Tunnel Safety Consults bv Schoolstraat 18 3742 CE Baarn The Netherlands Tel +31 (0)35 5430490 Fax +31 (0)84 7282382 info@tunnelsafetyconsults.com www.tunnelsafetyconsults.com Definitief Ontwerp IJtunnel te Amsterdam & Overdrukventilatie Opdrachtgever : divv Amsterdam P. van Rossum Postbus 95089 1090 HB Amsterdam Datum : 24-06-2015, aangepast 20-10-2015 Status document : versie 2.1 Definitief Opgesteld door : E. Thesing Controle : J.W. Huijben Vrijgave : J. W. Huijben Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt worden door middel van druk, fotokopie of op welke andere wijze dan ook zonder toestemming van Tunnel Safety Consults bv, behalve voor intern gebruik binnen de organisatie van de opdrachtgever of voor direct bij het werk betrokken partijen.
DOCUMENT HISTORIE versie datum wijzigingen Door 0.1 27 januari 2014 Opzet ventilatierapport ETH 0.2 27 februari H12 ETH 0.5 03 maart 2014 H2, 5, 6.2.2, 10, 12 ETH 0.9 19 maart 2014 Hele document ETH 0.91 24 maart 2014 Hele document MJO 0.95 2 april 2014 Opmerkingen verwerkt ETH / JWH 1.0 29 april 2014 Opmerkingen verwerkt ETH / JWH 1.1 11 juni 2014 Opmerkingen verwerkt ETH / JWH 1.2 21 mei 2015 Opmerkingen uit second opinion ETH / JWH Efectis verwerkt en reviewformulier toegevoegd als bijlage bij dit rapport 2.0 24 juni 2015 Status definitief JWH 2.1 20 oktober 2015 Laatste aanpassing op definitieve versie JWH Tunnel Safety Consults bv Pagina 2
Inhoudsopgave 1 INLEIDING... 5 2 DOEL VAN VENTILATIE... 7 2.1 TUNNELVENTILATIE EN BRAND... 7 2.1.1 Verkeerssituatie A voertuigen stroomopwaarts van de brand... 7 2.1.2 Verkeerssituatie B voertuigen stroomopwaarts en stroomafwaarts van de brand... 8 2.2 VOORWAARDEN AAN DE WERKING VAN DE TUNNELVENTILATIE BIJ BRAND... 8 2.3 TUNNELVENTILATIE EN CONCENTRATIES UITLAATGASSEN... 8 2.4 OVERDRUKVENTILATIE... 8 3 UITGANGSPUNTEN TUNNELVENTILATIE... 9 3.1 REFERENTIEDOCUMENTEN... 9 3.2 BESTAANDE SYSTEEM TUNNELVENTILATIE... 9 3.3 UITGANGSPUNTEN VOOR 1-D BEREKENINGEN TUNNELVENTILATIE... 10 3.4 UITGANGSPUNTEN VOOR CFD-SIMULATIES TUNNELVENTILATIE... 10 4 REKENMODELLEN... 11 4.1 REKENMODEL VENTILATIECAPACITEIT... 11 4.1.1 Beschrijving... 11 4.1.2 Betrouwbaarheid en nauwkeurigheid... 11 4.2 CFD-PAKKET... 11 4.3 REKENMODEL GELUID... 11 5 TUNNELVENTILATIEONTWERP... 12 5.1 VENTILATORCONFIGURATIE... 12 5.2 VENTILATORTYPEN... 13 5.2.1 Technische gegevens éénrichting ventilatoren 710mm... 13 5.2.2 Technische gegevens éénrichting ventilatoren 800mm... 13 5.2.3 Technische gegevens omkeerbare ventilatoren... 13 5.2.4 Overige... 13 5.3 SCHAKELEN VAN VENTILATIE... 14 5.3.1 Schakelprincipe bij brand... 14 5.3.2 Detecteren van file... 15 5.3.3 Codering van ventilatorclusters... 16 5.3.4 Schakelprincipe bij brand in Westbuis... 17 5.3.5 Schakelprincipe bij brand in Oostbuis... 18 5.3.6 Schakelprincipe beheersen emissieconcentraties... 19 6 1-DIMENSIONALE BEREKENINGEN VOOR BRAND... 20 6.1 DETERMINISTISCHE EN PROBABILISTISCHE BEREKENINGEN... 20 6.2 REKENRESULTATEN... 20 6.2.1 Probabilistische berekeningen... 20 6.2.2 Deterministische berekeningen... 22 7 CFD-SIMULATIES VOOR BRAND... 24 7.1 RESULTATEN CFD-SIMULATIES KOUDE SOM... 24 7.2 CFD-SCENARIO S... 26 7.3 CFD-SIMULATIES VOOR BRAND IN SECTIE 3 VAN OOST- EN WESTBUIS... 26 7.4 CFD-SIMULATIES VOOR BRAND ONDER NEMO... 27 7.4.1 Inleiding... 27 7.4.2 Schakelen bij brand in sectie 0... 27 Tunnel Safety Consults bv Pagina 3
7.4.3 Conclusie... 30 8 NIET-INCIDENTBUIS... 31 8.1 OOSTBUIS... 31 8.2 WESTBUIS... 32 8.3 SCHAKELING BIJ FILEVERKEER IN INCIDENTBUIS... 32 9 EMISSIECONCENTRATIES IN DE TUNNEL... 33 9.1 INLEIDING... 33 9.2 UITGANGSPUNTEN... 33 9.3 BEREKENINGSRESULTATEN... 34 10 GELUID IN DE TUNNELBUIZEN... 36 10.1 GEGEVENS T.B.V. DE GELUIDSBEREKENING... 36 10.2 RESULTATEN VAN DE GELUIDSBEREKENING... 37 10.3 BEOORDELING RESULTATEN... 37 11 DETECTIE EMISSIE EN ROOK... 38 11.1 BESTAANDE SYSTEEM... 38 11.2 SYSTEEM IN SAMENWERKING MET TUNNELVENTILATIE... 39 12 OVERDRUKVENTILATIE... 40 12.1 BESTAANDE SYSTEEM VAN OVERDRUKVENTILATIE... 40 12.1.1 Toevoer trappenhuis ingangsgebouw Zuid... 40 12.1.2 Toevoer MTK tussen ventilatiegebouw Zuid en Noord... 40 12.1.3 Overdruk Vluchtsluizen... 41 12.2 UITGANGSPUNTEN OVERDRUKVENTILATIE... 41 12.3 BEREKENINGEN OVERDRUKVENTILATIE PRINCIPE 1... 42 12.4 BEREKENINGEN OVERDRUKVENTILATIE PRINCIPE 2... 45 13 RAAKVLAKKEN... 46 13.1 CIVIEL... 46 13.2 VOEDING... 46 13.3 BESTURING... 46 13.4 OVERIGE INSTALLATIES... 46 14 PRESTATIEMETING TUNNELVENTILATIE... 47 14.1 UITGANGSPUNTEN... 47 14.2 BESCHRIJVING METINGEN... 47 14.3 BEREKENINGEN VERWACHTE MEETWAARDEN... 49 15 REFERENTIEDOCUMENTEN... 51 BIJLAGE 1 UITGANGSPUNTEN 1D... 52 BIJLAGE 2 UITGANGSPUNTEN CFD... 61 BIJLAGE 3 TEMPERATUUR IN AFZUIGKANALEN EN BIJ AFZUIGVENTILATOREN... 66 BIJLAGE 4 EMISSIEBEREKENINGEN... 68 BIJLAGE 5 DRUKLIJNEN BRAND MET FILEVERKEER... 71 BIJLAGE 6 MEMO METINGEN TUNNELVENTILATIE... 75 BIJLAGE 7 CFD SCENARIOS OOST & WESTBUIS... 76 Tunnel Safety Consults bv Pagina 4
1 INLEIDING In 2007 is vastgesteld dat er met het bestaande ventilatiesysteem in de IJtunnel kans bestaat dat bij brand veel weggebruikers in de rook komen te staan. Een en ander is vastgelegd in diverse rapportages van h3mhuijben Consultancy 1024-07 d.d. 21 november 2007 [2], 1046-08 d.d. 1 juli 2009 [4], het Definitief Ontwerp 1046F-11 d.d. 31 maart 2011 [5] en het gewijzigde Definitief Ontwerp 1066A-12 d.d. 29 april 2013[7]. Uit rapportages [2] en [4] is gebleken dat met een hybride ventilatiesysteem, bestaande uit een combinatie van langsventilatie en afzuigventilatie, een optimaal resultaat qua veiligheid wordt bereikt. In al deze studies is aangenomen dat de afzuiginstallaties in de ventilatiesecties I, II en III alle werkzaam kunnen zijn. In het voorjaar van 2012 is geconstateerd dat het tunnelplafond in sectie III zeer gevoelig was voor de hoge temperaturen die bij brand optreden en kon instorten op een onverwachte plaats en onverwacht tijdstip. Er is daarom besloten het tunnelplafond over de gehele lengte van ventilatiesectie III te verwijderen. Dit heeft tot gevolg dat: De afzuigventilatoren in sectie III niet meer gebruikt worden; De tunneldoorsnede over de lengte van sectie III vergroot wordt, hetgeen een lagere luchtsnelheid in de tunnel in sectie III tot gevolg heeft. De consequentie hiervan is dat er meer langsventilatoren in de tunnel moeten worden opgehangen, teneinde voldoende ventilatiecapaciteit in de tunnel te creëren. Het Definitief Ontwerp 1046F-11 d.d. 31 maart 2011 [5] voorzag in ventilatoren alle met een nominale diameter van Ø800 mm. Omdat vlak voor de renovatie in de zomer van 2012 is besloten het tunnelplafond in sectie III te verwijderen en men niet wilde wachten op de levering van extra ventilatoren met nominale diameter Ø800 mm is besloten tijdelijk enkele ventilatoren met een nominale diameter Ø710 mm op te hangen en deze later te vervangen door ventilatoren met nominale diameter Ø800 mm. In de loop van 2013 is een Definitief Ontwerp gemaakt gebaseerd op alleen ventilatoren met nominale diameter Ø800 mm [7]. Daarbij zijn dezelfde uitgangspunten gehanteerd als bij het Definitief Ontwerp gemaakt in 2011 [5]. Echter in de loop van 2013 is besloten de uitgangspunten anders te kiezen en wel zodanig dat zoveel mogelijk wordt aangesloten bij de gewijzigde wetgeving voor tunnels (Warvw juli 2013). Ook waren nu de meetgegevens van de ventilatoren met nominale diameter Ø800 mm beschikbaar. Bovendien was het verzoek de tijdelijke ventilatoren met nominale diameter Ø710 mm in te passen in het ontwerp. Al deze aanpassingen hebben geleid tot het compleet herzien van het Definitief Ontwerp. Dit Definitief Ontwerp behandelt: Vaststelling van de benodigde ventilatiecapaciteit bij brand, uitgaande van herziene uitgangspunten en gebruikmakend van 1-dimensionale berekeningen voor het bepalen van de kansen op het rookvrij houden van vluchtwegen zoals vermeld in de Warvw 2013; Controle van de ventilatiecapaciteit bij brand, gebruik makend van CFD simulatie; Bepaling van de optimale schakelstanden van de tunnelventilatie bij brand; Controle van de ventilatiecapaciteit voor het beheersen van de emissieconcentraties in de tunnelbuizen; Berekening van de verwachte geluidsdruk in de tunnelbuizen t.g.v. de langsventilatie; De bepaling van het drukverloop in de tunnelbuizen t.g.v. de tunnelventilatie in relatie met de overdrukventilatie van vluchtwegen; Tunnel Safety Consults bv Pagina 5
Controle van het ontwerp van de overdrukventilatie in relatie tot het gewijzigde drukverloop in de tunnelbuizen als gevolg van de gewijzigde tunnelventilatie. Dit definitief ontwerp vormt enerzijds de onderlegger voor aanpassing van de vergunningverlening voor de IJtunnel en anderzijds voor de uitvoering van aanpassingen aan de ventilatiesystemen, elektrische voedingen en besturing. Tunnel Safety Consults bv Pagina 6
2 DOEL VAN VENTILATIE Het doel van de tunnelventilatie systemen is 2-ledig: - Bij brand zo goed mogelijk zorgen voor rookvrije zones waarin gevlucht kan worden en waarin hulpdiensten hun werk kunnen doen. - In de normale verkeerssituatie zorgen voor beperking van de concentraties uitlaatgassen. 2.1 en brand Bedreiging bij brand vindt plaats door rook. In een rookvrije zone kan worden gevlucht en kan een incident worden benaderd. We concentreren ons op het creëren van rookvrije zones zodat de kans dat weggebruikers door rook worden bedreigd zo klein mogelijk is. Daarnaast zal de rookvrije zone vaak ook bruikbaar zijn voor de benadering van het incident door de hulpdiensten. Daarbij worden de volgende situaties onderscheiden: 1) Normaal rijdend verkeer, waarbij een enkelvoudig incident gebeurt dat resulteert in brand. 2) File verkeer met snelheid > 20 km/h, waarbij een enkelvoudig incident gebeurt dat resulteert in brand. 3) File verkeer met snelheid < 20 km/h, waarbij een enkelvoudig incident gebeurt dat resulteert in brand. De situaties 1 en 2 kunnen worden samengevoegd tot één type verkeerssituatie A: Situatie 1 leidt ertoe dat stroomopwaarts van de brand voertuigen tot stilstand komen, terwijl stroomafwaarts van de brand de voertuigen met normale snelheid de tunnel uitrijden. Bij situatie 2 komen eveneens stroomopwaarts van de brand voertuigen tot stilstand, terwijl stroomafwaarts van de brand voertuigen weliswaar langzaam rijden maar nog altijd sneller dan de rookuitbreiding in stroomafwaartse richting. Dat is het geval als de gemiddelde rijsnelheid van de file groter is dan 20 km/h. In beide gevallen resulteert dit in een situatie waarbij in de zelfredzaamheidsfase alleen stroomopwaarts van de brand voertuigen (met weggebruikers) aanwezig zijn. In verkeerssituatie 3 zijn zowel stroomopwaarts als stroomafwaarts van de brand voertuigen (en weggebruikers) aanwezig. In de praktijk kunnen er ook nog situaties voorkomen waarbij aan het begin van de tunnelbuis een brand ontstaat en alleen in het laatste deel van de tunnel file aanwezig is. Die situatie zou zonder werkende verkeersmaatregelen met name in de Westbuis kunnen ontstaan. Op basis van de beschreven scenario s is een systeem bedacht bestaande uit een combinatie van de bestaande afzuigventilatie en de toegevoegde langsventilatie. Dit levert de volgende mogelijkheden op: 2.1.1 Verkeerssituatie A voertuigen stroomopwaarts van de brand Door middel van langsventilatie wordt de zone stroomopwaarts van de brand rookvrij gehouden. Omdat de ruimte voor de installatie van langsventilatoren beperkt is moet waar mogelijk de afzuigventilatie meehelpen om voldoende langsstroming te bewerkstelligen. Dit levert dan meteen de mogelijkheid rook ook af te zuigen als de brand aan het begin van Tunnel Safety Consults bv Pagina 7
de tunnelbuis optreedt, zodat het laatste deel van de tunnelbuis in principe rookvrij kan worden gehouden. 2.1.2 Verkeerssituatie B voertuigen stroomopwaarts en stroomafwaarts van de brand Doel is zo min mogelijk slachtoffers door de gevolgen van brand. Om dit te bewerkstelligen moet in de IJtunnel niet in de langsrichting worden geventileerd bij brand en file (uitzondering eindsectie). Er kan niet worden voorkomen dat een aantal weggebruikers door rook worden bedreigd als zij niet tijdig naar de nooduitgangen zijn gegaan. De rook wordt bij de brand afgezogen als de brand in de ventilatiesecties I of II optreedt. In ventilatiesectie III met grotere sectie doornede is geen afzuiging meer aanwezig, onder Nemo was al geen rookafzuiging. Daar wordt gebruik gemaakt van de helling van de tunnel en thermische trek van de rook. Waar nodig wordt de rookverdrijving ondersteund met langsventilatie. 2.2 Voorwaarden aan de werking van de tunnelventilatie bij brand Om een combinatie van langs-/ afzuigventilatie in de IJtunnel zinvol te laten zijn moet aan de volgende voorwaarden worden voldaan: a. Bij het optreden van een bepaald brandvermogen in verkeerssituatie A creëert het systeem voldoende langssnelheid om de tunnel stroomopwaarts van de brand rookvrij te houden. b. De schakeling van de afzuiging is afhankelijk van de plaats van de brand. c. De schakeling van het ventilatiesysteem hangt af van rijdend of stilstaand verkeer d. De langs- en afzuigventilatoren moeten voldoende lang blijven werken wanneer ze aan hoge rookgastemperaturen worden blootgesteld. e. De langsventilatie moet omkeerbaar zijn zodat bij brand de niet-incident buis rookvrij kan worden gehouden de niet-incident buis wordt dan in dezelfde richting geventileerd als de incident buis. 2.3 en concentraties uitlaatgassen Rijdend verkeer wekt zelf een stroming in langsrichting op waardoor de lucht in de tunnelbuizen veelal voldoende wordt ververst om de emissieconcentraties voldoende laag te houden. Wanneer de opgewekte luchtsnelheid door het verkeer te laag is in verhouding tot de hoeveelheid geproduceerde emissie dan kan de langsventilatie de stroming in langsrichting ondersteunen. Afzuiging moet worden vermeden omdat daarmee zones met stilstaande lucht worden gecreëerd daarin kunnen de concentraties zeer hoog oplopen. 2.4 Overdrukventilatie Het Middentunnelkanaal (MTK), als onderdeel van de vluchtweg, wordt rookvrij gehouden door middel van overdrukventilatie. Deze zorgt voor een luchtstroom door geopende vluchtdeuren richting de incidentbuis in ieder geval in de rookzone van de incidentbuis. Tunnel Safety Consults bv Pagina 8
