Požární větrání Královopolského tunelu v Brně

• Foto

Tunel stoupá od východního Královopolského portálu k západnímu portálu Žabovřesky. Požadavky na větrání byly stanoveny následovně:

• při běžném (standardním) provozu musí větrací systém zabezpečit dostatečný přívod vzduchu k rozředění emisí v tunelu tak, aby nebyla překročena mezní koncentrace a zároveň byla zajištěna dostatečná viditelnost a musí být schopen snížit výnos znečištěného vzduchu z výjezdových portálů Žabovřesky a Královo Pole. 
• v případě vzniku požáru v tunelu musí být zabezpečen odvod kouře tak, aby se snížilo ohrožení lidí uvnitř tunelu při zohlednění možnosti dopravního stavu kongesce, kdy jsou v případě požáru osoby z obou stran ohniska požáru. Současně musí být zabráněno zakouření únikových cest – propojek mezi tunely a nezasažené tunelové trouby.

Kouř je odsáván vzduchotechnickým kanálem pomocí hlavních ventilátorů přes klapky v mezistropu. Podélná rychlost a směr jsou ovládány pomocí proudových ventilátorů.

VZDUCHOTECHNICKÉ VYBAVENÍ TUNELU
4× hlavní ventilátory HV: APH 2500 – AV5/990; Pmot = 500 kW; pTOT = 2 330 Pa; umístěné ve strojovnách TCI a TCII. Dva ventilátory v každé strojovně. Změna odváděného množství je realizována plynulou změnou otáček oběžného kola.

16× Proudové ventilátory PV: APW 1400 – RAV 045-9-35; jsou umístěny v pozicích po čtveřicích v hloubených portálech vždy na vjezdu a výjezdu z tunelu. Plynulé regulace rychlosti proudění je dosahováno změnou otáček pohonu pomocí frekvenčního měniče. Jeden ventilátor z každé čtveřice je vybaven frekvenčním měničem a zbylé 3 jsou vybaveny soft startem.

Uzavírací klapky UK: jsou umístěny v mezistropu tunelu v počtu 14 klapek v každé tunelové troubě. Jsou ovládány dálkově přes řídicí systém. Klapky jsou od sebe vzdáleny 80 – 90 m. V tunelu TI je poslední klapka před výjezdem uzpůsobena ke koncentrovanému odvodu 240 m³/s. Klapky jsou ve výchozí poloze zavřené a otvírají se v závislosti podle požárního scénáře.

NÁVRHOVÝ POŽÁR
Parametry požáru byly voleny dle TP 98 (2004) pro normový požár, který je charakterizován tepelným výkonem 30 MW s produkcí kouře 80 m³/s s dobou náběhu z 0 MW na 30 MW za 10 min (Tabulka B 1-1: Hodnoty pro určení vztlaku při požáru [1]), korespondující s průběhem tepelného výkonu při požáru nákladního vozidla.

POŽADAVKY NA FUNKCI A VÝKON POŽÁRNÍHO VĚTRÁNÍ V MĚSTSKÝCH TUNELECH
U městských tunelů je nutné zvolit způsob odvětrání kouře, který prodlouží čas k evakuaci i osobám za požárem (ve směru podélného proudění vzduchu v tunelu). Toho lze dosáhnout udržováním nízké rychlosti proudění, což lze pouze za cenu snížení úrovně bezpečí pro osoby na straně před požárem, protože při nízkých rychlostech se kouř šíří pod stropem tunelu oběma směry. Při rychlostech podélného proudění v tunelu do 2 m/s, se kouř často šíří u stropu ve vrstvě, jasně oddělené od čistého, nezakouřeného prostoru u vozovky. Režim požárního větrání je proto rozdělen do dvou fází. V první fázi je cílem je vytvořit v zasaženém tunelu co nejoptimálnější podmínky pro stratifikaci po co nejdelší dobu pomocí udržování rychlosti podélného proudění 1,2 m/s. V nezasaženém tunelu je zajištěno proudění ve stejném směru jako v zasaženém tunelu.

