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1、公路隧道通风节能技术 摘要：目前公路隧道服务水平与隧道节能之间的矛盾越练越凸显。安全、经济、环保、节能是当前公路隧道建设追求的目标。公路隧道设备的高成本投入和高运营费用是制约公路隧道发展的重要原因。因此，开展公路隧道通风节能技术的研究具有重要现实意义。 本文研究公路隧道通风节能技术，通过分析公路隧道通风系统、通风设备以及隧道通风方式，研究公路隧道通风节能具体措施，公路隧道通风系统主要从风机效率、风机选择、通风系统设置、通风方案以及通风控制等因素进行进行节能设计。关键词：隧道；通风；节能；技术引言 近几年，随着我国综合国力的上升和经济的迅速发展，高等级公路越来越多。我国本身是一个多山的国家，有3
2、/4左右的国土面积是山地或丘陵，而且高速公路不断向山地修建，公路隧道比例更是不断增大。在山地和丘陵地区修建高等级公路可以依靠修建隧道用来克服地形限制、缩短行车距离。现在我国几乎每年都有十多座的长大隧道建成。随着公路隧道的不断修建，公路隧道节能问题必然受到更多的关注。目前，特别是长大公路隧道通风系统的规模很大、风机布置、竖井通风复杂等原因，长大公路隧道通风每年运营费用已成为高速公路运营中的最多的费用之一，长大公路隧道现在所设置的通风系统耗能高。所以如何在保证行车安全的基础上降低运营费用，节约公路隧道能源消耗，特别是降低公路隧道通风的运营费用，是当前公路隧道建设与公路隧道管理人员关注的重要问题。1
3、公路隧道通风系统组成 公路隧道通风主要是将隧道内的CO及烟雾排出，使隧道保持空气流通顺畅。公路隧道通风系统主要包括车辆检测器、CO浓度传感器、烟雾浓度传感器、风速风向检测器、区域控制器、射流风机、轴流风机以及中心计算机等组成。其中CO、烟雾浓度传感器，用来快速、准确、实时的自动测量公路隧道内的CO浓度和隧道内烟雾浓度等数据。同时由区域控制器采集数据，监控系统将检测数据与控制标准值进行比较，最后控制隧道内风机的开启或停止。车辆检测器用来测量隧道内的车流量和车速，根据测量得到的车流量和车速来拟定风机控制方案，如当车流量较多或车速很慢时，应开启较多的风机。风速风向检测器，用来测量隧道内平行于隧道两侧
4、的风向、风速和风机的实时运行情况。2 公路隧道通风方式 合理的公路隧道通风方式应考虑隧道内实际情况，通过分析，得到安全、可靠、运营费用低的通风方式。在选择公路隧道通风方式时应充分考虑各通风方式的优缺点，并根据隧道本身的特征，综合分析最后确定出公路隧道最佳通风方式。公路隧道的通风方式一般可分为自然通风和机械通风两大类。自然通风即利用隧道内交通量来实现通风。机械通风方式通常分为半横向通风、横向通风、纵向通风和混合通风。2.1自然通风方式 自然通风方式没有设置通风设备，这种通风方式是利用洞口间的自然压力差或隧道内正在行驶的汽车产生的交通风力，达到通风目的。但自然通风方式也有缺陷，汽车在行驶过程中产生
5、的风力很大，在单向交通隧道中，即使隧道相当长，也有足够的通风能力。然而在双向交通的隧道中，在隧道内行驶的汽车产生风力，因为风力方向不同，有相互抵消的作用，所以在长隧道中利用自然通风应考虑实际通风效果而定。另外，使用自然通风时，如果隧道内气流不稳定会使汽车排出CO等有害物浓度很难迅速排出，造成驾驶员行驶视距下降，容易发生交通事故。2.2横向式通风方式 横向式通风就是风机出来的风大部分是在隧道的横断面方向上流动，一般不发生纵向流动，因此，隧道内的有害气体浓度在隧道轴线方向上均匀分布。横向式通风方式使CO气体、烟雾等有害物排出路程短，能够迅速排出这些有害物，能够充分利用新鲜空气，因为隧道内没有明显的