3 UITGANGSPUNTEN TUNNELVENTILATIE 3.1 Referentiedocumenten Documenten die gebruikt zijn bij het opstellen van dit DO, zijn genoemd in hoofdstuk 15. 3.2 Bestaande systeem Het bestaande systeem tunnelventilatie bestaat uit drie verschillende typen ventilatoren: - Type Ø710 niet-omkeerbare ventilatoren - Type Ø800 niet-omkeerbare ventilatoren - Type Ø800 omkeerbare ventilatoren Deze ventilatoren zijn geclusterd, en hangen volgens de opstelling in Figuur 1. Zoals in de figuur is af te lezen, bestaan enkele clusters uit verschillende typen ventilatoren. Wanneer verschillende ventilatortypen in één cluster gebruikt worden, kunnen de uitblaasstromen elkaar verstoren, dit gaat ten koste van het opstellingsrendement. De prestaties van het huidige systeem zijn gemeten en gerapporteerd in [13] & [14]. Figuur 1: Bestaande ventilatoropstelling Behalve langsventilatoren is de tunnel ook voorzien van afzuigventilatie. Dit afzuigsysteem is als volgt opgebouwd: Er zijn 4 secties, genummerd van Zuid naar Noord als 0, I, II, III In de secties I en II is afzuiging mogelijk. In sectie 0 en sectie III is geen afzuiging (sectie 0 is t.p.v. Nemo). Tunnel Safety Consults bv Pagina 9
Noord Zuid ventilatiekanaal Sectie III Sectie II Sectie I Sec. 0 Figuur 2: Bestaand afzuigsysteem Na de renovatie van zomer 2012 ziet het afzuigventilatiesysteem van de IJtunnel er schematisch uit zoals aangegeven in Figuur 2. Uit de CFD simulaties is geconcludeerd dat de afzuigventilatoren bij brand in functie blijven (Zie Bijlage 3). Er kan alleen worden afgezogen in de secties I en II. De lengte van de ventilatiesecties is aangegeven in Tabel 1, afzuigdebieten staan in Tabel 2. Sectie III Sectie II Sectie I Sectie lengte (m) 350 390 300 100 Tabel 1: Lengte van de ventilatiesecties Sectie 0 (onder Nemo) Debiet in m 3 /s Sectie III Sectie II Sectie I Sectie 0 (onder Nemo) Westbuis Afzuigen 0 147 113 0 Oostbuis Afzuigen 0 135 102 0 Tabel 2: Afzuigdebiet per ventilatiesectie 3.3 Uitgangspunten voor 1-D berekeningen tunnelventilatie Uitgangspunten voor de 1D-berekenigen zijn vastgesteld in memo [8], die ook deel uitmaakt van dit DO in Bijlage 1 Uitgangspunten 1D. Hierbij wordt opgemerkt dat het toetskader met name wordt gevormd door de Nederlandse Aanbevelingen Ventilatie van Verkeerstunnels (AVV2005). Hierin wordt uitgegaan van stationaire 1-dimensionale berekeningen bij de maximaal opgegeven brandgrootte. In werkelijkheid kunnen er afwijkingen optreden door brandontwikkeling en aanloopverschijnselen van de ventilatie. Waar nodig moet dit door middel van CFDsimulaties nader beschouwd. 3.4 Uitgangspunten voor CFD-simulaties tunnelventilatie Uitgangspunten voor de CFD simulaties zijn vastgesteld in Bijlage 2 Modellering CFD. Tunnel Safety Consults bv Pagina 10
4 REKENMODELLEN 4.1 Rekenmodel ventilatiecapaciteit 4.1.1 Beschrijving Voor de berekeningen, gepresenteerd in dit rapport, is het rekenmodel Laventun v2.42 gebruikt. Dit is een 1-dimensionaal rekenmodel dat door h3mhuijben Consultancy bv & Tunnel Safety Consults bv is opgesteld en heeft de mogelijkheid langsventilatie, afzuigventilatie en de combinatie van langs- en afzuigventilatie te kunnen berekenen. Het rekenmodel berekent de luchtsnelheid stroomopwaarts vlak voor de brand waarmee wordt vastgesteld of terugstroming van rook (backlayering) zal optreden. Het model volgt nauwgezet de rekenmethode zoals beschreven in de Aanbevelingen Ventilatie van Verkeerstunnels december 2005 [16]. 4.1.2 Betrouwbaarheid en nauwkeurigheid Een vergelijking van recente metingen in de IJtunnel(2013/2014) [14] en de met Laventun berekende luchtsnelheden toont aan dat de gemiddelde afwijking tussen meting en berekening ca. +/- 6% bedraagt. Het rekenmodel is getoetst zowel op goede werking als qua uitkomsten aan de hand van metingen in diverse andere tunnels. In het rapport 9010-10 Toets van Laventun 2.4 d.d. 27 januari 2011, opgesteld door Tunnel Safety Consults bv in samenwerking met de Hogeschool van Utrecht, is vastgelegd en bewezen dat Laventun 2.42 correct rekent volgens de Aanbeveling Ventilatie Verkeerstunnels uit 2005 van Rijkswaterstaat (AVV2005) [16]. 4.2 CFD-pakket Voor het simuleren van de verschillende beschreven scenario s is gebruik gemaakt van de programma s Fire Dynamics Simulator (FDS) versie 5.2.5 en Smokeview (SMV) versie 5.3.5 van het National Institute of Standards and Technology (NIST), ontwikkeld door de Amerikaanse Overheid. Het programma FDS berekent de gegevens en het programma SMV zorgt voor de visualisaties. Beide programma s worden wereldwijd toegepast voor het simuleren van rookbewegingen bij tunnelbranden. Beide programma s zijn door softwarematige analyse geverifieerd en middels schaal- en fullscalemodellen voldoende gevalideerd voor toepassing op de IJtunnel. 4.3 Rekenmodel geluid Het rekenmodel TNL-geluid v5.1 is gebruikt voor de berekening van het geluidsniveau in de tunnel. Dit rekenmodel werkt conform hoofdstuk 7 in de Aanbevelingen Ventilatie van Verkeerstunnels december 2005 [16]. Het rekenmodel is opgesteld door h3mhuijben Consultancy in samenwerking met TNO Technische Menskunde. Tunnel Safety Consults bv Pagina 11
5 TUNNELVENTILATIEONTWERP 5.1 Ventilatorconfiguratie Op basis van de berekeningen en simulaties in dit rapport is de volgende opstelling van langsventilatoren bepaald: In de Oostbuis: 4 stuks Ø800 éénrichtingsventilatoren in sectie 0, 50m van het ingangsportaal Zuid. 4 stuks Ø800 omkeerbare ventilatoren in sectie III, 800m van het ingangsportaal Zuid. 4 stuks Ø800 omkeerbare ventilatoren in sectie III, 900m van het ingangsportaal Zuid. 4 stuks Ø710 éénrichtingsventilatoren in sectie III, 1048m van het ingangsportaal Zuid. In de Westbuis: 4 stuks Ø800 éénrichtingsventilatoren in sectie III, voor de ingang van het Noordportaal. 4 stuks Ø710 éénrichtingsventilatoren in sectie III, 290m van ingangsportaal Noord 3 stuks Ø800 omkeerbare ventilatoren in sectie 0, 1060m van ingangsportaal Noord De opstelling is weergegeven in Figuur 3. LVG3c_O LVG3b_O LVG3a_O LVG0_O LVG3b_W LVG3a_W LVG0_W Figuur 3 Opstelling langsventilatoren Uitgangspunten zijn de huidige configuratie van de langsventilatoren en de ventilatoren zelf (zie Paragraaf 3.2) Om een hoger opstellingsrendement te kunnen halen, zijn clusters met verschillende typen ventilatoren gewijzigd in uniforme clusters (1 type ventilator per cluster). Daarnaast wordt ventilatiecapaciteit toegevoegd in de vorm van meer langsventilatoren. Het ventilatorcluster LVG3a_O dat is toegevoegd aan de bestaande configuratie dient uitgevoerd te zijn met omkeerbare ventilatoren. Uit CFD simulaties blijkt dat beide clusters LVG3b_O en LVG3a_O nodig zijn om bij bovenstrooms fileverkeer in de Oostbuis in sectie 0 de benodigde langssnelheid te behalen. Tunnel Safety Consults bv Pagina 12
5.2 Ventilatortypen 5.2.1 Technische gegevens éénrichting ventilatoren 710mm inwendige (nominale) diameter : 710 mm volumeverplaatsing : 13,4 m3/s uitblaassnelheid : ca. 33,8 m/s motorvermogen : 18,5 kw, aansluitvermogen 22,5 kw aerodynamisch rendement : éénrichting aanjaagventilatoren 90% opstellingsrendement : ingangsventilatoren 90% tunnelventilatoren 80% (afleiding zie AVV2005 [16]) temperatuurbestendigheid : ingangsventilatoren 250 C gedurende 1 uur tunnelventilatoren 250 C gedurende 1 uur 5.2.2 Technische gegevens éénrichting ventilatoren 800mm inwendige (nominale) diameter : 800 mm volumeverplaatsing : 19,4 m3/s uitblaassnelheid : ca. 38,6 m/s motorvermogen : 28 kw, aansluitvermogen 35 kw aerodynamisch rendement : éénrichting aanjaagventilatoren 94% opstellingsrendement : ingangsventilatoren 90% tunnelventilatoren 80% temperatuurbestendigheid : ingangsventilatoren 250 C gedurende 1 uur tunnelventilatoren 250 C gedurende 1 uur 5.2.3 Technische gegevens omkeerbare ventilatoren inwendige (nominale) diameter : 800 mm volumeverplaatsing : 18,4 m3/s uitblaassnelheid : ca. 36,6 m/s motorvermogen : 28 kw, aansluitvermogen 35 kw aerodynamisch rendement : tweerichting aanjaagventilatoren 92% opstellingsrendement : ingangsventilatoren 90% tunnelventilatoren 80% temperatuurbestendigheid : ingangsventilatoren 250 C gedurende 1 uur tunnelventilatoren 250 C gedurende 1 uur 5.2.4 Overige Er zijn ook ventilatoren beschikbaar geschikt voor 400⁰C gedurende 1 uur, maar toepassing hiervan blijkt volgens berekeningen geen significant grotere kans op goed functioneren van het ventilatiesysteem te hebben. Alle ventilatoren dienen voorzien te zijn van afbuigschoepen. Tunnel Safety Consults bv Pagina 13
5.3 Schakelen van ventilatie 5.3.1 Schakelprincipe bij brand Verkeerssituatie A, voertuigen stroomopwaarts van de brand Het schakelprincipe bij brand in verkeerssituatie A is in beide buizen gelijk en wel als volgt: - Langsventilatie 100% ingeschakeld - Afzuigventilatie: afzuigen in de secties stroomafwaarts van de sectie waarin de brand optreedt Hierbij wordt opgemerkt: - Bij brand onder Nemo worden de aanjaagventilatoren die daar hangen niet ingeschakeld om de optredende stratificatie te bewaren (Zie paragraaf 0). - Er wordt niet in de sectie waarin de brand optreedt afgezogen. Immers wanneer de brand in de rijrichting gezien over de helft van de sectie optreedt is de kans groot dat het afzuigsysteem de rook tegen de rijrichting in aanzuigt, ondanks de stuwende werking van de ook ingeschakelde langsventilatie. Er wordt daarom alleen in ventilatiesecties afgezogen welke stroomafwaarts zijn gelegen van de ventilatiesectie waarin de brand optreedt. Verkeerssituatie B, voertuigen stroomopwaarts en stroomafwaarts van de brand Het schakelprincipe bij brand in verkeerssituatie B is in beide buizen gelijk en wel als volgt: - Bij brand in sectie 3 : Langsventilatoren aan zuidzijde richting noord Afzuiging UIT - Bij brand in sectie 1 en 2 : Langsventilatoren UIT Afzuiging op HOOG in de sectie waarin de brand is - Bij brand onder Nemo : Langsventilatoren aan noordzijde richting zuid Afzuiging UIT Hierbij wordt opgemerkt: - Bij brand in sectie III tijdens fileverkeer mogen de aanjaagventilatoren die daar hangen niet worden ingeschakeld om de optredende stratificatie niet te verstoren. - Bij brand onder Nemo tijdens fileverkeer mogen de aanjaagventilatoren die daar hangen niet worden ingeschakeld om de optredende stratificatie te bewaren. - Bij een brand in sectie I of II wordt alleen in de sectie waarin de brand optreedt afgezogen. De andere afzuigsectie wordt niet ingeschakeld omdat wanneer beide secties worden ingeschakeld de rook ook in die ventilatiesectie getrokken zou worden. Dat is beslist onwenselijk is als aan beide zijden van de brand verkeer staat omdat daarmee dan een veel groter aantal personen in de rook zou kunnen komen te staan. - Om emissieconcentraties in de tunnel te kunnen beheersen is bij fileverkeer langzaam rijdend en stilstaand langsventilatie nodig. Dat is strijdig met het schakelprincipe bij fileverkeer met brand. Bij detectie van brand moet daarom meteen de emissieventilatie worden gestopt. In paragraaf 2.1.1 is voor verkeerssituatie A aangegeven dat een langzaam rijdende file (rijsnelheid 10 20 km/h) stroomafwaarts van de brand niet door het rookfront wordt ingehaald. Dit is vooruitlopend op de hierna weergegeven resultaten gecontroleerd aan de hand van de Westbuis omdat daar de kans op file het grootst is. De resultaten zijn weergegeven in onderstaande figuur. Tunnel Safety Consults bv Pagina 14
Tijd [sec] 600 500 400 300 200 100 Rookverspreiding en Verkeersstroom bij brand in Westbuis op 180m Brandlocatie Rookfront stroomafwaarts Rookfront stroomopwaarts Verkeersstroom bij 20 km/h Verkeersstroom bij 10 km/h 0 0 200 400 600 800 1000 Afstand vanaf ingang [m] Figuur 4: Rookverspreiding bij brand in sectie 3, fileverkeer en schakeling normaalverkeer Het is duidelijk dat het rookfront zich langzamer door de tunnel verplaatst dan de file. Voertuigen worden dus niet door het rookfront ingehaald. Daarmee is aangetoond dat genoemde schakeling bij brand tot een zo optimaal mogelijke situatie leidt. 5.3.2 Detecteren van file Wanneer bij brand verkeer in de uitgang van de tunnel aanwezig is, betekent dit niet dat direct van volledig stilstaand verkeer over de gehele buis (verkeerssituatie B) moet worden uitgegaan. Doordat rook in de tunnel afgezogen wordt, hoeven deze personen niet in gevaar te zijn. Er moet vastgesteld worden waar auto s in de tunnel staan zodat de juiste schakeling gekozen wordt. Figuur 5 geeft een schematische weergave van de rookverspreiding bij een brand in sectie III in de Westbuis en een brand in sectie 0 in de Oostbuis. In beide gevallen is de ventilatieschakeling voor verkeerssituatie A ingeschakeld. Zoals in de figuur te zien is, zullen weggebruikers in de sectie stroomafwaarts van de brand gevaar lopen door de rook die naar hun toe wordt geblazen. Weggebruikers in de overige twee secties staan rookvrij. Dit betekent dat bij het kiezen van verkeerssituatie A of B, moet worden gedetecteerd of er al dan niet verkeer aanwezig is in de sectie ná de brand. Brand in sectie III van Westbuis : Verkeerssituatie B als file in sectie 0, I én II staat Brand in sectie 0 van Oostbuis : Verkeerssituatie B als file in sectie III, II en I staat In de andere gevallen dient gekozen te worden voor de schakeling bij verkeerssituatie A. Tunnel Safety Consults bv Pagina 15
