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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Belüftung eines Tunnels durch Zufuhr von Luft durch mindestens einen Zuluftschacht, -kanal oder -stollen mittels mindestens eines Ventilators bzw.
Gebläses, mit gleichzeitiger Durchströmung der beiden an den Zuluftschacht anschliessenden Tunnelab- schnitte von der Stelle der Luftzufuhr weg in entgegengesetzte Richtungen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei zur Belüftung des Tunnels mindestens ein Zuluftschacht, -kanal oder -stollen mit mindestens einem Ventilator bzw. Gebläse vorgesehen ist und die an den Zuluftschacht anschliessenden Tunnelabschnitte von der Stelle der Luftzufuhr weg in entgegenge- setzten Richtungen durchströmt werden.
Eine Tunnellüftung hat die Aufgabe, die im Verkehrsraum anfallenden Schadstoffe (Fahrzeug-Abgase) durch Zufuhr von Frischluft auf ein vertretbares Mass zu verdünnen und gemeinsam mit der anfallenden Wärme aus dem Tunnel abzuführen.
Man unterscheidet zwischen natürlichen und künstlichen oder mechanischen Lüftungen. Bei natürlichen Lüftungen werden allein meteorologische Einflüsse und die Fahrzeugpumpwirkung zur Erzeugung einer Strömung durch den Tunnel genutzt. Bei künstlichen Lüftungen wird der Luftwechsel durch Gebläse bewirkt. Die künstlichen Lüftungen werden nach der Durchströmung des Verkehrsraumes in künstliche Längslüftungen, Halbquerlüftungen und Querlüftungen unterteilt.
Zur künstlichen Längsbelüftung von Tunnels sind mehrere Lüftungssysteme bekannt, die man grundsätzlich in drei Gruppen einteilen kann :
1. Einblasung von Frischluft durch Schächte oder Kanäle in den Tunnel, wobei die Luft im Idealfall durch beide Tunnelportale wieder abströmt.
Vorteilhaft ist der sehr geringe Energiebedarf. Der Nachteil einer solchen Anlage ist die besonders grosse Empfindlichkeit auf meteorologische Einflüsse und auf die Fahrzeugpumpwirkung, die leicht zur Stagnation der Luftströmung in einem Teil des Tunnels führen können.
2. Einblasung von Frischluft durch einen oder mehrere gleichgerichtete Injektoren, deren Strahlen annähernd parallel zur Tunnelachse sind. Die kinetische Energie der Frischluft-Treibstrahlen wird durch turbulente Vermischung auf die übrige Tunnelluft übertragen. Dadurch wird eine Längsströmung durch den Tunnel hervorgerufen ; durch das eine Portal tritt Frischluft ein, die mit Abgasen angereicherte Luft strömt durch das andere Portal wieder aus.
Bekannte Vertreter dieses Prinzips sind die Saccardo-Düse, die meist in Portalnähe angeordnet wird, und der Frischluftinjektor etwa in Tunnelmitte.
Vorteilhaft ist der niedrige Energieverbrauch, wenn die künstliche Lüftung durch eine natürliche Längsströmung unveränderlicher Richtung unterstützt wird. Nachteilig ist der relativ hohe Energieverbrauch, wenn die meteorologischen Einflüsse und die Fahrzeugpumpwirkung einander ganz oder annähernd das Gleichgewicht halten oder das resultierende natürliche Druckgefälle stark um den Wert Null schwankt und häufig die Richtung ändert.
3. Reine Impulszufuhr in die Tunnelluft ohne Frischlufteinblasung durch im Verkehrsraum angeordnete Strahlventilatoren, deren Strahlrichtungen annähernd parallel zur Tunnelachse sind. Diese Strahlventilatoren saugen Luft aus dem Tunnel an und blasen Treibstrahlen mit hoher Geschwindigkeit in Richtung der Tunnelachse aus. Durch turbulente Vermischung wird die kinetische Energie der Treibstrahlen auf die übrige Tunnelluft übertragen, wodurch eine Längsströmung durch den Tunnel hervorgerufen wird.
Vorteilhaft sind die niedrigen Baukosten durch völligen Verzicht auf Luftführungen und Bauwerke ausserhalb der Tunnelröhre sowie die Möglichkeit des kostengünstigen nachträglichen Einbaues in bereits bestehende Tunnels.
Nachteilig ist der schlechte Wirkungsgrad, weshalb dieses System den höchsten Energiebedarf aller Längslüftungssysteme hat, und weiters die schwierige Wartung der Gebläse, die auch während des Fahrzeugverkehrs von der Fahrbahn aus vorgenommen werden muss.
