МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР
ГЛАВНИИПРОЕКТ
ВСЕСОЮЗНЫЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА
ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ
«ТЕПЛОЭЛЕКТРОПРОЕКТ»
РУКОВОДЯЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
ПРАВИЛА
проектирования вентиляции кабельных
тоннелей РТМ 34-254-75
РД 34.21.123
1.1. Основными вредностями в кабельных тоннелях являются тепловыделения от кабелей. В случае пожара - вредностями являются продукты горения и распыляемые пожаротушащие вещества.
1.2. Кабельные тоннели по условиям пожаробезопасности секционируются на отсеки при помощи перегородок с расстоянием между ними в пределах до 150 м.
1.3. Во всех приточных и вытяжных камерах должны устанавливаться противопожарные клапаны, снабженные конечными выключателями, предназначенными для аварийного их закрывания в случае возникновения пожара.
Извещатели пожара, устанавливаемые в проходных и полупроходных кабельных тоннелях, должны давать импульс на включение электромагнитов противопожарных клапанов и на выключатели вентиляторов.
После погашения пожара в кабельном тоннеле, вручную включается вентилятор и открываются противопожарные клапаны в приточной и вытяжной камерах.
1.4. Максимальная температура воздуха в кабельных тоннелях не должна превышать 40 °С. Минимальная температура, а также относительная влажность воздуха в тоннелях не регламентируются.
1.5. В кабельных подземных тоннелях, прокладываемых вне главного здания, поглощение теплоизбытков и обеспечение максимально допустимой температуры воздуха в тоннеле (не выше 40 °С) следует осуществлять за счет потерь тепла ограждающими конструкциями в грунт, а также за счет приточно-вытяжной системы вентиляции с естественным или механическим побуждением. При условии, когда тепловыделения кабелей полностью компенсируются теплопотерями ограничений в грунт, вентиляцию тоннелей предусматривать не следует.
Необходимость устройства вентиляции с механическим побуждением устанавливается теплотехническим и аэродинамическим расчетом.
1.6. Теплопотери ограждениями в грунт тоннелей, прокладываемых в помещении главного корпуса в тепловом балансе тоннеля учитывать не следует.
1.7. При вентиляции с механическим побуждением вентиляторный агрегат можно размещать как в приточной, так и в вытяжной камере. Но в целях экономии электроэнергии, а также для создания более благоприятного теплового режима работы электродвигателя (при размещении вентагрегата в приточной камере электродвигатель омывается воздухом с более низкой температурой), вентиляторный агрегат, при прочих равных условиях, предпочтительнее располагать в приточной камере.
1.8. В целях обеспечения возможности работы вентиляционной системы с механическим побуждением в режиме естественного побуждения, разность между высотой вытяжной и приточной решетками должна быть не менее 3 м.
Высота от поверхности земли до низа приточной решетки должны быть не менее 1 м.
1.9. Осевые вентиляторы механической системы вентиляции должны быть сблокированы с датчиками температуры, устанавливаемыми в отсеке (вблизи вытяжной камеры). Вентилятор автоматически отключается при понижении температуры воздуха в тоннеле ниже минимальной, установленной для данного климатического района.
Эта температура для каждого климатического района приводится в табл. 3 (графа 5).
При повышении температуры воздуха в тоннеле на 5 °С выше минимальной, вентилятор автоматически вновь включается в работу. При отключении вентагрегата вентиляция тоннеля должна осуществляться естественным путем.
2.1. В целях уменьшения мощности вентиляторного агрегата и улучшения температурного режима в подземных кабельных тоннелях, тепловой баланс кабельного тоннеля следует заполнять с учетом круглогодичной работы вентиляции.
2.2. Количество тепловой энергии, выделяемой кабелями в тоннеле, следует определять по формуле:
Отв = 860 N, ккал/ч на 1 м трассы (1)
2.3. Теплопотери ограждениями тоннеля в грунт на 1 м трассы тоннеля определяются по формуле:
(2)
2.4. Теплоизбытки в тоннеле определяются по формуле:
Оизб = Отв - Оогр; ккал/ч на 1 м (3)
2.5. Количество приточного воздуха, необходимое для поглощения теплоизбытков в тоннеле следует определять по формуле:
а) без учета круглогодичной работы вентиляции на 1 м трассы тоннеля:
(4)
б) с учетом круглогодичной работы вентиляции на 1 м трассы тоннеля:
(5)
Методика расчета теплопотерь ограждениями тоннеля в грунт приведена в приложении 1.
