В статье рассматривается процесс организации воздухообмена в здании, построенном над станцией метрополитена неглубокого заложения. Предлагаются мероприятия для предотвращения перетекания воздушных масс из подземной группы в надземную группу и наоборот, а при его отсутствии — возможность учета взаимовлияния систем приточной и вытяжной вентиляции.

Автор: С.В. САРГСЯН, к.т.н., доцент, Московский государственный строительный университет (МГСУ)

Строительство зданий различного назначения над станциями метрополитена становится традиционным. Последние, как правило, сооружаются на окраинах больших городов, где станции метрополитена неглубокого (мелкого) заложения. С целью искусственного увеличения количества потенциальных покупателей в строящихся зданиях, в большинстве своем торгово-развлекательных комплексах (ТРК), архитектурно-строительный раздел проекта предусматривает дополнительную входную группу из метрополитена непосредственно в строящийся комплекс. В этом случае приток или отток воздушных масс через входную группу метрополитена непосредственно в здание влияет на его воздушный, тепловой и газовый режимы. Учет влияния воздушных потоков при проектировании систем общеобменной вентиляции в подобных зданиях становится весьма актуальной задачей.

Тоннели метрополитена с глубиной заложения менее 20 м относятся к участкам неглубокого (мелкого) заложения. Построенные над станцией метрополитена многоэтажные здания с двумя, тремя этажами под землей и использующие такие архитектурные приемы, как атриум, пассаж, усиливают естественную тягу из станции метрополитена. В таких случаях имеет место две группы помещений, соединенных в один комплекс станция метрополитена (подземная группа)–надстройка (надземная группа).

Каждая группа помещений соединяется в одно сооружение и оснащается своей системой приточной и вытяжной вентиляции согласно нормам, которые регламентируются соответствующими СНиПами. Учитывая, что комплекс станция метрополитена–надстройка является замкнутым пространством, то можно предположить, что совместная работа систем приточной и вытяжной вентиляции одной группы помещений существенно влияет на работу вентиляции второй группы помещений, составляющих единый комплекс. Станция метрополитена (подземная группа) — это существующее сооружение с действующей системой туннельной вентиляции в тоннелях и с местной в отдельных служебных помещениях.

Основные факторы, которые необходимо учитывать при проектировании вентиляции станций метро:

• теплота от поездов, освещения, эскалаторов, электроустановок и т.д.;
• влаговыделения от пассажиров, обслуживающего персонала, испарение с мокрых поверхностей и т.д.;
• газы от людей (двуокись углерода), а также другие газы, проникающие в тоннели через неплотности гидроизоляции с грунтовой водой и т.д.

Вентиляция метрополитенов неглубокого заложения имеет сезонный характер. Вентиляция отключается при появлении отрицательной среднесуточной температуры наружного воздуха, что обуславливается недостаточными теплоаккумулирующими возможностями вентиляционных шахт и тоннелей. Воздухообмен осуществляется посредством «поршневого действия» поездов и естественной тяги через вестибюли станций.

В настоящее время система приточной и вытяжной вентиляции надстройки (надземная группа) осуществляется без учета влияния воздухораспределения в подземной группе. Так как комплекс станция метрополитена — надстройка представляет собой замкнутое пространство, то можно предположить, что воздухораспределение в подземной группе комплекса неизбежно приводит к изменению расходов воздуха в надземной группе комплекса и наоборот. Следовательно, необходимо рассчитывать вентиляционный режим надземной группы, одновременно учитывая воздухораспределение существующей системы приточной и вытяжной вентиляции подземной группы. Такой подход позволит значительно увеличить точность при расчете воздухообмена в надземной группе. Существующая методика поиска решений систем нелинейных уравнений для расчета распределения воздуха по отдельным помещениям подземной группы позволяет установить фактический режим работы вентиляторов:

где U — множество ветвей вентиляционной сети; Uj + — множество ветвей, входящих в узел j; Uj – — множество ветвей, выходящих из узла j; S — источник сети; T — сток; Qc — общий поток в сети; Uв — множество ветвей с вентиляторами; Ru, Qu, Pu — аэродинамические сопротивление, расход и депрессия  сети, соответственно. Соотношения (1) и (2) выражают первый закон сетей и принцип минимизации затрат; формулы (2) и (3) — определяют потерю давления в ветви сети при турбулентном режиме движения воздуха; соотношение (4) определяет давление, развиваемое вентилятором; выражение (5) позволяет учитывать действие естественной тяги с постоянным давлением. Модель позволяет определить процесс воздухораспределения при работающей системе приточной и вытяжной вентиляции в подземной группе комплекса. Если при решения системы нелинейных уравнений предположить, что часть из множества ветвей вентиляционной сети имеет направленность из подземной группы в надземную, то становится возможным определить параметры и расход воздушных масс, перетекающих из подземной группы в надземную и наоборот. Входная группа вестибюлей станций метро неглубокого заложения имеет малые аэродинамические сопротивления, поэтому поршневое воздействие поездов в качестве вентиляционной нагрузки при проветривании помещений и сооружений, а также естественная вентиляция через вестибюли станций (в холодный период года варьируется в интервале от 12 до 28%) способствуют проникновению загрязненных воздушных масс в надземную группу комплекса. Взаимное влияние систем приточной и вытяжной вентиляции в надземной и подземной группе сооружений комплекса станция метрополитена — надстройка ТРК весьма значительна. Для предотвращения взаимовлияния работы систем вентиляции необходимо уже на стадии проектирования предусмотреть ряд мер с целью предотвращения перетекания воздушных масс из подземной группы в надземную группу комплекса и наоборот. Целесообразно на линии соприкосновения подземной и надземной группы (при входе из подземной группы в надземную группу) предусмотреть воздушные или воздушно-тепловые завесы, или оборудование шлюз-тамбуров, где обеспечивается постоянное избыточное давление. Все мероприятия должны быть обоснованы расчетами.

При невозможности осуществления мероприятий по предотвращению перетекании из одной группы в другую, необходимо рассчитать воздухообмен с учетом взаимовлияния систем приточной и вытяжной вентиляции в отдельных группах при их совместной работе.

1. Костин В.И., Сальков Е.А., Лугин И.В. Математическая модель воздухораспределения в помещениях станции метрополитена // Известия ВУЗов. Строительство. — Новосибирск: НГАСУ, № 6/2007.