隧道通风计算书

隧道通风计算书

一、基本资料

公路等级：二级公路

车道数及交通条件：双车道，双向交通 设计行车速度：V=60km/h=16.67m/s 隧道长度：3900m 隧道纵坡：1.1%

平均海拔高度：1352.56m ，（入口：1331.13m ，出口：1374.03m ） 通风断面积：Ar=59.155m2

隧道断面当量直径：Dr=7.871m（计算方法为D r =设计气温：T=297k（22℃） 设计气压：p=85.425kpa 空气参数：容重γ=1.52×10−5m 2/s

11.77KN m 4×Ar 断面净空周长

）

,密度ρ0=

1.20kg m ，运动粘滞系数v =

二、交通量预测及组成（交通量预测10年） 大型车辆：280辆柴油车 小型车辆：1850辆汽油车 大型车比例：r=13.15% 上下行比例：1:1

设计交通量：N=280×2＋1850＝2410 辆/h 三、需风量计算

L ×N=3900×2410=9.399×10＞2×10 m ●辆/h（使用错误，查

6

6

规范P22 式4.1.1-1双向交通应为6×105m ∗veh/h ，单向交通为2×106m ∗veh/h）, 故需采用机械式通风方式。

设计CO 浓度：非阻滞状态 250ppm ，阻滞状态：300ppm （使用错误。查规范P34 交通阻滞时，CO 设计浓度δCO =150cm 3 m 3 ，正常交通时，δCO =100cm 3 m 3） 设计烟雾浓度：K=0.0075m-1（使用错误，查P31 表5.2.1-1使用钠光源时，k =0.0070m −1） 四、计算CO 排放量

计算公式Q CO = n m=1(N×f m )

式中q CO =0.01m 3/辆km （新规定，P42,6.3.1正常交通CO 基准排放量0.007m 3/(veh∗km) , 交通阻滞0.015m 3/(veh∗km) ）, f a =1.1, fh =1.52, 各种车型的f m =1.0，f iv 和 f d 根据相应的工况车速查表确定（P43）

1. 工况车速V =60km/h 时，f iv =1.0，f d =1.0

Q CO =

13.6×1013.6×10×q CO ×f a ×f h ×f d ×f iv ×L ×

×0.01×1.1×1.52×1.0×1.0×3900×

280×1+1850×1 =0.0386m/s3

2. 工况车速V =40km/h 时，f iv =1.0，f d =1.5

Q CO =

13.6×10×0.01×1.1×1.52×1.0×1.5×3900×

280×1+1850×1 =0.0579m/s3

3. 工况车速V =20km/h 时，上坡 f iv =1.0，下坡f iv =0.8

f d =3.0

Q CO =

12

13.6×10×0.01×1.1×1.52×3.0×3900×[1.0×

12

× 280+1850 +0.8××(280+1850)]=0.1042m/s3

4. 交通阻滞时V =10km/h 时，f iv =0.8，f d =6.0，L =1000

Q CO =

13.6×10×0.01×1.1×1.52×0.8×6.0×1000×

280×1+1850×1 =0.0475m/s3 五、按稀释CO 计算需风量（P43） 计算公式Q req CO =

Q CO δ

×

p 0p

×

T T 0

×106

其中p 0为标准大气压，取101.325kpa P 为隧址设计气压，p =p 0×exp ⁡(− T 0为标准气温273k T 为隧道设计夏季气温295k

1. 非交通阻滞状态时，CO 设计浓度δ=250ppm （查规范P34 交通阻滞时，CO 设计浓度δCO =150cm 3 m 3 ，正常交通时，δCO =100cm 3 m 3），v =20km/h 时，CO 排放量最大，Q CO =0.1042m 3/s

此时需风量为 Q req CO =534.218m 3/s

2. 交通阻滞状态时，CO 设计浓度δ=300ppm 时，Q CO =0.0475m 3/s

此时需风量为 Q req CO =202.937m 3/s

0.04753000.1042250

h 29.28T

) kpa

×

101.32585.425

×

295273

×106=

×

101.32585.425

×

295273

×106=

比较之后，CO 在v =20km/h时，稀释的需风量为534.218m 3/s 六、计算烟雾排放量

计算公式Q v1=

13.6×10×q v1×f av 1×f hv 1×f d ×

f ivv 1×L × nD m=1(Nm ×f m(v1))