Методика расчета потребного количества приточного воздуха с учетом круглогодичной работы вентиляции тоннеля приведена в приложении 2.
2.6. Для облегчения расчетов при проектировании вентиляции кабельных подземных тоннелей конкретных объектов, в табл. 1 приведены усредненные показатели теплопотерь ограждениями тоннеля сечением 1,8×2,1 (h) м, а также показатели по воздухообмену для различных климатических районов.
Таблица 1
Теплопотери ограждениями тоннеля в грунт и расчетное количество вентиляционного воздуха для поглощения теплоизбытков
Среднегодовая температура наружного воздуха района строительства, град. |
Средняя температура наружного воздуха в 13 часов самого жаркого месяца, град. |
Теплопотери ограждениями в грунт без учета работы вентиляции на 1 м трассы тоннеля |
Расчетное количество вентиляционного воздуха при потере мощности кабелями 1 квт на 1 м трасса тоннеля, кг/ч |
||||
В теплый период года |
В холодный период года |
При круглогодичн. работе вентиляции, кг/ч на 1 м трассы |
Без учета работы круглогодичной вентиляции, кг/ч на 1 м трассы |
||||
Ккал/ч |
Вт |
Ккал/ч |
Вт |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
-15 |
19,2 |
165 |
192 |
208 |
242 |
115 |
139 |
-10 |
20,7 |
148 |
172 |
190 |
220 |
130 |
154 |
-5 |
23,3 |
130 |
151 |
172 |
200 |
140 |
182 |
- 0 |
26 |
112 |
131 |
155 |
180 |
170 |
223 |
+5 |
28 |
94 |
109 |
137 |
160 |
190 |
266 |
+10 |
28,6 |
77 |
89 |
120 |
140 |
200 |
287 |
+15 |
34,5 |
59 |
68 |
102 |
120 |
255 |
607 |
ПРИМЕЧАНИЯ: 1. В конкретных проектах при подсчете количество приточного воздуха, необходимого для поглощения теплоизбытков в тоннеле, показатели графы 6 табл. 1 следует умножать на мощность (выраженную в квт), теряемую кабелями.
2. Показатели, приведенные в табл. 1 подсчитаны для климатических районов, приведенных в табл. 2.
Расчетные усредненные параметры наружного воздуха различных климатических районов
Среднегодовая температура наружного воздуха, град. |
Средняя температура наиболее жаркого месяца, град. |
Средняя температура наиболее холодного месяца, град. |
Амплитуда изменения температуры воздуха в тоннеле |
Средняя температура воздуха в 13 час. самого жаркого м-ца, град. |
|
Верхоянск |
-15 |
15,2 |
-48,6 |
31,9 |
19,2 |
Сангар Якутской АССР |
-10 |
17,9 |
-39,7 |
28,8 |
20,7 |
Дамбуки Амурской обл. |
-5 |
17,9 |
-31,1 |
24,5 |
23,3 |
Благовещенск Амурской обл. |
0 |
21,4 |
-24,3 |
22,8 |
26 |
Джамбиты Уральской обл. |
5 |
23,7 |
-13,9 |
18,8 |
28 |
Ейск Краснодарского края |
10 |
23,4 |
-2,9 |
14,1 |
28,6 |
Регар Таджикской ССР |
15 |
27,5 |
2,5 |
12,5 |
34,5 |
Расчетные усредненные параметры воздуха в кабельном тоннеле, подсчитанные для различных климатических районов
Среднегодовая температура наружного воздуха, град. |
Среднегодовая температура воздуха в тоннеле, град. |
Амплитуда колебания температуры воздуха в тоннеле, град. |
Минимальная температура воздуха в тоннеле, град. |
Продолжительность стояния температуры наружного воздуха выше минимальной температуры воздуха в тоннеле, часов в год |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Верхоянск |
-15 |
16 |
24 |
-8 |
4800 |
Сангар |
-10 |
17,6 |
23 |
-6 |
5000 |
Дамбуки |
-5 |
20,6 |
20 |
0 |
4300 |
Благовещенск |
0 |
21,1 |
19 |
2 |
4000 |
Джамбиты |
5 |
23,8 |
16 |
8 |
4700 |
Ейск |
10 |
27,9 |
12 |
16 |
3600 |
Регар |
15 |
29 |
11 |
17 |
3900 |
ПРИМЕЧАНИЯ: 1. Максимальная температура воздуха в тоннеле принята = 40 °С.
