Wentylacja i klimatyzacja II linii warszawskiego metra

fot. METRO WARSZAWSKIE Sp. z o.o.
Polska – Realizacje
Wentylacja i klimatyzacja II linii
warszawskiego metra
Pierwsze plany budowy metra w Warszawie powstały już w latach 20. ubiegłego wieku. Projekt zakładał
budowę dwóch krzyżujących się linii: pierwszej, na najbardziej obciążonym kierunku północ-południe,
która miała biec od placu Unii Lubelskiej na Muranów i drugiej, na osi wschód-zachód, która miała łączyć
Wolę z Pragą. Na realizację tych śmiałych planów trzeba było czekać niemal sto lat. Pierwszą linię metra
uruchomiono w kwietniu 1995 r., drugą w marcu 2015 r. Długość całej II linii metra ma docelowo wynosić
około 31 km. Obecnie liczy ponad 6 kilometrów i ma 7
stacji. Z pierwszą linią łączy się na stacji Świętokrzyska.
Po raz pierwszy metro przejeżdża na druga stronę Wisły
– tunele zostały wydrążone pod dnem rzeki.
Wentylacja i klimatyzacja
Ogólna koncepcja wentylacji II odcinka metra wynikała z Wielobranżowego Projektu Koncepcyjnego
przygotowanego przez Tomasza Klinke (wentylacja
podstawowa) i Anny Kociszewskiej (wentylacja lokalna).
Zostały w nim opisane ogólne wytyczne dla rozwiązań
instalacyjnych. W części dotyczącej wentylacji podstawowej opisano kilka wariantów z mocnym wskazaniem
na jeden z nich. Kolejne etapy projektowania systemu
wentylacyjnego nie zmieniały już tych wytycznych.
Główme rozwiązania systemów wentylacji zostały
18
cyrkulacje 27 – maj 2015
przyjęte po uwzględnieniu warunków klimatycznych,
obowiązujących polskich przepisów oraz doświadczeń
z budowy pierwszej linii metra. Częściowo na wybór
poszczególnych technologii wentylacji/klimatyzacji
miały wpływ również rozwiązania architektoniczne. Ze
względu na ograniczone miejsce w centrum Warszawy,
lokalizacja czerpnio-wyrzutni, a co za tym idzie geometria
systemów wentylacyjnych, była najczęściej dostosowana
do możliwości urbanistycznych otoczenia. Wentylacja lokalna i podstawowa
Wentylacja metra dzieli się na lokalną i podstawową.
Pierwsza z nich zapewnia wentylację zarówno pomieszczeń stacyjnych, jak i tych znajdujących się w wentylatorniach szlakowych, druga odpowiada za ruch powietrza
w systemie tunelowym, składającym się z tuneli, stacji
oraz wentylatorni szlakowych.
Minimalne objętości napływu świeżego
powietrza:
■■ Pomieszczenia biurowe − 30 m3/h na osobę,
minimum 1 wym./h,
■■ Pomieszczenia handlowe − 12 m3/h na m2,
minimum 1 wym./h,
Temperatury powietrza na zewnątrz:
■■ Lato: 30°C Db / 21°C WB
■■ Zima: -20°C Db / 100% RH
Rozdział powietrza
Został przyjęty jak w standardowym obiekcie
o mieszanym przeznaczeniu: rozdzielone systemy
dla pomieszczeń czystych, brudnych itp.
Wentylacja podstawowa tuneli i stacji ma trzy
główne zadania – powinna zapewniać skład powietrza zgodny z obowiązującymi normami, założone dla
metra warunki klimatyczne oraz parametry przepływu
powietrza, które umożliwiają skuteczne oddymiania
stacji i tuneli.
Wentylacja podstawowa jest mechaniczna nawiewno-wyciągowa, rewersyjna, zmieniająca kierunek
przepływu powietrza w zależności od warunków zewnętrznych (zima, lato) lub sytuacji awaryjnych np. pożaru. Zastosowano wentylatory o odwracalnym systemie
nawiewno-wywiewnym. Odwracalność jest niezbędna
dla oddymiania i ewakuacji ludzi.
Jako kryterium do załączania wentylatorów – w trybie pracy normalnej – przyjęto: temperaturę, stężenie
CO2 oraz stężenie CO na peronie:
■■ zimą t = +8°C,
■■ latem t = +26°C,
■■ stężenie CO2 – 1000 ppm wg skali Pettenkofera,
fot. METRO WARSZAWSKIE Sp. z o.o.
Polska – Realizacje
■■ stężenie progowe CO – 100 ppm wg skali Petten-
Stacja Świętokrzyska
kofera,
■■ stężenie CO przez okres 10 minut – 50 ppm wg skali
Pettenkofera.