式中隧道烟尘排放量Q VI ，单位m 2/s,q v1=2.5m 3/辆km （P39 6.2.1粉尘基准排放量取2.0m 2/(veh∗km) ）, 烟尘车况系数（P40）f av 1=1.2, 烟尘海拔高度系数 fhv 1=1.28， 柴油车车型系数f m(v1)=1.5, Nm =280辆，烟尘纵坡-车速系数f iv （v1）和车密度系数 f d 根据相应的工况车速查表（P40表6.2.2-2）确定（P39 6.1.4确定需风量，按照设计速度以下各工况车速10km/h为一档分别计算）

1. 工况车速V =60km/h 时，f d =1.0，上坡f iv （v1）=1.6，下坡f iv （v1）=0.71

Q CO =

13.6×10×2.5×1.2×1.28×1.0× 1.6+0.71 ×

3900×1.5×280=2.018m 2/s

2. 工况车速V =40km/h 时，f d =1.5，上坡

f iv （v1）=1.17，下坡f iv （v1）=0.67

Q CO =

13.6×10×2.5×1.2×1.28×1.5× 1.17+

0.67 ×3900×1.5×280=2.411m 2/s

3. 工况车速V =20km/h 时，f d =3.0，上坡f iv （v1）=0.75，下坡f iv （v1）=0.48

Q CO =

13.6×10×2.5×1.2×1.28×3.0× 0.75+

0.48 ×3900×1.5×280=3.224m 2/s

4. 交通阻滞（V =10km/h） 时，f d =6.0，上坡f iv （v1）=0.75，下坡f iv （v1）=0.48

Q CO =

13.6×106

×2.5×1.2×1.28×6.0× 0.75+

0.48 ×3900×1.5×280=1.653m 2/s 七、按稀释烟雾计算需风量 计算公式Q req (v1)=

Q v 1K

工况车速V =20km/h 时，烟雾排放量最大Q v1=3.224m 3/s 按照稀释烟雾计算的烟雾量Q req (v1)=429.867m 3/s

八、稀释空气中异味需风量（P46）

根据《隧道通风照明设计规范》（隧道通风设计细则）中规定：“隧道内不间断换气频率，不少于每小时5次”(新规定。查P36 5.4.1隧道空间最小换气频率不应低于每小时3次，采用纵向通风隧道，隧道换气风速不小于1.5m/s) 。得到Q reg =

nL A r 3600

Q v 1K

=

3.2240.0075

=

=

5×3900×59.155

3600

=320.423m 3/s n 隧道最小换

气频率取3 九、火灾排烟（P104）

1、 采用纵向排烟的公路隧道，火灾排烟需风量

Q req （f ）=A r ×V c

V c 隧道火灾临界风速m/s,(P105)

Q req （f ）=A r ×V c =59.155×2.5=147.8875m 3 s

综合比较以上三种需风量，以V =20km/h的工况速度下稀释CO 的需风量最大，因此设计需风量为Q reg =534.218 m 3/s

若采用射流风机纵向式通风方式，隧道内风速V r =Q reg A =534.218 59.155=9.03m s 。不符合《隧道通风照明设计规范》中“双向交通隧道内风速不大于8m/s”(P27 4.2.1单向交通隧道设计风速不宜大于10.0m/s,双向交通隧道不大于8m/s)的规定，因此决定采用竖井集中排风式纵向通风方式。

