Система ОВК для туннельных сооружений

E.L. Lizardos, член Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE)

На каждой ветке туннеля имеется по две кабины, всего в туннелях установлены десять кабин: четыре в Голландском туннеле, состоящем из двух веток, и шесть – в туннеле Линкольна, имеющем три ветки.

Каждая ветка туннеля имеет следующую поперечную конфигурацию:

• Средний ярус: на нем располагаются постройки и автомобильная магистраль.

• Нижний ярус: через него подается весь наружный воздух для вентиляции среднего яруса.

• Верхний ярус: из него осуществляется вытяжка выхлопных автомобильных газов, образующихся в среднем ярусе.

Было решено вместо модернизации существующих кабин провести их полную замену. При этом принималось во внимание, что новые кабины позволят повысить качество воздуха для персонала каждой кабины и улучшить обзор.

Рисунок 1 (подробнее)   Схема специально разработанной, избыточной, двойной установки кондиционирования воздуха для кабин персонала, обслуживающего туннель Линкольна и Голландский туннель

Задачи, стоявшие перед разработчиками проекта, и пути их реализации

Разработчикам проекта необходимо было удовлетворить все требования, которые предъявляли власти к состоянию туннельных сооружений.

Первой задачей, требующей решения, была задача транспортировки персонала к кабинам при минимальном контакте с воздухом туннеля.

• Для транспортировки персонала к кабинам был выпущен электромобиль, работающий от аккумулятора. Этот электромобиль должен передвигаться к кабинам вдоль направляющего рельса в туннеле. Как только электромобиль подъезжает ко входу в кабину, он проталкивается в дверь (двери раскрываются в обе стороны) и въезжает в кабину. Служащий выходит из электромобиля в закрытую кабину, а электромобиль продолжает свой путь к следующей кабине, где он также проталкивается через дверь уже на другом конце туннеля. Чтобы электромобиль мог проехать, сиденье вбирается в стену, затем опускается, и служащий может сидеть и наблюдать за движением в туннеле, а также его могут видеть проезжающие водители.

• Другой задачей была разработка вентиляционной системы для обслуживания кабины. Единственным местом, где могла быть размещена система вентиляции, было пространство в верхней части кабины, которая была изогнута для того, чтобы полностью вписаться в нестандартный свод туннеля. Для решения этой задачи разработчикам необходимо было создать особую систему ОВК. Система кондиционирования воздуха для кабин основана на 100-процентной подаче наружного воздуха при кратности воздухообмена более 100 и при использовании эксфильтрации (утечки приточного воздуха через щели вокруг дверей и другие отверстия в кабине). Такая система обеспечивает положительное давление в кабине, при этом угарный газ (его концентрация постоянно отслеживается датчиками системы контроля параметров воздушной среды в туннеле), источником которого являются проезжающие машины, не может проникнуть в кабину.

Эта система со 100-процентной подачей наружного воздуха обеспечивает его очистку с эффективностью 95 %. Она способна охлаждать воздух до 10 °С при температуре окружающего воздуха 38 °С. И наоборот, при температуре окружающего воздуха –18 °С система может нагревать воздух в кабине до 27 °С. При возникновении неисправности в основном блоке системы 100-процентной подачи наружного воздуха ее дополнительный блок обеспечивает непрерывную подачу воздуха и предотвращает инфильтрацию угарных газов. При поломке основного блока кондиционирования воздуха во время его ремонта продолжает работать дополнительный блок. Оба блока системы кондиционирования располагаются на потолке кабины. Эти кабины специально спроектированы таким образом, чтобы они вписывались в контуры туннеля, в результате чего в них образуется небольшое пространство с дугообразным потолком, подходящее для размещения оборудования системы кондиционирования. Она была специально спроектирована так, чтобы точно соответствовать размерам этого пространства, и чтобы оставалось достаточно места для технического обслуживания и возможности замены неисправного блока без остановки работающего дополнительного блока. Расположенная на потолке система распределения приточного воздуха с автоматическими отделяющими заслонками с приводом от электродвигателей обеспечивает подачу воздуха в кабину любым из блоков.

