KARAYOLLARI TÜNELLERİNDE DOĞAL VE MEKANİK HAVALANDIRMA


KARAYOLLARI TÜNELLERİNDE DOĞAL VE MEKANİK HAVALANDIRMA

Modern çağda ulaşımın yerin altına taşınması, karayolu mesafelerini kısaltmak, daha güvenli hala getirmek ve yer altından maden çıkarılması amaçlarıyla birçok farklı tünel inşa edilmektedir. Bunlar karayolu tünelleri, metro tünelleri, maden tünelleri vs. olabilir. Tüneller kapalı hacimlere sahiptirler. Her kapalı hacim gibi tünellerde de havalandırma ihtiyacı doğmaktadır. Tünellerin kullanım amaçları farklılık göstermesi sebebiyle her tünel tipi için farklı bir hesaplama yöntemi vardır. Fakat havalandırmanın amacı bütün tüneller için günlük ve acil durum havalandırması olmak üzere 2 ana başlıkta toplanabilir.

Yazımıza konu olan kara yolları tünellerinde, tünelden geçen araçlardan yayılan egzoz gazlarının tünel içerisindeki hava kalitesi üzerinde olumsuz etkileri bulunmaktadır. Araçların egzozlarından tünel içerisine atılmış olan CO, NOx gibi egzoz gazlarının seyreltilmesi ve tünel içerisinden uzaklaştırılması günlük havalandırma kapsamında değerlendirilir.

Tünel içerisinde kaza veya farklı bir sebeple oluşacak bir araç yangını durumunda ortaya çıkan sıcak dumanın tünelden tahliye edilmesi ve insan hayatını tehlikeye atmayacak hava koşullarının sağlanması amaçları ile yapılan havalandırmaya ise acil durum havalandırması adı verilir.

Tünel içinde çıkan herhangi bir yangın durumunda bizatihi yangından can kayıpları yaşanmaktadır. Fakat bunun yanında tünelin kapalı hacim olması sebebiyle ortaya çıkan sıcak ve zehirli gazları ihtiva eden dumanın süratli bir şekilde bütün hacme yayılmasından dolayı da can kayıplarıyla karşılaşılmaktadır. Tablo1 ‘de yıllara göre çeşitli tünellerde olmuş yangınlar ve sonucunda meydana gelen zararlar gösterilmektedir. Tablo 1’de tünel içerisindeki havalandırmanın önemi açıkça görülmektedir. 1993 yılından itibaren tünel içerisinde can kayıpları meydana gelmesine sebep olan yangın vaka örnekleri görülmektedir.

Tablo1: Çeşitli Tünel Yangını Örnekleri

Yıl

Tünel

Ülke

Tünel Uzunluğu

Yangın Süresi

Zararlar

İnsan

Araç

1993

Serra Ripoli

İtalya

442 m

150 Dak.

4 ölüm

4 Yaralanma

5 Tır

11 Araç

1994

Huguenot

Güney Afrika

3914 m

60 Dak.

1 Ölüm

28 Yaralanma

1 Otobüs

1995

Pfander

Avustrulya

6719 m

-

3 Ölüm

4 Yaralanma

1 Tır

1 kamyonet

1996

Isola delle Femmine

İtalya

148 m

-

5 Ölüm

20 Yaralanma

1 Tanker

19 Araç

1999

Mont Blanc

Fransa/İtalya

11600 m

-

39 Ölüm

23 Tır

10 Araç

2001

Gleinalm

Avustralya

8320 m

-

5 Ölüm

4 Yaralanma

2007

Melbourne Burnley

Road Tunnel

Avustralya

3400 m

-

3 Ölüm

3 Tır

4 Araç

 

