CN104420879B - 一种隧道强制通风降温装置及降温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及隧道类，具体的讲是涉及一种隧道强制通风降温方法，其特征在于在所述隧道间隔板上设置若干个相对应的上部结构圆孔和下部结构圆孔，上部结构圆孔内设置上部轴流风机，下部结构圆孔内设置下部轴流风机，出口隧道的气流在所述上部轴流风机作用下流进入口隧道，入口隧道的气流在所述下部轴流风机作用下进出口隧道，实现出口隧道气流与入口隧道气流的混合。本发明尤其适用于隧道通风区段长、交通量大，洞口温度高的工程。该装置包括隧道间隔板、轴流风机、结构圆孔、格栅百叶等。其优点是，有效降低隧道出口空气的温度，显著改善隧道出口周边的热环境，保证司乘人员与隧道检修人员的正常通行与工作。此外，本发明施工简单，可有效降低工程投资，具有较强的实用性，可大规模推广。

Description

一种隧道强制通风降温装置及降温方法
技术领域
本发明涉及隧道类，具体的讲是涉及一种隧道强制通风降温装置及方法，尤其适用于隧道通风区段长、交通量大，洞口温度高的工程。
背景技术
以通行汽车为主要交通功能的隧道，在隧道与地层进行热量交换的同时，汽车以及照明灯具等设备的散热会使隧道内空气升温，所以隧道内空气温度除了与周边地层温度、隧道外空气温度有关外，还与隧道长度、交通量、隧道通风方式、风速等因素相关。一般的公路隧道交通量交小且汽车通过速度较快，隧道内温度主要受地层温度控制，气温变化不大，对隧道正常运营不会产生影响，所以《公路隧道设计规范》( JTG D70-2004) 未做相关的规定，国内外相关的研究也极少见。但对城市道路隧道来说，随着汽车通行量增大，隧道内空气温度会明显升高，如武汉长江隧道内温度进行的一次实测表明，隧道入口外气温约40 ℃，隧道出口气温达到53 ℃，这已经超出了司乘人员和隧道运营养护工作人员可以承受的标准，可见隧道内空气温度问题不容忽视。
隧道采用的降温方式有通风、送冷风、敷设冷水管等方式，但公路隧道温度高、风量大、空气清洁度差，采用普通的降温技术代价高，工程可行性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道强制通风降温装置，利用轴流风机抽吸作用产生的出入口隧道两侧风压差，实现出口隧道气流与入口隧道气流的混合，达到降低出口隧道温度的目的。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种隧道强制通风降温结构，包括设置在入口隧道和出口隧道之间的隧道间隔板，其特征在于所述隧道间隔板设置有相对应的若干组上部结构圆孔和下部结构圆孔，上部结构圆孔内设置有上部轴流风机，下部结构圆孔内设置有下部轴流风机，沿隧道车行方向，所述轴流风机设置在两组射流风机之间，且距射流风机0.25d～0.75d的区域内，d为射流风机间距。通过仿真数值模拟，轴流风机设置在两组射流风机之间，且距射流风机0.25d～0.75d的区域内，相比于将轴流风机设置在0～0.25d与0.75d～d区域，可增加对流换热空气量25%以上。
由于靠近隧道洞口以及隧道中部位置的入口隧道和出口隧道之间的温差较小，因此轴流风机一般布置在从隧道洞口至距隧道洞口m的范围内，而隧道中部的两组射流风机之间则不需布置轴流风机。
所述结构圆孔直径不小于1.5m，结构圆孔沿线均匀、连续分布。
所述上部结构圆孔和下部结构圆孔的竖向净间距不小于2m，相邻两个上部结构圆孔的水平净间距不小于10m，相邻两个下部结构圆孔的水平净间距不小于10m。
本发明的另一目的在于提供一种隧道强制通风降温方法，利用轴流风机抽吸作用产生的出入口隧道两侧风压差，实现出口隧道气流与入口隧道气流的混合，达到降低出口隧道温度的目的。
本发明的实现由以下技术方案完成：一种隧道强制通风降温方法，在入口隧道和出口隧道之间设置有隧道间隔板，所述入口隧道和出口隧道的上方还设有若干组射流风机，其特征在于在所述隧道间隔板上设置若干个相对应的上部结构圆孔和下部结构圆孔，上部结构圆孔内设置上部轴流风机，下部结构圆孔内设置下部轴流风机，出口隧道的气流在所述上部轴流风机作用下流进入口隧道，入口隧道的气流在所述下部轴流风机作用下进出口隧道，实现出口隧道气流与入口隧道气流的混合。在上部结构圆孔靠近出口隧道侧设置格栅百叶，在下部结构圆孔靠近入口隧道侧设置格栅百叶。