Ferner sind aus der DE-AS 1006449 ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Eine optimale Lüftung eines Tunnels ist jedoch mit dem in der DE-AS beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung nicht erreichbar. Das System gemäss der DE-AS 1006449 ermöglicht zwar die Durchströmung von Schacht und Verkehrsraum, doch ist hiefür ein grosser elektromechanischer Aufwand (zusätzliche Tunnelventilatoren bzw. Strahlventilatoren) und ein grosser Energiebedarf nötig (der Impuls der eingeblasenen Frischluft wird nicht genutzt). Es sind kein Strömungsteiler bzw. Anordnungen zur
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Regelung der Zuluft vorhanden. Ferner muss die eingeblasene Luft von eigenen Gebläsen in Tunnellängs- richtung geblasen werden.
Aus der AT-PS Nr. 207884 ist eine Halbquerlüftung bekannt, d. i. ein System mit zum Verkehrsraum parallelen Zuluftkanälen, aus welchen die Zuluft durch Verbindungsöffnungen dem Verkehrsraum entlang seiner annähernd ganzen Länge zugeführt wird. Die Luft wird dabei nicht in entgegengesetzten
Richtungen ausgeströmt und es wird kein Impuls übertragen.
Die Erfindung beruht auf einem neuen, von den oben beschriebenen Systemen abweichenden Prinzip :
Das Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die
Zuluft am Ende des Zuluftschachtes durch mindestens einen Strömungsteiler mit im Betrieb veränderlichem Teilverhältnis geleitet wird, oder dass die Zuluft durch den Zuluftschacht durch Zweige einer Strömung- verzweigung eingeblasen wird, in welchen Zweigen die Ventilatoren bzw.
Gebläse angeordnet sind, deren
Förderleistungen im Betrieb zur Ausbildung eines veränderlichen Teilverhältnisses der Volumenströme nach der Strömungsverzweigung veränderbar sind, dass die Zuluft aus dem Strömungsteiler bzw. den Enden der
Strömungsverzweigung durch mindestens zwei entgegengesetzte, etwa in Tunnellängsrichtung gerichtete
Luftführungen in mindestens zwei gegen die Tunnelportale gerichteten Strahlen ausgeblasen wird, mit deren durch Verstellung des Strömungsteilers oder durch Verstellung der Förderleistung der in den
Zweigen befindlichen Ventilatoren hervorgerufenen Impulsdifferenz Unterschiede der Belüftungsverhält- nisse der beiden Tunnelabschnitte infolge atmosphärischer Einflüsse, Verkehrseinflüsse u. dgl. zur
Erreichung einer gleichmässigen Belüftung der Tunnelteile ausgeglichen werden.
Eine erfindungsgemässe
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Zuluft- schachtes eine von mindestens einem Strömungsteiler gebildete Strömungsverzweigung mit im Betrieb veränderlichem Teilverhältnis angeordnet ist, dass der Strömungsteiler vorzugsweise als Klappe,
Umlenkkörper, Schieber oder Umlenkgitter ausgeführt ist, dass mindestens zwei an den Strömungsteiler anschliessende Luftführungen oder Injektoren vorgesehen sind, die parallel oder unter einem kleinen Winkel zur Tunnelachse in den Tunnel münden, und dass zumindest je eine Luftführung oder ein Injektor vom Zuluftschacht weg zu einem Tunnelportal hin gerichtet ist.
Eine weitere erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Zuluft eine
Strömungsverzweigung mit zumindest zwei Zweigen, die gegebenenfalls von getrennten Schächten gebildet sind, vorgesehen ist, dass in jedem Zweig zumindest ein Ventilator vorgesehen ist, dass die Förderleistungen der Ventilatoren im Betrieb veränderbar sind, dass die Zweige in zumindest zwei Luftführungen oder Injektoren münden, die parallel oder unter einem kleinen Winkel zur Tunnelachse in den Tunnel münden, und dass zumindest je eine Luftführung oder ein Injektor vom Zuluftschacht weg zu einem Tunnelportal hin gerichtet ist.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren bzw. bei der erfindungsgemässen Vorrichtung sind gleichzeitig mindestens zwei Frischluftstrahlen in entgegengesetzten Richtungen parallel zur Tunnelachse oder unter einem kleinen Winkel zu dieser in den Tunnel einblasbar. Durch den (die) Strömungsteiler ist das Verhältnis der durch die Injektoröffnungen eingeblasenen Volumenströme jederzeit so einstellbar, dass der von allen Strahlen zugeführte Gesamtimpuls entgegen dem momentanen meteorologischen und verkehrsbedingten Druckgefälle im Tunnel wirkt und dieses gerade kompensiert.