Karayolları tünellerinin havalandırması hem doğal havalandırma hem de tünel havalandırma fanları kullanılması yolu ile mekanik sistemlerle yapılabilir. Bu yöntemlerden hangisinin tercih edileceği çeşitli ülkelerin yayınlamış olduğu standart ve yönergelerde farklılık göstermektedir. Aşağıda belirtilmiş Tablo 2’de muhtelif ülkelerin standartlarında belirtilen gereklilikleri ve tavsiyeleri bulunmaktadır. Temelde tünel uzunluğuna bağlı olarak hangi havalandırmanın uygun olacağı belirtilmiştir. Tablo 2’de görülebileceği gibi, bazı standartlarda tünelin doğal olarak havalandırılabileceği kabulü, tünelin yer aldığı bölge (şehir içi veya şehir dışında olması gibi) ve tünelin eğimi etmenleri göz önünde bulundurularak farklı tünel uzunluklara göre yapılmaktadır. Belirtilen bu farklı değerler edilen tecrübeler sonucu ortaya çıkmış değerlerdir. İlgili hesaplamalar yapılarak doğal veya mekanik havalandırmanın gerekli olduğuna karar verilmelidir.

Tablo2:  Farklı Standartlarda Tünel Havalandırma Gerekliliği

Standart

Havalandırma Gerekliliği

France / Circ2000-63A2

Şehir içinde 300 m ve şehir dışında 500m’den kısa tünellerde yapılmaktadır.

Germany / RABT

600 m’den daha kısa tünellerde doğal havalandırma yapılabilir.

UK / BD 78/99

300m uzunluğa kadar, piston etkisinin yeterli havalandırma yapacağı öngörülmektedir.

Netherlands / NL-Safe

250m den kısa tünellerde doğal havalandırma yapılabilmektedir.

 

Karayolları tünellerinde mekanik havalandırma farklı yöntemlerle yapılabilmektedir. Mekanik havalandırma yöntemlerini boyuna havalandırma, yarı enine havalandırma ve enine havalandırma olmak üzere 3 ana grupta toplayabiliriz.

Boyuna havalandırma

Boyuna havalandırma tünel boyunca üniform bir akış sağlanması yolu ile gerçekleştirilen bir havalandırma yöntemidir. Özellikle tek yönlü tünellerde daha etkin olmaktadır. Boyuna havalandırma kendi içinde dört farklı şekilde uygulanabilmektedir.

  • Şekil 1’de görüldüğü üzere tünelin bir ucundan şaftlar vasıtasıyla tünel içerisine taze hava enjekte edilmesi metoduna göre havalandırılması.

  • Şekil 2’de görüldüğü üzere tünel ortasından bir şaft vasıtasıyla duman tahliyesi metoduna göre havalandırılması.

  • Şekil 3’de görüldüğü üzere tünel boyunca yerleştirilmiş jet fanlar kullanılması metoduna göre havalandırılması.

  • Şekil 4’de görüldüğü üzere taze hava şaftı vasıtasıyla tünelin bir bölgesine taze hava basılıp tünelin bir girişinden egzoz yapılması ve tünelin diğer bölgesinden egzoz şaftı vasıtasıyla tahliye yapılıp tünelin bir girişinden taze hava temin edilmesiyle metoduna göre havalandırılması.

Yarı Enine Havalandırma

Yarı enine havalandırma, taze hava şaftı veya duman egzoz şaftı ile tasarlanabilir. Bu sistemde fanlar vasıtasıyla tünele taze hava verilmesi veya duman egzozu yapılması tünel boyunca homojen olarak yapılmaktadır.

  • Şekil 5.a ve Şekil 5.b’de görüldüğü üzere taze hava şaftına bağlanmış kanal vasıtasıyla belli aralıklarla tünelin içine taze hava verilip tünel giriş çıkışlarından duman tahliye edilmesi metoduna göre havalandırma yapılması.

  • Şekil 6’de görüldüğü üzere duman egzoz şaftına bağlanmış kanal vasıtasıyla tünel içinde belli aralıklarla duman tahliye yapılması ve tünel giriş çıkışlarından taze hava temin edilmesi metoduna göre havalandırma yapılması.

  • Şekil 7’de görüldüğü üzere tünelin bir bölümünde tünel ağzından taze hava alınıp egzoz şaftına bağlı kanallar vasıtasıyla duman tahliye yapılması, diğer bölümünde taze hava şaftına bağlı kanallar vasıtasıyla taze hava verilmesi ile tünelin diğer ağzından duman tahliye edilmesi metoduna göre havalandırma yapılması.

