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ap/A 2985 Kennwort: "Längsbelüftungsregelung" Längsbelüfteter Verkehrstunnel
mit in der Blasrichtung umkehrbaren Ventilatoren Die Erfindung betrifft einen Verkehrstunnel,
der mittels in der Blasrichtung umkehrbaren Ventilatoren, zumindest zeitweise künstlich
in Lkngsrichtung belüftet wird, die bei Anwachsen des ständig gemessenen CO-Gehaltes
der Tunnelluft ùnd/oder der ständig gemessenen SichttrUbung im Tunnel über einen
bestimmten oberen Grenzwert selbsttätig wenigstens teilweise eingeschaltet und nach
Unterschreiten eines bestimmten unteren Grenzwertes einer oder beider der genannten
Größen wieder abgeschaltet werden. Diese Art der TunnelbelU£tungssteuerung ist beispielsweise
in den BBC -Nachrichten vom August 1969 auf Seite 442 bis 444 am Beispiel des Schloßbergtunnels
in Heidelberg beschrieben. Dort ist auch eine Berücksichtigung der Windverhältnisse
außerhalb des Tunnels zur Steuerung der lüftungsintensität und -richtung der künstlichen
Lüftung vorgesehen. Wenn der Wind mit großer Stärke genau auf das Einfahrtportal
des mit Richtungserkehr befahrenen Tunnels steht, so kann eventuell auf eine künstliche
BelUftung ganz verzichtet werden oder es genUgt die Einschaltung nur weniger Strahlventilatoren
zur Aufrechterhaltung der BelUftungßströmung.
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Die Berttcksichtigung der äußeren Wiindverhältnisse geschah in Heidelberg
zum Zweck, die im Tunnel installierten Lüfter mit geringstem Energleaudwand tur
ausreichende Belüftung des Tunnels laufen lasseh zu können.
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Der Erfinder hat sich ebenfalls diese Aufgabe gestellt und zeigt eine
Möglichkeit auf, wie diese Aufgabe besser gelöst werden
kann. Erfindungsgermäß
wird zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, daß im Tunnel Windfahnenrelais angeordnet
sind, die innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls während der Pausen der kiinatlichen
Belüftung die gemittelte, aufgrund von natürlichem Wind außerhalb des Tunnels, Luftbewegung
durch Thermik in Tunnel längsrichtung und aufgrund der Kolbenvitrkung der durchfahrenden
Fahrzeuge sich einstellende, natürliche Ltingsbelüftung feststellen und daß ferner
in der Einschaltsteuerung für die Ventilatoren Mittel vorgesehen sind, die bei Einschaltbefehl
die Ventilatoren in Richtung der festgestellten natürlichen Längsbelüftung einschalten.
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Durch die erfindungsgemäß im Tunnelinneren angeordneten Windfahnenrelais
wird der Belüftungseffekt nicht nur des natürlichen Außenwindes, sondern auch, der
der Kolbenwirkung der durchfahrenden Fahrzeuge und der Thermik erfaßt. Bei im bergigen
Gelände angeordneten Tunneln kann es vorkommen, daß auf der einen Bergflanke andere
Temperaturverhältnisse herrschen als auf der anderen oder daß ein vom Standpunkt
der Thermik gesehen spürbarer Höhenunterschied zwischen den beiden Tunnelportalen
besteht. Diese Höhen-und/oder Temperaturunterschiede an den Tunnelportalen verursachen
eine thermisch bedingte iängsströmung durch die Tunneirohre, die ebenfalls einen
Belüftungseffekt ergibt; dieser Effekt ist bekannt. Bisher gab es jedoch keine praktische
WSglichkeit auch diesen Einfluß sowie den Einfluß der Kolbenwirkung zur Belüftungssteuerung
mit zu erfassen. Die bekannte Messung der äußeren Windverhältnisse nach Stärke und
Richtung konnte auch je nach thermisohlen und verkehrsmäßigen Verhältnissen und
je nach Bewuchs und Bebauung an den Tunnelportalen zu unterschiedlichen Ergebnisaen
im Hinblick auf den tatsächlichen Belüftungseffekt führen; somit ist auch die Erfassung
der äußeren Windverhältnisse bisher noch keine befriedigende Lösung der obengenannten
Aufgabe gewesen.
