Możliwości stosowania technologii oczyszczania powietrza z zanieczyszczeń gazowych w tunelach drogowych

• Autorzy: Nawrat S. , Schmidt-Polończyk N. , Napieraj S.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.43.3.2016.19

Warianty tytułu

EN

Possibility of Using Air Purification Technology From Gas Pollution in Road Tunnels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cel: Budowa tuneli drogowych szczególnie na terenach zurbanizowanych pozwala zmniejszyć emisję zanieczyszczeń gazowych w miejscu wybudowanego tunelu, ale jednocześnie powoduje znaczne zwiększenie stężeń tych zanieczyszczeń w rejonie wylotu zużytego powietrza z tunelu. W artykule przedstawiono symulację rozprzestrzeniania się ditlenku azotu pochodzącego ze spalin samochodowych w rejonie analizowanej ulicy oraz symulację zmiany jego stężeń w przypadku budowy tunelu z wentylacją wzdłużną bez systemu oczyszczania powietrza oraz z zabudowanym systemem oczyszczania powietrza. Przeprowadzono analizę skuteczności stosowania technologii oczyszczania powietrza wentylacyjnego z tuneli. Wprowadzenie: Według raportów dotyczących jakości powietrza Polska należy do najbardziej zanieczyszczonych państw w Europie. Głównym powodem wysokiego stężenia zanieczyszczeń w powietrzu w miastach są emitowane spaliny samochodowe. Jedną z metod ograniczenia zawartości zanieczyszczeń stałych i gazowych w powietrzu w miastach jest budowa drogowych tuneli komunikacyjnych. Rozwiązanie to powoduje znaczne zmniejszenie emisji zanieczyszczeń, szczególnie gazowych w obszarze tunelu. Niemniej jednak odprowadzane powietrze wentylacyjne z tunelu generuje lokalnie w rejonach wylotów z tuneli podwyższony poziom stężenia zanieczyszczeń. Na świecie stosowane są systemy oczyszczania dużych strumieni powietrza wentylacyjnego tuneli z zanieczyszczeń stałych i gazowych – przykładami są tunele Mont Blanc w Alpach łączący Chamonix we Francji z Courmayeur we Włoszech oraz tunel M30 w Madrycie. W takich tunelach powietrze wentylacyjne jest oczyszczane przed jego usunięciem do atmosfery. Metodologia: W celu zbadania wpływu tunelu drogowego na poziom stężenia wybranych zanieczyszczeń w powietrzu wybrano koncepcyjną lokalizację budowy tunelu drogowego w Warszawie w ciągu ulicy Wawelskiej. Emisja wybranych zanieczyszczeń gazowych pochodzących ze spalin silników samochodowych do atmosfery została zamodelowana nowoczesnym oprogramowaniem Computational Fluid Dynamics. W tym zakresie przeprowadzono analizę trzech przypadków: stanu istniejącego w rejonie ulicy Wawelskiej (ruch pojazdów ciągiem drogowym), budowy tunelu z wentylacją wzdłużną bez oczyszczania powietrza wentylacyjnego z tunelu oraz budowy tunelu z wentylacją wzdłużną z systemem oczyszczania powietrza z tunelu. Następnie wyniki badań stężeń zanieczyszczeń w powietrzu dla analizowanych przypadków zostały porównane. Wnioski: Rezultaty analiz numerycznych zestawione z przeprowadzonymi przez pracowników Politechniki Warszawskiej wynikami badań stężeń zanieczyszczeń powietrza w rejonie ulicy Wawelskiej w Warszawie potwierdziły przyjęte założenia dotyczące modelowania numerycznego stanu obecnego. Efekty analiz dotyczących prognozowanego stężenia zanieczyszczeń w powietrzu dla wariantu budowy tunelu bez systemu oczyszczania powietrza wykazały znaczne zmniejszenie zanieczyszczeń w rejonie ulicy Wawelskiej oraz spore przekroczenia dopuszczalnych stężeń zanieczyszczeń przy wylotach z portali tuneli. Ponadto wyniki badań numerycznych potwierdziły, że budowa tunelu wraz z systemem oczyszczania powietrza wentylacyjnego jest najkorzystniejszym rozwiązaniem prowadzącym do zmniejszenia poziomu zanieczyszczeń w rejonie ulicy Wawelskiej w Warszawie.