Westbuis bij brand in sectie III Sectie III Sectie II Sectie I Sectie 0 Oostbuis bij brand in sectie 0 Sectie III Sectie II Sectie I Sectie 0 Figuur 5: Rookverspreiding bij fileverkeer en schakeling normaalverkeer 5.3.3 Codering van ventilatorclusters Tabel 3 geeft de coderingen van elk ventilatorcluster. Coderingen zijn ook grafisch weergegeven in Figuur 3. AZG2_W AZG1_W LVG3b_W LVG3a_W LVG0_W AZG2_O AZG1_O LVG3c_O LVG3b_O LVG3a_O LVG0_O CODERING VENTILATIE afzuigventilator sectie 2 westbuis afzuigventilator sectie 1 westbuis langsventilatoren groep 1 westbuis : bij ingangsportaal noordzijde langsventilatoren groep 2 westbuis : op 290m vanaf portaal noordzijde langsventilatoren groep 3 westbuis : onder Nemo afzuigventilator sectie 2 oostbuis afzuigventilator sectie 1 oostbuis langsventilatoren groep 1 oostbuis : op 92m vanaf portaal noordzijde langsventilatoren groep 2 oostbuis : op 240m vanaf portaal noordzijde langsventilatoren groep 3 oostbuis : op 340m vanaf portaal noordzijde langsventilatoren groep 4 oostbuis : onder Nemo Tabel 3 Codering ventilatoren en opmerkingen Tunnel Safety Consults bv Pagina 16
5.3.4 Schakelprincipe bij brand in Westbuis Westbuis: normaal verkeer & file verkeer > 20 km/h afzuigventilatie BRAND IN WESTBUIS Acties westbuis bij rijrichting Noord naar Zuid langsventilatie locatie brand westbuis AZG2_W AZG1_W LVG3b_W LVG3a_W LVG0_W in sectie 3 HOOG HOOG 4 stuks IN 4 stuks IN 3 stuks IN in sectie 2 UIT HOOG 4 stuks IN 4 stuks IN 3 stuks IN in sectie 1 UIT UIT 4 stuks IN 4 stuks IN 3 stuks IN onder nemo UIT UIT 4 stuks IN 4 stuks IN UIT opmerkingen Bij branddetectie k>=0,012 Inschakelen langsventilatie; Bij branddetectie k>=0,020 inschakelen langsventilatie en afzuiging Westbuis: fileverkeer < 20 km/h afzuigventilatie langsventilatie opmerkingen locatie brand westbuis AZG2_W AZG1_W LVG3b_W LVG3a_W LVG0_W in sectie 3 UIT UIT UIT UIT 3 stuks IN omkeer in sectie 2 HOOG UIT UIT UIT UIT in sectie 1 UIT HOOG UIT UIT UIT onder nemo UIT UIT 4 stuks IN 4 stuks IN UIT Bijbehorende acties Oostbuis Westbuis: normaal verkeer & file verkeer > 20 km/h afzuigventilatie langsventilatie locatie brand westbuis AZG2_O AZG1_O LVG3c_O LVG3b_O LVG3a_O LVG0_O in sectie 3 UIT UIT UIT 4 stuks IN omkeer UIT UIT in sectie 2 UIT UIT UIT 4 stuks IN omkeer UIT UIT in sectie 1 UIT UIT UIT 4 stuks IN omkeer UIT UIT onder nemo UIT UIT UIT 4 stuks IN omkeer UIT UIT Westbuis: fileverkeer < 20 km/h afzuigventilatie langsventilatie locatie brand westbuis AZG2_O AZG1_O LVG3c_O LVG3b_O LVG3a_O LVG0_O Bij branddetectie k>=0,020 inschakelen afzuiging Bij branddetectie k>=0,020 inschakelen langsventilatie opmerkingen Bij branddetectie westbuis K>=0,020 opmerkingen in sectie 3 UIT UIT UIT UIT UIT 4 stuks IN in sectie 2 UIT UIT UIT UIT UIT UIT in sectie 1 UIT UIT UIT 4 stuks IN omkeer UIT UIT onder nemo UIT UIT UIT 4 stuks IN omkeer UIT UIT Tabel 4 Schakeling ventilatie bij brand in Westbuis Bij branddetectie westbuis K>=0,020 Tunnel Safety Consults bv Pagina 17
5.3.5 Schakelprincipe bij brand in Oostbuis Oostbuis: normaal verkeer & file verkeer > 20 km/h afzuigventilatie BRAND IN OOSTBUIS Acties oostbuis bij rijrichting Zuid naar Noord langsventilatie locatie brand oostbuis AZG2_O AZG1_O LVG3c_O LVG3b_O LVG3a_O LVG0_O in sectie 3 UIT UIT 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN in sectie 2 UIT UIT 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN in sectie 1 HOOG UIT 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN onder nemo HOOG HOOG 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN UIT opmerkingen Bij branddetectie k>=0,012 Inschakelen langsventilatie; Bij branddetectie k>=0,020 inschakelen langsventilatie en afzuiging Oostbuis: fileverkeer < 20 km/h afzuigventilatie langsventilatie opmerkingen locatie brand oostbuis AZG2_O AZG1_O LVG3c_O LVG3b_O LVG3a_O LVG0_O in sectie 3 UIT UIT UIT UIT UIT 4 stuks IN in sectie 2 HOOG UIT UIT UIT UIT UIT in sectie 1 UIT HOOG UIT UIT UIT UIT onder nemo UIT UIT UIT 3 stuks IN omkeer 4 stuks IN omkeer Bijbehorende acties Westbuis Oostbuis: normaal verkeer & file verkeer > 20 km/h afzuigventilatie langsventilatie locatie brand oostbuis AZG2_W AZG1_W LVG3b_W LVG3a_W LVG0_W in sectie 3 UIT UIT UIT UIT 3 stuks IN omkeer in sectie 2 UIT UIT UIT UIT 3 stuks IN omkeer in sectie 1 UIT UIT UIT UIT 3 stuks IN omkeer onder nemo UIT UIT UIT UIT 3 stuks IN omkeer Oostbuis: fileverkeer < 20 km/h afzuigventilatie langsventilatie locatie brand oostbuis AZG2_W AZG1_W LVG3b_W LVG3a_W LVG0_W in sectie 3 UIT UIT UIT UIT 3 stuks IN omkeer in sectie 2 UIT UIT UIT UIT UIT in sectie 1 UIT UIT UIT 4 stuks IN UIT UIT Bij branddetectie k>=0,020 inschakelen afzuiging Bij branddetectie k>=0,020 inschakelen langsventilatie opmerkingen Bij branddetectie westbuis K>=0,020 opmerkingen Bij branddetectie westbuis K>=0,020 onder nemo UIT UIT UIT 4 stuks IN UIT Tabel 5 Schakeling ventilatie bij brand in Oostbuis Tunnel Safety Consults bv Pagina 18
5.3.6 Schakelprincipe beheersen emissieconcentraties VERHOOGDE EMISSIE CONCENTRATIE IN WESTBUIS aanspraak zichtmeter afzuigventilatie langsventilatie opmerkingen Z1-W, Z2-W en/of Z3-W AZG2_W AZG1_W LVG3b_W LVG3a_W LVG0_W k < 0,005 UIT UIT UIT UIT UIT op basis van aanspraak van k >= 0,007 UIT UIT UIT 4 stuks IN 2 stuks IN 1 of meerdere zichtmeters k >= 0,012 UIT UIT 4 stuks IN 4 stuks IN 3 stuks IN k >= 0,020 BRANDVENTILATIE Tabel 6: Schakelprincipe emissieventilatie Westbuis VERHOOGDE EMISSIE CONCENTRATIE IN OOSTBUIS aanspraak zichtmeter afzuigventilatie langsventilatie Z1-O, Z2-O en/of Z3-O AZG2_O AZG1_O LVG3c_O LVG3b_O LVG3a_O LVG0_O k < 0,005 UIT UIT UIT UIT UIT UIT k >= 0,007 UIT UIT UIT UIT 3 stuks IN 2 stuks IN k >= 0,012 UIT UIT UIT 3 stuks IN 3 stuks IN 4 stuks IN k >= 0,020 BRANDVENTILATIE Tabel 7: Schakelprincipe emissieventilatie Oostbuis opmerkingen op basis van aanspraak van 1 of meerdere zichtmeters Tunnel Safety Consults bv Pagina 19
6 1-DIMENSIONALE BEREKENINGEN VOOR BRAND 6.1 Deterministische en probabilistische berekeningen Er zijn zowel deterministische als probabilistische berekeningen uitgevoerd. Bij deterministische berekeningen wordt één enkele combinatie van omstandigheden beschouwd, in dit geval van windrichting, windsnelheid en plaats van de brand in de tunnel. Hiermee kan bepaald worden wat het drukverloop in de tunnelbuizen is alsmede de luchtsnelheden en het temperatuurverloop. Daarmee kan worden vastgesteld of in die berekende situatie de benodigde backlayeringssnelheid wordt gehaald. Bij probabilistische berekeningen worden alle voorkomende combinaties van omstandigheden, in dit geval windrichting, windsnelheid en plaats van de brand, beschouwd waarbij de kans op het niet halen van de gewenste minimale ventilatiesnelheid in langsrichting wordt bepaald en backlayering zal optreden. De probabilistische berekeningen zijn uitgevoerd om de kans te bepalen dat de rookbeweging van bepaalde brandgrootten niet kan worden beheerst. Voor elke combinatie van de gekozen locatie van de brand, de optredende windrichtingen en windsnelheden volgens waarnemingen van het KNMI is berekend welke luchtsnelheid in de tunnel juist bovenstrooms van de brand ontstaat. Wanneer de berekende waarde kleiner is dan een minimaal benodigde luchtsnelheid conform de AVV, kan rook tegen de rijrichting in stromen(backlayering). Door de frequenties van de windinvloeden te beschouwen is de kans op backlayering bepaald. In AVV2005 [16] is per brandgrootte een maximaal toelaatbare kans op backlayering vastgesteld. De minimale luchtsnelheid om backlayering te voorkomen en de maximale kansen zijn gegeven in Tabel 8. Brandgrootte Minimale luchtsnelheid in rijrichting om backlayering te voorkomen 5 MW 1,2 m/s 0% 30 MW 2,0 m/s 0,22% 100 MW 2,5 m/s 1,5% Tabel 8 Toetswaarden voor het voorkomen van backlayering Maximaal toelaatbare kans op niet halen minimale langssnelheid (gehanteerd voor tunnels in Rijkswegen) Bij de toetsing van de kans op backlayering aan de maximaal toelaatbare kans hoeft de kans op technisch falen niet te worden meegenomen. 6.2 Rekenresultaten 6.2.1 Probabilistische berekeningen In AVV2005 [16] wordt uitgegaan van een groot aantal plaatsen van de brand, wanneer een kans over de tunnellengte wordt bepaald. Daarom is de faalkans over de gehele tunnellengte bepaald, waarbij de brand met stappen van 10m door de tunnel is verplaatst. Dit leidt tot 114 posities. De faalkansen zijn per sectie berekend, de bijdrage aan de faalkans over de hele tunnel is aangegeven in Tabel 10 en Tabel 11. Tunnel Safety Consults bv Pagina 20
Faalkans [%] Project : IJtunnel Amsterdam sectie III sectie II sectie I sectie 0 Brandlocatie elke 10m elke 10m elke 10m elke 10m Afzuiging Sectie I & II Sectie I geen geen Brandgrootte (MW) Westbuis - 4(Ø800) 4(Ø710) 3(Ø800) faalkans tov hele faalkans tov hele faalkans tov hele faalkans tov hele tunnel (%) tunnel (%) tunnel (%) tunnel(%) 5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0 0.0 30 0.00 0.00 0.00 5.33 5.3 0.0 100 0.73 0.00 0.00 8.76 9.5 0.8 Tabel 9: Resultaten Probabilistische berekeningen West- en Oostbuis totale faalkans (%) MET Nemo totale faalkans (%) ZONDER Nemo Faalkans [%] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Faalkansverdeling bij een 100MW Brand in de Westbuis Faalkans 0 200 400 600 800 1000 1200 Figuur 6: Faalkansverdeling bij 100MW brand in Westbuis Afstand tot Noordportaal [m] Oostbuis - 4(Ø800) 4(Ø800) 4(Ø800) 4(Ø710) sectie 0 sectie I sectie II sectie III Brandlocatie elke 10m elke 10m elke 10m elke 10m totale faalkans (%) totale faalkans (%) Afzuiging Sectie I & II Sectie II geen geen MET Nemo ZONDER Nemo Brandgrootte faalkans tov hele faalkans tov hele faalkans tov hele faalkans tov hele (MW) tunnel (%) tunnel (%) tunnel (%) tunnel(%) 5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0 0.0 30 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0 0.0 100 0.83 0.00 0.00 0.23 1.1 0.3 Tabel 10: Resultaten Probabilistische berekeningen West- en Oostbuis 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Faalkansverdeling bij een 100MW Brand in de Oostbuis Faalkans 0 200 400 600 800 1000 1200 Figuur 7: Faalkansverdeling bij 100MW brand in Oostbuis Afstand tot Zuidportaal [m] Tunnel Safety Consults bv Pagina 21
Volgens [16] wordt voor een 100MW brand een kans van 1,5% gemiddeld over de hele tunnellengte op het niet halen van de backlayeringssnelheid toelaatbaar geacht. De berekende gemiddelde kansen voldoen daar over het merendeel van de tunnel aan. Er is één situatie waarin hoge faalkansen optreden. - In de Westbuis onder Nemo Toelichting: Vanwege het verschil in tunneldoorsnede in de oude tunnel geopend in 1968 en het tunneldeel onder museum Nemo treedt in de Westbuis bij de overgang tussen de oude en de nieuwe tunnel een snelheidsvermindering op. In de Oostbuis treedt bij de overgang van Nemo naar de oude tunnel juist een snelheidsverhoging op. Zo ook met de overgang van sectie II naar sectie III, waar de doorsnede ook groter is. De tunneldoorsnede onder Nemo is bijna 2-maal zo groot als in de rest van de tunnel waardoor de langssnelheid onder Nemo bijna 2-maal zo klein is als in de rest van de tunnel. Gebleken is dat het in de Westbuis niet mogelijk is om binnen de bestaande civiele omgeving zodanig langsventilatoren te plaatsen dat ook onder Nemo voldoende langssnelheid wordt gehaald bij branden groter dan 30 MW. Het langs-/ afzuigventilatiesysteem kan daarom niet zondermeer zodanig worden ontworpen dat wordt voldaan aan de eisen conform [16]. 6.2.2 Deterministische berekeningen De berekeningen zijn gemaakt voor branden op het midden van de sectielengten zonder en met wind om de windinvloed te bepalen. De luchtsnelheid ter plaatse van de brand belangrijk i.v.m. het voorkomen van backlayering is weergegeven in Tabel 11 en Tabel 12. De windinvloed is meegenomen door te rekenen met meewind en tegenwind. Er is daarin uitgegaan van 5 [m/s] wind vanuit 160 graden ten opzichte van het Noorden (recht op het Zuidportaal). Ook is uitgegaan van 5[m/s] wind vanuit 0 graden ten opzichte van het Noorden (recht op het Noordportaal). Zoals af te lezen is in de tabellen heeft de wind weinig tot geen invloed, dit is ook geconstateerd in [1] en [7]. Westbuis - 4(Ø800) 4(Ø710) 3(Ø800) Brandlocatie Sectie III op 175m Sectie II op 545m Sectie I op 890m Sectie 0 op 1090m Afzuiging Sectie I & II Sectie I geen geen Brandgroott e (MW) Windinvloed luchtsnelheid voor brand (m/s) luchtsnelheid voor brand (m/s) luchtsnelheid voor brand (m/s) luchtsnelheid voor brand (m/s) 5 m/s meewind 5.5 5.6 4.7 2.2 5 0 m/s wind 5.3 5.4 4.5 2.1 5 m/s tegenwind 5.1 5.2 4.4 2 5 m/s meewind 5 5.6 4.7 2.2 30 0 m/s wind 4.8 5.5 4.5 2.1 5 m/s tegenwind 4.5 5.3 4.4 2 5 m/s meewind 3.7 5.3 4.4 2.1 100 0 m/s wind 3.4 5.2 4.3 2.1 5 m/s tegenwind 2.3 5.1 4.2 2 Tabel 11 Westbuis: windinvloed op langssnelheid t.p.v. de brand Tunnel Safety Consults bv Pagina 22
