Исследование термодинамических параметров воздушной среды на линиях метрополитенов с однопутными и двухпутными тоннелями

Актуальность проблемы термодинамических параметров воздушной среды на линиях метрополитена заключается в существенной разнице температур воздуха городов России и городами зарубежных стран. Данная температурная разница определяет и закономерности формирования аэротермодинамических параметров воздушной среды, которые необходимо учитывать при выборе способов обеспечения нормативных климатических параметров воздуха. Исследование, представленное в статье, проводилось с целью установления на основе экспериментальных данных закономерностей протекания аэротермодинамических процессов для последующей разработки рекомендаций по нормированию параметров воздушной среды в тоннелях метрополитена (однопутных и двупутных), расположенных на разной глубине заложения. Основные задачи сводятся к определению факторов, оказывающих влияние на установление распределения температур (влажностей) и закономерностей их изменения, проведение инструментальных измерений распределения температур (влажностей) воздуха по длине исследуемых участков перегонных тоннелей как при отсутствии поездов, так и при их движении с различной интенсивностью; разработке предложений по использованию выявленных закономерностей для обеспечения нормативных параметров воздушной среды. Идея статьи состоит в том, что в качестве основы для выбора технических решений по совершенствованию систем вентиляции метрополитенов следует принимать выявленные особенности формирования аэротермодинамических процессов, зависящих от конструктивных параметров перегонных тоннелей и глубины их заложения. На основе выполненных экспериментальных исследований были выявлены закономерности формирования вентиляционных и тепловых режимов однопутных, двухпутных тоннелей и участка сопряжения и предложены мероприятия по совершенствованию вентиляционного и теплового режимов, обеспечивающих нормативные климатические условия. В частности, было установлено, что в однопутных тоннелях глубокого заложения тепловой режим определяется наличием циркуляционных контуров между соседними станциями, которые возникают в результате поршневого эффекта, и тепловыделениями от движущихся поездов; отличием циркуляционных контуров, сформировавшихся в подземных сооружениях мелкого заложения однопутного типа, является наличие плотной аэродинамической связи с поверхностью. Тем самым подземные сооружения мелкого заложения насыщаются поверхностным воздухом, который поступает на станции и в тоннели по пешеходным путям и наклонным ходам; в подземных сооружениях двухпутного типа при отсутствии движения подвижных составов характер изменения температуры воздуха по длине перегона определялся количеством теплоты, которая была аккумулирована грунтом в период движения поездов. Во время движения теплота, выделяемая поездами, движущимися навстречу друг другу при практическом отсутствии поршневого эффекта, равномерно распределяется по длине перегона. Это обусловливает постоянную температуру воздуха в тоннелях за исключениями участков, непосредственно прилегающих к станции, где в период торможения и остановки поездов количество продуцируемой ими теплоты максимально, соответственно, температура тоннельного воздуха в пристанционных выработках увеличивается на 2-3 °С в сравнении с температурой на перегонах. На участках, включающих два типа подземных сооружений, возможный рост температуры воздуха на станции, прилегающей к однопутным тоннелям, связан с образованием циркуляционных контуров между участком сопряжения разных типов конструкции тоннелей и станции, прилегающей к ним. Также разработаны рекомендации по нормализации аэротермодинамического режима для рассмотренных типов тоннелей: при установленной возможности превышения в летнее время температурой воздуха нормативных параметров (значений) необходимо предусмотреть или резерв по его расходу, или его охлаждение в сбойках, прилегающих к станциям. Для повышения температуры воздуха могут быть использованы организационные, аэродинамические и теплотехнические методы.