Control of longitudinal airflow in road tunnels in case of fire

• Research unit: FEDRO RBT
• Project number: ASTRA2007/002_OBF

Key words (German)

Sicherheit Strassentunnel Tunnellüftung Aerodynamik Brandlüftung Rauchausbreitung

Key words (English)

Safety road tunnels tunnel ventilation aerodynamics fire ventilation smoke spreading

Short description (German)

In der ASTRA-Richtlinie 'Lüftung der Strassentunnel' (22.12.2004 mit Präzisierungen vom 31.07.2006) sind Vorgaben für die Dimensionierung der Brandlüftung und insbesondere von Strahlventilatoren für die Kontrolle der Längsströmung festgehalten.

Die Regelung der Strahlventilatoren ist mit einem erheblichen mess- und regelungstechnischen Aufwand verbunden. Die Kontrolle der Längsströmung hängt von der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Luftströmungsmessung ab. Diese ist erfahrungsgemäss sehr heikel. Die Verwendung von falschen Messwerten kann katastrophale Folgen haben.

In vielen bestehenden Tunnels, welche auf den neuen Sicherheitsstandard gebracht werden sollten, können Strahlventilatoren aus Platzgründen kaum untergebracht werden, oder würden kostspielige bauliche Anpassungen erfordern.

Deshalb sind alternative Verfahren zu untersuchen, um die Längsströmung zu kontrollieren, wie zum Beispiel die Verwendung von bestehenden (Halb-)Querlüftungsanlagen, konzentrierte Einblasung in den Tunnel oder Absaugung aus dem Tunnel, Saccardodüsen, Luftvorhänge und anderen Möglichkeiten. Die Kontrolle der Längsströmung sollte effizient, sicher und einfach ansteuerbar sein.

Short description (English)

The guideline ‚Ventilation of road-tunnels’ by the Swiss Federal Roads Authority (22.12.2004 with clarifications dated 31.07.2006) describes the requirements to the layout of the fire ventilation and in particular of jet fans for the handling of longitudinal airflow.

The controlling of jet fans requires high expenses for the measurement and closed-loop control. The handling of the longitudinal airflow is depending on the accuracy and reliability of the airflow measurement which is known to be very sensitive. The use of wrong measurements may have disastrous consequences.

In many existing tunnels which have to be adapted to the new safety standard, jet fans can not be installed because of lack of space, or they would require expensive changes of the construction.

Therefore, alternative ventilation concepts for the handling of the longitudinal airflow have to be analysed, e.g. the use of existing (semi-)transversal ventilation equipment, point injection in the tunnel or point extraction from the tunnel, saccardo-nozzles, air curtains and other concepts. The handling of the longitudinal airflow should be efficient, reliable and simple to control.

Project description (German)

Siehe Anhang

Methods (German)

Siehe Forschungsplan / Arbeitsprogramm

Special tools and infrastructure (German)

25-Punkt Netzmessung der Luftströmungsgeschwindigkeiten im Tunnelquerschnitt
(Eigentum des Tiefbauamtes Kt. GR)

Rauchgeneratoren (Fa. SAFEX/JOMOS)

Overview of research activities (German)

Siehe Anhang.

Project aims (German)

Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit in Strassentunneln

Evaluation von verschiedenen Verfahren zur Beeinflussung der Längsströmung im Strassentunnel, um die Rauchausbreitung im Brandfall bei Lüftungssystemen mit und ohne Rauchabsaugung zu begrenzen.

Erfassung der Problematik der Gesamtsysteme (Lüftungsaggregate, Messgeräte, Steuerung). Vergleich der verschiedenen Verfahren bezüglich Wirksamkeit, Realisierbarkeit, Kosten (Investition, Betrieb und Unterhalt), Zuverlässigkeit, Erfahrungen aus der Praxis etc.

Bestimmung von geeigneten Massnahmen zur Kontrolle der Längsströmung in bestehenden und neuen Strassentunnels

Project aims (English)

Contribution to higher safety in road tunnels

Evaluation of different ventilation concepts to handle longitudinal airflow in road tunnels in order to limit smoke spreading in case of fire by using ventilation systems with and without smoke extraction.

Focus on overall systems (ventilation equipment, measurement devices, control system). Comparison of different concepts regarding efficiency, feasibility, costs (investments, operation and maintenance), reliability, experiences in practice etc.

Determination of suitable measures to handle longitudinal airflow in existing and new road tunnels.