2. Продолжительность периода с температурой наружного воздуха, превышающей минимальную температуру воздуха в тоннеле, соответствует суммарной продолжительности работы вентиляционной системы с механическим побуждением.
ОБОЗНАЧЕНИЯ
Qтв |
ккал/ч.м. |
Количество тепловой энергии, выделяемой кабелями в тоннеле на 1 м трассы |
Qогр |
ккал/ч.м. |
Теплопотери ограждениями тоннеля в грунт на 1 м трассы тоннеля |
Qизб |
ккал/ч.м. |
Теплоизбытки в тоннеле на 1 трассы |
N |
квт/м |
Потери энергии в кабелях на 1 м трассы |
F |
м2 |
Внутренняя поверхность ограждения тоннеля на 1 м трассы тоннеля |
tв |
град. |
Температура воздуха в тоннеле |
tгр |
град. |
Температура грунта |
tB |
град. |
Средняя температура наружного воздуха в 13 часов самого жаркого месяца |
tсгн |
град. |
Среднегодовая температура наружного воздуха |
tсгв |
град. |
Среднегодовая температура воздуха в тоннеле |
tмакнар |
град. |
Среднемесячная температура наружного воздуха самого жаркого месяца |
tминнар |
град. |
Среднемесячная температура наружного воздуха самого холодного месяца |
Анар |
град. |
Амплитуда изменения температуры наружного воздуха |
АB |
град. |
Амплитуда изменения температуры воздуха в тоннеле |
R |
м2 · град. кал. |
Сопротивление теплопередаче грунта (прогретого слоя) |
g |
кг/ч |
Количество вентиляционного воздуха, подаваемого в тоннель (на 1 м трассы) |
αв |
ккал м2 · ч · град. |
Коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности ограждения тоннеля к воздуху |
β |
- |
Формфактор, учитывающий геометрическую форму поверхности теплообмена, т.е. тоннеля |
Z |
час |
Продолжительность прогрева грунта, прилегающего к тоннелю |
lp |
м |
Величина прогрева грунта, прилегающего к тоннелю |
λ |
ккал м · ч · град |
Коэффициент теплопроводности грунта, прилегающего к тоннелю |
γ |
кг/м3 |
Плотность грунта |
c |
ккал кг · град. |
Удельная теплоёмкость грунта |
a |
м2/ч |
Коэффициент температуропроводности грунта |
h |
- |
Относительный коэффициент теплоотдачи |
P |
Периметр тоннеля |
|
X |
м |
Глубина от поверхности земли, на которой определяется температура грунта |
H |
м |
Топографическая отметка поверхности земли |
Δt |
град. |
Поправка в температуре, зависящая от толщины и продолжительности стояния снежного покрова. В среднем Δt = 2 °С |
y |
град. |
Величина, характеризующая границы колебания температуры грунта в верхних слоях земной коры от воздействия солнечной радиации |
η |
Отношение амплитуд изменения температуры воздуха в тоннеле к температуре поверхности ограждений |
|
ηрасч |
Вспомогательная расчетная величина, показывающая степень уменьшения амплитуды колебания температуры поверхности полой выработки относительно амплитуды колебания температуры воздуха |
|
E |
- |
Величина отставания колебаний температуры поверхности ограждений от колебаний температуры воздуха |
Б |
мм рт.ст. |
Расчетное атмосферное давление |
Рп |
мм рт.ст. |
Парциальное давление водяных паров, содержащихся в воздухе |
γвоз |
кг/м3 |
Объёмная масса воздуха |
Теплопотери ограждениями следует рассчитывать по методике, разработанной военно-инженерной Академией им. Куйбышева (3). Этот метод учитывает условия нестационарного теплообмена между заглубленными ограждениями тоннеля и грунтом.