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Krst durch die erfindungsgemäße Feststellung der tatsächlichen natürlichen
Strmungaverhältniase gerade im Tunnelinneren werden sämtliche einen Belüftungseffekt
hervorrufenden Einflüsse in ihrer Summenwirkung eindeutig erraßt. Diose Einssleinflüsse
können
tages- und jahreszeitlich nach Größe und, Richtung starken Schwankungen unterliegen
und eine Einzelerfassung und wirkungsmäßige Summierung wäre äußerst schwierig. Diese
Schwierigkeiten umgeht die Erfindung auf äußerst einfache WeIse mit einem Schlag.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das
oder die Windfahnenrelals in dem Lichtraum zwischen Fahrzeugoberkante und Tunneldecke,3edoch
noch außerhalb der Strömungsgrenzachicht in großer Einftahrtiere des Tunnels, vorzugsweise
in der Tunnelmitte angeordnet sind.
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Da sich während eines Belilftungszyklus', d.h. während der Zeit vom
Überste'igen eines Luftverunreinigungsgrenzwertes bis zum Herabsinken auf einen
zulässigen unteren Wert aufgrund-der künstli,chen Belüftung die natürlichen Belüftungs,einflüsse,
d.h.
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Wind, Thermik oder Richtung des Hauptstromes des Verkehrs ändern können,
wird' nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgeschlagen, daß während der
künstlichen Belüftung nach einer bestimmten Zeit diese vorzeitig abgestellt und
nach Abklingen der künstlichen Strdmung und erneutem Feststellen der zeitlich gemittelten
nattirlichen Längsbelüftung die künstliche Belüftung in Richtung der zuletzt festgestellten
natürlichen BelUftungsrichtung wieder eingeschaltet wird. Ungeachtet dei Schnelligkeit
des Umschlagens der natürlichen Belüftung wird Jedoch vorgeschlagen, daß die Zeit
der künstlichen Belilftung blis zur nächsten Unterbrechung zwecks erneuter Feststellung
der natürlichen uingabelüftungariohtung so lang bemessen ist,, daß unter der Voraussetzung
ungünatiger Verhältnisse innerhalb dieser Zeit wenigstens einmal das gahze Luftvolumen
des Tunnels ausgetauscht werden kann.
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Die Erfindung ist noch anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles im. rollenden näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt-Aufriß durch den Tunnel und einen
zu unterquerenden Berg und Fig. 2 einen Grundriß des Tunnels.
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Die in den Figuren in Grund- und Aufriß gezeigte in beiden Richtungen
gleichzeitig befahrene Tunnelröhre 1 unterquert den Berg 2 unter Überwindung eines
Höhenunterschiedes. In Fig. 1 ist ein ustand angedeutet, der ein Optimum der natürlichen
Belüftung darstellt. Wie angedeutet (siehe Fahrzeuge 6 bzw. 6' und Prelle 7 bzw.
71),,fahren doppelt so viele Fahrzeuge bergauf durch den Tunnel als talwärts. Das
bedeutet, daß die Kolbenwirkung der bergauffahrenden Fahrzeuge gegenüber denen der
zu Tal fahrenden überwiegt; es kommt im Ergebnis eine Luftbewegung in Bergrichtung
zustande. Der außerhalb herrschende Wind, angedeutet durch den Pfeil 3, steht gerade
auf das talseitige Tunnelportal 4. Er treibt - den Belüftungßefrekt durch die Kolbenwirkung
der bergauffahrenden Fahrzeuge unterstützend - weitere Luftmassen in das ihm entgegenstehende
Tunnelportal und ruft eine Beltftungswirkung hervor. Als weiteres wirken die Temperaturverhältnisse
verstärkend im Sinne dieser Belüftung. Das bergseitige Portal 5 des Tunnels und
dessen Umgebung ist von der Sonne beschienen und ist warm, was ein Aufsteigen der
Luftmassen hervorruft. Kleinklimatisch gesehen entsteht dort ein Tiefdruckgebiet.
