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Einrichtung zur Längsbelüftung eines Tunnels
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Längsbelüftung eines Tunnels, der von Fahrzeugen, Eisenbahnen, Schiffen usw. befahren und mit mindestens einem im Tunnel angeordneten Axialventilator künstlich belüftet wird.
Zur künstlichen Längsbelüftung von Tunnels sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, deren praktische Ausführung wegen der dazu erforderlichen sehr hohen Baukosten aber meist unterblieben ist. Die Bauarbeiten eines Tunnels verursachen nämlich sehr hohe Kosten, so dass das Ausmass der für die Belüftung erforderlichen Bauarbeiten ein entscheidender Faktor für die technische Verwendbarkeit eines Belüftungssystems ist.
Eine bekannte Art der Tunnellängsbelüftung ist die nach dem Saccardo-System, welche ausserhalb des Tunnelprofils eine konzentrisch zu diesem angeordnete Ringdüse aufweist. Unter Tunnelprofil wird der dem Beschauer von aussen bzw. bei der Durchfahrt sichtbare, unbebaute Teil des Tunnelquerschnittes verstanden, der über die ganze Tunnellänge im wesentlichen konstant ist. In der Ringdüse, die bei den bekannten praktischen Ausführungen in der Nähe eines Portales angeordnet ist, sind mehrere Ventilatoren eingebaut, welche Frischluft ansaugen und diese mit grosser Geschwindigkeit in den Tunnel drücken. Die mit grosser Geschwindigkeit aus der Düse austretende Luftmenge (Primärluft) übt dann auf die im Tunnel vorhandene Luft (Sekundärluft) eine Stosswirkung aus entsprechend einer Treibdüse.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Ringdüse im Innern des Tunnels anzuordnen und mittels mehreren in der Düse angeordneten Ventilatoren der Düse Tunnelluft zuzuführen. Alle Ausführungen nach dem Saccardo-System erfordern aber durch die Anordnung der Ringdüse ausserhalb des Tunnelprofils einen nicht unerheblichen zusätzlichen Bauaufwand. Ausserdem treten Strömungsverluste in den Zuleitungen, Umlenkverluste, Stossverluste in der Ringdüse, Verluste aus ungleichmässiger Verteilung derDrücke in der Düse und Rückströmverluste. durch geschlossenen Kreislauf eines Luftanteiles zwischen Düse und Ventilatoreinlass auf, die den Wirkungsgrad des Belüftungssystems stark beeinträchtigen.
Ferner entsteht, durch die Ringdüse bedingt, entlang der äusseren Begrenzung des Tunnelprofils ein Treibstrahl geringer Höhe und relativ grosser Breite, der entsprechend seiner mit den Tunnelwänden in Berührung stehenden Aussenfläche nicht unerheblichen Reibungsverlusten unterliegt. Bei Anordnung der Ringdüse in der Nähe eines Portales ist ausserdem zur Änderung der Belüftungsrichtung eine zweite Ringdüse am andern Portal unerlässlich, was den doppelten Aufwand an Bauarbeiten und maschineller Einrichtung erfordert.
Es ist ferner schon vorgeschlagen worden, einen Ventilator mit zur Tunnellängsachse vertikaler Achse in der Decke des Tunnels anzuordnen. Der Ventilator saugt aus dem Tunnel Luft an und bläst diese entsprechend der erforderlichen Belüftungsrichtung über den einen oder andern von zwei Krümmern mit zugeordneter Düse als Treibstrahl in den Tunnel. Zur Umkehr der Belüftungsrichtung sind beide Krümmer mit entsprechend steuerbaren Abschlussklappen versehen. Auch diese Einrichtung erfordert einen grossen zusätzlichen Bauaufwand, wobei der Wirkungsgrad der Einrichtung infolge der notwendigen Umlenkung des Treibstrahls und der dabei auftretenden Verluste ebenfalls nicht besonders günstig ist. Auch die Wartung der Steuerlappen ist wegen ihrem leichtmöglichen Verklemmen nicht unerheblich.
Gemäss der Erfindung wird zur Verbesserung der Längsbelüftung eines Tunnels mittels mindestens einem Axialventilator und zur Vereinfachung der Belüftungseinrichtung vorgeschlagen, den oder die Ven-
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tilatoren mit im wesentlichen parallel zur Tunnellängsachse verlaufender Längsachse innerhalb des sichtbaren und aus andern Gründen erforderlichen, von Fahrzeugen nicht ausnutzbaren Teiles des Tunnelpro - fils, vorzugsweise in der Nähe der Tunneldecke, anzuordnen und ferner den Abstand zwischen Ventilator bzw.
den Ventilatoren und zwischen dem Tunnelportal, durch das die Tunnelluft ausgeblasen wird, so zu bemessen, dass durch die Injektorwirkung des Ventilatorluftstrahles (Primärluft) eine ausreichende Förderung der in dem Tunnelteil zwischen Ventilator und diesem Portal befindlichen Luft (Sekundärluft) durch dieses Portal hindurch bewirkt wird.