Infolgedessen kann die zugeführte Luft unabhängig von den meteorologischen Einflüssen und von der Fahrzeugpumpwirkung in einer den Schadstoffemissionen entsprechenden Aufteilung gleichzeitig in zwei entgegengesetzt gerichteten Teilströmen vom Injektor weg durch die beiden Tunnelteile und durch die beiden Portale abströmen. Dies steht im Gegensatz zu den meisten bisher vorgeschlagenen Injektorlüftungen, bei welchen die eingeblasenen Treibstrahlen eine im ganzen Tunnel einheitlich gerichtete Längsströmung hervorrufen, deren Richtung entsprechend den natürlichen Einflüssen umkehrbar ist.
Beim erfindungsgemässen Verfahren ist es bevorzugt, wenn zusätzliche Zuluft unter einem grossen oder rechten Winkel zur Tunnelachse in den Tunnel vorzugsweise im Bereich des Endes des Zuluftschachtes eingeblasen wird.
Zweckmässigerweise ist vorgesehen, dass der verstellbare Strömungsteiler, die Luftführungen nach dem Strömungsteiler und die Mündungen der Luftführungen bzw. die Injektoren zu einer gemeinsam verstellbaren Einheit zusammengefasst sind. Ferner können die Ausblasöffnungen in Nischen oder Erweiterungen des Tunnels angeordnet sein und höchstens teilweise in den Tunnellichtraum ragen.
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Es ist auch möglich, dass zusätzliche Zuluftöffnungen unter Ausblasrichtungen, die mit der
Tunnelachse einen grossen oder rechten Winkel einschliessen, in den Tunnel münden und durch
Luftführungen mit mindestens einem separaten Zuluftgebläse oder dem Injektorluftstrom oder mit einer
Abzweigung der Zuluftschächte vor oder nach mindestens einem Ventilator verbunden sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässen Vorrichtungen ermöglichen bei starken meteorologischen und verkehrsbedingten Druckgefällen auch die gewöhnliche Injektorlängslüftung mit einer einheitlichen Richtung der Längsströmung im ganzen Tunnel. Sehr lange Tunnels können durch zusätzliche Absaugschächte oder-kanäle in Abschnitte unterteilt werden, deren jeder mit einem
Lüftungssystem der beschriebenen Art ausgerüstet ist.
Ferner wird die Möglichkeit geboten, mindestens eines der Zuluftgebläse durch Umsteuerung der
Förderrichtung zur Absaugung von Luft aus dem Verkehrsraum einzusetzen. Dies kann beispielsweise während des Einsatzes als gewöhnliche Injektor-Längslüftung mit einheitlicher Strömungsrichtung im ganzen Tunnel zu einer Einsparung führen oder während eines Brandes die Rauchabsaugung aus dem
Tunnel ermöglichen.
Als spezielle Vorteile werden erreicht : besonders niedriger Energieverbrauch bei nicht zu grossen natürlichen Druckdifferenzen oder solchen mit sehr häufig wechselnder Richtung ; weitgehende
Unabhängigkeit der Güte der Belüftung der einzelnen Tunnelabschnitte von meteorologischen und verkehrsbedingten Einflüssen ; einfache Wartung durch Konzentration aller Teile der Vorrichtung auf einem sehr kleinen Bereich und durch die Anordnung der Gebläse ausserhalb des Verkehrsraumes.
Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch einen in einem Tunnel angeordneten Strömungsteiler, Fig. 2 bis 5 verschiedene Ausführungsformen von Strömungsteilern, Fig. 6 eine Anordnung mit getrennten Zuluft- schichten und Fig. 7 die Anwendung eines Strömungsteilers in einer Nische.
Gemäss Fig. 1 mündet ein in bekannter Art ausgebildeter Zuluftschacht mit einem Ventilator in einen Strömungsteiler --1. 3--, der als Klappe ausgeführt ist. Die an den Strömungsteiler anschliessenden Luftführungen münden in zwei entgegengesetzt gerichtete Injektoren --1. 4 und 1. 5--, durch welche die Zuluft in dem durch die Stellung des Strömungsteilers bestimmten Mengenverhältnis in den Tunnel einblasbar ist. Der Strömungsteiler --1. 3-- ist entsprechend der zur Überwindung der momentanen Fahrzeug- und Windeinflüsse notwendigen Impulszufuhr einstellbar.
Es ist auch möglich, dass der Strömungsteiler mit dem Injektor eine kompakte Einheit bildet, wobei die Abströmöffnungen des Strömungsteilers (Klappe, Schieber, Gitter) zugleich die Injektormündungen im Tunnel bilden.
Derartige Varianten sind in den Fig. 2, 3 und 4 schematisch dargestellt. Am Ende der Zuluftführun- gen --2. 1, 3. 1 bzw. 4. 1-- ist jeweils ein Strömungsteiler angeordnet, der als Klappen --2. 2 und 2. 3--, als Schieber-3. 2- oder als verstellbare Gitter --4. 2 und 4. 3-- ausgeführt ist, deren Austrittsquerschnitte und Abströmrichtungen bereits so bemessen sind, dass die erforderliche Impulszufuhr ohne anschliessenden feststehenden Injektor möglich ist.