沿隧道车行方向，所述轴流风机设置在两组射流风机之间，且距射流风机0.25d～0.75d的区域内，d为射流风机间距。
本发明在隧道间隔板的合理位置设置强制通风结构圆孔，结构圆孔内设置有轴流风机，利用轴流风机抽吸作用产生的出入口隧道两侧风压差，实现出口隧道气流与入口隧道气流的混合，达到热量交换的目的，使得出口隧道的气流温度得以降低6～8 ºC。该结构尤其适用于隧道通风区段长、交通量大，洞口温度高的工程。本发明的优点在于能够有效降低出口隧道的空气温度，显著改善隧道出口周边的热环境，保证司乘人员与隧道检修人员的正常通行与工作。此外，本发明施工简单，可有效降低工程投资，具有较强的实用性，可大规模推广。
附图说明
图1强制通风降温装置布置示意图。
图2隧道横断面图A-A/B-B示意图。
图3隧道间隔板结构圆孔纵断面示意图。
图4隧道左线压力分布图（射流风机风速25m/s）。
图5隧道右线压力分布图（射流风机风速25m/s）。
图6隧道左右线压差分布示意图（射流风机风速25m/s）。
图7隧道左线压力分布图（射流风机风速30m/s）。
图8隧道右线压力分布图（射流风机风速30m/s）。
图9隧道左右线压差分布示意图（射流风机风速30m/s）。
图10隧道左线温度分布图。
图11隧道右线温度分布图。
图12隧道左右线温度分布图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。
如图1～3所示，标号分别表示：1.隧道间隔板，2.上部结构圆孔，3.上部轴流风机，4.上部格栅百叶，5.出口隧道，6.入口隧道，20.下部结构圆孔，30.下部轴流风机，40.下部格栅百叶。
在现有的隧道通风结构中，通常采用全射流纵向通风，通过对全射流纵向通风隧道左右线进行仿真模拟，可以得到隧道从入口到出口的压力分布图。部分仿真模拟结果如附图4～5、附图7～8所示，隧道左右线压差分布示意图如附图6、附图9所示。图6和图9中的①、②分别为隧道左右两线的压差。
采用一维稳态模型对全射流纵向通风进行温升计算，得到隧道沿线的温度分布图，计算结果如附图10～12所示。
通过仿真模拟得到，当射流风机间距在150～250m范围内，沿隧道方向均匀布置，且出***流风速在25～40m/s范围内时，在离隧道口（其中L为隧道长度）范围内以及靠近隧道洞口与射流风机的区域，隧道左右线压力大小较为接近或者两侧压差不显著；在其余隧道段，左右线隧道压力呈现显著的差别。
通过隧道温升计算，沿着隧道车行方向，隧道内温度逐渐升高，这是由于当车辆在隧道内行驶时，汽油或柴油燃烧后，向隧道内排出废气的同时亦向周围排出大量的废热，一般国产轿车排气温度约550 ℃；进口轿车排气温度约500 ℃，排热量能使洞内温度升高。在隧道中部，即离隧道口（其中L为隧道长度）范围内，出口隧道与入口隧道的温度接近，两侧温差较小。
隧道强制通风降温装置及其方法，包括隧道间隔板1、上部轴流风机3、上部结构圆孔2、上部格栅百叶4、下部轴流风机30、下部结构圆孔20、下部格栅百叶40、出口隧道5、入口隧道6，其特征在于所述隧道间隔板1上设置有上、下结构圆孔2、20。上部结构圆孔2内设置有上部轴流风机3。所述上部轴流风机3的吸入口侧，即靠近出口隧道5侧，在上部结构圆孔2上设置有上部格栅百叶4。下部结构圆孔20内设置有下部轴流风机30。所述下部轴流风机30的吸入口侧，即靠近入口隧道6侧，在下部结构圆孔20上设置有下部格栅百叶40。
所述隧道强制通风降温装置，出口隧道5的高温气流在上部轴流风机3作用下流经上部结构圆孔2进入入口隧道，入口隧道6的低温气流在下部轴流风机30作用下流经下部结构圆孔20进入出口隧道。通过对隧道流体仿真结果的分析，所述轴流风机设置在沿隧道车行方向，以射流风机的位置为参考基准，0.25d～0.75d的区域内，d为射流风机间距，便于利用隧道射流风机形成的空气静压差。在隧道中部，出口隧道与入口隧道的温度接近，两侧温差较小，因此避免将轴流风机布置在隧道中部的两组射流风机之间，减少不必要的工程投资。
