Как устранить жару и духоту в метро

Проблема жары и духоты в метрополитене приобрела социальный характер и актуальна практически для всех метрополитенов мира, особенно в жаркое время года.

Дело в том, что пропускная способность любого метрополитена закладывается на стадии проектирования с учетом прогнозируемого коэффициента запаса пассажиропотоков. При этом в процессе постройки новых линий этот коэффициент постоянно растет.



Основная причина жары и духоты

Следует отметить, что фактическая пропускная способность метрополитенов постоянно опережает проектную величину, что вызвано рядом причин. Во-первых, довольно длительным периодом проектных и строительных работ. Во-вторых, постоянным увеличением количества перевозимых метрополитеном пассажиров. В-третьих, повышением интенсивности движения поездов. В-четвертых, ограниченностью объемов тоннелей и станций. И наконец, увеличением количества подвижного состава, необходимого для обеспечения растущих пассажиропотоков. По этим причинам работа метрополитена осуществляется на напряженных или сверхноминальных режимах, которые порой значительно превышают запланированные проектом нагрузки.

Каждый средний пассажир в спокойном состоянии, сидя, за время сорокаминутной (20х2) поездки в день выделяет в газовые объемы станций и вагонов метрополитена около 8,4 Ккал (или около 33 Вт) тепловой энергии. Это значит, что в метрополитены Лондона, Москвы и Парижа за час работы пассажиры выбрасывают количество тепловой энергии, эквивалентное сжиганию около 506 кг/ч (для Лондонского метрополитена), около 927,5 кг/ч (для Московского метрополитена) и около 579 кг/ч (для Парижского метрополитена) абсолютно сухих дров с теплотой сгорания 4510 Ккал/кг. И эти тепловыделения пассажиров составляют всего лишь 5 процентов от общего количества тепловых выбросов в метрополитен. По данным исследований, основными источниками тепла в метрополитене, кроме пассажиров, являются подвижной состав (около 80 процентов) и различные тепловыделяющие технические приборы, устройства и оборудование (около 15 процентов).

Таким образом, для метрополитенов, работающих на сверхноминальных нагрузках, наиболее значимым фактором постоянной жары и духоты является выброс огромного количества тепловой энергии во внутренние объемы вагонов, тоннелей и подземных станций от поездов, оборудования и людей. Очевидно, что такое огромное количества тепла и углекислого газа необходимо удалять из ограниченных подземных объектов метрополитена в атмосферу.

При этом численное значение основного фактора возникновения жары и духоты в метрополитене определяется различными условиями. Во-первых, размерами вагонов, станций и тоннелей. Так, в вагонах, тоннелях и на станциях метрополитена с малыми внутренними геометрическими размерами, например в метрополитене Глазго, нагрев газовоздушной среды и конструкций идет быстрее (фактор внутренних геометрических размеров – наиболее значимый), чем на аналогичных объектах с большими размерами, таких, как, например, в метрополитене Осло (аналогичный фактор – незначимый). Во-вторых, глубиной заложения станций и тоннелей метрополитена. Очевидно, что мелкое заложение и малые геометрические размеры тоннелей и станций, например как в Лондонском метрополитене, благоприятствуют хорошему прогреву объектов метрополитена и поддержанию высоких температур газовоздушной среды на них вследствие одновременного нагрева как изнутри, так и снаружи. В-третьих, качеством и материалом изоляции станций и тоннелей от грунта. Так, хорошая изоляция объектов от внешней среды и их ограниченные объемы практически исключают отвод тепла от этих объектов в окружающий тоннели и станции грунт, что способствует усилению фактора жары и духоты. В-четвертых, географическим местом расположения метрополитена. Не вызывает сомнения, что в метрополитене Афин и Хельсинки основной фактор возникновения жары и духоты различен.