设计风压计算

一、 设计参数

假设风的风向为从左到右，自然风风速V n =2.5m s 竖井尺寸：直径5.0m 通风面积：19.625m 2 高度：217.5m 常用阻力系数（P48）

二、 竖井左侧风压计算（左侧区段隧道长度L 1=1950m ）

P50

左侧区段需风量Q rl =534.218×左

侧

区

段

隧

19503900

=267.109m 3/s

内

风

速

道

V rl =Q rl A rl =267.109 59.155=4.52m s

通风阻抗力ΔP rl = 1+ζe +λr × 0.6+0.02×

19507.871

L 1D r

2

××v r =

2ρ

4.5222

×=68.093Pa

L 1D r

自然风阻力ΔP ml = 1+ζe +λr × 1+0.5+0.02×

19507.871

×V n 2=

2

ρ

×

1.22

×22=15.73Pa

ΔP ml 隧道内自然风阻力，单位是N/m2，ζe =0.5隧道入口局部阻力系数，λr =0.02隧道壁面摩擦力系数，D r =

4×Ar C r

隧道段

面当量直径（m ），V n =2m/s自然风引起的隧道内风速（P49）自然风的风向决定了是否为动力风，因此自然风阻力为矢量值有+-，符号表示风力的方向。

上下行比例1:1，交通风压力公式为 ΔP t1=−

A m A r

××4n +×v ×v rl

2

ρ

式中汽车等效阻抗力面积A m = 1−r 1 ×A cs ×εcs +r 1×A C1×εc1 ，r 1=13.15% ，小型车正面投影面积A cs =2.13m 2，εcs =0.5 ，大型车正面投影面积A C1=5.37m 2 ，εc1=1.0 。

Am = 1−0.1315 ×2.13×0.5+0.01315×5.37×1.0

=1.771m 2

V =20km/h=5.56m/s 时，n +=交通风压力为ΔP t1=−4.52=−1601.383Pa

因此，左侧区段竖井底部压力为ΔP 01=ΔP r1−ΔP m1−ΔP t1=3.333V r12+354.288V r1−24.581=68.093−24.581− −1601.383 =1644.895Pa

竖井右侧风压计算（右侧区段隧道长度L 2=1950m ） 因为L 2=L 1=1950m 因此

右侧区段需风量Q r2=Q rl =267.109m 3/s 右侧区段隧道内风速V r2=V rl =4.52m s

右侧区段隧道内通风抗阻力ΔP r2=ΔP rl =68.093Pa 右侧区段隧道内交通风压力ΔP t2=ΔP t1=−1601.383Pa 右侧区段隧道内自然风阻力自然风阻力ΔP m2=ΔP ml =−24.581Pa

因此，右侧区段竖井底部压力为ΔP 02=ΔP r2−ΔP m2−ΔP t2=3.333V r22+354.288V r2+24.581=68.093− −24.581 − −1601.383 =1694.057Pa

三、 竖井吸出风量

为保证所需通风量，竖井底压力需取左右两侧区段中绝对值较大者。因此取ΔP 0=ΔP 02=1694.057Pa ，左侧风速按照

1.77159.155

L 1×NV 1×2

1×1.2

2

1950×24102000m/h×2

=

=118辆，

××4×118×5.56×

ΔP 0=1694.057Pa ，计算

3.333V r12+354.288V r1−24.581=1694.05V r1=4.648m/s

竖井通风量Q S =A r v r1+v r2 =59.155× 4.648+4.52 =542.333m 3 s 竖井内风速V s =

Q S A S

542.33319.625

, 得

==27.635m/s

四、 竖井集中排风式通风所需风压

ΔP =(ΔP 0+ΔP s ) ×1.1

其中竖井底部压力ΔP 0=1694.057Pa

竖井损失压力ΔP s = 1+εs +λs × ××v S =

D

2

L

ρ

1+0.31+0.022×

217.55

×

1.22

×27.635=1038.776Pa

因此，通风所需风压值为

ΔP =(ΔP 0+ΔP s ) ×1.1= 1694.057+1038.776 ×1.1

=3006.116Pa

选择轴功率为20000KW （取大了）的风机作为风道内抽风机。（抽风机的选择） 射流风机：同一断面布置1-2台 轴流风机：全压输出功率的计算S th =

Q a ×Ptot 1000

×(

273+t0273+t1

) ×

P 1P 0

式中S th 轴流风机全压输出功率（KW ） Q a 轴流风机的风量（m 3 s ） P tot 轴流风机的设计全压（N/m 2） t 0标准温度，取20℃

t 1风机环境温度（℃） P 1风机环境大气压（N/m 2） P 0标准大气压（N/m 2） 风机全压输入功率S kw =

S ηf

其中ηf 为风机的全压效率，80% 轴流风机所需配用电机输入功率M 1=

S ηm

×k 1

ηm 电机效率90%-95% ， k 1电机容量安全系数，1.05-1.10