Dodatkowo na zewnątrz, przy wlocie do czerpniowyrzutni, umiejscowiono czujniki temperatury, wilgotności powietrza i zawartości CO. Pomiar temperatury
i wilgotności umożliwia kontrolę warunków zewnętrznych. Pomiar zawartości CO daje informację czy na zewnątrz nie wystąpił pożar sąsiedniego uzbrojenia oraz
czy nie wystąpił niekontrolowany wzrost ilości spalin
w powietrzu. Jeżeli będzie miała miejsce taka sytuacja
wówczas powietrze nie będzie pobierane na stację z tej
czerpnio-wyrzutni.
Główne elementy wentylacji podstawowej to: wentylatornie stacyjne i wentylatornie na sąsiadujących ze
stacją szlakach z wentylatorami osiowymi rewersyjnymi.
W trakcie normalnej eksploatacji w okresach ciepłych,
powietrze zewnętrzne jest nawiewane na stację przez
II linia metra (centralny odcinek), Warszawa
fot. METRO WARSZAWSKIE Sp. z o.o.
Wielobranżowy projekt koncepcyjny
wentylacja podstawowa: Tomasz Klinke
wentylacja lokalna: Anna Kociszewska
Inwestor: Miasto Stołeczne Warszawa reprezentowane przez Zarząd Transportu Miejskiego w Warszawie,
w imieniu i na rzecz którego działa Metro Warszawskie
Sp. z o. o.
Główny wykonawca: AGP Metro Polska
Projekt budowlany wentylacji: Andrzej Kołaczkowski (ILF Consulting Engineers) / Gokcen Bayhan (Prota
Engineering)
Projekty wykonawcze wentylacji wykonywane
były przez różnych projektantów (z różnych pracowni
projektowych). Najwięcej stacji (3) zaprojektowanych
zostało przez ILF Consulting Engineers Polska.
Długość linii: 6 km
Liczba stacji: 7
www.cyrkulacje.pl
19
Przepustnice wentylacji podstawowej
wentylatornie stacyjne, natomiast wyciąg powietrza
odbywa się przez wentylatornie szlakowe. W okresach
chłodnych obieg powietrza jest przeciwny. System ten
zapewnia stałą temperaturę w różnych porach roku
(minimum ok. 8°C przy najniższych temperaturach zewnętrznych).
Takie rozwiązanie zostało wybrane spośród trzech
zaproponowanych w projekcie koncepcyjnym, ze
względu na to, że sprawdziło się na pierwszej linii metra.
Poszczególne rozwiązania różniły się sposobem cyrkulacji powietrza pomiędzy stacjami. Różnice wynikały
z odmiennego usytuowania wentylatorni głównych
(stacyjnych) względem korpusu stacji oraz rezygnacją
z wentylatorni szlakowych.
W ograniczaniu uciążliwości, spowodowanych przepływem powietrza w wyniku różnicy ciśnień przed i za
pociągiem (zjawisko tłoka), pomagają wybudowane
łączniki międzytunelowe.
Odrębnym zagadnieniem jest wykorzystanie wentylacji podstawowej jako pożarowej – w projekcie zostały
rozpatrzone wszystkie warianty możliwej lokalizacji pożaru,
którym przypisano odpowiednie scenariusze pożarowe.
System uzyskuje znamionowe parametry pracy
w ciągu 180 sekund i zapewnia taką szybkość przepływu
powietrza, że uniemożliwia zjawisko cofania się dymu
na drodze ewakuacyjnej.
Silniki wentylatorów zapewniają maksymalną prędkość roboczą w czasie nie dłuższym niż 30 sekund od
całkowitego zatrzymania. W każdej wentylatorni zainstalowano dwa wentylatory osiowe, rewersyjne, każdy
pokrywający 50% obliczonej ilości powietrza dla oddymiania.
Wentylacja podstawowa w trakcie pełnienia funkcji
wentylacji pożarowej (w trybie pracy awaryjnej) ma za
zadanie:
■■ ochronę pasażerów przed zatruciem dymem i poparzeniem,
■■ umożliwienie bezpiecznej ewakuacji ludzi z zagrożonych stref przez doprowadzenie świeżego powietrza na drogi ewakuacyjne,
■■ umożliwienie prowadzenia akcji gaśniczej,
■■ odprowadzenie dymu.
Pożar może powstać w tunelu lub na stacji. Generalną zasadą jest prowadzenie akcji gaśniczej na stacji (po doprowadzeniu na nią palącego się pociągu).
Na podstawie wyników przeprowadzonej symulacji
komputerowej oraz zawartych w niej zaleceń przyjęto
różne tryby pracy wentylatorów (nawiew / wywiew)
w zależności od miejsca powstania pożaru. I tak jeżeli
np. pożar zlokalizowany jest na końcu peronu (z dala od
wentylatorni stacyjnej), oddymianie odbywać się będzie
poprzez tunel – do najbliższej wentylatorni szlakowej,
a uzupełnianie powietrza odbywać się będzie poprzez
wentylatornię stacyjną (nawiew na peron) i drogi ewakuacyjne. Jeżeli natomiast pożar zlokalizowany jest bliżej
wlotu powietrza do wentylatorni stacyjnej, ta pracować
będzie w trybie wyciągowym, a powietrze uzupełniające
będzie dostarczane z tuneli (dzięki wentylatorniom szlakowym) i poprzez stacyjne drogi ewakuacyjne.