Bekanntlich muss auf Grund gesetztlicher Vorschriften das Tunnelprofil immer so gross ausgebildet werden, dass selbst bei den grössten, für die Durchfahrt zugelassenen Fahrzeugen noch allseits ein gewisser freier, von den Fahrzeugen nicht nutzbarer Raum vorhanden ist. Ausserdem ist mindestens an einer Seite des Tunnels ein Gehsteig angeordnet, der für die Begehung des Tunnels durch Wartepersonal od. dgl. vorgesehen und über dem ebenfalls ein nicht ausnutzbarer Raum vorhanden ist. Bei Tunnels mit gewölbter Decke ergibt sich ausserdem auch in der Nähe der Decke ein vom Verkehr nicht berührter Raum.
Durch die erfindungsgemässe, frei sichtbare Aufhängung der Ventilatoren innerhalb dieser zwar für die Verkehrsbewegung im Tunnel gesetzlich bzw. baulich erforderlichen, aber von der Verhehrsbe1li'egung nicht nutzbaren Räumen kann eine Längsbelüftung des Tunnels ohne jegliche zusätzliche Baukosten erzielt werden.
Sämtliche bisher auch für Längsbelüftungen erforderlichen Bauarbeiten ausserhalb des Tunnelprofils sind bei Verwendung der Einrichtung gemäss der Erfindung nicht mehr erforderlich.
Die Belüftungsanordmmg arbeitet nach dem Prinzip einer Strahlpumpe (mjektorwirkung). Ein relativ kleiner Teil der im Tunnelquerschnitt vor dem Ventilator vorhandenen Gesamtluftmenge wird von dem Ventilator angesaugt und auf eine relativ grosse Geschwindigkeit gebracht und so mit einer hohen Energie versehen. Diese sogenannte Primärluft wird im allgemeinen in Richtung der Tuanellangsachse in der Nähe der oberen Begrenzung des Tunnelprofils geblasen und wirkt dabei wie ein Treibstrahl. Der restliche grö-
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an die Sekundärluft abgibt und diese in Richtung des einen Tunnelportals in Bewegung setzt, so dass durch das andere Portal Frischluft einströmt.
Die mit der Primärluft vermischte Sekundärluft wird also durch den mit dem Treibstrahl eingeleiteten Impuls durch den Tunnel und aus dem Portal ins Freie gedrückt.
Der Ventilator ist ferner im Tunnel mit einem derartigen Abstand von dem Portal, durch das die Tunnelluft ausströmt, angeordnet, dass zwischen dem Ventilator und dem Portal eine ausreichende Mischung der Primärluft mit der Sekundärluft erfolgen kann.
Mithin ist nur ein Mindestabstand des Ventilators von dem entsprechenden Tunnelende erforderlich, so dass die Anbringung des Ventilators keinen wesentlichen Einschränkungen unterworfen ist. So muss beispielsweise der Ventilator nicht unbedingt in der Mitte der Tunnellängsachse angeordnet sein. Vielmehr kann es in manchen Fällen zweckmässig sein, den Ventilator an einer andern Stelle anzubringen, z. B. an einer Parkstelle im Tunnel, an einer Abzweigung eines Seitenkanals oder an irgendwelchen Tunneleinbauten. Manchmal wirkt sich auch die natürliche Belüftung des Tunnels auf die Strömungsverhältnisse im Tunnel aus, so dass bei derartigen Gegebenheiten eine aussermittige Anordnung des Ventilators unter Umständen wesentlich günstigere Betriebsverhältnisse ergibt als bei symmetrischer Anordnung.
Der Wirkungsgrad der erfindungsgemässen Belüftungsanlage ist besonders günstig, da keinerlei Zuleitungen, Umlenkungen usw. des durch den Ventilator erzeugten Treibstrahls erforderlich sind. Ablösungen, Schrägeinblasungen usw., die bei den bekannten Ausführungen durch die ausserhalb des Tunnelprofils erforderliche Anordnung der Ventilatoren unumgänglich sind, können vermieden werden. Eine Wandreibung der Primärluft ist praktisch kaum vorhanden, da die Primärluft in Form eines einen etwa kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Luftstrahls mit geringem Durchmesser entlang der Tunneldecke mit sehr grosser oder unendliche Krümmung geblasen wird und so fast nur eine Pun1ttberührung vorhanden ist.
Durch die Erfindung wird somit ausser einer Vereinfachung, d. h. einer Verbilligung des Tunnelbaus, auch eine wirkungsgradmässig bessere Längsbelüftung erzielt.
Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden zur Aufteilung der Impulseinleitung in Tunnels grösserer Länge in Längsrichtung des Tunnels mehrere Ventilatoren hintereinander angeordnet, u. zw. mit solchen Zwischenabständen, dass auch in den diesen Zwischenabständen entsprechenden Tunnelteilen durch die Injektorwirkung eine ausreichende Förderung der Sekundärluft in gleicher Richtung bewirkt wird. Da die Ventilatoren lediglich zur Impulseinleitung benutzt werden, ist das Auseinanderziehen dieser Impulseinleitung auf verschiedene relativ weit auseinanderliegende Querschnitte ohne weiteres möglich.
Ferner wird zwecks Verwendung möglichst kleiner Ventilatoren, die sich besonders günstig in den zur Verfügung stehenden, vom Verkehr unausgenützten sichtbaren Raum des T1. UUlelprofils unterbringen
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lassen, der für die Längsbelüftung erforderliche Ventilatorquerschnittzweckmässigerweise in mehrere Ven- tilatoren aufgeteilt, die beispielsweise nebeneinander an der Decke oder übereinander oberhalb des Gehweges eingebaut werden. Durch geeignete Wahl der Anzahl und Grösse der Ventilatoren lässt sich die er- findungsgemässe Belüftungseinrichtung in jedem Tunnelquerschnitt ohne Einengung des Verkehrsraumes anordnen.
Ein weiterer Vorteil der Verwendbarkeit relativ kleiner Ventilatoren besteht darin, dass zur Belüftung Standardausführungen gewählt werden können, die wesentlich billiger sind als Sonderausführungen und welche ausserdem eine einfache und sehr geringe Ersatzteilhaltung ermöglichen.
Bei der Längsbelüftung von Tunnels kann es, insbesondere durch die Änderung der Witterungsverhältnisse bedingt, erforderlich werden, die Richtung der durch den Tunnel strömenden Luft umzukehren. Gemäss der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, denbzw. die Ventilatoren inihrer Förderrichtung umkehrbar auszubilden und mit einem derartigen Abstand von beiden Portalen anzuordnen, dass bei jeder Förder- richtung hinter dem jeweils letzteren Ventilator noch innerhalb des Tunnels eine ausreichende Vermischung der Primär-mit der Sekundärluft stattfinden kann. Die Umsteuerung des Ventilators erfordert bei Verwendung eines in seiner Drehrichtung umkehrbare Antriebsmotors oder einer Ausbildung des Ventilators derart, dass er um 1800 geschwenkt werden kann, keinen wesentlichen zusätzlichen Aufwand.
Zur Erzielung eines besonders hohen Wirkungsgrades und Vermeidung jeglicher Umlenkung der Primärluft werden die Ventilatoren mit genau parallel zur Tunnellängsachse verlaufender Längsachse angeordnet. Für Tunnel mit bogenförmig verlaufender Längsachse kann es allerdings zweckmässig sein, die Ventilatorachse unter einem gewissen Winkel zur Tangente der bogenförmig verlaufenden Tunnellängs- achse anzuordnen. Ausserdem kann es in besonderen Ausnahmefällen auch bei geradliniger Tunnelachse zweckmässig sein, die Ventilatoren mit etwas nach unten geneigter Längsachse anzuordnen, so dass die Ventilator-Luftstrahlen ebenfalls unter einem kleinen Winkel zur Tunnellängsachse geneigt ausströmen, wodurch eine Verkürzung der Mischstrecke erreicht werden kann.
Eine geringe Verschlechterung des Wirkungsgrades bei diesen Ausnahmefällen muss dabei allerdings in Kauf genommen werden.
Die erfindungsgemässe Belüftungseinrichtung hat auch den besonderen Vorteil, dass sie nachträglich ohne jede bauliche Veränderung in einen schon bestehenden Tunnel eingebaut werden kann. Es besteht dadurch die Möglichkeit, die bereits installierte Entlüftungsleistung entsprechend der Zunahme des Verkehrs zu vergrössern. Diese spätere Einbaumöglichkeit von den Ventilatoren ist auch beim Neubau eines Tunnels sehr vorteilhaft, da zunächst nur so viel Ventilatoren eingebaut zu werden brauchen, wie der unmittelbar nach Inbetriebnahme zu erwartende Verkehr es erfordert, und erst zu einem späteren Zeitpunkt, bei eventueller Zunahme des Verkehrs, der Einbau weiterer Ventilatoren vorgenommen werden muss.