Oostbuis - 4(Ø800) 4(Ø800) 4(Ø800) 4(Ø710) Brandlocatie Sectie 0 op 50m Sectie I op 250m Sectie II op 559m Sectie III op 965m Afzuiging Sectie I & II Sectie II geen geen Brandgrootte Windinvloed luchtsnelheid voor luchtsnelheid voor luchtsnelheid voor luchtsnelheid voor (MW) brand (m/s) brand (m/s) brand (m/s) brand (m/s) 5 m/s meewind 5.3 7.5 5.2 3.1 5 0 m/s wind 5.2 7.4 5.1 3.1 5 m/s tegenwind 5.1 7.2 5 3 5 m/s meewind 4.8 6.8 5 3.1 30 0 m/s wind 4.7 6.7 4.9 3.1 5 m/s tegenwind 4.5 6.5 4.8 3 5 m/s meewind 3.1 5.2 4.4 2.9 100 0 m/s wind 2.9 5 4.3 2.8 5 m/s tegenwind 2.5 4.8 4.3 2.8 Tabel 12 Oostbuis: windinvloed op langssnelheid t.p.v. de brand Voor de Westbuis blijkt: In de stationaire situatie wordt in de secties 1, 2 en 3 vrijwel altijd een grotere snelheid dan de backlayerings-snelheid gehaald, ook bij tegenwind. Uitzondering hierop is de 100MW brand in sectie III met tegenwind Bij brand onder Nemo is de langssnelheid bij een brand van 100 MW te laag om backlayering in stationaire situatie te voorkomen, de wind heeft daarop nauwelijks invloed. Zoals eerder verklaard ontstaat de lage snelheid door de grote tunneldoorsnede onder Nemo. De zone waarin de rook zich verspreidt blijft beperkt tot het tunneldeel onder Nemo in de oude tunnel is de langssnelheid hoog genoeg om te voorkomen dat rook hierin doordringt. Voor de Oostbuis blijkt: Er wordt in alle secties vrijwel altijd een grotere snelheid dan de backlayeringssnelheid gehaald. Tunnel Safety Consults bv Pagina 23
7 CFD-SIMULATIES VOOR BRAND In aanvulling op de 1-dimensionale berekeningen zijn CFD-simulaties uitgevoerd vanwege diverse redenen: 1. Controle van het ontwerp dat is gemaakt met het 1-dimensionaal rekenmodel Laventun met als hoofddoel het voorkomen van rookbewegingen tegen de rijrichting in bij brand tijdens normaal verkeer. Bij deze controle zijn de resultaten van het 1-dimensionale model en de CFD-simulaties voor de stationaire toestand met elkaar vergeleken. 2. Nagaan op welke wijze rook zich tijdsafhankelijk verspreidt in de aanloopfase van de brand en in relatie tot de inschakeling van de brandventilatie dat is van belang in relatie tot bedreigingen van weggebruikers en vluchtmogelijkheden, ook is dit van belang in relatie tot het toe te passen branddetectiesysteem. Met het 1-dimensionale rekenmodel worden alleen stationaire situaties uitgerekend, het is daarmee niet mogelijk tijdsafhankelijke situaties te beoordelen. Het tijdsafhankelijk beschouwen van een combinatie van afzuig- en langsventilatie is alleen mogelijk door het uitvoeren van CFDsimulaties. 3. Nagaan welke temperaturen optreden nabij het tunnelplafond, nabij de tunnelwanden, in de afzuigkanalen en ter plaatse van de afzuigventilatoren dat is van belang om vast te stellen of brandwerende maatregelen in de kanalen en aan de ventilatoren noodzakelijk zijn. 4. Nagaan met welke ventilatieschakeling een voertuigbrand in sectie 0 het beste beheerst kan worden. Eerder is vastgesteld dat rookterugstroming in sectie 0 kan optreden, middels CFD is tijdsafhankelijk onderzocht welke schakeling deze terugstroming het meest beperkt. Daarbij is ook de invloed van het zogenaamde vermaaleffect meegenomen. 7.1 Resultaten CFD-simulaties koude som Om na te gaan hoe de resultaten van de 1-dimensionale berekeningen en die van CFDsimulatie zich tot elkaar verhouden is nagegaan welke uitkomsten worden gevonden zonder de invloed van brand. De berekeningen zijn eerst zonder verkeer uitgevoerd om na te gaan wat de invloed van de vorm en stromingsweerstand van de tunnel heeft. Daarna zijn de berekeningen met verkeersinvloed uitgevoerd om na te gaan in hoeverre de modellering van verkeer invloed heeft op de resultaten. De resultaten zijn in Tabel 13 weergegeven waarbij de afwijking is weergegeven van CFD t.o.v. 1-D. Tunnel Safety Consults bv Pagina 24
sectie 1 en 2 sectie 3 Vergelijking 1-D berekeningen flow doorsnede snelheid doorsnede snelheid en CFD-simulatie [m3/s] [m2] [m/s] [m2] [m/s] CFD [FDS] 300.0 38.17 7.9 54.58 5.5 geen voertuigen 1-D [Laventun] 285.6 38.50 7.4 56.00 5.1 in de tunnel afwijking 5% 6% 8% Oostbuis CFD [FDS] 151.0 38.17 4.0 54.58 2.8 wel voertuigen 1-D [Laventun] 162.4 38.50 4.2 56.00 2.9 in de tunnel afwijking -7% -6% -5% CFD [FDS] 273.8 38.17 7.2 54.58 5.0 geen voertuigen 1-D [Laventun] 294.0 38.50 7.6 56.00 5.3 in de tunnel afwijking -7% -6% -4% Westbuis CFD [FDS] 140.0 38.17 3.7 54.58 2.6 wel voertuigen 1-D [Laventun] 161.0 38.50 4.2 56.00 2.9 in de tunnel afwijking -13% -12% -11% Tabel 13 Resultaten koude som 1-dimensionale berekening en CFD-simulatie Uit de resultaten blijkt dat zonder verkeersinvloed in de Oostbuis met CFD een hogere snelheid wordt gevonden dan met 1-D terwijl in de Westbuis een lagere snelheid wordt gevonden. Met verkeersinvloed wordt in beide buizen met CFD een lagere snelheid gevonden dan in 1-D berekeningen. Ter vergelijking zijn ook de resultaten van metingen in een lege tunnelbuis vermeld in vergelijking met de berekende waarden onder de meetomstandigheden. De metingen en de berekening zijn beide gedaan voor de huidige situatie. sectie 1 Vergelijking 1-D berekeningen snelheid en metingen [m/s] meting 7,3 geen voertuigen Oostbuis 1-D [Laventun] 6,1 in de tunnel afwijking 20% meting 6,5 geen voertuigen Westbuis 1-D [Laventun] 6,9 in de tunnel afwijking -6% Tabel 14 Resultaten metingen versus 1-dimensionale berekening (huidige situatie) Bij de metingen in de Oostbuis waren alle ventilatoren (configuratie 5-3-3) ingeschakeld. Bij de metingen in de Westbuis waren niet alle ventilatoren ingeschakeld (configuratie 4-3-4, ingeschakeld 3-2-4). Uit de vergelijking van de metingen met de 1-D berekeningen blijkt dat de 1-D berekeningen in de Westbuis goed lijken overeen te komen met metingen, maar dat in de Oostbuis de 1-D berekeningen waarschijnlijk een lagere snelheid opleveren dan in de werkelijkheid. Wanneer metingen, 1-dimensionale berekeningen en CFD tezamen worden beoordeeld dan lijkt het erop dat in de Oostbuis de voorspellingen lager liggen dan de werkelijkheid er wordt dus conservatief gerekend. In de Westbuis lijken 1-dimensionale berekeningen gunstiger uit te komen dan metingen en CFD-simulaties, maar de metingen en CFD-simulaties liggen in dezelfde orde. Tunnel Safety Consults bv Pagina 25
In het ontwerp voor de Westbuis zit gelukkig voldoende ruimte om dergelijke afwijkingen op te vangen zonder dat in de secties 3-2-1 de kans op backlayering groter dan de in de AVV aanbevolen grenswaarden wordt. 7.2 CFD-scenario s Er zijn zes verschillende brandscenario s gesimuleerd middels CFD. Tabel 15 geeft een overzicht, de resultaten van deze CFD s zijn gegeven in Bijlage 7. Parameter Scenario O1 Scenario O2 Scenario O3 Scenario O4 Scenario W1 Scenario W2 Tunnelbuis Type brand Ontwikkeling brand Brandlocatie Oostbuis, sectie 0 Snelgroeiend, In 2 min 100MW 70 m van Zuidportaal Oostbuis, sectie 0 Snelgroeiend, In 2 min 100MW 70 m van Zuidportaal Oostbuis, sectie 0 Busbrand Snelgroeiend, In 2 min 40MW 70 m van Zuidportaal Oostbuis, sectie III Snelgroeiend, In 2 min 100MW 970 m van Zuidportaal Westbuis, sectie III Snelgroeiend, In 2 min 100MW 180 m van Noordportaal Westbuis, sectie 0 Vrachtwagenbrand Vrachtwagenbrand Vrachtwagenbrand Vrachtwagenbrand Vrachtwagenbrand Snelgroeiend, In 2 min 100MW 1100 m van Noordportaal Rijstrook Rechts Rechts Rechts Rechts Rechts Rechts Moment op de dag Verkeersopste lling Start inschakelen langsventilatie File boven- en benedenstrooms Langsventilatie volledig ingeschakeld Afzuigventilatie Dag Dag Dag Dag Dag Dag File bovenstrooms Alles UIT Alles UIT Geen File bovenstrooms Na 40 sec, ventilatie Nemo UIT Na 70 sec, Ventilatie Nemo UIT Sectie I en II Ingeschakeld Tabel 15: Overzicht CFD scenario's File bovenstrooms Na 40 sec, ventilatie Nemo UIT Na 70 sec, Ventilatie Nemo UIT Sectie I en II Ingeschakeld File bovenstrooms File bovenstrooms Na 40sec Na 40 sec Cluster LVG3Oa reeds ingeschakeld, rest na 60 sec. Ventilatie Nemo UIT Na 70 sec Na 70 sec Na 75 sec Ventilatie Nemo UIT Geen Sectie I en II Ingeschakeld IN 7.3 CFD-simulaties voor brand in sectie 3 van Oost- en Westbuis Uit de resultaten zoals getoond in Bijlage 7 voor de scenario s O4 en W1 (brand in sectie III Oostbuis 4 respectievelijk sectie III Westbuis) blijkt dat bij een 100 MW er toch enige backlayering optreedt. Dit wordt veroorzaakt doordat de vorm van de tunneldoorsnede zodanig van de gemiddelde vorm afwijkt dat de minimale backlayeringssnelheid die bij de 1D-berekeningen is gebruikt feitelijk wat aan de lage kant is. Bij 3-dimensionale CFD-simulaties blijkt dan dat er toch backlayering ontstaat. De mate van backlayering is echter acceptabel omdat onder er onder de rooklaag stroomopwaarts van de brand goed zicht is en er voldoende leefbare omstandigheden heersen zoals blijkt uit de presentaties van zichtlengte en temperatuur in Bijlage 7. Het ontwerp voldoet dus aan de voorwaarde dat stroomopwaarts van de brand zelfredzaamheid goed mogelijk is. Tunnel Safety Consults bv Pagina 26
7.4 CFD-simulaties voor brand onder Nemo 7.4.1 Inleiding In het Definitief Ontwerp van 31 maart 2011[1] en het Aangepast Definitief Ontwerp van 15 oktober 2012[5] is op basis van berekeningen het volgende geconcludeerd: Verwacht moet worden dat onder museum Nemo de rook van bus- en vrachtwagenbranden zich stroomopwaarts verspreidt. In de Oostbuis is dat over een beperkte lengte tot de tunnelingang, in de Westbuis is dat over een beperkte lengte tot de overgang tussen de oude tunnel en het gedeelte onder Nemo. Dit is onvermijdbaar omdat er onder Nemo enerzijds geen dwarsventilatie aanwezig is en anderzijds er geen inpasbaar langsventilatie systeem mogelijk is waarbij de luchtsnelheden zowel onder Nemo als tegelijkertijd in de rest van de tunnelbuis aanvaardbaar zijn. CFD simulaties van vrachtwagenbranden onder Nemo (Zie Memo [9]) tonen ook aan dat bij ingeschakelde langsventilatie rookterugstroming optreedt. In de Oostbuis heeft de rook zich binnen 60 seconden gevuld tot aan de ingang. Sectie 0 in de Westbuis is binnen 80 seconden volledig gevuld met rook (zicht,<0,5m op 2,5m hoogte). Oostbuis; Vrachtwagenbrand 100MW op 20m van ingang; situatie na 60sec Westbuis; Vrachtwagenbrand 100MW op 1090m van ingang; situatie na 80sec: Sectie I Sectie 0 Buiten De gesimuleerde vrachtwagenbrand ontwikkelt zich in 120 seconden tot maximaal vermogen [Dit is conform de brandgroei zoals aangenomen in RWS QRA2.0]. In dat geval is de langsventilatie door detectie- en inschakeltijd na 70 seconden op maximaal vermogen. Tegen die tijd heeft de rook de sectie al kunnen vullen. Behalve de inschakeltijd brengt ook de opgaande helling richting het portaal thermische effecten met zich mee. Voor de Westbuis is dit positief, in de Oostbuis zorgen deze thermische effecten ervoor dat een rookstroming ontstaat tegen het verkeer in. 7.4.2 Schakelen bij brand in sectie 0 Er is voor beide tunnelbuizen nagegaan met welke ventilatieschakeling een voertuigbrand in sectie 0 het beste beheerst kan worden. Dit omvat de volgende schakelingen: Ventilatie AAN tegen verkeer in (Nemo UIT) Alles AAN met rijrichting mee (Nemo UIT) Alle ventilatie UIT Oostbuis: Variant 1] Ventilatie AAN tegen verkeer in (Nemo UIT) De rooklaag daalt binnen 60 seconden onder de 2,5 m vanaf de ingang tot aan brand. Dit is gevaarlijk voor personen die stroomopwaarts van de brand bevinden. Tunnel Safety Consults bv Pagina 27
60sec: 120sec: 180sec: Sectie I Sectie 0 Buiten Variant 2] Ventilatie AAN met rijrichting mee (Nemo UIT) Stratificatie onder Nemo, de zone tussen de ingang en de brand blijft circa 60 seconden rookvrij onder de 2,5m. Hierna wordt de rooklaag rond de ingang dikker, wat op 2,5m hoogte de zichtlengte beperkt tot ca. 20 meter, totdat na 120seconden ook hier de rook de gehele sectie onder de 2,5m begint te vullen. 60sec: 120sec: 180sec: Sectie I Sectie 0 Buiten Variant 3] Alle ventilatie UIT Ook hier vindt in de eerste minuten stratificatie onder Nemo plaats, gelijk aan variant 2. Wel blijkt dat de rooklaag zich na 120 seconden heeft uitgebreid tot onder de grens van 2,5m hoogte. Doordat de tunnelventilatie niet is ingeschakeld, is er een geringe luchtsnelheid in de tunnelbuis (±1 m/s) die onvoldoende is om de rook vanuit sectie 0 richting de uitgang of sectie I te verplaatsen. Hierdoor blijft rook in de sectie hangen. 60sec: 120sec: 180sec: Sectie I Sectie 0 Buiten Tunnel Safety Consults bv Pagina 28
Luchtsnelheid[m/s] Project : IJtunnel Amsterdam Westbuis: In de Westbuis is het niet wenselijk om langsventilatie in tegengestelde richting te laten werken. In dat geval zou de gehele tunnel vol met rook geblazen worden, terwijl het kan voorkomen dat deze volledig met verkeer gevuld is. Ventilatie AAN met rijrichting mee (Nemo UIT) Doordat de ventilatie in sectie 0 niet ingeschakeld wordt, vind er geen vermaling van de rook plaats. Er vindt bij deze schakeling stratificatie van de rook plaats, die na 50 seconden zo n 15 meter tegen de rijrichting in is gedrongen. Deze 15 meter backlayering neemt na 60 seconden weer iets af, 60sec: 120sec: 180sec: Sectie I Sectie 0 Buiten In Figuur 8 is de luchtsnelheid op het grensvlak tussen sectie I en 0 gegeven. Deze luchtsnelheid is deel van de uitvoergegevens van de CFD simulatie. De gepresenteerde luchtsnelheid is de gemiddelde snelheid over de gehele doorsnede. Uit de figuur blijkt dat de snelheid op het grensvlak tussen sectie I en 0 altijd dicht rond de 2,5m/s ligt. Met deze snelheid zal rook die in sectie 0 terugstroomt, niet in sectie I kunnen binnendringen. Luchtsnelheid op overgang sectie 1-0 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 Tijd [sec] Figuur 8: Luchtsnelheid op grensvlak tussen sectie I en 0 Tunnel Safety Consults bv Pagina 29