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In der im Schatten liegenden Umgebung des Talportales 4 bildet sich
ein Hoch aus. Ein Teil der Ausgleichsströmung von diesem Hoch zum Tief geht durch
die Tunnelröhre 1 hindurch und verursacht eine die Belüftung von Wind 3 und Fahrzeugen
6 unterstUtzende Belüftung. Es liegt hier der seltene Fall vor, daß alle drei einflüsse,
nämlich äußere Windverhältnisse, Kolbenwirkung der Fahrzeuge und Thermik eindeutig
ausgeprägt sind und in der gleichen Richtung wirken und so eine Addition ihrer EinflUsse
zustande kommt. Die künstliche durch die in gröberen Abständen an der Tunneldecke
installierten Strahlventilatoren 8 (siehe z.B. DAS 1 139 865) bewirkte Tunnelbelüftung
braucht in diesem Fall nur selten elngeschaltet oder nur mit wenigen Ventilatoren
aufrechterhalten zu werden.
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Wie sofort einleuchtet, ist dem nicht immer so; im Gegenteil tritt
häufig der Pa ein, daß die genannten, die natürliche nelüftung
ausmachenden
Einflüsse schwach ausgeprägt sind und/oder z.T. einander entgegen>lrken.
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Um eine geringfügig sich in solchen Fällen einstellende natUrliche
Belüftung dennoch zur UntersUtzung der künstlichen Belüftung auszunützen, ist erfindungsgemäß
wenigstens ein Windfahnenrelais 9 im Tunnetinnern vorgesehen. Derartige Geräte sind
bereits handelsüblich' sie' stellen die Richtung einer Luftströmung fest und geben
Je nach Strömungsrichtung ein entsprechendes elektrisches Signal; z.B. verbinden
sie Jeweils zwei verschiedene, einer StrömungÇrlchtung entsprechende Kontakte. Das
Windfahnenrelais ist in der Nähe der Tunnelmitte angeordnet, es sollte stets in
großer Einfahrttiefe angeordnet sein. Innerhalb des Tunnelprofils muß es natürlich
außerhalb des von den Fahrzeugen bestrichenen Fahr'profils angeordnet werden. Es
soll in möglichst großen Abstand von den Fahrzeugen angeordnet werden, um Störeinflüssen
von deren Grenzschlchten und Wirbeln möglichst gering zu halten. Andererseits muß
das Relais außerhalb der StrUmungsgrenzschicht der Tunnelwand angeordnet werden.
Aus alledem folgt, daß, das Relais 9 am günstigsten an der Tunneldecke in ca.
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50 - 120 cm Abstand von ihr angeordnet wird. Bei der Anordnung des
oder der Relais in der Tunnelbreite ist dafür zu sorgen, daß die Kolbenwirkung der
Fahrzeuge beider Fahrtrichtungen gleichermaßen erfaßt wird; d.h. wenn nur ein Relais
vorgesehen wird, so wird es senkrecht über der Pahrbahn-Mittellinle angeordnet.
