TÜNEL HAVALANDIRMASINDA TEMEL ESASLAR


TÜNEL HAVALANDIRMASINDA TEMEL ESASLAR

Tünellerin güvenli bir şekilde kullanılabilmesi için uluslararası standartlarda belirtilen şartlara uygun günlük ve acil durum (yangın durumu) havalandırmasını sağlayacak sistemler kurulmalıdır. Bu havalandırma sistemleri, günlük havalandırmada tüneli kullanan araçların zehirli egzoz gazlarının tünel içerisinden uzaklaştırılması için kullanılırken, acil durumda da yangın sebebiyle oluşacak dumanı ve sıcak havanın tahliyesini sağlamaktır. Bu sistem sayesinde yangın durumunda tünel içerisindeki insanlar acil kaçış tüplerine ve tünel dışarısına kaçarlarken insanların zehirli gazdan minimum düzeyde etkilenmesi, görüş mesafelerinin korunması ve paniğe kapılmamaları sağlanmış olur.

Tünel Havalandırma Sistemleri

Tünelin uzunluğuna bağlı olarak bazı tünellerde havalandırma için mekanik sistemler kullanılmamaktadır. Bu tarz sistemler, doğal havalandırma sistemi olarak adlandırılır.

Doğal havalandırmanın kullanılabileceği maksimum tünel uzunlukları ülkeden ülkeye değişiklik göstermektedir. Örneğin, Amerika da bu uzunluk 240 m olarak sınır kabul edilirken, İngiltere de aynı uzunluk 400 m dir. Günlük havalandırmada araçların hareketi (Piston etkisi) ve tünelin giriş-çıkışındaki statik basınç farkı sebebiyle bir hava akışı sağlanmaktadır. Fakat yangın durumunda araçların hareket etmeyeceği ön görülürse, sadece tünel giriş-çıkış statik basınç kaybı, dumanın tünel içerisinden uzaklaştırmada etkili olacaktır. Bu durumda havalandırmanın kontrol dışı olacağı açıkça görülmektedir.

Yangın sebebiyle oluşan duman doğası gereği yükselir ve katmanlaşarak tünel boyunca ilerler. Fakat duman yangın noktasından uzaklaştıkça tünel duvarındaki ısı kaybı sebebiyle duman soğur ve tünel tabanına çökmeye başlar. Bu da insan kaçışına engel olacaktır. Yani doğal havalandırma sistemi kullanmaya sadece tünel uzunluğuna bakarak karar vermek doğru olmayacaktır. Bu sebeplerden dolayı doğal havalandırma sistemi kullanılmaya karar vermeden önce sistem dikkatlice incelenmeli ve ilgili yangın yükü için CFD analizi yapılmalıdır. Eğer sonuçlar insan kaçışına uygun ise uygulanmalı, uygun değil ise mekanik bir sistemden yararlanılmalıdır.

Mekanik havalandırma sistemleri üç ana başlık altında toplanabilir. Bunlar boylamasına, enine ve yarı enine havalandırma sistemleridir.

Boyuna havalandırma da giriş portalı taze hava için kullanırken çıkış portalı da egzoz için kullanılmaktadır. Boyuna havalandırmanın şematik gösterimi Şekil 1 a da gösterilmiştir. Birçok uzun tünelde, havalandırma için başvurulan şaft teşkili, topoğrafya nedeniyle uygulana bilinir bulunmamaktadır. Bu yüzden boyuna havalandırmada tünel boyunca döşenen jet fan sistemi yaygınlaşmaktadır. Ülkelere göre değişmekle birlikte, jet fan sisteminin kullanılabileceği tünel uzunlukları vardır. Bu uzunluklar, tünelin bulunduğu bölgeye, tüneldeki trafik yönüne göre değişiklik göstermektedir. Bu uzunluklar kentsel bölgelerde Fransa için 800 m iken, Almanya için 900 m dir. Kırsal bölgelerde bu sınır uzunluk artmaktadır. Kırsal bölgeler de Fransa da bu uzunluk 4000 m dir. İlerleyen fan teknolojiyle beraber bu uzunluklarda artmaktadır.