7.4.3 Conclusie Uit de CFD simulaties blijkt dat bij brand onder Nemo, de rooklaag het best beheerst kan worden door alle langsventilatie in te schakelen in rijrichting, waarbij de ventilatoren in sectie 0 uit blijven staan. Dit geldt voor beide tunnelbuizen. Bij een brand in de Oostbuis onder Nemo wordt ook de afzuigventilatie in sectie I en II ingeschakeld. Bij een brand in de Westbuis onder Nemo is de afzuigventilatie in sectie I en II uitgeschakeld conform hoofdstuk 5.3. De CFD simulaties zijn alle uitgevoerd voor vrachtautobranden en één busbrand. De kans dat een vrachtautobrand voorkomt is klein, het ontstaan van een personenautobrand is waarschijnlijker. Door het lage brandvermogen van een personenauto, wordt hierbij ook minder rook geproduceerd. Er kan worden geconcludeerd dat de ventilatieschakeling waarmee de vrachtautobrand beheerst wordt, ook voldoet bij een bus- of personenautobrand. Tunnel Safety Consults bv Pagina 30
Druk [Pa] Project : IJtunnel Amsterdam 8 NIET-INCIDENTBUIS Bij een brand zonder file benedenstrooms wordt in de niet-incidentbuis de langsventilatie ingeschakeld in de richting tegen de normale rijrichting in. Dit is in de gevallen zonder fileverkeer in de incidentbuis. Uitgezonderd enkele situaties komt bij de incidentbuis rook bij het uitgangsportaal vrij. De schakeling van de langsventilatie in de niet-incidentbuis voorkomt dat rook de niet-incidentbuis via het tunnelportaal kan binnenstromen. De volgende ventilatieclusters zijn met ventilatoren uitgerust die ook in omgekeerde richting kunnen blazen: - Cluster LVG3b-O, 4 langsventilatoren - Cluster LVG3a-O, 4 langsventilatoren - Cluster LVG0-W, 3 langsventilatoren De schakeling van deze ventilatoren is zodanig gekozen dat enerzijds bij het tunnelportaal een stroomsnelheid van tenminste 1 m/s ontstaat ook bij tegenwind en anderzijds met het optredende drukverloop in de niet-incidentbuis zo goed mogelijk wordt voorkomen dat rook via geopende vluchtdeuren van de incidentbuis naar de niet-incidentbuis stroomt. Het criterium van 1 m/s is een ervaringswaarde die bij de meeste ontwerpen van ventilatiesystemen in Nederlandse tunnels is gehanteerd. Bij berekeningen is aangenomen dat in de niet-incidentbuis geen verkeer staat. De enkele voertuigen (van hulpdiensten) die daar kunnen staan hebben geen significante invloed op het berekeningsresultaat. 8.1 Oostbuis - Alleen cluster LVG3b-O, 4 langsventilatoren - Alleen cluster LVG3a-O, 4 langsventilatoren - Cluster LVG3b-O en cluster LVG3a-O, totaal 8 langsventilatoren De optredende snelheden zijn: Luchtsnelheid in niet-incidentbuis bij tunnelportaal [m/s] Oostbuis LVG3b-O LVG3a-O LVG3a-O & LVG3b-O 0 m/s wind 2.5 2.5 3.5 5 m/s tegenwind 2.2 2.2 3.3 Tabel 16 Luchtsnelheid niet-incidentbuis - Oostbuis De optredende druk is: 70 60 50 40 Oostbuis drukverloop in de Niet Incidentbuis drukverloop cluster 3a drukverloop cluster 3b drukverloop cluster 3a & 3b 30 20 10 0-10 -20 0 200 400 600 800 1000 1200 Afstand van Noordportaal [m] Figuur 9 Druk niet-incidentbuis - Oostbuis Tunnel Safety Consults bv Pagina 31
Elk van de opties leidt tot goed resultaat. Gekozen is voor inschakeling van alleen LVG3b-O omdat bij inschakeling van beide clusters de druk zodanig groot wordt dat het drukverschil tussen incidentbuis en niet-incidentbuis over geopende vluchtdeuren erg groot wordt waardoor de luchtstroomsnelheid door geopende vluchtdeuren onaanvaardbaar hoog kan worden (> 10 [m/s]). Door alleen cluster LVG3b_O in te schakelen wordt de snelheid zo n 4 [m/s]. 8.2 Westbuis De optredende snelheden zijn: Luchtsnelheid in niet-incidentbuis bij tunnelportaal [m/s] Westbuis LVG0-W 0 m/s wind 3.3 5 m/s tegenwind 3.2 Tabel 17 Luchtsnelheid niet-incidentbuis - Westbuis De optredende druk is: Druk [Pa] 30 25 20 Westbuis drukverloop in de Niet Incidentbuis Drukverloop cluster 0 15 10 5 0-5 -10-15 -20 0 200 400 600 800 1000 1200 Figuur 10 Druk niet-incidentbuis - Westbuis Afstand van Noordportaal [m] De inschakeling van cluster LVG0-W in omkeerrichting resulteert in een voldoende hoge luchtsnelheid bij het uitgangsportaal om aerodynamische kortsluiting te voorkomen. 8.3 Schakeling bij fileverkeer in incidentbuis De ventilatoren die worden geschakeld in de Niet-incidentbuis bij fileverkeer in de incidentbuis is afhankelijk van de sectie waarin de brand zich bevindt. Net zoals in de situatie met normaal verkeer, wordt in de Niet-Incidentbuis in dezelfde richting geventileerd als in de incidentbuis, zodat aerodynamische kortsluiting voorkomen wordt. Bij brand in sectie 0 of I van de Oostbuis is gekozen in de Westbuis alleen cluster LVG3a_W te gebruiken. Dit om te voorkomen dat er een onderdruk zou ontstaan in de Niet- Incidentbuis, waardoor rook zich van uit de Incidentbuis door de vluchtgang naar de Niet- Incidentbuis zou begeven. Zie Tabel 4 en Tabel 5 voor een overzicht van de schakelstanden. Tunnel Safety Consults bv Pagina 32
9 EMISSIECONCENTRATIES IN DE TUNNEL 9.1 Inleiding Ten gevolge van het verkeer ontstaan in de tunnelbuizen van de IJ-tunnel verhoogde emissieconcentraties. In dit hoofdstuk worden berekeningen gepresenteerd waarmee aangegeven wordt onder welke omstandigheden aanvullende maatregelen nodig zijn om de concentraties binnen de toelaatbare grenzen te houden. In veruit de meeste gevallen echter zal het verkeer voldoende luchtsnelheid in de tunnel creëren om de concentraties verontreinigende stoffen onder de toelaatbare grenswaarde te laten blijven. 9.2 Uitgangspunten Als referentiejaar is 2015 aangehouden omdat hiervoor emissiekengetallen beschikbaar zijn. Algemeen wordt in Nederland aangenomen dat de emissieproductie per voertuig beter wordt na 2015 omdat er steeds meer schone voertuigen worden gebruikt. De emissie-kengetallen voor 2015 bedragen voor rijdend stadsverkeer: emissie-kengetallen rijdend stadsverkeer2015 in g/km/vtg (brom VROM) licht middelzwaar/zwaar bus NOx 0.23 5.8 3.8 NO2 0.1 0.2 0.36 PM10 0.020 0.109 0.167 Tabel 18 Emissiekengetallen stadsverkeer - rijdend Voor stagnerend stadsverkeer gelden de volgende emissiewaarden emissie-kengetallen stagnerend stadsverkeer2015 in g/km/vtg (bron VROM) licht middelzwaar zwaar NOx 0.37 16 9.5 NO2 0.14 0.6 0.9 PM10 0.041 0.25 0.372 Tabel 19 Emissiekengetallen stadsverkeer - stagnerend In bovenstaande tabel zijn de waarden voor zwaar en middelzwaar verkeer gemiddeld aangezien er alleen gecombineerde cijfers bekend zijn van middelzwaar en zwaar verkeer in de IJ-tunnel. De verkeerssamenstelling gecombineerd met het aantal rijstroken en deze emissiekengetallen leidt tot de volgende emissieproductie: emissieproduktie in g/s.km rijsnelheid rijdend stagnerend NOx 0.374 0.612 NO2 0.066 0.079 PM10 0.055 0.089 Tabel 20 Emissieproduktie stadsverkeer rijdend en stagnerend De emissie grenswaarden die in de tunnel mogen optreden zijn gerelateerd aan de verblijftijd in de tunnel en luiden volgens AVV2005 als volgt: Tunnel Safety Consults bv Pagina 33
stofsoort verblijfsduur in de tunnel 1-2 min 2-5 min 5-10 min 1-8 uur NO2 1880 µg/m3 1100 µg/m3 750 µg/m3 200 µg/m3 CO geen eisen geen eisen 40000 µg/m3 29000 µg/m3 PM10 geen eisen geen eisen 5000 µg/m3 5000 µg/m3 Tabel 21 Toelaatbare emissieconcentraties in de tunnel Op basis van bovenstaande gegevens kan geconcludeerd worden dat op basis van verblijfsduur in de tunnel de waarden voor NO2 maatgevend zijn. De berekeningen zijn daarom beperkt tot de concentraties NO2. De verblijftijden in de verkeersbuizen van de IJ-tunnel zijn afhankelijk van de rijsnelheid van het verkeer. Het verkeer rijdt in de normale situatie 50 km/h. Voor stagnerend verkeer is een rijsnelheid van 20km/h aangehouden. De bijbehorende verblijftijden in de tunnel zijn weergegeven in Tabel 22: rijdend (70 km/h) verblijfsduur in de IJtunnel rijdend (50 km/h) 1.4 min stagnerend (20 km/h) 3.4 min Tabel 22 verblijftijden in de tunnelbuizen Bij de verblijftijd in de tunnel bij rijdend verkeer (50 en 70 km/h) hoort een NO2 grenswaarde van 1880 µg/m3. Bij stagnerend verkeer (20 km/h) hoort een NO2 grenswaarde van 1100 µg/m3. De verblijftijd in de tunnelbuizen bij stilstaand verkeer is theoretisch gezien oneindig. De grenswaarde die gekozen is bij stagnerend verkeer hoort bij een verblijfsduur van maximaal 5 minuten(no2 < 1100 µg/m3). Voor de keuze van een verblijftijd van 5 minuten bij stagnerend verkeer zijn de volgende 2 argumenten aan te voeren: Vanwege filebeperkende maatregelen rondom de IJ-tunnel is het is onwaarschijnlijk dat het verkeer in de tunnelbuizen langdurig stilstaat en men zal vrijwel altijd binnen 5 minuten de tunnel hebben verlaten. De gerapporteerde waarden zijn maximale waarden. Deze maximale waarden treden echter op over een beperkte lengte van de tunnel. Elders in de tunnel zullen de emissieconcentraties lager zijn, zodat de blootstelling aan de maximum waarden in tijdsduur erg beperkt zal zijn 9.3 Berekeningsresultaten 1,1 min Het schakelprincipe bij verhoogde emissieconcentraties (Alleen de langsventilatie wordt gebruikt) is gepresenteerd in hoofdstuk 5.3.6. De resultaten van de emissieberekeningen zijn hieronder weergegeven (zonder windinvloed). Hieruit blijkt dat het systeem in staat is de emissiewaarden dermate te beheersen dat deze onder de gestelde grenzen blijven. Tunnel Safety Consults bv Pagina 34
Oostbuis Maximale concentratie NO2 Verkeerssituatie Zonder ventilatie (max. conc. Bij uitgang) Met langsventilatie 334 (max. conc. Bij uitgang) Rijdend (50km/h) 646 μg/m 3 507 μg/m 3 Stagnerend (20km/h) 1640 μg/m 3 776 μg/m 3 Westbuis Maximale concentratie NO2 Verkeerssituatie Zonder ventilatie (max. conc. Bij uitgang) Met langsventilatie 443 (max. conc. Bij uitgang) Rijdend (50km/h) 559 μg/m 3 334μg/m 3 Stagnerend (20km/h) 1142 μg/m 3 884 μg/m 3 Tabel 23: Berekende emissieconcentraties Uit de rekenresultaten blijkt dat er bij rijdend verkeer geen aanvullende maatregelen nodig zijn om de NO2 concentratie beneden de grenswaarde (NO2<1880 μg/m 3 ) te houden. Bij stagnerend verkeer moet de langsventilatie ingeschakeld worden volgens de schakelprincipes zoals aangegeven in paragraaf 5.3, om een te hoge concentratie NO2 te voorkomen. Tunnel Safety Consults bv Pagina 35
10 GELUID IN DE TUNNELBUIZEN Volgens AVV2005 Hoofdstuk 7 mag de geluidsdruk in de tunnelbuizen ten gevolge van ingeschakelde ventilatie in het algemeen niet meer zijn dan 87 db(a) en plaatselijk niet meer dan 90 db(a). In dit hoofdstuk is het resultaat van berekeningen conform AVV2005 Hoofdstuk 7 gegeven. 10.1 Gegevens t.b.v. de geluidsberekening Er is uitgegaan van de volgende afwerking van vloer, wanden en dak: - vloer : DAB (dicht asfalt beton) - wanden : De wanden bestaan vanaf het wegdek gerekend uit: betonnen barriër ca. 0,9 m hoog, daarboven beplating tot aan het dak. In de berekening is uitgegaan van betegeld beton gezien de absorptiecoëfficiënten van de verschillende materialen wordt daarmee conservatief gerekend. - dak : Bekleed met brandwerende platen De gehanteerde absorptiecoëfficiënten zijn (conform AVV2005 tabel 7-2): materiaal 63 Hz 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 khz 2 khz 4 khz 8 khz Vloer DAB 0,01 0,02 0,03 0,03 0,03 0,04 0,07 0,07 Wand Tegelwerk 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 Dak Brandw. Platen 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,04 0,06 Tabel 24 absorptiecoëfficiënten Voor het galmveld moet ook de luchtdemping in rekening worden gebracht. Er is uitgegaan van 10 C/50%RV. De bijbehorende absorptiecoëfficiënten zijn (conform AVV2005 tabel 7-4): 63 Hz 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 khz 2 khz 4 khz 8 khz Lucht 10 C/50%RV 0,1 0,5 1,0 1,7 3,4 8,1 28 98 Tabel 25 Luchtdemping Voor het directe geluidsveld zijn 2 spiegelingen (reflecties) meegenomen. Uit de berekeningen blijkt dat het toepassen van meer reflecties niet leidt tot andere berekeningsresultaten. Voor de ventilatoren is uitgegaan van een geluidsvermogen gebaseerd op metingen aan bestaande ventilatoren, gemeten volgens de AMCA300 (galmkamer) methode. Dit geluidsvermogen is te realiseren met in de markt leverbare ventilatoren. De geluidsvermogens van de ventilatoren zijn: 63 Hz 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 khz 2 khz 4 khz 8 khz 1-richting AUR 800 93,4 85,5 82,5 84,2 86,4 87,6 84,5 78,4 2-richting ARR 800 94,9 89,9 88 93,3 90,1 86,3 85,5 83,1 2-richting ARR 710 92 89 86 98 88 86 84 81 Tabel 26 Geluidvermogen ventilatoren Tunnel Safety Consults bv Pagina 36
10.2 Resultaten van de geluidsberekening De geluidsdruk is op het midden van de tunnelbuizen berekend en op 1,6m hoogte boven het wegdek. Dat is representatief voor andere luisterposities in de tunnel. De berekening is uitgevoerd conform AVV2005 Hoofdstuk 7. De resultaten van de berekeningen van het geluidsvermogen zijn als volgt: geluidsdruk [db(a)] Geluidsdruk Westbuis 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 afstand vanaf ingangsportaal noord [m] geluidsdruk [db(a)] Geluidsdruk Oostbuis 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 afstand vanaf ingangsportaal noord [m] 10.3 Beoordeling resultaten In de Westbuis en in de Oostbuis wordt overal aan de grenswaarden uit AVV2005 voldaan. Tunnel Safety Consults bv Pagina 37