Ferner ist eine Ausführungsvariante möglich, bei welcher durch zusätzliche Ausblasöffnungen Frischluft (die Zusatzluft) normal oder in einem grossen Winkel zur Tunnelachse einblasbar ist. Die Lüftungsanlage ist-je nach den Erfordernissen - entweder so gestaltet, dass die Zusatzluft nach dem Injektorgebläse dem Injektorluftstrom entnommen werden kann, oder dass die Zusatzluft von mindestens einem eigenen Zusatzgebläse gefördert werden kann. Mit dieser Anordnung kann erforderlichenfalls mehr Frischluft zugeführt werden, als die Injektortreibstrahlen bei einer bestimmten Impulszufuhr liefern. Gemäss Fig. 5 sind die Luftzuführung --5. 1--, der Strömungsteiler --5. 2--, der hier als Gitter ausgebildet ist, und die Injektoren --5. 3, 5. 4-- in zuvor beschriebener Art angeordnet.
Durch eine weitere Luftführung --5. 6--, die im Beispiel mit einem eigenen Gebläse-5. 5- ausgestattet ist, ist Zusatzluft in den Tunnel normal oder unter einem grossen Winkel zur Tunnelachse einblasbar.
An sich ist es auch möglich, für jede der Treibstrahlrichtungen eigene Gebläse zu verwenden. Bei dieser Bauart kann der variable Strömungsteiler entfallen ; Impuls-und Luftzufuhr der einzelnen Luftstrahlen sind durch die unabhängige Steuerung der einzelnen Gebläse veränderbar. Diese Variante ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Von als Gebläse dienenden Ventilatoren --6. 1 und 6. 2-- führen getrennte Kanäle zu Injektoren --6. 3 und 6. 4--, durch welche die von Ventilatoren --6. 1, 6. 2-- geförderte Luft
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ausblasbar ist.
Das Verhältnis zwischen den beiden aus den Injektoren-6. 3 und 6. 4-- ausgeblasenen
Volumenströme ist durch die Fördermengen der Ventilatoren --6. 1 und 6. 2-- einstellbar.
Die Mündungen der Luftführungen bzw. die Ausblasöffnungen können je nach Erfordernissen innerhalb des Tunnellichtraumes oder teilweise oder ganz in Nischen oder Erweiterungen ausserhalb des
Tunnellichtraumes angeordnet sein. Die Nischen gehen zumindest auf der Abströmseite strömungsgünstig in den Tunnellichtraum über, so dass der Impuls der Luftstrahlen ohne grosse Verluste auf die Luft innerhalb des Tunnellichtraumes übertragen werden kann.
Gemäss Fig. 7 sind eine Luftzuführung --7. 1--, ein Ventilator --7. 2--, ein Strömungsteiler-7. 3- und Injektoren-7. 4 und 7. 5-- in der bereits beschriebenen Art ausgeführt, wobei die Injektoren-7. 4 und 7. 5-- in eine Erweiterung --7. 6, 7. 7-- des Tunnellichtraumes münden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Belüftung eines Tunnels durch Zufuhr von Luft durch mindestens einen Zuluftschacht, -kanal oder -stollen mittels mindestens eines Ventilators bzw. Gebläses, mit gleichzeitiger
Durchströmung der beiden an den Zuluftschacht anschliessenden Tunnelabschnitte von der Stelle der Luft- zufuhr weg in entgegengesetzte Richtungen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zuluft am Ende des Zuluftschachtes durch mindestens einen Strömungsteiler mit im Betrieb veränderlichem
Teilverhältnis geleitet wird, oder dass die Zuluft durch den Zuluftschacht durch Zweige einer Strömungs- verzweigung eingeblasen wird, in welchen Zweigen die Ventilatoren bzw.
Gebläse angeordnet sind, deren
Förderleistungen im Betrieb zur Ausbildung eines veränderlichen Teilverhältnisses der Volumenströme nach der Strömungsverzweigung veränderbar sind, dass die Zuluft aus dem Strömungsteiler bzw. den Enden der
Strömungsverzweigung durch mindestens zwei entgegengesetzte, etwa in Tunnellängsrichtung gerichtete
Luftführungen in mindestens zwei gegen die Tunnelportale gerichteten Strahlen ausgeblasen wird, mit deren durch Verstellung des Strömungsteilers oder durch Verstellung der Förderleistung der in den
Zweigen befindlichen Ventilatoren hervorgerufenen Impulsdifferenz Unterschiede der Belüftungsverhält- nisse der beiden Tunnelabschnitte infolge atmosphärischer Einflüsse, Verkehrseinflüsse u. dgl. zur Erreichung einer gleichmässigen Belüftung der Tunnelteile ausgeglichen werden.