной сети:
- места установки датчиков расхода воздуха, 
- место расположения датчика температуры, QВТЗ – расход воздуха, нагнетаемый вентилятором воздушно-тепловой завесы, QНВ – расход наружного воздуха, поступающего через шиберы в тоннель, tсм – температура смешанного воздуха, поступающего на платформу станции.1.4 Требования к управлению температурой и проветриванием на станции «Речной вокзал» Новосибирского метрополитена
С учетом особенностей вентиляционной системы на станции «Речной вокзал» необходимо исследовать математическую модель участка вентиляционной сети и систему автоматического управления температурным режимом на станции в зимний период года.