Se vzrůstající vzdáleností od požáru, je kouř stropem tunelu stále více ochlazován, až se vlivem ztráty vztlaku začne míchat do čistého vzduchu nasávaného směrem k požáru a následně zakouří celý profil. Tomu je možné zabránit zvýšením rychlosti proudění na tzv. kritickou rychlost ukrit = 2,5 m/s , kterou je třeba udržovat, aby se kouř šířil od požáru pouze jedním směrem.

POSTUP PŘI OPTIMALIZACI ODVODU KOUŘE
Během zaregulování probíhalo i modelování scénářů pomocí FDS s korekcí vstupních parametrů prověřených na skutečné, vybavené stavbě. Prezentované výsledky simulací, byly získány řešením tojrozměrného modelu, pomocí CFD modelování v programu Fire Dynamics Simulator v. 5.5.3 (FDS), který byl vytvořen americkým národním úřadem pro standardizaci – National Institute of Standards and Technology (NIST).

Funkce požárního větrání byla optimalizována podle dvou cílů:

• odvod kouře z tunelové trouby co nejblíž k místu požáru
• omezení délky zakouřené zóny v tunelové troubě

Odvod kouře v 1. fázi – během úniku osob – odvod kouře přes jednu klapku (klapka, u které byl první detekován kouř nebo podle místa detekce liniového teplotního hlásiče nebo z určení polohy pomocí videodetekce). Regulace na požadovanou hodnotu rychlosti proudění v tunelové troubě před požárem u = 1,2 m/s (za požárem u = –1,2 m/s). Odvod jedním ventilátorem v příslušné strojovně (TC I při požáru v T I a TC II při požáru v T II) 130 m³/s. V řídicím systému je výkonu odvodu (130 m³/s) dán konstantním nastavením odpovídajících otáček.

Odvod kouře v 2. fázi – během záchrany – větrání je spuštěno na minimálně kritickou rychlost proudění tunelu před požárem u = 2,5 m/s (za požárem u = –2,5 m/s).

Kouř je odváděn přes 2 klapky. Přes klapku již otevřenou v 1. fázi a druhou klapku otevřenou v 2. fázi (následující klapka ve směru proudění/jízdy), pomocí dvou ventilátorů 1 v TC I a jeden v TC II. Propojení obou vzduchotechnických kanálů mezi tunely T I a T II v místě ražených portálů Žabovřesky, umožňuje využití jednoho hlavního ventilátoru z každé strojovny. Stejně jako v případě ochrany výjezdového portálu tunelu T I, ovšem ventilátory pracují na plné otáčky a odvádí minimálně 270 m³/s po celé délce tunelu. V řídícím systému bude parametr výkonu odvodu (270 m³/s) dán konstantním nastavením maximálních otáček 990 ot./min. Původní obavy z pumpáže se nepotvrdily a ventilátory běží klidně a pravidelně bez nejmenších náznaků nepravidelnosti.

Veškerý kouř je odsáván z úseku o délce 130 m. Odvod dvěma hlavními ventilátory, dvěma klapkami za požárem.

Způsob větrání v nezasažené tunelové troubě: je třeba vytvořit přetlak proti zasažené tunelové troubě a nastavit směr větrání shodný se zasaženou tunelovou troubou –1,0 m/s (v nezasažené troubě proti směru jízdy) aby se zabránilo případnému šíření kouře ze zasaženého tunelu do nezasaženého.

ZDROJE:
[1] TP 98 (2004)
[2] ČSN 73 7507 (2006)
[3] D1001.1 Hlavní větrání (05/2010)
[4] PIARC: Ventilation strategies (2009)

Fire Ventilation of Královopolský Tunnel in Brno
The Královopolský tunnel is located in Brno, in the northern part of city ring VMO (Great City Ring) Dobrovského. The tunnel is 1.2 km long and is designed as one-way with two lanes in each direction. The article deals with venting the smoke during fire in Královopolský tunnel.

Autor

• Zápařka Jiří