Wentylatory uruchamiane są w odpowiednim trybie automatycznie. Decyzja o ewentualnej zmianie
kierunku przepływu powietrza wymuszonego pracą
fot. ILF Consulting Engineers Polska
Centrala wentylacji lokalnej
Montaż wentylatora podstawowego
20
fot. METRO WARSZAWSKIE Sp. z o.o.
fot. METRO WARSZAWSKIE Sp. z o.o.
Polska – Realizacje
cyrkulacje 27 – maj 2015
fot. ILF Consulting Engineers Polska
Polska – Realizacje
fot. ILF Consulting Engineers Polska
Kanały wentylacji lokalnej przed zabudową
fot. ILF Consulting Engineers Polska
Wentylator podstawowy − wydajność 65 m3/s
Wnętrze lokalnej wentylatorni
wentylacji pożarowej np. w zależności od lokalizacji
pożaru na długości składu pociągu, należy do służb
odpowiedzialnych za ochronę pożarową. W przypadku
pożaru pociągu w tunelu bez możliwości sprowadzenia
go na najbliższą stację i konieczności ewakuacji ludzi
tunelem wolnym od dymu w kierunku jednej ze stacji,
dymy usuwane będą przez wentylatornię szlakową,
a wentylatornia stacyjna będzie pracować w trybie
nawiewu świeżego powietrza w kierunku przeciwnym
do kierunku ewakuacji.
Dlatego też wentylatory wentylacji podstawowej
muszą być niezawodne i wyposażone w sprawny, szybko
działający system zdalnej zmiany kierunku powietrza
(praca rewersyjna).
Wentylacja lokalna polega na pobieraniu powietrza
z tuneli (najlepiej z początku peronu) i – po wykorzystaniu go w celu wentylacji pomieszczeń – wydmuchiwaniu
z powrotem do tunelu (w kierunku jazdy pociągu) lub
na poziom terenu (w zależności od zanieczyszczenia
powietrza i układu geometrycznego). Cale powietrze nawiewane do pomieszczeń, w których przebywają ludzie
jest dokładnie filtrowane (podwójnie). Na perony zaś nie
jest wywiewane powietrze zanieczyszczone.
Klimatyzacja polega na zastosowaniu układów typu
split lub VRF, które mają tą zaletę, że służą w zimie do
ogrzewania. W miejscach, w których je zastosowano
zrezygnowano z grzejników elektrycznych. Jednostki
zewnętrzne zostały zlokalizowane na poziomie peronu
lub − jeżeli nie było innej możliwości − na poziomie
terenu.
Projektanci zadbali o energooszczędność instalacji.
Współczynnik efektywności wentylacji podstawowej
wynosi ok. 60%. Nawiew zimą na stację poprzez tunel
umożliwia wykorzystanie ciepła pochodzącego od kabli elektrycznych w tunelu. Zastosowano rozwiązania
proekologiczne m.in.: systemy VRF z odzyskiem ciepła
i inwerterem, napełniane czynnikiem ekologicznym,
który nie niszczy warstwy ozonowej – R410A.
Zmienna ilość przepływu czynnika chłodniczego daje
wymierne korzyści, wynikające ze stosowania systemów
bezpośredniego odparowania sterowanego inwerterowo oraz z zastosowania najbardziej zaawansowanych
technicznie systemów sterowania elektronicznego. Zaawansowana technologia elektroniczna systemu
pozwala na sterowanie wydajnością, co przekłada się
na znaczne oszczędności energii. Został zastosowany
system 3-rurowy VRF, który może pracować jednocześnie
w trybie chłodzenia i grzania. Zapewnia to najwyższe
współczynniki wydajności energetycznej – średnia wartość COP wynosi ok. 4.
System podczas pracy określa, który z wymienników
ciepła może zostać wykorzystany najbardziej efektywnie
i − w przypadku układów wielosprężarkowych − dokonuje wyboru sprężarki, która ma dostarczyć wymaganej
mocy. Systemy z inwerterem oszczędzają energię, ponieważ praca ciągła zapewnia tą samą wydajność przy
niższym poborze mocy. Płyną stąd korzyści zarówno dla
wszystkich użytkowników polegające na dokładniejszym utrzymywaniu zadanej temperatury w pomieszczeniu, jak i dla środowiska polegające na zmniejszeniu
poboru mocy. Ilość energii elektrycznej potrzebnej do
ogrzewania pomieszczeń jest wielokrotnie mniejsza
niż w przypadku zastosowania w tym celu grzejników
elektrycznych.
Włodzimierz Bloch
ILF Consulting Engineers Polska
www.cyrkulacje.pl
21