Блоки системы кондиционирования монтируются в отдельных кожухах перед отгрузкой с завода. Каждый из блоков имеет такие компоненты:

– вентилятор приточного воздуха;

– электронагреватель;

– воздухоохладитель с непосредственным расширением;

– змеевик конденсатора с воздушным охлаждением;

– компрессор холодильной системы;

– предварительный фильтр с эффективностью 30 %;

– последующий фильтр с эффективностью 95 %;

– блок управления электрической нагревательной спирали;

– блок регулирования подачи горячего газа для охлаждения и осушения;

– цифровая панель единого непосредственного управления со всеми реле, контрольными устройствами и т. д., монтируется в кабине с возможностью доступа изнутри кабины;

– встроенный в кабину канал приточного воздуха, проходящий из нижнего яруса туннеля до потолка кабины, за которым расположена система кондиционирования воздуха.

Поскольку электромобиль проходит через каждую кабину, сиденья в кабинах должны находиться в вертикальном положении и не оказываться на пути движения транспортного средства. Для этого был разработан датчик приближения, реагирующий на небольшой источник света, даюший водителю электромобиля знать, что сиденье поднято, и дорога свободна.

Энергоэффективность

В кабинах устанавливаются традиционные системы со 100-процентной подачей наружного воздуха, в которых используется охлаждение с непосредственным расширением и нагрев при помощи электрокалориферов. В них также применяется утилизация энергии и/или повторный нагрев хладагента конденсатора. Однако, когда был проведен анализ затрат и пространственных ограничений по критерию требования подачи наружного воздуха не менее 424 м³/ч, оказалось, что в отношении энергоэффективности из практических соображений данное решение не может быть реализовано.

Качество внутреннего воздуха

Система ОВК кабин основана на 100-процентной подаче наружного воздуха и обеспечивает более 100 воздухообменов в час при использовании эксфильтрации (с утечкой приточного воздуха через щели вокруг дверей и другие отверстия в кабине). Такая система обеспечивает положительное давление в кабине, при котором угарный газ (концентрация которого постоянно контролируется датчиками системы контроля параметров воздушной среды в туннеле) от проезжающих машин не может проникнуть в кабину. Эта система со 100-процентной подачей наружного воздуха обеспечивает его очистку с эффективностью 95 %.

Рисунок 2. Поперечный разрез туннеля

Новейшие технологические решения

Система ОВК была специально разработана для замены систем оконного типа, применяемых в жилых помещениях, на систему со следующими особенностями:

– условия среды внутри кабины поддерживаются непрерывно и не подвержены влиянию параметров внешней среды;

– система имеет высокую надежность, выражающуюся в наличии резервного блока обработки воздуха;

– возможность ремонта неисправного блока параллельно работе резервного блока;

– система ОВК целиком монтируется внутри кабины, так что она может быть полностью собрана на заводе, поставлена на место и быстро установлена.

Эксплуатация и техническое обслуживание

В каждой кабине имеется по два специально разработанных блока системы ОВК, обеспечивающих 100-процентное резервирование. Благодаря этому, при поломке одного из блоков сразу же запускается другой. Кроме того, для предотвращения простоев, связанных с ожиданием доставки запчастей для ремонта, в каждом туннеле на складе имеются четыре полных комплекта запчастей.

Рисунок 3. Кабина в туннеле

Экономическая эффективность

Этот проект представляет собой экспериментальную разработку туннельных кабин. Кабина целиком производится на заводе и доставляется для установки непосредственно в туннель.

Данная модельная конструкция будет в дальнейшем использоваться во всех существующих и будущих туннелях в штатах Нью-Йорк и Нью-Джерси.

Перепечатано с сокращениями из журнала «ASHRAE».

Перевод с английского Л. И. Баранова.

Научное редактирование выполнено С. Н. Хоревым, главным инженером проекта по специальности отопление и вентиляция.