11 DETECTIE EMISSIE EN ROOK Er is reeds een detectiesysteem in de IJtunnel aanwezig. Er is nagegaan of het bestaande detectiesysteem kan werken met het nieuwe ventilatiesysteem. 11.1 Bestaande systeem De emissie concentraties en de aanwezigheid van rook worden in de IJtunnel gemeten door middel van zichtmeters, waarvan er 3 zijn aangeduid als zichtmeter en 11 stuks als rookmelder hoewel beide typen meters werken op basis van een zichtmeting. De zichtmeters kennen echter een uitgebreidere meting t.b.v. het kunnen meten van emissie concentraties. In de huidige situatie zijn er rookmelders en zichtmeters in beide tunnelbuizen aangebracht op de volgende locaties: tunnel sectie nr. melder locatie rookmelders en zichtmeters kilometrage [km] onderlinge afstand [m] Rn-->Rn+1 globale afstand vanaf zuid portaal [m] Tabel 27 locatie rookmelders en zichtmeters in de tunnelbuizen type melder noord portaal (benadering) 1690 1140 vent.sectie 3 R1 1630 60 1080 rookmelder vent.sectie 3 R2/Z1 1540 90 990 rookmelder / zichtmeter vent.sectie 3 R3 1450 90 900 rookmelder vent.sectie 3 R4 1360 90 810 rookmelder overgang vent.sectie 2-3 1340 20 790 vent.sectie 2 R5 1320 20 770 rookmelder vent.sectie 2 R6 1240 80 690 rookmelder vent.sectie 2 R7/Z2 1150 90 600 rookmelder / zichtmeter vent.sectie 2 R8 1060 90 510 rookmelder vent.sectie 2 R9 970 90 420 rookmelder overgang vent.sectie 1-2 950 20 400 vent.sectie 1 R10 930 20 380 rookmelder vent.sectie 1 R11 850 80 300 rookmelder vent.sectie 1 R12/Z3 770 80 220 rookmelder / zichtmeter vent.sectie 1 R13 680 90 130 rookmelder onder Nemo R14 600 80 50 rookmelder zuid portaal (benadering) 550 0 De installatie registreert op 3 locaties in de verkeersbuis de luchtkwaliteit (d.m.v. de zichtmeter) en detecteert op 11 locaties de aanwezigheid van rook (d.m.v. de rookmelder). De ventilatie wordt aangestuurd afhankelijk van het meetniveau van de rookmelders en de zichtmeters. Hierbij geldt dat de eerst-meldende unit leidend is qua positiebepaling van de brand. Tunnel Safety Consults bv Pagina 38
De metingen van het zichtmeetsysteem genereren de volgende meldingen: Niveau K < 0.007 geen actie nodig Niveau K > 0.007, en < 0.012 verhoogde emissie, vervolgactie: langsventilatie in Niveau K > 0.012, en < 0.020 voormelding calamiteit, vervolgactie: brandventilatie in Niveau K > 0.020 calamiteitmelding, vervolgactie: brandventilatie in Niveau K daalt tot < 0.005 emissieconcentraties normaal, vervolgactie: ingeschakelde ventilatie wordt uitgeschakeld De metingen van de rookmelders genereren de volgende meldingen: Niveau K > 0.012 calamiteitmelding, vervolgactie: brandventilatie in Niveau K daalt tot < 0.007 calamiteitenmelding vervalt 11.2 Systeem in samenwerking met tunnelventilatie Er is nagegaan of de gewijzigde verdeling van ventilatoren conflicteren met de locaties van de huidige zichtmeters en rookmelders. De bestaande installatie voor detectie hoeft niet te worden aangepast. Er is nagegaan of in de oostbuis in sectie 3 waar cluster LVG3b_O wordt verplaatst en cluster LVG3c_O wordt bijgeplaatst de rookmelders niet te dicht bij de ventilatoren hangen. Dat is niet het geval. De instellingen van de installatie hoeven ook niet te worden gewijzigd. Tunnel Safety Consults bv Pagina 39
12 OVERDRUKVENTILATIE Het systeem overdrukventilatie is in het DO van 31 maart 2011[6] beschreven en vervolgens op locatie gerealiseerd. De bewijsvoering en ontwerpbeslissingen zijn in [6] opgenomen. Aangezien de werking van de overdruk mede afhankelijk is van de invloed van tunnelventilatie, is getoetst of het huidige overdruksysteem in combinatie met het opnieuw ontworpen tunnelventilatie-ontwerp nog steeds voldoet. 12.1 Bestaande systeem van Overdrukventilatie Figuur 11 bied een overzicht van de bestaande overdrukinstallatie. Daarin is aangegeven hoe de vluchtdeuren op overdruk gehouden worden. Figuur 11: Luchtstromingen in het bouwwerk IJtunnel bij brand in één van de verkeersbuizen 12.1.1 Toevoer trappenhuis ingangsgebouw Zuid Via het trappenhuis van Ingangsgebouw Zuid wordt de vluchtgang tussen Ingangsgebouw Zuid en Ventilatiegebouw Zuid op overdruk gehouden. Zoals uit [6] blijkt is de huidige hoeveelheid toevoer in de verbindingsgang tussen Ingangsgebouw Zuid en Ventilatiegebouw Zuid ca. 1000 m3/h. De toevoerventilator op het trappenhuis 31TV2 levert 7200 m3/h. 12.1.2 Toevoer MTK tussen ventilatiegebouw Zuid en Noord Via diverse wegen wordt vanuit Ventilatiegebouw Zuid lucht gevoerd naar het middentunnelkanaal tussen Ventilatiegebouw Zuid en Ventilatiegebouw Noord, waarmee het kanaal op overdruk wordt gehouden. Hiermee vindt ook de toevoer van lucht naar de vluchtsluizen plaats. Uit eerdere berekeningen [6] blijkt dat in de huidige situatie er totaal ca. 9.450 m3/h lucht naar het middentunnelkanaal wordt toegevoerd. Deze lucht wordt hierna verspreid zoals in Figuur 11 is beschreven. Iedere vluchtsluis is voorzien van een ventilator, die de benodigde luchthoeveelheid vanuit het MTK aanzuigt. Tunnel Safety Consults bv Pagina 40
12.1.3 Overdruk Vluchtsluizen Dit betreft de volgende locaties: Vluchtsluis Vluchtdeuren O4/W4 Vluchtsluis Vluchtdeuren O5/W5 Vluchtsluis Vluchtdeuren O6/W6 Vluchtsluis Vluchtdeuren O7/W7 Vluchtsluis Vluchtdeuren O8/W8 In de huidige situatie zijn bij alle vluchtsluizen ventilatoren van Soler&Palau type TCFB 4-500 geplaatst. De ventilatoren hebben in het middentunnelkanaal een aanzuigbuis met inlaatconus en aan de sluiszijde een muurdoorvoering afgedekt met een gaasrooster. Doorlaat van de aanzuigbuis en de muurdoorvoering is 450 mm. 12.2 Uitgangspunten Overdrukventilatie De volgende uitgangspunten zijn gehanteerd 1. Het drukverschil over een vluchtdeur is lager dan 250 Pa [Uit praktijkervaring blijkt dat de openingskracht dan beperkt blijft tot maximaal 100 N]; 2. In de rookzone in de incidentbuis mag er geen lucht met rook het middentunnelkanaal of een vluchtsluis in stromen; 3. De luchtsnelheid over een geopende vluchtdeur is tenminste 0,5 m/s en maximaal 6 m/s [minimaal 0,5 m/s i.v.m. rookwering, maximaal 6 m/s i.v.m. hinder voor vluchtenden]. Voor het kunnen voldoen aan uitgangspunt 2 gelden er 2 principes: 1. wanneer een vluchtdeur vanuit een rookzone in de incidentbuis is geopend én tegelijkertijd de tegenoverliggende deur naar de niet-incident buis is geopend mag geen rook in de vluchtsluis of het middentunnelkanaal stromen en geen rook in de niet-incident buis stromen. 2. wanneer een vluchtdeur vanuit een rookzone in de incidentbuis is geopend én tegelijkertijd de tegenoverliggende deur naar de niet-incident buis is gesloten mag geen rook in de vluchtsluis of het middentunnelkanaal stromen. Om te voldoen aan het 1 e principe moet de tunnelventilatie in beide buizen zo geschakeld zijn dat er overdruk van de niet-incident buis naar de incident buis wordt gegarandeerd. De overdrukinstallatie in de doorgang kan wel ingeschakeld blijven maar de tunnelventilatiesystemen hebben een dusdanig grotere capaciteit dat deze de rookbeweging zullen bepalen. Om te voldoen aan het 2 e principe moet elke doorgang worden voorzien van een overdruk installatie met voldoende capaciteit die snel reageert op drukwisselingen. Tevens moet de doorgang rookdicht zijn afgescheiden van de aangrenzende kabelkanaalgangen. Tunnel Safety Consults bv Pagina 41
12.3 Berekeningen Overdrukventilatie principe 1 Voor zowel de Oost- als de Westbuis is voor 4 brandlocaties het verloop van de druk in de incidentbuis en de niet-incidentbuis berekend uitgaande van de schakelschema s zoals vermeld in hoofdstuk 5.3. De brandlocaties zijn gekozen op het midden van de lengte van elke sectie. Het drukverloop is bepaald bij de brandgrootten 5 30 100 MW. De resultaten zijn weergegeven in onderstaande figuren. Oostbuis: 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10-10 0-20 -30 Druk [Pa] -40-50 -60-70 -80-90 -100-110 -120-130 -140 Oostbuis - Drukverloop bij brand in midden sectie 0 Drukverloop Oostbuis 5MW Drukverloop Oostbuis 30MW Drukverloop Oostbuis 100MW Drukverloop Westbuis Brandlocatie Vluchtdeuren vd1 vd2 vd3 vd4 vd5 vd6 vd7 vd8 0 200 400 600 800 1000 Afstand vanaf Zuidportaal [m] Druk [Pa] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10-10 0-20 -30-40 -50-60 -70-80 -90-100 -110-120 -130-140 Oostbuis - Drukverloop bij brand in midden sectie I Reeks1 Reeks2 Reeks3 Drukverloop Westbuis Brandlocatie Vluchtdeuren vd1 vd2 vd3 vd4 vd5 vd6 vd7 vd8 0 200 400 600 800 1000 Afstand vanaf Zuidportaal [m] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10-10 0-20 -30-40 -50-60 -70-80 -90-100 -110-120 -130-140 Druk [Pa] Oostbuis - Drukverloop bij brand in midden sectie II Drukverloop Oostbuis 5MW Drukverloop Oostbuis 30MW Drukverloop Oostbuis 100MW Drukverloop Westbuis Brandlocatie Vluchtdeuren vd1 vd2 vd3 vd4 vd5 vd6 vd7 vd8 0 200 400 600 800 1000 Afstand vanaf Zuidportaal [m] Tunnel Safety Consults bv Pagina 42
Druk [Pa] Project : IJtunnel Amsterdam 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0-10 -20-30 -40-50 -60-70 -80-90 -100-110 Druk [Pa] Oostbuis - Drukverloop bij brand in midden sectie III Reeks1 Reeks2 Reeks3 Drukverloop Westbuis Brandlocatie Vluchtdeuren vd1 vd2 vd3 vd4 vd5 vd6 vd7 vd8 0 200 400 600 800 1000 Afstand vanaf Zuidportaal [m] Figuur 12 Drukverhoudingen in de Oostbuis Westbuis: Drukverloop Oostbuis 100 Brandlocatie 90 Vluchtdeuren 80 70 60 50 40 30 20 10 vd8 vd7 vd6 vd5 vd4 vd3 vd2 vd1 0-10 -20-30 -40-50 -60 0 200 400 600 800 1000 Afstand vanaf Noordportaal [m] Druk [Pa] Westbuis - Drukverloop bij brand in midden sectie III Drukverloop Westbuis 5MW Reeks2 Reeks3 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0-10 -20-30 -40-50 -60-70 -80 Westbuis - Drukverloop bij brand in midden sectie II 0 200 400 600 800 1000 Afstand vanaf Noordportaal [m] Drukverloop Westbuis 5MW Drukverloop Westbuis 30MW Drukverloop Westbuis 100MW Drukverloop Oostbuis Brandlocatie Vluchtdeuren vd8 vd7 vd6 vd5 vd4 vd3 vd2 vd1 Tunnel Safety Consults bv Pagina 43 vd8 vd7 vd6 vd5 vd4 vd3 vd2 vd1
100 Brandlocatie 90 80 Vluchtdeuren 70 60 50 40 30 20 10 0-10 -20 vd8 vd7 vd6 vd5 vd4 vd3 vd2 vd1-30 -40-50 -60-70 -80-90 0 200 400 600 800 1000 Druk [Pa] Westbuis - Drukverloop bij brand in midden sectie I Afstand vanaf Noordportaal [m] Drukverloop Westbuis 5MW Drukverloop Westbuis 30MW Drukverloop Westbuis 100MW Drukverloop Oostbuis Druk [Pa] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0-10 -20 Westbuis - Drukverloop bij brand in midden sectie 0-30 0 200 400 600 800 1000 Afstand vanaf Noordportaal [m] Figuur 13 Drukverhoudingen in de Westbuis Drukverloop Westbuis 5MW Drukverloop Westbuis 30MW Drukverloop Westbuis 100MW Drukverloop Oostbuis Brandlocatie Vluchtdeuren vd8 vd7 vd6 vd5 vd4 vd3 vd2 vd1 Uit de berekeningen blijkt: - In de Oostbuis is ter plaatse van vluchtdeuren stroomafwaarts van de brand de druk in de niet-incidentbuis altijd hoger dan in de incidentbuis, behalve bij een brand in sectie 2 of 3. In die laatste gevallen lijkt het drukverschil ter plaatse van vluchtdeur 7 in de orde van ca. 10 Pa richting de niet-incidentbuis. Echter het laatste cluster hangt precies boven de vluchtdeur waardoor in het rekenmodel ter plaatse van de deur een drukverhoging wordt berekend terwijl de drukopbouw in werkelijkheid stroomafwaarts van de vluchtdeur plaatsvindt. Vluchtdeur 8 is op 2m vanaf het uitgangsportaal en speelt dus helemaal geen rol van betekenis qua rookdoorslag naar de niet-incidentbuis. - In de Westbuis is ter plaatse van vluchtdeuren stroomafwaarts van de brand de druk in de niet-incidentbuis altijd hoger dan in de incidentbuis. - In de Oostbuis kan de onderdruk in de rookzone ca. min 100 [Pa] bedragen. - In de Westbuis kan de onderdruk in de rookzone ca. min 40 50 [Pa] bedragen. - De maximale drukverschillen over een vluchtdeur zijn kleiner dan 120 [Pa]. Geconcludeerd kan worden dat wordt voldaan aan de uitgangspunten. Tunnel Safety Consults bv Pagina 44
12.4 Berekeningen Overdrukventilatie principe 2 De druklijnen zijn qua vorm en optredende drukken vergeleken met de druklijnen van het vroegere ontwerp [5]. Tabel 28 presenteert een vergelijking. Keuze drukverschil over vluchtdeur bij brand Uitgangspunt Uitgangspunt DO 2011 [Pa] DO 2014 [Pa] Max. druk in tunnel - Oostbuis 10 30 Min. druk in tunnel - Oostbuis -70-100 Max. druk in tunnel - Westbuis 50 10 Min. druk in tunnel - Westbuis -50-50 Tabel 28: Drukverschil over vluchtdeur bij brand Zoals Tabel 28 aangeeft, zijn de uiterste minimale- en maximale drukken gedaald. De maximale druk is nu 30 [Pa], terwijl de minimale druk nu -100[Pa] is. Dit tegenover respectievelijk 50 en -70 [Pa]. Doordat de drukverschillen van dit DO lager liggen dan de drukverschillen in het DO van 2011, kan worden gesteld dat de capaciteit en kracht van de geïnstalleerde ventilatoren ruim voldoen. Specifiek voor de deuren in het middentunnelkanaal tussen ingangsgebouw zuid en ventilatiegebouw zuid geldt dat als deze deuren in de rookzone zijn er steeds onderdruk in de incidentbuis is ter plaatse van de deuren. Er is dus geen kans op stroming van rook het MTK in. De gedaalde minimale onderdruk heeft geen invloed op het weren van rook uit de vluchtwegen. Bij een negatief drukverschil treedt er namelijk een luchtstroming op vanuit de vluchtweg richting de incidentbuis. Wel heeft de gedaalde minimale onderdruk invloed op de maximale luchtsnelheden over vluchtdeuren. In enkele gevallen is het negatieve drukverschil zodanig laag dat er luchtsnelheden hoger dan 6 m/s kunnen ontstaan. Deze situatie is echter niet te voorkomen omdat de onderdruk in de incidentbuis wordt veroorzaakt door de voertuigbrand. Het vergroten van de overdruk in de vluchtgang zou alleen voor een verhoging van de luchtsnelheid over de vluchtdeur kunnen zorgen. Tunnel Safety Consults bv Pagina 45