Enine Havalandırma:

Bu sistemde hem taze hava şaftı hem de egzoz şaftı bulunmaktadır. Tünel boyunca taze hava kanalı vasıtasıyla tünele taze hava verilirken, egzoz kanallı vasıtasıyla tünel içinde duman tahliye edilmektedir. Böylece tünel boyunca homojen basınç dağılımı sağlanmış olup piston etkisi dışında tünelde boylamasına hava akışı gerçekleşmez.

Belirtilen mekanik havalandırma sistemleri daha önce üzerinde durulduğu gibi günlük ve acil durum havalandırması amacıyla hizmet etmektedir. Mekanik havalandırma kapasiteleri belirlenirken 2 ana amaç içinde hesaplamalar yapılmaktadır. Yapılan hesaplamalar sonucunda büyük olan kapasiteye göre seçim yapılmaktadır.

Günlük havalandırma hesapları yapılırken tünelin geometrik özelliklerinin ( şerit sayısı, kesit alanı, yükseklik, uzunluk, eğim)   yanında tünelden gün içerisinde geçen araçların sayısı, tipi, yaktığı yakıt türü, araçların tünel içerisinde izin verilen maksimum hızı gibi birçok parametre önem kazanmaktadır. Araçların farklı durumlar için ürettiği egzoz gazları olan CO, NOx ve PM gazlarının g/h değerlerine PIARC “Road Tunnels:Vehicle Emissions and Air Demand for Ventilation” den ulaşılabilir.

Acil durum havalandırması yaparken öncelikle tünel içerisinde oluşabilecek yangının büyüklüğüne karar verilmelidir. Hesaplamalar üzerinde en büyük etkiye sahip değerlerden biri yangın yüküdür. Tablo 3’te farklı araç tiplerinin yanması sonucu ortaya çıkacak yangın yükleri MW birimde belirtilmiştir.

Tablo3: Taşıt Cinslerine Göre Yangın Yükleri

Taşıt Cinsi

Adet

Yangın Yükü

Binek Araç

1

2,5 MW

Binek Araç (Büyük)

1

5 MW

Binek Araç

2-3

8 MW

Kamyonet

1

15 MW

Otobüs

1

20 MW

Yanıcı Madde Yüklü Kamyon

1

20-30 MW

 

Belirlenen yangın yükü, tünel geometri özellikleri, hava koşul değerleri vb. değerleri kullanılarak bir kritik hız hesabı yapılmaktadır. Kritik hızın belirlenmesinin amacı, tünel içerisinde yangın çıkması durumunda dumanın hava akış yönün tersine hareket etmesinin (Geri katmanlaşmanın) engellenmek istenmesidir. Tünel kesitindeki hız ve kritik hızın karşılaştırılmasına göre oluşan duman hareketi Şekil 9’da belirtilmiştir. Şekil 9’da görüldüğü üzere tünel kesit hızının kritik hızdan küçük olması durumunda geri katmanlaşma görülmektedir. Bu istenmeyen bir durumdur.

 

Şekil 9: Kritik Hız –Tünel Akış Hızı İlişiği

Belirlenen kritik hız kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucu ihtiyaç duyulan mekanik fan kapasiteleri hesaplanmaktadır.

Tünel mekanik hesaplamaları yapılırken birçok varsayım yapılmaktadır. Yapılan varsayımların doğruya yakın olması yapılan mekanik hesabın doğruya yaklaşmasını sağlayacaktır.

Kaynakçalar:

1-Piarc, “Fire and Smoke In Road Tunnels”, Piarc Technical Committee C5 Road Tunnel,1999

2-Piarc, “Road Tunnels: Vehıcle Emıssıons And Aır Demand For Ventılatıon Pıarc Technical Committee C4 Road Tunnels Operation,2012

3-Thematic Network Fire in Tunnels, Technical report Part 2 ‘Fire Safe Design – Road Tunnels’

4- Aironn İklimlendirme Sistemleri San. ve Taahhüt A.Ş. Şirket İçi Dökümanları

5-Handbook of Smoke Control Engineering

6-2007 Ashrae Handbook SI Edition