所述隧道强制通风降温装置上、下部圆孔2、20直径不小于1.5m，便于安装轴流风机，结构圆孔沿隧道车行方向均匀、连续分布，以便形成均匀的隧道流场，不致影响隧道的正常车行以及人员检修。结构圆孔的水平净间距不小于10m、竖向净间距不小于2m，以强化隧道下部冷气流与上部热气流的对流换热。
在具体实施时，当隧道出口温度超过限定值时，同时启动上、下部轴流风机3、30，对于出口隧道5而言，其热空气不断在隧道上部空间积聚，热空气在上部轴流风机3的高速抽吸作用下，热气流由上部结构圆孔2流进入口隧道6，并与入口隧道的空气混合，进行热量交换。对于入口隧道6而言，隧道内的气流温度较低，温度相对较低的空气在隧道的下部空间累积，低温空气在下部轴流风机30的诱导抽吸作用下，由下部结构圆孔20进入出口隧道5，对出口隧道的热空气进行降温。
在具体实施时，为了避免出口隧道5的热空气流进入口隧道6后，尚未与温度较低的空气完成热量交换就由下部结构圆孔20流回出口隧道5，需要对上、下部结构圆孔的水平与竖向间距进行限制，通过流体流动分析，上、下部结构圆孔的水平净间距以不小于10m为宜，竖向净间距不宜小于2m。此外，为了强化出入口隧道5、6间热冷气流的混合与热量交换，上、下部轴流风机3、30宜采用低噪声、节能型混流风机，轴流风机的尺寸选型应满足或者接近结构圆孔直径不小于1.5m的要求，同时结构圆孔沿线宜均匀、连续布置。
在本发明中，所谓的出口隧道指的是机动车驶离隧道的那个隧道，入口隧道指的是机动车驶进隧道的那个隧道，因此，对于图1的左侧洞口而言，隧道右线的机动车是驶离隧道的，且距离隧道出口近，因此它就是出口隧道，对于图1的右侧洞口而言，隧道右线的机动车是驶进隧道的，且距离隧道入口近，因此它就是入口隧道。

Claims (9)

1.一种隧道强制通风降温装置，包括设置在入口隧道和出口隧道之间的隧道间隔板，其特征在于所述隧道间隔板设置有相对应的若干组上部结构圆孔和下部结构圆孔，上部结构圆孔内设置有上部轴流风机，下部结构圆孔内设置有下部轴流风机，沿隧道车行方向，所述轴流风机设置在两组射流风机之间，且距射流风机0.25d～0.75d的区域内，d为射流风机间距。
2.如权利要求1所述的一种隧道强制通风降温装置，其特征在于在上部结构圆孔靠近出口隧道侧设置格栅百叶，在下部结构圆孔靠近入口隧道侧设置格栅百叶。
3.如权利要求1所述的一种隧道强制通风降温装置，其特征在于所述结构圆孔直径不小于1.5m，结构圆孔沿隧道车行方向均匀、连续分布。
4.如权利要求1所述的一种隧道强制通风降温装置，其特征在于所述上部结构圆孔和下部结构圆孔的竖向净间距不小于2m，相邻两个上部结构圆孔的水平净间距不小于10m，相邻两个下部结构圆孔的水平净间距不小于10m。
5.如权利要求1所述的一种隧道强制通风降温装置，其特征在于轴流风机布置在从隧道洞口至距隧道洞口m的范围内， L 为隧道长度 。
6.一种隧道强制通风降温方法，在入口隧道和出口隧道之间设置有隧道间隔板，所述入口隧道和出口隧道的上方还设有若干组射流风机，其特征在于在所述隧道间隔板上设置若干个相对应的上部结构圆孔和下部结构圆孔，上部结构圆孔内设置上部轴流风机，下部结构圆孔内设置下部轴流风机，出口隧道的气流在所述上部轴流风机作用下流进入口隧道，入口隧道的气流在所述下部轴流风机作用下进出口隧道，实现出口隧道气流与入口隧道气流的混合。
7.如权利要求6所述的一种隧道强制通风降温方法，其特征在于在上部结构圆孔靠近出口隧道侧设置格栅百叶，在下部结构圆孔靠近入口隧道侧设置格栅百叶。
8.如权利要求6所述的一种隧道强制通风降温方法，其特征在于沿隧道车行方向，所述轴流风机设置在两组射流风机之间，且距射流风机0.25d～0.75d的区域内，d为射流风机间距。
9.如权利要求6所述的一种隧道强制通风降温方法，其特征在于轴流风机布置在从隧道洞口至距隧道洞口m的范围内。
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