[CPD Sharing EP7] 車道/地鐵隧道通風設計 Design for Tunnel & Trackway Ventilation (for Metro)
短介:
這個系列是我將自己出席過的CPD 內容濃縮成筆錄文章，希望將知識總結，並讓知識流傳，因為我覺得工程知識太廣泛，卻又欠缺參考書，導致有心進步的人亦不易找到門徑，我希望有一個平台可以讓更多工程師一起討論、學習，此系列介紹的知識較為進階，基礎知識將來才會逐一介紹 (另外Elvis 師兄的Blog 亦非常值得留意，許多設計方法已經可以在他的網站裡學習到)
CPD 資料
| Title: | Stories of Mechanical Engineers Tunnel & Trackway Ventilation |
| Speaker: | Ir Steven Lai (ATAL) & Ms. Cathy Kam (WSP) |
| Date: | 2022-Nov-30 |
| Organizer: | HKIE |
| Theme: | HVAC (Tunnel Ventilation) |
1. Various operation modes (metro system)
隧道通風系統 (TVS) 主要適用於3種隧道──地鐵路軌隧道、馬路隧道、海底隧底。
是次CPD分享主要以地鐵路軌隧道，其通風系統有4種運作模式：
第一種：Normal Operation
第二種：Congestion Operation
第三種：Fire Emergency Operation
第四種：Engineering / Maintenance Operation
簡單而言，正常模式就是維持良好通風率，溫度控制至攝氏35-40度舒適，難度不大，因為高速行駛會有Piston Effect 一直有涼風抽進隧道、帶動熱風出隧道；但當有訊號故障要停車，導致後面塞車，會跌入第二模式，這時候由於停車會失去Piston Effect，而機件、AC組件持續發熱，溫度要盡力維持在40度左右。
第三種情況，地鐵著火情況不多(如下圖)，但就是隧道通風系統的重中之中。
設計時要假設Single Fire Scenario (單一火源)，考慮Internal Fire(車廂內) 及 External Fire (車廂外) 情況，因為通風系統不一樣。先講前者，前者不影響車的機動力，就會繼續向車站行駛，因為不想2000位乘客要行路軌逃生，這種著火就會駛去車站的模式又稱為「Drive Through」
後者發生時，乘客就只有棄車離去，這時候就要側重做Smoke Extraction，以防乘客吸入濃煙致死。
Smoke Extraction System 利用2個技術，第一個是 Push-Pull 技術，核心原理好簡單，亦即是用大風牆阻擋煙霧前進，乘客就可以安心從相反方向離去。
第二個是Local Smoke Extraction，亦即是在每隔一段距離就在隧道頂設置開口，局部用風扇抽出煙，抽煙方向可以是與隧道方向水平 (Longitudinal System)，亦可以向與隧道方向垂直 (Transverse System) ，香港的設計大多以與隧道方向垂直 (Transverse System) 為主。
最後，行車安全的每一個晚上，都會有工程人員做Maintenance ，這時主要要維持的就是溫度及空氣質量。
2. Station design for Tunnel ventilation system
考慮地鐵隧道通風系統時，另一個設計重點就是車站本身有沒有幕門，因為代表月台的空氣也需要考慮在內。
同樣，車站設計有3種：
第一種：Open System
第二種：Close System
第三種：Plantform Screen Door (PSD) System
第一種：Open System (例子：New York City Transit System)
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第二種：Close System (例子: Tsuen Wan Line (old time) ; Delhi Metro line 1)
與上面設計的分別，純粹是close system有冷氣，香港多數舊地鐵站都是這個設計。
第三種：Plantform Screen Door (PSD) System (例子：香港大部份車站）
有幕門，最大好處就是可以分開月台與路軌的通風完全獨立分開，令到月台的溫度可以不受發熱的機動組件影響，可以低溫至24度，夏天時可以涼快地等車。
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| PSD system Schematic Diagram |
小總結：
上面2點都是設計TVS 的主要概念，但現實世界要證明其可行性，都必須靠顧問用CFD去運算一次空氣的流動，從而確保其設計正確性。
以下是關於這個Webinar 的Q&A ，看看你能否回答吧~
Q:做MTR project Smoke Extraction System，需要入的Statutory
Document與一般project有何不同?
A: MTR 自己有一本Tunnel ventilation guide；要求已與其他project不同；另外，入紙方面，MTR有自己的審批部門SSCC (Safety and Security Coordinating Committee) ，與其他大廈消防系統入Form 314不同，因為MTR 消防系統同時與Signaling system (安排車次)、Communication system、Traction System (供電系統)有互聯關係，所以要獨特地按照他們的方式填寫。
Q: 地鐵加幕門，對於ventilation system有何改動?
A: 以前無幕門是Close system ，直接用月台的凍風去冷卻熱煙；現在要用ventilation shaft + 供冷將街外風冷卻，才達到同一個目的。
Q: 最近發展趨勢 & 香港的Tunnel Ventilation 難處?
A: 香港的Tunnel 夜晚會行雙方向，令到通風系統無法用Criterial velocity method，淨係吹一面；解決方法是(粗疏版)，目前會
Q: 如果著火點係隧道正中間，應該怎樣決定風向哪一邊吹?
A: 通常隧道都有斜度(Gradient)，利用煙向上升特性，安排逃生路線於向下斜的另一方向。
Q: 萬一抽鮮風的通風管道外的空氣充滿濃煙，會發生甚麼事?
A: 第一，抽風通風管道不會放在排煙管道附近，所以甚少出現濃煙情況；第二，抽風管道內會有smoke detector，所以不會盲抽。
Q: Damper
(風閥) 的推動器 (Actuator)，pneumatic vs electrical 有何分別?
後者以前發展初期經常壞，推動力度又不夠，所以以前以氣動式為主；但近年電動式已經技術成熟，可以結合BMS使用，有Feedback所以已成為主流。
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