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. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
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.
РАСЧЕТ ВЕНТИЛЯЦИИ КАБЕЛЬНЫХ ТОННЕЛЕЙ
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.
Таблица 2
Расчетные усредненные параметры наружного воздуха различных
климатических районов
Условная
привязка к географическому пункту
|
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
|
Таблица 3
Расчетные усредненные параметры воздуха в кабельном тоннеле,
подсчитанные для различных климатических районов
Условная привязка к географическому пункту
|
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
|
ПРИЛОЖЕНИЕ
1
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОПОТЕРЬ ОГРАЖДЕНИЯМИ
КАБЕЛЬНОГО ТОННЕЛЯ В ГРУНТ
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
Северная широта, град.
|
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
Глубина от поверхности земли, м
|
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
|
Приложение 2
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВОЗДУХООБМЕНА В КАБЕЛЬНЫХ
ТОННЕЛЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕОРИИ ТЕПЛОВЫХ ВОЛН (4)
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
1. Общие указания. 1
2. Расчет вентиляции кабельных тоннелей. 2
Приложение 1. Методика расчета теплопотерь ограждениями
кабельного тоннеля в грунт. 4
Приложение
2. Методика расчета воздухообмена в кабельных тоннелях с использованием
теории тепловых волн. 6
|