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Da die an dein Windfahnenrelais 9 vorbelfahrenden Fahrzeuge vorübergehend
eine starke Strömung vortäuschen, insbesondere wenn sie nahe an das Relais heranreichen,
ist das Relais mit einem als' Rechteck dargeatellten, die Anzeige des Windfahnenrelais
über eine gewisse Zeit mitt-elnden Zeitglied 10 kombiniert, wel ches einen stabilisierenden
Einfluß auf das vom Windrahnenre,la'is 9 unmittelbar gelieferten Meßergebnisses
hat. Das durch das Zeitglied 10 gemittelte Meßergebnis des Wifldfa,,hnenrelais
wird
dem Lüfterschaitgerät 11 für die Strahlventilatoren 8 zugeführt. Dieses wird aus
einem Stromnetz mit elektrischer Energie versorgt (Anschluß 12) und leitet diese
Je nach den im Steuergerät 11 datentechnisch nach lüftungstechnischen Gesichtspunkten
verarbeiteten Meßergebnissen der weiten unten noch zu besprechenden Meßwertfühler
zu mehr oder weniger vielen und gepolt für die eine oder andere Umlauf- und Blasrichtung
der Strahlventilatoren weiter (Anschlüsse i).
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Außer dem Meßfühler für die Strömungsrichtung im Tunnel, nämlich dem
indrahnenrelais 9 sind noch Meßstellen 14 für den CO-Gehalt der Luft und Sichttrübungsmeßgeräte
15 im Tunnel installiert, die ebenfalls handelsüblich sind und deren Wirkungsweise
als bekannt vorausgesetzt werden kann. Es sei hier nur gesagt, daß beim Anwachsen
der gemessenen Luftverunreinigung mehr und mehr Kontakte geschlossen und sie beim
Absinken wieder nach und nach geöffnet werden. Die CO-Warngeräte sind in Fahrzeughöhe
möglichst auf beiden Fahrbahnseiten angeordnet, da die C0-Gase wegen ihres größeren
spezifischen Gewichtes als Luft absinken.
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Die Sichttrübungswarngeräte sind im oberen Liohtraum des Tunnelprorils
angeordnet, da die Rußbestandteile der verunreinigten Luft aufsteigen und um Unterbrechungen
des Strahles durch vorbeifahrende Fahrzeuge zu vermeiden. Die genannten Meß- und
Warngeräte sind hauptsächlich an den Tunnelenden angeordnet, da sich an einem der
Tunnelenden Je nach Belüftungsrichtung die stärkste Luftverunreinigung einstellt.
Die mehrfach angeordneten Meßgeräte sind einander im Hinblick auf das ihnen zugeordnete
Inftersteuergerät für CO-Gohalt (16) bzw. für Trübung(17)parallel geschaltet. Die
Ausgänge dieser Geräte sind auf das Lürterschaltgerät 11 geschaltet. Je nach Grad
der festgestellten Luftverunreinigung werden mehr oder weniger viele der Strahlventilatoren
in der vom Windfahnenrelais zuletzt festgeatellten Richtung eingesohaltet. Als weiteres
auf das LUfterschaltgerät 11 einwirkundes Gerät ist ein zweites Zeitglied 18 vorgeschen,
welches nach einer auch bei ungünstigen Bedinungen wenigstens ein1ien Durchlüftung
des Tunnels die genannte Belüftung zum Zwecke einer
erneuten Messung
der natürlichen Belüftungsverhältnisse abschaltet und nach dieser Messung eine Einschaltung
wieder ZulSßtD Das Windfahnenrelals 9 bestimmt dann die Richtung des erneuten Anlaufs
der Belüftung. Dieses zweite Zeitglied ist manuell oder auch durch eine Zeituhr
wäbrend der Hauptverkehrszeiten abschaltbar. Die nötigen Meßpausen und Lüfterstillstandszeiten
von etwa einer Minute während eines BelUftungszyklus können nämlich während Spltzenbelastungen
der BelUrtungsanlagen zu einem unzulEssigen Anwachsen der Luftverunreinigung führen,
weshalb in solchen Fällen auch bei einem etwaigen Umschlagen der natürlichen Belüftungsverhältnisse
während eines Belüftungszyklus in die ungünstige Richtung die künstliche Belüftung
entgegen diesen Verhältnissen aufrechterhalten werden muß. Hier ist die Sicherheit
der Energieersparung übergeordnet.