公路隧道营运通风

公路隧道营运通风一、需风量为稀释洞内被汽车尾气污染的空气，使之有害物质浓度达到规定的卫生标准。公路隧道营运通风的需风量既为稀释洞内污染空气所需的新鲜风量。需风量与汽车动态排污量有密切关系。1、国外汽车污染物排放法规第一阶段（1966年至1974年）是排放法规的形成阶段。日、美、欧等分别制订了国家汽车排放法规，但是在1971年之前主要是对CO、HC的限制，1971年起美国加州排放法规首先采用7工况连续采样对NOX实施控制；1973年美国联邦和日本分别采用LA-4C和10工况CVS采样增加对NOX限制；1970年欧洲经济委员会统一制定了ECE排放法规，主要对CO、HC的限制。第二阶段（1975年至1992年）是法规的加强和完善阶段。美国从1975年起，不断加强对CO、HC的限制，几乎逐年加强对NOX限制。欧洲1975年10月执行R15/01法规，只对CO、HC实施限制；1977年10执行R15/02法规，增加了对NOX的限制；1979年执行R15/03法规；1982年10月R15/04法规，将HC和NOX加在一起进行限制；1989年执行ECE-R83新法规，按发电机排量划分限值，各污染物排放限值比1982年法规限值减少了40%。第三阶段（1993年以后）加强对HC的限制进入低污染车时期。1990年美国大幅度修订了《大气清洁法》，要求到2003年对汽车排放的CO、HC和NOX的限值分别降低到1992年限值的50%、25%和20%。美国联邦法规规定从1992年到2003年，达到低排放车（LEV）和超低排放车（ULEV）的要求。欧洲于1993年10月起执行ECE/MVEG-1号法规，1996年10月执行MVEG-2号法规将CO降低了20%，HC+NOX降低了约50%，2000年10月起执行MVEG-3号法规，CO、HC+NOX颗粒物的颗粒物限值分别降到1.0g/km，0.7*g/km，0.08g/km，欧洲计划2004年执行MVEG-4号法规，达到超低排放车的要求。2、我国汽车污染物排放标准与国际接规的实施步骤我国1999年3月颁布的和2001年4月颁布的汽车污染物排放标准及测试方法是等效采用欧盟（EU）有关防止机动车排放污染大气法律的全部技术内容，或部分技术内容。因此我国的汽车排放标准将来是与欧洲汽车排放标准接规。我国实施现行排放标准将分为两个阶段：第一阶段从2000年至2004年实施的限值相当于欧洲1993年10月实施的ECE/MVEG-1号法规的控制水平；第二阶段从2004年至2007年实施的限值相当于欧洲1996年10月实施的ECE/MVEG-2号法规的控制水平；我国将于2007年起实施相当于欧洲2000年10月实施的ECE/MVEG-3号法规的控制水平；到2010年起实施ECE/MVEG-4号法规的控制水平。3、我国汽车动态排污量现状研究根据TJT026.1-1999《公路隧道通风照明设计规范》要求，汽车排放因子中CO和VI排放量是确定通风量的主要依据。其中：基准排放量、海拔高度系数、纵坡-车速系数是影响汽车动态排污的主要参数。研究汽车排放因子的排放量通常采用单车路试和台架试验法、隧道内实测法。主要结论如下：1）基准排放量：CO基准排放量为0.007m3/km.veh；柴油车烟雾排放量可以选取2.0。2）汽油车CO排放量和柴油车自由加速烟雾排放量平均海拔高度修正系数车型排放物海拔高度（m）400600800100012001400160018002000汽油CO1.0001.1421.2841.4261.5681.7101.8521.9942.136柴油VI1.0001.0641.1281.1921.2561.3201.3841.4481.5123）道路纵坡—车速影响修正系数汽油车道路纵坡—车速影响修正系数i（%）v（km/h）-2.75-2.36-1.6701.672.362.75700.860.880.9111.091.121.14600.820.860.8911.111.141.18500.780.850.8811.121.151.22400.580.600.6211.381.401.424、技术进步因子的分析我国执行汽车排放法规的时间和欧洲排放法规1、2、3号的限值，一氧化碳和颗粒物下降幅度见表。一氧化碳的下降幅度值年限200120042007国标限值（CO）2.72g/km2.2g/km1.0g/km降低比例（%）100%（基准）降低20%降低63%颗粒物的下降幅度值年限200120042007国标限值（颗粒物）0.14g/km（一类车）0.08g/km（一类车）0.08g/km（全部车）降低比例（%）100%（基准）降低43%降低43%目前我国公路隧道营运通风规范还没有对NOX浓度计算作出规定。4、特长公路隧道污染物浓度设计限值国际上确定公路隧道内污染物浓度的限值主要是从人在隧道内的健康和隧道营运安全考虑的。1）公路隧道的分类过人隧道为允许人员在隧道内徒步巡查，检修和通过隧道。非过人隧道为除了偶然有专业维修人员在隧道内作业外，不允许任何人员在隧道内下车活动。2）公路隧道污染物设计浓度限值国际常设道路协会(PIARC)对公路隧道内污染物浓度限值。PIARC公路隧道推荐CO浓度值推荐时间正常车流阻塞车流1971年150ppm250ppm(15min)1991年100-150ppm150-200ppmPIARC柴油烟雾推荐限值交通类型烟雾设计浓度K限（1/m）行车速度:Vmax=60-80(km/h)Vmax=100(km/h)阻塞交通关闭隧道（交通管制）隧道维修0.005-0.0070.0050.007-0.0090.012≤0.003PIARC同时指出，当隧道海拨高度超过1500m，必须对CO限值作相应的修正。美国环保局给出一组低海拨高度（1500m）和高海拨高度（3600m）不同暴露时间CO浓度限值.