Die installierte Ventilatorleistung braucht bei Verwendung der erfindungsgemässen Einrichtung daher immer nur gerade so gross. zu sein, wie es der augenblickliche Verkehrsumfang erfordert. Eine Auslegung der Ventilatorleistung für eine eventuelle, schwer zu bestimmende Verkehrszunahme in späteren Zeiten ist nicht mehr erforderlich, so dass die Betriebskosten der Belüftungseinrichtung niedrig gehalten werden können.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Längsbelüftung kann ebenfalls-sofort oder nachträglich - in Tunnels eingebaut werden, die mit einer Quer-, Halbquer-, Diagonal- oder Umkehrlüftung ausgestattet sind. Die Überlagerung einer zusätzlichen Längsbelüftung kann bei derartigen Tunnels infolge Verkehrszunahme zur Erhöhung der Sicherheit bei Katastrophenfällenwesentlich beitragen.
Ein weiterer Vorteil der Einrichtung der Erfindung besteht darin, dass die vorgeschlagene Längsbelüftung weitgehend berechenbar ist, so dass kostspielige Belüftungsversuche, wie sie bei den bekannten Anlagen erforderlich waren, vermieden werden.
Ausserdem besteht bei Verwendung einer grösseren Anzahl von Ventilatoren durch Zu- und Abschalten einzelner Ventilatoren eine gewisse Regelmöglichkeit, die insbesondere bei besonderen klimatischen Verhältnissen zweckmässig ist und keine Mehrkosten verursacht.
Die erfindungsgemässe Längsbelüftung wird besonders günstig für im Richtungsverkehr befahrene Tunnels angewendet, es ist aber auch eine Anwendung auf andere Tunnels ohne weiteres möglich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Anordnung und Ausbildung der Ventilatoren kann aber auch in vielfach abgeänderter Weise erfolgen. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Tunnel mit eingebauter Belüftungseinrichtung gemäss der Erfindung und Fig. 2 einen Querschnitt des Tunnels.
In dem durch einen Berg verlaufenden Tunnel sind innerhalb des Tunnelprofils, das von der Linie 3 (Fig. 2) begrenzt wird, mehrere Ventilatoren 2 eingebaut. Die Ventilatoren 2 sind dabei am Rand des erforderlichen, von den Fahrzeugen nicht ausnutzbaren Teiles des Tunnelprofils angeordnet und über Streben 4 an der Decke befestigt. Der Verkehrsraum ist mit der unterbrochenen Linie 10 in Fig. 2 ange-
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deutet. Die für das Ausführungsbeispiel gewählten, neun gleichartig ausgebildeten Ventilatoren sind jeweils in Gruppen zu drei nebeneinander und die Gruppen mit Abstand in Tunnellängsrichtung hintereinander angeordnet.
Der Abstand 5 zwischen den Ventilatoren 2a und 2b ist dabei so gross, dass eine Vermischung des von den Ventilatoren 2a erzeugten Primärluftstrahls mit der Sekundärluft und ein gewisser Ausgleich der Geschwindigkeitsverteilung in diesem Zwischenraum erfolgen kann. Die Ventilatoren 2 werden von einem in seiner Drehrichtung umsteuerbaren Motor angetrieben, so dass eine Umkehr der Förderrichtung der Tunnelluft möglich ist. Um die erforderliche Strahlvermischung bei beiden Förderrichtungen zu erreichen, sind die Ventilatoren 2a, 2c jeweils mit einem derartigen Abstand von den Tunnelponalen 6, 7 angeordnet, dass zwischen den Ventilatoren 2a, 2c und den Tunnelportalen 6,7 ebenfalls eine Vermischung der Primärluft mit der Sekundärluft stattfinden kann.
Die Ventilatoren sind mit beiderseitigen Luftführungen 8 ausgebildet und vor dem Einlass in die Luftführung sind Schutzgitter 9 angebracht. Ist wegen Zunahme des Verkehrs eine Vergrösserung der Belüftungsleistung erforderlich, so können beispielsweise ohne bauliche Veränderungen oberhalb des Fussweges 11 Ventilatoren 2'angeordnet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Längsbelüftung eines Tunnels mit mindestens einem im Tunnel angeordneten Axialventilator, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Ventilatoren (2a, 2c) mit im wesentlichen parallel zur Tunnellängsachse verlaufender Längsachse innerhalb des-sichtbaren und aus andern Gründen erforderlichen, von Fahrzeugen nicht ausnutzbaren Teiles des Tunnelprofils (3), vorzugsweise in der Nähe der Tunneldecke, angeordnet sind und dass ferner der Abstand zwischen Ventilator (-en, 2a bzw. 2c) und dem Tunnelportal (6 bzw. 7), durch das die Tunnelluft ausgeblasen wird, so bemessen ist, dass durch die Injektorwirkung des Ventilatorluftstrahles (Primärluft) eine ausreichende Förderung der in dem Tunnelteil zwischen Ventilator und diesem Portal befindlichen Luft (Sekundärluft) durch dieses Portal hindurch bewirkt wird.
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