6、纵向气流，所以在发生火灾时火势基本不会迅速纵向蔓延，有利防火排烟。但隧道内需设置送风道和排风道，从而增加初期投资费用和后期的运营费用。2.3半横向式通风半横向式通风就是直接将新鲜空气经过送风通道吹向隧道内正在运行的汽车排气孔高度附近，新鲜空气可以直接稀释排气，有害气体在隧道上部扩散，经过隧道两端洞门排出洞外。采用半横向的通风方式隧道只需要设置一种风道，大大降低了初期投资费用。同时半横向式通风系统的要求与横向通风方式相比，不会那么严格。因为有时洞口的风速很大，所以半横向式通风系统会受到一定的影响。为了降低洞口的风速，半横向通风系统可以在隧道两端使用，并在隧道中部选择使用横向通风系统。所以在交通拥
7、挤和双向运行的长隧道中半横向通风方式还是可以使用。2.4纵向通风方式 纵向通风是从隧道一个洞口引入新鲜空气，通过另一洞口排出污染空气的方式。纵向通风方式相对比较简单，该通风方法的工程造价低，有利的降低了运营费用，是目前公路隧道中比较常用的一种通风方式。当隧道所处的地质条件不太好，隧道施工比较困难时，不宜采用半横向或横向通风方式，应尽量采用纵向式通风方式，它可以减小公路隧道横断面积，大大节省隧道工程造价。2.5混合式通风方式 当公路隧道的长度较大时，应充分考虑隧道的地形、地质、交通流、交通组成以及经济效益等各方面因素，通过综合分析，采用混合式通风方式比单一的选择横向、半横向或纵向通风方式更加容易
8、满足长隧道各方面的要求。混合通风方式有多种组合形式，一般根据隧道的具体条件和特殊要求，由竖井与上述各种通风方式组合而成的通风系统。例如，横向和半横向式的组合，或者横向式与纵向式的组合等各种通风方式。混合式通风方式有利的克服了长大隧道一些重大难题，并通过合理组合各通风方式得到相对合理的通风方式。3 公路隧道通风节能3.1提高风机效率的节能 风机运行效率主要包括安装、维护与控制调节三个方面。通过提高公路隧道风机运行效率可以实现公路隧道通风节能。风机在安装的过程中应保证叶轮不能偏斜，且轴向和径向间隙不能太大，其中径向间隙不能超过叶片长度的1%。因为风机叶片安装角度一旦不符合要求就会造成冲击和涡流损失
9、增大，降低风机的效率；另外，风机维护同样对风机效率有很大的影响，在风机投入使用后，应在一段时间内进行检修和维护，并严格执行风机的运行检修制度，这样才能保证风机在运营的过程中不致损坏。 风机的调节控制对通风节能也有很大的影响。普通一台风机的寿命一般在20年以上，而大多数通风系统由于设计思维保守，设备裕量选择过大，或者是随着时间的推移，工况慢慢地改变等诸多因素的影响，使风机一般都工作在偏离设计工况的低效率点，为了满足风量、风压和提高效率的要求，就必须对风机进行调节。所以运营过程中，应保持对风机进行调节控制，从而实现公路隧道通风节能。3.2合理的风机选型 公路隧道通风系统中费用最高的一项是风机选择，
10、合理的选择风机，不仅可以节约能源同时可以大大节省公路隧道运营费用。 l、当风机功率相同时，在隧道空间满足风机安装要求的前提下，应尽量选择风机型号大，因为风机型号大的，它的推动力就会越大，效率也会相应变高，则隧道内需要的风机数量也就会变少，这样既可以减少资金投入又可以达到节约能源的目的。 2、根据单双向不同的交通，选择不同的风机。 如果高速公路隧道为单向交通，应选择单向风机，反之选择双向风机。因为在同等条件下，单向风机会比双向风机的效率高，而高速公路双洞单向交通隧道，在绝大数情况下为单向交通，如果选择单向风机，可以减少隧道风机数量，从而降低隧道营运费用，达到节约能源的目的；单向交通隧道有利于火灾
11、排烟，无论火灾发生在隧道内什么位置，火灾发生时隧道内的烟雾应按行车方向控制，不得逆转，并由隧道出口或就近排风口排出烟雾，这样不会延误后面救援行动；在火灾救援阶段，是否需要按最短流程排出烟雾的原则调整通风系统运行方式，应根据洞内交通拥堵情况、防灾救援情况等实际情况进行综合判断，选择风机，没必要专门为此设置双向风机。3.3合理的通风系统设置 l、根据隧道的实际情况，合理确定风机数量，尽量减少备用风机和有可能闲置的风机以减少通风系统的初期资金投入和运营费用。 2、按照不同的交通量，实施不同的通风系统，是通风节能的重要措施，这样可以有效的避免通风系统超规模设置，造成不必要的浪费。 3、隧道行车进口第一