Для удаления углекислого газа из метрополитена, устранения жары и духоты на его объектах предусмотрена система вентиляции, которая должна обеспечивать принудительное движение газовоздушной среды и постоянное ее обновление на всех станциях и в тоннелях. К сожалению, система вентиляции существующей конструкции не способна реализовывать свои функциональные возможности из за серьезных конструктивных недостатков, связанных с ошибками, допущенными еще при ее проектировании, что делает систему вентиляции практически неработоспособной в реальных условиях эксплуатации на подземных объектах метро.



Как проблема решается сегодня

Практически во всех метрополитенах одним из способов устранения жары и духоты является использование положительного влияния так называемого «поршневого» эффекта. Он заключается в принудительном перемещении по тоннелям больших объемов воздушных масс посредством движущихся в них электропоездов. Перемещаемые таким образом воздушные массы, по мнению отдельных специалистов, способны охлаждать внутренние объемы и конструкции подземных сооружений метрополитена и поставлять в тоннели кислород.

Но физическое явление, называемое «поршневым» эффектом, как известно, возникает только в период движения поездов по тоннелям, а это означает, что, когда движения поездов нет, этого явления в тоннелях не наблюдается, снижения температуры газовоздушной среды и обмена газовоздушной среды не происходит. К тому же «поршневой» эффект имеет и отрицательное влияние (распространение пыли), действие которого в отдельных случаях сильнее его положительного воздействия. Наконец, воздушный поток, возникающий при «поршневом» эффекте, не отводит тепло, выделяющееся при движении и торможении поездов, от основных источников: колесных пар вагонов и рельсов.

Снизить негативное воздействие жары и духоты на людей или устранить эти явления можно за счет повышения глубины заложения и площади поперечного сечения тоннелей; увеличения внутренних объемов станций и вагонов; и установки системы вентиляции. Эти мероприятия закладываются в конструкцию метрополитенов в процессе проектирования и впоследствии внести изменения невозможно или очень сложно. Кроме того, помочь могут оптимизация или сдвиг по времени потоков пассажиров, увеличение времени между движением поездов и организация нормального повседневного функционирования системы вентиляции. Однако в реальных условиях выполнить первые два мероприятия невозможно из за постоянного увеличения интенсивности работы метро, а третье – из за конструктивных недостатков существующей системы вентиляции.

Осознавая социальный характер проблемы, власти Москвы, Лондона и Нью-Йорка вынуждены были принять ряд неотложных мер. Так, в Нью-Йоркском метрополитене в вагонах, тоннелях и на станциях установлены и работают кондиционеры (в данном случае – для охлаждения воздуха). В вагонах поездов на отдельных линиях Московского метрополитена также работают кондиционеры, кроме того, введена установка по охлаждению и очистке воздуха на объектах метрополитена. По мнению американских и российских специалистов, функционирование передвижной местной системы кондиционирования воздуха должно прекратить неконтролируемый рост температуры. В Лондонском метрополитене разрабатывались системы охлаждения газовоздушной среды внутри вагонов льдом (но этот проект показал свою полную несостоятельность, и от него отказались) и охлаждения тоннелей водой снаружи. Одновременно все усилия транспортного управления Лондона, связанные с охлаждением подземных помещений, направлены на расширение вентиляционных шахт и установку промышленных вентиляторов. Кроме того, в Московском и Лондонском метрополитенах проводится плановая модернизация системы вентиляции, включающая и замену старых вентиляционных агрегатов на новые, с более высокой производительностью.

Но любые системы для охлаждения и очистки воздуха сами обязательно имеют тепловыделяющее оборудование. Во-вторых, элементы этих систем требуют для своего размещения дополнительные объемы, что уменьшает и без того ограниченные внутренние пространства метро. В-третьих, циркуляция охлажденной газовоздушной среды в замкнутых объемах метрополитена вызывает простудные заболевания у пассажиров и обслуживающего персонала. В-четвертых, в настоящее время не существует систем очистки газовоздушной смеси от углекислого газа. Кроме того, даже замена вагонов метро вагонами-рефрижераторами или переоборудование тоннелей в рефрижераторные камеры только снизят температуру на его объектах, но не решит проблему духоты (низкой концентрации кислорода). И наконец, сложные системы кондиционирования повышают риск взрывов и пожаров на объектах.