公路隧道内CO浓度限值暴露时间（min）高度1500m（ppm）3660m（ppm）15304560125654535140705035我国《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）对设计浓度提出的采用限值。JTJ026.1-1999CO设计浓度隧道长度（m）≤1000≥3000隧道类型（正常运行）全横向通风与半横向通风方式250ppm200ppm纵向通风方式250+50ppm200+50ppm交通阻滞300ppm经历时间不超过20minJTJ026.1-1999烟雾设计浓度K行车速度(km/h）100806040备注K(m-1)钠灯光源0.00650.00750.00750.0090荧光灯光源烟雾设计浓度应提高一级3）秦岭终南山隧道CO设计标准限值确定汽车排放的空气污染物主要有CO、NOX、HC、CO2和颗粒物（烟雾）等。对人体健康和行为的影响各不相同。其中CO是对人体健康和人的反应能力影响最突出的。CO容易和人体血液中血红蛋白生成一氧化碳血红蛋白（简写CoHb），降低了人体血液中的氧气和输氧能力，引起视力、听力下降、头痛、眩晕、动作迟动、痉挛等症状，甚至导致死亡。推荐秦岭终南山公路隧道不同车速CO浓度设计限值正常营运条件通过车速（km/h）505560708090经历时间（nim）21.6019.6418.0015.4313.5212.00允许CO浓度（ppm）8493101117133150阻塞情况（极端）通过车速（km/h）10(JTJ026.1-1999)17-18(日本)经历时间（nim）108.02461.728允许CO浓度20ppm32ppm上述推荐值是根据CO浓度矩形分布条件下计算的结果，而纵向通风隧道CO浓度为三角形分布。按浓度分布面积等值效果推断，最大的浓度值应为推荐值的2倍。5、交通流量对需风量的影响1）汽油车与柴油车比例的影响。降低汽油车CO排放量显著于降低柴油车VI的排放量；大型柴油车数量增多也反映出汽车产业规划。所以出现以稀释VI的需风量作为设计值。2）近、远期交通量的影响。在可预见的技术进步期间内，隧道远期需风量大于近期需风量。远期需风量常决定特长隧道通风系统的土建规划。必要时按隧道通行能力计算远期需风量。6、需风量计算按《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）进行运营通风需风量计算时，隧道通风主要对一氧化碳（CO）、烟雾（VI）和异味进行稀释。确定需风量时，分别对计算行车速度以下工况车速进行计算，并考虑交通阻滞状态需风量，取其较大者作为设计风量。秦岭终南山隧道各方案需风量计算结果隧道方案A1K方案A2K方案AK方案上行线6501192.461541.30下行线695.53768.51051.11二、方案通风计算按一元流理论计算，并对气体作以下基本假定：a)不可压缩。风机造成的风流静压变化；风流流速的变化；井筒深度的变化，造成的静压、动压对风流压缩性的影响都很小，不会明显影响计算结果的精度，故可将隧道内的空气假定为不可压缩体。b)恒定流。隧道通风过程中，任一坐标点的机械风、交通风、自然风的风压、流速是随时间变化的，为计算简便将其视为不随时间变化、只是空间坐标的函数。c)连续介质。隧道内流动的气体被认为流入和流出任意的脱离体的质量不变。如当气体的温度变化不大时，其密度为常量，则隧道断面的流量不变。1、A1K方案通风半横向通风方案全横向通风方案分段纵向通风方案2、AK方案计算二竖井分段纵向通风方案三竖井分段纵向通风方案2、各方案计算结论1）A1K方案的通风方式比较全横向通风方式所需电机功率较大，但车道风速符合规范要求,所以全横向通风方式是可行的通风方式；半横向通风方式所需电机功率较低，土建量相对也较少，是经济的，但车道内风速已超过规范要求值，不适用于本隧道方案或更长的隧道方案；分段纵向通风方式所需电机功率较高，是不经济的，但车道内风速符合规范规定。比较项目半横向全横向平洞送风分段纵向分期同期分期同期分期同期分期同期比较目标功率806550845369921598408566683642243134风速10.612.4008.59.98.984.87车道断面5656565670707070长度1110522250111052225011105222501110522250竖井断面24242424002424长度76376376376300763763送排风道断面14147734.7234.7200长度1050216021004320111051110500连通风道断面151515159.59.51515长度1050216010502160630126010502160主要比较参数2）A2K方案的通风方式比较半横向通风方式虽然所需电机功率最低，但车道内风速已严重超出规范允许值，所以不能采用；全横向通风方式需电机功率最高，是不经济的通风方式；分段通风方式需电机功率居中，车道内风速符合规范要求，且通风所需土建量最少。比较项目半横向全横向分段纵向分期同期分期同期分期同期比较目标功率1800379091145828993526456.2168833风速13.3614.76008.16.47车道断面565656567070长度131752635013175263501317526350竖井断面28.2728.2728.2728.2728.2728.27长度142714271427142714271427送排风道断面14147700长度1317526350263505270000连通风道断面16.1716.1716.1716.1716.1716.17长度69013801380276013802760主要比较参数3）AK方案的通风方式比较3竖井分段纵向通风较2竖井分段纵向通风有较大的优势。首先，所需电机功率少进一半；其次，车道内风速满足规范要求；再者，通风土建量也少的多。比较项目2竖井分段纵向3竖井分段纵向分期同期分期同期比较目标功率64574921143176750892风速10.097.768.16.26车道断面70707070长度1802036040