Теплопотери заглубленными ограждениями определяются по формуле:
(7)
Величина сопротивления теплопередаче ограждения тоннеля и прилегающего грунта является величиной переменной и изменяется в зависимости от периода прогрева массива.
Сопротивление теплопередаче зависит также от физических параметров массива, а также от геометрической формы поверхности теплообмена (тоннеля) и определяется по формуле
(8)
Формфактор, учитывающий геометрическую форму тоннеля, определяется по формуле:
(9)
Температуру грунта на расчетной глубине следует принимать по метеорологическим данным. В приложении 3 приведены данные о средней температуре грунта за август на глубинах 0,8; 1,6; 2,4 и 3,2 м от поверхности земли для ряда населенных пунктов, преимущественно южных районов. Этими данными следует пользоваться при расчете теплопотерь ограждениями.
Для пунктов, не приведенных в приложении 3 и при отсутствии данных о температуре грунта, можно пользоваться формулой:
(10)
Поправку (Δt) к температуре, зависящей от толщины и продолжительности стояния снежного покрова можно принимать по табл. 4.
Величину «y», характеризующую границы колебаний температуры грунта в верхних слоях земной коры от воздействия солнечной радиации при определении максимальной температуры грунта следует принимать со знаком плюс, при определении минимальной температуры - со знаком минус.
Для различных климатических районов величину «y» следует определять по табл. 5.
Величина поправки к температуре грунта для различных климатических районов, зависящая от толщины и продолжительности стояния снежного покрова
Величина Δt, град. |
Северная широта, град. |
Величина Δt, град. |
|
До 45 |
1 |
56 - 60 |
4 |
46 - 50 |
2 |
61 - 65 |
5 |
51 - 55 |
3 |
Свыше 65 |
6 |
ВЕЛИЧИНА «y» ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ГЛУБИН
Со знаком плюс |
Со знаком минус |
|||
Северные районы 54 - 68 °СШ |
Южные районы - 38 - 53° СШ |
Северные районы 54 - 68° СШ |
Южные районы 38 - 53° СШ |
|
0 |
11,5 |
12 |
8 |
10,5 |
0,5 |
10 |
11 |
6,5 |
8,5 |
1 |
8 |
9 |
5,5 |
7 |
1,5 |
6,5 |
6,5 |
5 |
6 |
2 |
5 |
5 |
4,5 |
5 |
2,5 |
4 |
4 |
3,5 |
4 |
3 |
3,5 |
3,5 |
3,3 |
3 |
4 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
5 |
1,8 |
1,8 |
2 |
2 |
6 |
1,2 |
1,2 |
1,5 |
1,5 |
8 |
0,5 |
0,5 |
0,7 |
0,7 |
10 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
0,3 |
В силу сезонных изменений температуры приточного воздуха наиболее неблагоприятными с точки зрения обеспечения удаления тепла из тоннелей являются летние месяцы с высокой температурой наружного воздуха. В этот период объём вентиляционного воздуха, рассчитанный на удаление тепловыделений, будет наибольшим.
Однако, расход вентиляционного воздуха может быть значительно уменьшен, если правильно учесть способность окружающего грунта аккумулировать тепло.
В летний период, когда температура воздуха в тоннеле выше температуры окружающего грунтового массива, значительная часть тепла, выделяемого в тоннеле, аккумулируется грунтом с повышением его температуры.
В зимнее время, напротив, температура воздуха в тоннеле должна быть ниже температуры грунта. В этом случае происходит отдача тепла в воздух тоннелей от прогретого летом грунта и понижение его температуры.
Через год после начала эксплуатации кабельного тоннеля колебания температуры воздуха в тоннеле и ограждения тоннеля будут происходить около одного и того же среднего значения, т.е. будет иметь место равенство
tсгв ≈ tсгогр.
СОДЕРЖАНИЕ
2. Расчет вентиляции кабельных тоннелей. 2 Приложение 1. Методика расчета теплопотерь ограждениями кабельного тоннеля в грунт. 4 |