Şekil 1: a) Boyuna Havalandırma, b) Enine Havalandırma, c) Yarı Enine Havalandırma

İlgili tünel için jet fan seçimi yapılırken, yapılacak hesaplar sadece yangın durumuna göre yapılmamalıdır. Çünkü tünel boyu uzadıkça, günlük havalandırmada ihtiyaç duyulan itki gücü,  yangın durumunda duyulandan daha fazla olabilmektedir. Yapılan hesaplamalarda ters katmanlaşmayı önlemek için jet fanlar yangın bölgesinde en az belli bir hızı sağlamalılardır. Bu hıza kritik hız denmektedir. Kritik hız havanın yoğunluğu, yangın yükü, tünel kesit alanı eğim gibi birçok parametreye bağlıdır. Yangın bölgesinden geçen havanın hızı en az kritik hıza eşit olduğunda duman hava akış yönünde hareket edecektir. Bu sayede duman kontrol edilebilecektir ve insanlar için güvenli bir kaçış yolu sağlanmış olacaktır.

Burada,

Vc                    Kritik Hız (m/s)

g                      Yer çekimi ivmese (m/s2)

H                     Tünel Kesit Yüksekliği (m)

Qc                    Yangın yükü(gücü) (W)

ρ                      Havanın yoğunluğu

cp                     Havanın sabit basınç altındaki özgül ısı katsayısı (J/kg*˚K)

A                     Tünel kesit Alanı (m2)

Frc                   Kritik Froud Sayısı

Tf                     Yangın Bölgesi Sıcaklığı (˚K)

Jet fan yerleşimi de irdelenmesi gereken başka bir husustur. Jet fan sisteminden etkili bir havalandırma yapılmak isteniyorsa jet fanlar giriş portalından en az 12 hidrolik çap içeriye yerleştirilmelidir.

DH                    Hidrolik Çap (m)

Ac                    Tünel Kesit Alanı (m2)

P                      Islak Çevre Uzunluğu (m)

Ayrıca jet fanlar arasındaki mesafelerde birbirlerini etkileyemeyecek kadar bırakılmalıdır. Bu mesafede jet fanın etki mesafesine ve tünel geometrisine bağlıdır.

Enine havalandırma sisteminde tünel boyunca yerleştirilmiş 2 adet kanal sistemi yer almaktadır. Bunlardan bir tanesi dışarıdan tünele taze hava taşırken diğeri ise kirli havayı dışarıya taşımaktadır. Kanallara hava girişi ve çıkışı tünelin enine doğru olduğu için sistemin adı enine havalandırma olarak geçmektedir. Bu taze ve kirli hava kanalları tünelin tabanına ya da tavanına yerleştirilebilmektedir. Bu sistem çift yönlü trafiğin olduğu tünellerde daha uygundur.

Yarı Enine Havalandırma sistemi boyuna ve enine havalandırma sistemlerinin kombinasyonudur. Bu sistemde taze hava, giriş ve çıkış portallarından doğal olarak sağlanırken, tünel boyunca yerleştirilen kanallarla kirli hava dışarıya atılmaktadır. Ya da tam tersi olarak da çalışabilmektedir.

Araçların emisyon oranlarının düşmesi ve fan teknolojisinin ilerlemesiyle birlikte tünel havalandırma sistemlerine yaklaşım değişmektedir. Eskiden araçların emisyon değerleri sebebiyle tünel havalandırmasında ihtiyaç duyulan taze hava miktarı fazla olduğu için boylamasına havalandırma sistemleri uzun tüneller için uygun olmamaktaydı. Son 20 yılda Avustralya’da yapılan bütün kara yolu tünellerinde olduğu gibi iyi tasarlanmış jet fanlı boylamasına havalandırma sistemleri uzun tüneller için etkili bir şekilde kullanılmaktadır.