EN

Aim: Road tunnel construction, especially in urban areas, leads to the reduction in the emission of solid and gaseous pollutants within the area of the constructed tunnel, and at the same time to a significant increase in the concentration of this pollution in the areas where the exhaust air is discharged from the tunnel. The article presents a simulation of how nitrogen dioxide coming from car exhaust spreads in the area of the analyzed street and a simulation of changes in its concentration in the case of tunnel building with longitudinal ventilation with and without air purification system. At the same time analysis of the effectiveness of using air purification technology in tunnels was carried out. Introduction: Reports concerning air quality in Europe place Poland among the most polluted countries. Exhaust emission from cars is the main reason for the high concentration of air pollutants in cities. Construction of road tunnels is one of the methods to reduce the content of solid and gaseous pollutants in the air in cities. This solution leads to a significant reduction in the emission of pollutants, especially gaseous ones, within the area of a tunnel; however, the ventilation air discharged from the tunnel generates locally, in the areas of tunnel portals, an increased concentration level of solid and gaseous pollutants. All over the world, in city tunnels, systems of purifying large volumes of ventilation air streams from solid and gaseous pollutants are used – examples are Mont Blanc tunnel in Alps connecting Chamonix in France and Courmayeur in Italy and the M30 tunnel in Madrid, where ventilation air from the tunnels is purified before it is removed to the atmosphere. Methodology: In order to study the impact of a road tunnel on the concentration levels of selected air pollutants, a location included in the conceptual design of a road tunnel in Warsaw, along Wawelska Street, was selected. The emission of selected gaseous pollutants from car engines was modelled using Computational Fluid Dynamics for the current situation on Wawelska Street (vehicle traffic on the road), for the construction of a tunnel with a longitudinal ventilation without an air purification system, and for the construction of a tunnel with longitudinal ventilation with an air purification system. The levels of air pollution concentration for the analysed cases were juxtaposed with one another. Conclusions: The comparison of the results of numerical analyses with the results of the air pollution concentration study in the area of Wawelska street in Warsaw, which was conducted by the Warsaw University of Technology staff, confirmed the adopted numerical modelling assumptions for the current state. The results of the analyses concerning the predicted concentration of air pollution in the variant of tunnel construction without an air purification system showed a significant reduction in pollution in the area of Wawelska Street and largely exceeded pollution concentration limits in the area of the tunnel portals. Moreover, the results of numerical analyses confirmed that the construction of a tunnel with an air purification system was the most favourable solution, leading to the reduction of pollution in the area of Wawelska Street in Warsaw.

Słowa kluczowe

PL

tunel; wentylacja tuneli; oczyszczanie powietrza; zanieczyszczenia

EN

tunnel; tunnel ventilation; air purification; pollutants

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 43, nr 3
• Strony: 215--222
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nawrat S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza

autor

Schmidt-Polończyk N.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza

autor

Napieraj S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza

Bibliografia

• [1] Nawrat S., Napieraj S., Schmidt-Polończyk N., Możliwości ograniczenia zagrożeń środowiskowych przez zastosowanie tuneli komunikacyjnych, Wydawnictwo Budownictwo Górnicze i Tunelowe, Kraków 2014, 11-16.
• [2] Uczkiewicz J., Kwiatkowski K.: Ochrona powietrza przed zanieczyszczeniami Informacja o wynikach kontroli, Najwyższa Izba Kontroli LKR-4101-007-00/2014 Nr ewid. 177/2014/P/14/086/LKR, 2014.
• [3] Badyda A.J., Dąbrowiecki P., Czechowski P. O., Majewski G., Risk of bronchi obstruction among non-smokers—Review of environmental factors affecting bronchoconstriction, “Respiratory Physiology & Neurobiology” 2015, 209, 39-46.
• [4] European Environment Agency: Air quality in Europe – 2015.
• [5] Główny Urząd Statystyczny: Transport – wyniki działalności w 2014 r., Warszawa 2015.
• [6] Badyda A., Ruch drogowy i zanieczyszczenie powietrza w rejonie ul. Wawelskiej, materiały z konferencji „Wawelska w tunelu”, Warszawa 2016.
• [7] Bari S., Naser J., Simulation of airflow and pollution levels caused by severe traffic jam in a road tunel, “Tunnelling and Underground Space Technology” 2010, 25(1), 70-77.
• [8] McGrattan K., McDermott R., Hostikka S., Floyd J., Overholt K., Fire Dynamics Simulator Technical Reference Guide, Volume 1: Mathematical Model, NIST, Washington 2013.
• [9] Road Tunnels: Vehicle emissions and air demand for ventilation, PIARC Technical Committee on Road Tunnels Operation (C4), France 2013.
• [10] Schmidt N., Wybrane aspekty procesu oczyszczania powietrza z zanieczyszczeń i wentylacji w tunelach drogowych, „Logistyka” 2013, 4, 484-496.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.