12、组射流风机与隧道入口的布置距离不能过长，通常设置为100m。风机与隧道入口的布置距离的长短基本不会给隧道通风带来重大影响，这样在布置距离减少的情况下，可以减少电缆的使用，减少风机配电设施的投入，在通风系统中，通风配电设施的投入占一半以上，通过这种方法减少通风系统营运电费。 4、当公路隧道的长度小于1500m时，可在隧道入口段集中布置射流风机，当隧道长度在1500m和3000m之间时，设计时，在入口段和出口段集中布置射流风机，当隧道长度在3000m,和5000m时，应分为进口段、中部，出口段三段集中布置射流风机，根据隧道的长度既可以降低通风系统初期投资和营运电费，又有利于提高隧道防灾通风的效率。
13、合理的选择轴流风机风量调节方案对通风系统影响也很大，轴流风机的风量调节主要有静叶可调、动叶可调、变频调节、台数调节等。资料表明，公路隧道通风大型轴流风机的动叶可调很少使用，因为动叶可调的作用在实际中不大，同时大型轴流风机的变频调节器又很贵，并容易出现故障，一般选择改变静叶可调和台数调节进而完成对抽流风机的风量调节进而完成对抽流风机的风量调节。3.4公路隧道通风方案的节能 在公路隧道通风方案设计时合理预测隧道污染空气的排放量，并设置一定的污染物浓度控制标准，避免隧道通风系统的设备容量使用过大、投入使用的风机数量过多，造成能源浪费。同时通过预测通过隧道的交通流量从而确定污染物基准排放量并计算得出隧
14、道各项污染物的设计浓度，有利于提高隧道通风量计算结果的准确性，可减少能源浪费。 不同规模隧道的通风方案，科研与技术论证、设计和营运经验总结表明，一般情况下，不同大小的隧道需要不同的通风方案，具体的通风方案：当隧道长度小于1000m的中、短隧道可以使用自然通风；当隧道长度在1000m和3000m之间的长隧道可以根据防灾需要设置全射流纵向通风系统；当隧道长度在3000m和5000m之间的特长隧道需要根据营运需要设置全射流纵向通风系统；当隧道长度在5000m和8000m之间的特长隧道需要根据营运需要，在隧道左右分别设置l座斜井送排式纵向通风系统，如沪渝高速重庆方斗山隧道；当隧道长度8000m和120
15、00m之间的特长隧道需要根据营运需要设置2座斜井的送排式纵向通风系统，如山西虹梯关隧道；当隧道长度在12000m和18000m之间的特长隧道需要根据营运需要设置3座斜井的送排式纵向通风系统，如陕西秦岭终南山隧道；当隧道为双洞单向交通时，尽量不选择集中排风的纵向通风方案、全横向通风、半横向通风方案，比如成渝高速中梁山隧道。3.5公路隧道通风控制的节能 传统的公路隧道通风控制通常采用简单的分级式控制方式，运营时所开启的风机数量是根据隧道内的CO浓度和VI值来分别确定，没有把两者联系起来综合考虑，只是采用简单的门限控制方式，既浪费能源，而且控制效果又不理想。随着科技的发展，智能控制方法在隧道通风控制
16、中不断得到应用，大大增加了隧道通风控制的准确度，有效实现隧道的节能控制。 隧道通风的智能控制方法主要有模糊控制方式和神经网络控制方式两种。模糊控制方式：它是以隧道内CO的浓度和VI作为模糊控制系统的两个模糊输入变量，风机的启动个数作为模糊控制器的输出，通过相应模糊控制规则来实现隧道通风的自动控制。这种通风控制方式解决了传统简单门限控制方式的缺点，基本解决了风机的频繁启停的问题。神经网络控制方式:建立隧道通风控制的神经网络模型，利用隧道通风传感器采集的CO浓度和VI数据,不断地对网络进行优化计算，从而实现隧道通风的快速、准确控制。4 公路隧道照明系统与隧道通风系统之间的关系 公路隧道中照明系统是公路隧道运营过程中花费最高的一个系统，在公路隧道设计过程中，首先必须