13 RAAKVLAKKEN 13.1 Civiel Het ventilatieontwerp vereist dat er in de Oostbuis een extra ventilatorcluster wordt geplaatst op 1048 meter van het Zuidportaal. Er dient hiervoor in één extra ophangconstructie te worden voorzien. Ook wordt het bestaande cluster LVG3b_O in het ventilatieontwerp verhangen van 970m van het Zuidportaal naar 900m van het Zuidportaal. Ook hiermee dient rekening gehouden te worden. 13.2 Voeding In de Oostbuis zijn vier extra ventilatoren benodigd ten opzichte van de bestaande situatie. Dit betekent ook een hogere vermogensvraag. Het afgenomen vermogen van deze vier Ø800 ventilatoren bedraagt 180 kva. De voeding per ventilatorcluster wijkt door de gewijzigde ventilatoropstelling ook af van de bestaande situatie. De benodigde vermogens zijn gegeven in Tabel 29: Oostbuis LVG0_O LVG3a_O LVG3b_O LVG3c_O Afstand tov Zuidportaal 0 m 800 m 900 m 1048 m Totaal aansluitvermogen 180 kva 180 kva 180 kva 120 kva Westbuis LVG3b_W LVG3a_W LVG0_O Afstand tov Oostportaal 0 m 290 m 1060 m Totaal aansluitvermogen 180 kva 120 kva 135 kva Tabel 29: Benodigde Aansluitvermogens 13.3 Besturing In de besturing dient het schakelprincipe van de ventilatoren gewijzigd te worden, naar de opgave die in hoofdstuk 5.3 is gedaan. Daarbij dient ook rekening gehouden te worden met het gewijzigde aantal ventilatoren en de omkeerbaarheid van ventilatorclusters. 13.4 Overige installaties Er is nagegaan wat de invloed van het ventilatieontwerp op overige installaties is. Qua ruimtebeslag is er geen invloed gevonden op andere installaties Tunnel Safety Consults bv Pagina 46
14 PRESTATIEMETING TUNNELVENTILATIE Na realisatie van het ventilatieontwerp vindt een meting plaats waarmee wordt geverifieerd of de prestatie van het gerealiseerde ventilatiesysteem overeenkomt met de prestatie van het ventilatiesysteem dat in dit DO is omschreven. Ten behoeve van deze meting is berekend welke luchtsnelheid het ventilatiesysteem tenminste moet bereiken onder testomstandigheden in een situatie zonder brand. 14.1 Uitgangspunten Uitgangspunten voor de metingen zijn: De tunnelbuis is leeg (Geen (werk)verkeer, personen of ander materieel in tunnelbuis) Ventilatorconfiguratie conform Figuur 3 in dit DO Schakeling ventilatie conform hoofdstuk 5.3 De luchtsnelheid wordt gemeten conform de aangenomen brandlocaties 14.2 Beschrijving metingen Na de montage en in bedrijfstelling moeten in de tunnelbuizen tenminste de volgende aerodynamische controlemetingen worden verricht, per verkeersbuis: 1. met visuele hulpmiddelen de stroomrichting van de uitblaasstraal van aanjaagventilatoren, de uitblaasstraal moet over een afstand van ca. 15 m na de ventilator zoveel als mogelijk vrij blijven van wanden, plafond, verlichtingsarmaturen en andere obstakels door een goede instelling van de afbuigschoepen 2. voor de Westbuis bij elk van de bedrijfssituaties zoals genoemd in Tabel 30 en Tabel 31de luchtsnelheidsverdeling over het dwarsprofiel van de tunnelbuis o op 175m van het noordelijke ingangsportaal (midden sectie 3) o op 620m van het noordelijke ingangsportaal (midden sectie 2) o op 790 m van het noordelijke ingangsportaal (midden sectie 1) o op 1100 m van het noordelijke ingangsportaal (sectie 0, 40m na het ventilatorcluster) Westbuis: stand bij normaal verkeer & file verkeer > 20 km/h afzuigventilatie METING IN WESTBUIS langsventilatie locatie brand westbuis AZG2_W AZG1_W LVG3b_W LVG3a_W LVG0_W in sectie 3 HOOG HOOG 4 stuks IN 4 stuks IN 3 stuks IN in sectie 2 UIT HOOG 4 stuks IN 4 stuks IN 3 stuks IN in sectie 1 UIT UIT 4 stuks IN 4 stuks IN 3 stuks IN onder nemo UIT UIT 4 stuks IN 4 stuks IN UIT Tabel 30: Schakeling Westbuis bij normaal verkeer > 20km/h Tunnel Safety Consults bv Pagina 47
Westbuis: fileverkeer < 20 km/h afzuigventilatie METING IN WESTBUIS langsventilatie locatie brand westbuis AZG2_W AZG1_W LVG3b_W LVG3a_W LVG0_W in sectie 3 UIT UIT UIT Tabel 31: Schakeling Westbuis bij fileverkeer < 20km/h 3 stuks IN omkeer in sectie 2 HOOG UIT UIT UIT UIT in sectie 1 UIT HOOG UIT UIT UIT onder nemo UIT UIT 4 stuks IN 4 stuks IN UIT 3. Voor de Oostbuis bij elk van de bedrijfssituaties zoals genoemd in Tabel 32 en Tabel 33de luchtsnelheidsverdeling over het dwarsprofiel van de tunnelbuis o op 80m van het Zuidelijk ingangsportaal (sectie 0, 30m na het ventilatorcluster) o op 350m van het Zuidelijk ingangsportaal (midden sectie 1) o op 520m van het Zuidelijk ingangsportaal (midden sectie 2) o op 960m van het Zuidelijk ingangsportaal (midden sectie 3) UIT Oostbuis: stand bij normaal verkeer & file verkeer > 20 km/h afzuigventilatie METING IN OOSTBUIS langsventilatie locatie brand oostbuis AZG2_O AZG1_O LVG3c_O LVG3b_O LVG3a_O LVG0_O in sectie 3 UIT UIT 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN in sectie 2 UIT UIT 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN in sectie 1 HOOG UIT 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN onder nemo HOOG HOOG 4 stuks IN 4 stuks IN 4 stuks IN UIT Tabel 32: Schakeling Oostbuis bij normaal verkeer > 20km/h Oostbuis: fileverkeer < 20 km/h afzuigventilatie METING IN OOSTBUIS langsventilatie locatie brand oostbuis AZG2_O AZG1_O LVG3c_O LVG3b_O LVG3a_O LVG0_O in sectie 3 UIT UIT UIT UIT UIT 4 stuks IN in sectie 2 HOOG UIT UIT UIT UIT UIT in sectie 1 UIT HOOG UIT UIT UIT UIT onder nemo UIT UIT UIT 3 stuks IN omkeer Tabel 33: Schakeling Oostbuis bij fileverkeer < 20km/h 4 stuks IN omkeer UIT 4. Westbuis in tegenbedrijf zoals genoemd in Tabel 34, stabiele bedrijfssituatie, meting in een dwarsprofiel op 20m vanaf de Noordelijke tunnelingang, Tunnel Safety Consults bv Pagina 48
Westbuis: Omkeerbedrijf Bij brand in Oostbuis normaal verkeer en fileverkeer > 20km/h Bij brand in Oostbuis fileverkeer < 20km/h in UIT UIT UIT 4 stuks IN UIT sectie 3 Tabel 34: Schakeling Westbuis in omkeerbedrijf 5. Oostbuis in tegenbedrijf zoals genoemd in Tabel 35, stabiele bedrijfssituatie, meting in een dwarsprofiel op 20m vanaf de Zuidelijke tunnelingang. Oostbuis: Omkeerbedrijf Bij brand in Westbuis normaal verkeer en fileverkeer > 20km/h Bij brand in Westbuis fileverkeer < 20km/h in UIT UIT UIT UIT UIT 4 stuks IN sectie 3 Tabel 35: Schakeling Oostbuis in omkeerbedrijf Zowel vlak voor, als tijdens deze metingen en ook direct na de metingen de luchtsnelheid in tunnelbuis meten waarbij alle ventilatoren zijn uitgeschakeld teneinde de invloed van wind (natuurlijke stromingen) te meten. Deze meting hoeft niet in een raster 3 metingen op 2m boven het wegdek en op 1/4 e, ½ en 3/4 e van de tunnelbreedte volstaan. De metingen en berekeningen uit te voeren volgens de methoden, zoals in de Aanbevelingen Ventilatie van Verkeerstunnels van Rijkswaterstaat, publicatiedatum 2005, is beschreven. 14.3 Berekeningen verwachte meetwaarden Tabel 36 geeft de berekende luchtsnelheden in de tunnelbuis, bij de schakelstanden die in Tabel 30 en 31 zijn aangegeven. Bij het kiezen van een schakelstand, dienen de meetlocaties te worden aangemerkt als brandlocatie. Locatie in de tunnel (afstand tov Noordportaal) afzuigventilatie AZG2_W AZG1_W LVG3b_W LVG3a_W LVG0_W UIT UIT UIT afzuigventilatie METING IN WESTBUIS METING IN OOSTBUIS Rekenresultaten Westbuis Gemiddelde luchtsnelheid zonder windinvloed [m/s] bij schakeling conform Tabel 30 langsventilatie Gemiddelde luchtsnelheid zonder windinvloed [m/s] bij schakeling conform Tabel 31 175m [sectie 3] 6.2-2.3 620m [sectie 2] 8.2 0 790m [sectie 1] 7.7 0 1100m [sectie 0] 3.8 3.8 Tabel 36: Rekenresultaten Westbuis 3 stuks IN omkeer AZG2_O AZG1_O LVG3c_O LVG3b_O LVG3a_O LVG0_O UIT UIT UIT 4 stuks IN omkeer Zo ook met de meting in de Oostbuis, zie Tabel 377 voor de berekende waarden. UIT langsventilatie UIT UIT Tunnel Safety Consults bv Pagina 49
Meting in Oostbuis Locatie in de tunnel (afstand tov Zuidportaal) Gemiddelde luchtsnelheid zonder windinvloed [m/s] bij schakeling conform Tabel 32 Gemiddelde luchtsnelheid zonder windinvloed [m/s] bij schakeling conform Tabel 33 80m [sectie 0] 5.4 2.1 350m [sectie 1] 9.1 0 520m [sectie 2] 7.3 0 960m [sectie 3] 5.0-4.2 Tabel 37: Rekenresultaten Oostbuis Bij tegenventilatie gelden de luchtsnelheden in Tabel 38 en Tabel 39. Meting tegenventilatie Westbuis Meetlocatie (tunnelbuis en afstand tov portaal) Gemiddelde luchtsnelheid zonder windinvloed [m/s] Westbuis, LVG0_W, gemeten 20m van 3.3 (Z > N) Noordportaal [sectie 3] Westbuis, LVG3a_W, gemeten 20m van 2.0 (N > Z) Zuidportaal [sectie 3] Tabel 38: Rekenresultaten Tegenventilatie Meting tegenventilatie Oostbuis Meetlocatie (tunnelbuis en afstand tov portaal) Gemiddelde luchtsnelheid zonder windinvloed [m/s] Oostbuis, LVG3b_O, gemeten 20m van Zuidportaal [sectie 0] Oostbuis, LVG0_O, gemeten 20m van Noordportaal [sectie 0] Tabel 39: Rekenresultaten Tegenventilatie 3.5 (N > Z) 3.8 (Z > N) De gemeten waarden kunnen vanwege verschillende factoren bijvoorbeeld de invloed van wind afwijken van de berekende waarden in tabel 34 t/m 36. Voor de toetsing van het ventilatiesysteem dient er een grenswaarde gedefinieerd te worden, die de gemeten luchtsnelheid mag afwijken van de berekende luchtsnelheid. De AVV2005 geeft geen richtlijn voor de maximale afwijking van meetwaarden. Er zijn derhalve twee regels opgesteld, waarmee de gemeten waarden getoetst worden aan de berekende waarden: De gemeten luchtsnelheid mag gecorrigeerd worden voor windinvloed. Hierin mag voor iedere 2,5m/s windsnelheid(buiten de tunnel) een correctie van 0,1m/s op de gemeten luchtsnelheid worden toegepast (voorbeeld: 3m/s gemeten luchtsnelheid bij 5m/s tegenwind resulteert in 3,2m/s gecorrigeerde gemeten luchtsnelheid). De gecorrigeerde gemeten luchtsnelheid mag niet meer dan 5% lager dan de berekende luchtsnelheid zijn. Tunnel Safety Consults bv Pagina 50
15 REFERENTIEDOCUMENTEN Eerdere Rapportages Nr. Titel Versie Datum [1] Rapport IJtunnel te Amsterdam - & v1.0 15 okt 2012 Overdrukventilatie Aangepast Definitief Ontwerp [2] Rapport IJtunnel te Amsterdam Onderzoek naar te beheersen v1.0 31 nov 2007 brandvermogens met de bestaande dwarsventilatie [3] Rapport IJtunnel te Amsterdam - Onderzoek naar v1.0 19 mei 2008 brandveiligheid van de tunnelconstructie en naar compartimentering [4] Rapport IJtunnel te Amsterdam bij v1.0 15 juli 2009 tegenverkeer [5] Rapport IJtunnel te Amsterdam CFD analyse v1.0 31 mrt 2011 [6] Rapport IJtunnel te Amsterdam Ventilatiegebouwen en V1.0 31 mei 2011 Vluchtwegen [7] Rapport IJ-tunnel te Amsterdam - & Overdrukventilatie, aangepast Definitief Ontwerp, v1.0 29 apr 2013 Memo s voorafgaand aan dit DO Nr. Titel Versie Datum [8] Memo IJtunnel uitgangspunten DO ventilatie en - 25 sept 2013 overdrukventilatie [9] Memo IJtunnel Amsterdam Resultaten 1-D - 03 okt 2013 Ontwerpberekeningen [10] Memo IJtunnel Amsterdam gekozen ventilatorconfiguraties - 04 nov 2013 [11] Memo - IJtunnel Amsterdam Aanvullende rekenresultaten en - 11 nov 2013 CFD s [12] Memo IJtunnel Amsterdam Keuze definitieve configuraties - 14 jan 2014 [13] Memo IJtunnel Amsterdam Uitvoeren werken weekend 7&8-30 dec 2013 december 2013 [14] Memo IJtunnel Amsterdam Metingen december 2013 en - 2 april 2014 februari 2014 [Als bijlage toegevoegd aan dit rapport, zie Bijlage 6] [15] Memo IJtunnel Amsterdam Bevinding P-SAT DI62-14 jan 2014 Normen en Richtlijnen Nr. Titel Versie Datum [16] Aanbevelingen Ventilatie van Verkeerstunnels december 2005, - - Steunpunt Tunnelveiligheid, Rijkswaterstaat (AVV2005). Tunnel Safety Consults bv Pagina 51
BIJLAGE 1 UITGANGSPUNTEN 1D Zie Memo IJtunnel uitgangspunten DO ventilatie en overdrukventilatie d.d. 25 september 2013 [8]. De inhoud van de memo is hierna ingevoegd. De delen die in dit Definitief Ontwerp in de hoofdtekst zijn opgenomen (al dan niet gewijzigd) zijn weggelaten. Waar tekst uit het Memo is weggelaten is dit vermeld met de tekst <tekst niet opgenomen, zie hoofdtekst>. Tunnel Safety Consults bv Pagina 52
MEMO Betreft : IJtunnel uitgangspunten DO ventilatie en overdrukventilatie Datum : 25 september 2013 Ref : 1100-13 / jwh Versie : 1.0 1 Doel van tunnelventilatie Doel 1 rookvrije zones In de incidentbuis: - Een rookvrije zone stroomopwaarts van de brand - Stroomafwaarts van de brand zo goed mogelijk rookvrij houden bij (stilstaande) file In de niet-incidentbuis - De hele buis rookvrij houden, dat betekent: o Er stroomt geen rook via geopende vluchtdeuren van incidentbuis naar nietincidentbuis o Er stroomt geen rook via de tunnelportalen van incidentbuis naar niet-incidentbuis Doel 2 bij brand beperken schade aan de civiele constructie Het voorkomen van smoren van de brand door zuurstofgebrek (dit leidt tot een langdurige brand met lokaal hoge temperaturen, wat kan resulteren in aanzienlijke schade aan de civiele constructie, de ventilatie moet daarom zorgen voor voldoende luchttoevoer) Doel 3 beperken emissieconcentraties bij normaal bedrijf Bij normaal rijdend verkeer ook bij langzaam rijdend of stilstaand verkeer de emissieconcentraties onder de wettelijke en aanbevolen grenswaarden houden. 2 Toetskader voor tunnelventilatie Brand Het behalen van de rookvrije zone stroomopwaarts van een brand wordt getoetst aan de kanswaarden zoals deze in de Aanbevelingen Ventilatie van wegtunnels 2005 (AVV2005) en in de nieuwe RARVW 2013 worden genoemd. Hiervoor zijn 1-dimensionale probabilistische berekeningen nodig. Mochten de resultaten onverhoopt leiden tot een exceptioneel ventilatieontwerp dan wordt geëscaleerd naar de opdrachtgever en wordt in overleg vastgesteld hoe hiermee wordt omgegaan. In dit geval is sprake van een stoppunt in de uitvoering van de werkzaamheden. Meer specifiek per tunnelbuis: - Het ventilatieontwerp van de westbuis wordt gebaseerd op de faalkanscriteria van AVV2005 zonder dat Nemo in ogenschouw wordt genomen (dus alleen sectie I, II en III) - Het ventilatieontwerp van de oostbuis wordt gebaseerd op de faalkanscriteria van AVV2005 waarbij ook Nemo in ogenschouw wordt genomen (dus secties 0, I, II en III) Tunnel Safety Consults bv Pagina 53