Таким образом, для устранения жары и духоты в метро в первую очередь необходимо устранить конструктивные недостатки станционной и тоннельной систем вентиляции.



Что делать и с чего начинать

Система вентиляции метрополитена – это отдельные, имеющие свои конструктивные особенности вентиляционные шахты (с вентиляционными агрегатами различных моделей и марок), соединенные между собой тоннелями. Именно поэтому восстановление работоспособности вентиляции метрополитенов целесообразно проводить в несколько этапов.

Первый этап: расчет аэродинамической сети «вентиляционный агрегат – вентиляционный канал» существующей конструкции при максимальных граничных температурах наружного воздуха (tmin=–40°С и tmax=+50°С). Определение эффективности работы каждой вентиляционной шахты с существующими конструктивными недостатками и системы вентиляции метрополитена в целом. Практическое обследование каждой вентиляционной шахты и проверка правильности расчетов.

Второй этап: расчет аэродинамической сети «вентиляционный агрегат – вентиляционный канал» с устраненными конструктивными недостатками при максимальных граничных температурах наружного воздуха (tmin=–40°С и tmax=+50°С). Определение эффективности работы каждой вентиляционной шахты с устраненными недостатками и системы вентиляции метрополитена в целом. Расчет оптимальных (с точки зрения жизнеобеспечения и энергосбережения) размеров вентиляционных каналов для каждого вентиляционного агрегата.

Третий этап: разработка проекта системы вентиляции с устраненными конструктивными недостатками. Непосредственное устранение конструктивных недостатков на одной вентиляционной шахте каждой линии под авторским надзором и проверка адекватности параметров работы вентиляционных агрегатов расчетным данным. Непосредственное устранение конструктивных недостатков на всех вентиляционных шахтах метрополитена под авторским надзором и проверка адекватности параметров работы вентиляционных агрегатов расчетным данным.

Четвертый этап: разработка проекта и внедрение мероприятий по повышению безопасности объектов метрополитена, дальнейшему улучшению жизнеобеспечения пассажиров и обслуживающего персонала и внедрению энергосберегающих технологий, а именно:

– антитеррористического мероприятия: конструктивной защиты вентиляционных каналов от несанкционированного проникновения в тоннели метрополитена посторонних лиц,
мероприятия по защите метрополитена от наводнения: конструктивной защиты вентиляционных каналов от затопления тоннелей метрополитена водой,

– мероприятия по дальнейшему улучшению жизнеобеспечения людей в метрополитене: стационарной общей для всего метрополитена системы кондиционирования (охлаждения, нагрева, очистки, обработки, увлажнения и осушения) подаваемого в тоннели атмосферного воздуха,
энергосберегающего мероприятия: разработки и внедрения специальных аппаратов для повышения производительности вентиляционного агрегата по приточному воздуху без увеличения расхода электроэнергии.

Разработка режимов работы каждого вентиляционного агрегата, предложений и рекомендаций по эксплуатации системы вентиляции метрополитена с устраненными конструктивными недостатками с учетом индивидуальных особенностей.



Выводы

Проблема жары и духоты в метрополитенах объективно существует и со временем только усугубляется, поэтому ее все равно придется решать рано или поздно. К сожалению, в настоящее время эта проблема или вовсе не решается, или решается посредством мероприятий, далеких от восстановления работоспособности системы вентиляции, что можно объяснить лишь отсутствием знаний об истинных причинах жары и духоты. Между тем проблема жары и духоты в метро давно вышла за рамки технической и приобрела устойчивый социальный характер.

Скорейшее осмысление причин проблемы позволит быстрее принять меры к ее устранению.