Research agenda (German)

Folgende Arbeiten sind vorgesehen:

· Literaturstudium von bereits durchgeführten Untersuchungen zu Luftvorhängen, Saccardodüsen etc., in Zusammenarbeit mit anderen internationalen Forschungsstellen, und Zusammenstellung der möglichen Verfahren.

· Zusammenfassung eigener Erfahrungen mit punktueller Einblasung und Absaugung sowie Verwendung von Halbquerlüftungen (Zuluft) und Querlüftungen bei bestehenden Projekten in der Schweiz und im Ausland.

· Vergleich der Effizienz aller Verfahren mit verschiedenen eindimensionalen Simulationsrechungen

· Untersuchung von ausgewählten Verfahren mit dreidimensionalen Simulationsrechungen (CFD)

· Test von ausgewählten Verfahren mit Lüftungsanlagen in bestehenden Strassentunnels
(in Zusammenarbeit mit Tunnelbetreibern)

· Vergleich von Messungen mit Berechnungen

Zusammenfassung der Ergebnisse und Empfehlungen in einem Schlussbericht

Transfer and application (German)

Siehe Anhang.

Publications / Results (German)

.

Berichtsnummer (German)

1310

Literature (German)

Martin Ilg, Rune Brandt and Antonio Di Miele
Optimal fire ventilation at congested traffic
12th International Symposium on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, BHr conference Portoroz, Slovenia,11-13 July 2006, ISBN: 1 85598 076-2

Rune Brandt
Aktuelle Lüftungssysteme in Strassentunneln und ihr optimaler Einsatz für eine höhere Sicherheit im Brandfall
Symposium zur Verbesserung der Sicherheit im Strassentunnel durch Einsatz moderner Messtechnik, 25.-26.10.2006, Hergiswil

Edy Jacques (Université Catholique de Louvain, B)
Confining Fire and Smoke with flexible curtains
International Conference 'Safety Innovation Criteria Inside Tunnels', 29.6.-1.7.2005, Gijon (E)

Matthias Wehner, Rune Brandt (HBI HAERTER Ltd., Tunnel Ventilation, Heidenheim, D, Zürich, CH), Ingrid Simon (Regional Council of Karlsruhe, D)
Optimal smoke Extraction by controling the longitudinal flow velocity using a punctual air supply or extraction
5th International Conference for Tunnel Fires, 25 – 27 Oct. 2004, London (UK)

Petr Pospisil, Rune Brandt (HBI HAERTER Ltd., Tunnel Ventilation, Zürich, CH)
Smoke Control in Road Tunnels
International Conference 'Significance of Tunnels in Transport', 16.-18.6.2004, Podbanské (SK)

A. Waltl (Land Steiermark, A)
Safety Measures for Road Tunnels – Newest Developments for the Plabutschtunnel, Austria
2nd Symposium on Tunnel Safety and Ventilation, April 2004, Graz (A)

R. Stosch, M. Wehner and R. Brandt
Optimisation of Ventilation in Case of Fire in Road Tunnels
International Conference “Tunnel Safety and Ventilation”, 2004, Graz

Pierre Schneider, Rune Brandt and Alain Gilibert
A Systematic Approach to the Supervision of Road Networks and its Application to Tunnel Ventilation
fifth International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels (SIRRT), Marseille, 6-9 October 2003

Rune Brandt, Pierre Schneider, Marie Roussel, Alain Gilibert
An integrated approach to upgrading of the ventilations systems in the tunnels under la Vue-des-Alpes
ITA World Tunnel Congress, Basle, December 2001

Ingo Riess, Marco Bettelini, Rune Brandt (HBI HAERTER Ltd., Tunnel Ventilation, Zürich, CH)
Smoke Extraction in Tunnels with considerable slope
4th International Conference Safety in Road and Rail Tunnels, 2001, Madrid (E)

I. Riess, M. Bettelini, R. Brandt
Smoke Extraction in Tunnels with Considerable Slope
4th International Conf. Safety in Road And Rail Tunnels (SIRRT), Madrid, April 2001

I. Riess, M. Bettelini, R. Brandt
Sprint – A Design Tool for Fire Ventilation, 10th International Conference
Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, bHr, Boston, 1-3 November 2000

I. Riess, R. Brandt
Longitudinal ventilation in fire case in road tunnels with bi-directional traffic, road and traffic
(VSS) 12/99, S. 462-466, December 1999

I. Riess, M. Wehner, R. Brandt
Time Scales in Road-Tunnel Ventilation
Conf. Tunnel Control and Instrumentation, Hong Kong, February 1999