Verkeersemissie De optredende emissieconcentraties worden getoetst aan de grenswaarden zoals deze in AVV2005 staan. Deze waarden zijn afgeleid van Nederlandse wettelijke grenswaarden en waar nodig van internationaal aanvaarde grenswaarden. Geluid in de tunnel als gevolg van ventilatoren De geluidsdruk in de tunnel buis is gemiddeld lager dan 87 db(a) en bij piekwaarden lager dan 90 db(a) (conform eis uit AVV2005) 3 Randvoorwaarden voor tunnelventilatie - Aanjaagventilatoren op de huidige posities en waar nodig aangevuld met extra ventilator clusters - Aanjaagventilatoren zijn binnen 1 cluster alle van dezelfde nominale diameter - Nieuwe ventilatoren hebben in principe een nominale diameter van 800 mm diameter tenzij een grotere nominale diameter voorkomt dat een extra cluster nodig is - Inpasbaar in de civiele constructie zonder dat de hoofddraagconstructie van de tunnel moet worden aangepast 4 Uitgangspunten 4.1 Gebruik van de tunnel De categorie van de tunnel is D. Voor het gebruik van de tunnel wordt het volgende aangehouden: - er wordt alleen gereden in de normale rijrichting, nooit in tegengestelde rijrichting - tegenverkeer is uitgesloten - bij onderhoud is 1 buis afgesloten en blijft de normale rijrichting in de buis die in gebruik is Files kunnen niet worden voorkomen. 4.2 Geometrische gegevens Hoofdgegevens: Tunnelbuizen Westbuis Rijrichting noord-zuid Oostbuis Rijrichting zuid-noord Aantal rijstroken 2 per tunnelbuis Lengte gesloten deel Oorspronkelijke tunnel 1040 m Afgedekt deel bij Nemo ca. 100 m Totale gesloten lengte 1140 m Doorsnede en omtrek Tunnelbuizen Sectie III vanaf noordzijde: Eerste 40 m Daarna 310 m Doorsnede 38,5 m 2 / Omtrek 26,0 m Doorsnede 56,0 m 2 / Omtrek 31,0 m Secties I en II Doorsnede 38,5 m 2 / Omtrek 26,0 m Hellingen Onder museum Nemo Vanaf ingangsportaal noordzijde Doorsnede 70,0 m 2 / Omtrek 38,0 m 0 390 m -3,5% 390 450 m -2,8% 450 475 m -0,4% 475 500 m +0,4% 500 915 m +1,8% 915 1140 m +3,6% Tunnel Safety Consults bv Pagina 54
Portalen Oriëntatie zuidportaal 160 Beschrijving zuidportaal Gebouw boven portaal Configuratie 6 uit AVV2005 Oriëntatie noordportaal 0 Beschrijving noordportaal Gebouw boven portaal, lichtrooster en scheidingswand tussen rijbanen voor ingang Configuratie 2 uit AVV2005 Plaats vluchtdeuren Noord Zuid ventilatiekanaal O8/W8 O7/W7 O1/W1 O2/W2 O6/W6 O4/W4 O3/W3 O5/W5 Sectie III Sectie II Sectie I Sec. 0 Bestaande vluchtdeur Nieuwe vluchtdeur De onderlinge afstanden en plaatsbepaling van de vluchtdeuren is gegeven in onderstaande tabel: Huidig deurnummer Tunnelportaal zuid Nieuw Afstand vanaf deurnummer zuidportaal [m] (voorlopig) Tunnelportaa l zuid Onderlinge afstand hoh [m] 0 - O1/W 1 O1/W1 103 103 O/W X1 O2/W2 246 143 O/W Td3 O3/W3 392 146 O/W X2 O4/W4 493 101 O/W 3 O5/W5 676 183 O/W 4 O6/W6 867 191 O/W X3 O7/W7 1047 181 O/W 5 O8/W8 1123 76 Tunnelportaal noord Tunnelportaal noord 1139 16 4.3 Bestaande tunnelventilatie <tekst niet opgenomen, zie hoofdtekst> Tunnel Safety Consults bv Pagina 55
4.4 Toe te passen aanjaagventilatoren voor langsventilatie In het DO wordt gebruik gemaakt van clusters aanjaagventilatoren. De specificaties zijn afgeleid van hetgeen in de documentatie van Novenco (de leverancier voor de ventilatoren in de IJtunnel) alsmede in het FAT rapport is vermeld. In de kolom TOEGEPAST IN DO zijn de waarden vermeld zoals deze worden gebruikt. AUR - 1-RICHTING VENTILATOREN = gemeten bij FAT BESTEK GELEVERD (FAT) DOCUMENTATIE TOEGEPAST IN DO = berekend op basis van gegevens impeller/ impeller/ motor / impeller/ impeller/ motor / motor motor impeller motor motor impeller = gekozen op basis van gegevens 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 nominale diameter [m] 19,3 19,4 19,4 19,4 luchtstroom [m3/s] 38,5 38,6 38,5 38,6 uitblaassnelheid [m/s] niet van niet van 1,2 1,2 1,2 1,2 standaard dichtheid lucht [kg/m3] toepassing toepassing 94% 93,5% 94,8% 94% aerodynamisch rendement 838,2 840,0 850,0 844,6 stuwkracht [N] ARR - 2-richting ventilatoren = gemeten bij FAT BESTEK GELEVERD (FAT) DOCUMENTATIE TOEGEPAST IN DO = berekend op basis van gegevens impeller/ impeller/ motor / volgens folder impeller/ motor / motor motor impeller Novenco motor impeller = gekozen op basis van gegevens 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 nominale diameter [m] 18 18,4 18,7 18,04 18,4 18,4 luchtstroom [m3/s] 36,0 36,6 37,2 35,9 36,6 36,6 uitblaassnelheid [m/s] 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 standaard dichtheid lucht [kg/m3] 92% 95,1% 88,6% 95,2% 92% 89% aerodynamisch rendement 715,4 768,7 740,0 740,0 743,6 719,3 stuwkracht [N] Voor de ARR - 2 richting ventilatoren worden de waarden voor volumestroom van de FAT gebruikt, maar het aerodynamisch rendement is genomen conform de algemene verwachting zoals gesteld in AVV2005. De reden hiervoor is dat de FAT een hoge stuwkracht vermeld die niet in lijn is met de documentatie van Novenco en ook niet in lijn met de algemene verwachting. Verder gelden de volgende uitgangspunten: ventilatorgegevens 1-richting omkeerbaar nominale diameter [m] 0,8 0,8 opstellingsrendement cluster LVG3b_W : 90% cluster LVG0-O : 80% 80% max.werkingstemperatuur [ C] 250 250 Schakeling tunnelventilatie <tekst niet opgenomen, zie hoofdtekst> 4.5 Brandgrootte en plaats van de brand De volgende brandgrootten worden beschouwd: 5 MW 30 MW 100 MW Opmerking: in het wettelijke voorgeschreven RWSQRA2.0 risicomodel worden brandgrootten 5 MW 20 MW 50 MW 100 MW 200 MW gehanteerd. De brandgroei van een ongevalsbrand is conform QRAtunnels2.0. Tunnel Safety Consults bv Pagina 56
v (m/s) Project : IJtunnel Amsterdam Brand grootte Een brandgrootte van 200 MW staat in de risicoanalyse gelijk aan een grote plasbrand, deze kan in de IJtunnel niet optreden vanwege de categorie indeling. De brandgrootte 30 MW is representatief voor de (gelede) bussen die door de IJtunnel rijden. Daarbij wordt voor de faalkans van ventilatie een waarde gebruikt in lijn met die van de waarden bij 20 en 50 MW. Op basis hiervan is het toetskader verder uitgewerkt naar te hanteren minimale backlayeringssnelheid en bijbehorende kansen: Minimale luchtsnelheid in rijrichting om backlayering te voorkomen Maximaal toelaatbare kans op niet halen minimale langssnelheid Opmerkingen 5 MW 1,2 m/s 0% AVV2005 vermeldt 1,5 m/s, doch studies laten zien dat 1,2 m/s ruim voldoende is. In praktijk 0% kans nooit haalbaar 30 MW 2,0 m/s 0,22% Deze waarden zijn bepaald door niet-lineaire interpolatie tussen de waarden voor 20 MW en 50 MW. 100 MW 2,5 m/s 1,5% Uit AVV2005 Onderstaand is de interpolatie weergegeven tbv 30 MW: Interpolatie faalkans 5,0% 4,5% 4,0% 3,5% 3,0% 2,5% 2,0% 1,5% 1,0% 0,5% 0,5% 0,0% 0,1%0,22% 0,0% 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 1,5% Interpolatie minimale backlayeringssnelheid kritische snelheid als functie van brandvermogen 5,0% 2,5 2 1,5 wetenschappelijke benadering interpolatie AVV2005 voorstel door Laventun 2.42.6 1 0,5 0 Q (MW) Tunnel Safety Consults bv Pagina 57
Gekozen is voor de wetenschappelijke benadering : 2,0 m/s. De wetenschappelijke benadering is gebaseerd op diverse literatuurstudies van de afgelopen 10 jaar. De waarde geldt in ieder geval voor horizontale tunneldelen. Voor het rookvrij houden van de niet-incidentbuis door voorkomen van aerodynamische kortsluiting geeft AVV2005 geen kengetallen. In dit geval wordt aangehouden dat de ventilatie tenminste 1 m/s langssnelheid moet kunnen genereren bij 5 m/s tegenwind. De plaats van de brand wordt in de tunnel gevarieerd en bij probabilistische berekeningen op tenminste 100 posities in de tunnel beschouwd. Voor de bepaling van de drukverhoudingen volgens deterministische berekeningen wordt in principe steeds het midden in langsrichting van een ventilatiesectie gehanteerd tenzij uit de deterministische berekeningen blijkt dat beter een andere locatie kan worden gesimuleerd. Voor CFD-simulaties wordt in principe steeds het midden in langsrichting van een ventilatiesectie gehanteerd tenzij uit deterministische berekeningen blijkt dat beter een andere locatie kan worden gesimuleerd. Dit wordt dan vastgesteld in overleg met de opdrachtgever. Voor de 1e fase keuze van de configuratie is bedoeld : - westbuis sectie 3 en sectie 0 - oostbuis sectie 3 en sectie 0 4.6 Atmosferische invloeden In probabilistische berekeningen wordt het windklimaat zoals gemeten door het KNMI op vliegveld Schiphol gehanteerd. Daarbij wordt de afscherming van de IJtunnel door stedelijke bebouwing in acht genomen. Bij deterministische berekeningen wordt windinvloed verwaarloosd (zie voor de motivatie onze eerdere rapportages). 4.7 Verkeer Verkeerssamenstelling De volgende procentuele verdeling van voertuigen is gegeven: Type voertuig Westbuis Oostbuis Personen auto s 88 % 88 % Bussen 7 % 7 % Vrachtwagens (middel en zwaar) 5 % 5 % Het aandeel middelzwaar en zwaar vrachtverkeer is ongeveer gelijk en daarmee elk 2,5%. Aerodynamisch zijn bussen en kleine vrachtauto s vergelijkbaar omdat het frontale oppervlak vergelijkbaar is: circa 7,5 m2. In de ventilatieberekeningen is dit frontale oppervlak van belang. Tunnel Safety Consults bv Pagina 58
Aerodynamisch is de volgende procentuele verdeling van voertuigen aangehouden: Type voertuig Westbuis Oostbuis Personen auto s 88 % 88 % Bussen en middelzware vrachtwagens 9 % 9 % Zware vrachtwagens 3 % 3 % Aerodynamische gegevens verkeer Conform AVV2005. Voor bussen en middelzware vrachtwagens is een frontaal oppervlak van 7,5 m2 aangehouden (AVV2005: 5 m2) File in de tunnel Probabilistische faalkansberekeningen worden uitgevoerd voor de situatie waarbij er stroomopwaarts van de brand file staat en wel vanaf het ingangsportaal tot aan de brand. Stroomafwaarts van de brand staat geen file. Ten behoeve van de bepaling van het drukverloop in de tunnel worden deterministische berekeningen uitgevoerd voor de situaties met alleen file stroomopwaarts van de brand en met de brand op de helft van de lengte van een sectielengte. Dit wordt uitgevoerd met wind mee (5 m/s), windstil (0 m/s) en wind tegen (-5 m/s). De te hanteren brandgrootten zijn 5 30 100 MW. Alleen de maatgevende uitkomsten worden in het rapport opgenomen. Waar nodig worden extra variaties opgenomen. Invloed rijdend verkeer op stroming in de tunnel Voor de emissieberekeningen zijn de aerodynamische factoren gebruikt zoals aangegeven in AVV2005. Bij de CFD-simulaties is geen rekening gehouden met de invloed van rijdend verkeer op de luchtstromingen in de tunnel. In praktijk is er bij aanvang van een brand een luchtsnelheid in de rijrichting. Wanneer een brand ontstaat kan verwacht worden dat het verkeer stroomopwaarts van de brand tot stilstand komt en stroomafwaarts van de brand de tunnel uit rijdt. Dan zal de luchtstroming dus afnemen zolang er nog geen mechanische ventilatie is ingeschakeld. Omdat moeilijk te definiëren is hoe dit proces in tijd zal verlopen is er voor gekozen om de CFD-simulaties te laten starten met een beginsnelheid van 0 m/s. Op die manier wordt conservatief gerekend. Verkeersemissies De emissiefactoren zoals jaarlijks door TNO gepubliceerd worden gebruikt. 4.8 Overige factoren in berekeningen De volgende factoren worden gebruikt: Instroom coëfficiënt tunnelportaal 0,2 Uitstroom coëfficiënt tunnelportaal 1,0 Wandwrijvingscoëfficiënt tunnelwanden/plafond/vloer 0,014 Terrein accidentatie bij tunnelportalen i.v.m. windinvloed Klasse zeer ruw Afscherming tunnelportalen door gebouwen e.d. Geen Temperatuur buitenlucht 10 C Percentage brandvermogen dat wordt opgenomen in de rook Bij 5 MW 70% Bij overige 64% Tunnel Safety Consults bv Pagina 59
5 Geluid in de tunnelbuizen <tekst niet opgenomen, zie hoofdtekst> 6 Overdrukventilatie Op basis van de installatievoorzieningen worden de volgende situaties bekeken: - Bij de vluchtdeuren in de vluchtgang : [1] 2 of 3 deuren aan één zijde tegelijk geopend, geen deuren aan de andere zijde open (de situatie wordt voor 2 en 3 deuren uitgezocht) [2] 1 deur aan zijde incidentbuis en 1 deur aan zijde niet-incidentbuis geopend - Bij de vluchtdeuren in de vluchtportalen : [1] de deur aan de zijde incidentbuis geopend, de andere deur gesloten [2] deuren aan beide zijden van het portaal geopend Als startpunt voor het ontwerp worden de volumestromen en drukken van de bestaande installatie gebruikt. Indien nodig worden aanpassingen gedaan. De tunnelventilatie staat ingeschakeld in de gewenste stand. Tunnel Safety Consults bv Pagina 60
BIJLAGE 2 MODELLERING CFD Mesh verdeling Ter plaatse van de brand : 0,5 x 0,38 x 0,36 m Ter plaatse van aanjaagventilatoren : 0,5 x 0,38 x 0,36 m Ter plaatse van overgang oude tunnel naar Nemo : 0,5 x 0,38 x 0,36 m In de overige zones : 0,95 x 0,76 x 0,72 m Soms 0,5 x 0,38 x 0,36 m Soms 0,5 x 0,76 x 0,72 m beschrijving verbranding &REAC ID = 'HEPTANE' C = 7. H = 16. HEAT_OF_COMBUSTION = 45000. SOOT_YIELD = 0.05 MASS_EXTINCTION_COEFFICIENT = 8700 VISIBILITY_FACTOR=3 CO_YIELD=0.015 IDEAL =.TRUE./ Beschrijving brandend voertuig Personenauto Rechthoekig blok 4,5 x 1,6 x 0,8 m = inert (dit deel brandt niet) Rechthoekig blok 3,0 x 1,6 x 0,6 m = brand aan alle zijden en bovenzijde Bus Rechthoekig blok 12 2,4 x 1,6 m = inert (dit deel brandt niet) Rechthoekig blok 12 x 2,4 x 2,0 m = brand aan achterzijde en langszijden Gelede Bus Rechthoekig blok 16 x 2,4 x 1,6 m = inert (dit deel brandt niet) Rechthoekig blok 16 x 2,4 x 2,0 m = brand aan achterzijde en langszijden Vrachtwagen Rechthoekig blok 18 x 2,4 x 1,0 m = inert (dit deel brandt niet) Rechthoekig blok 18 x 2,4 x 2,8 m = brand aan alle zijden en bovenzijde (dit komt overeen met een ladingbrand) Beschrijving overige voertuigen - Personenauto : rechthoekig blok 4,5 x 1,6 x 1,56 m - Bus : rechthoekig blok 12 x 2,4 x 3,24 m - Zware vrachtauto : rechthoekig blok 18 x 2,4 x 3,9 m Modellering tunnel De tunnelwanden zijn van beton: &MATL ID = 'CONCRETE' DENSITY = 2200. EMISSIVITY = 0.9 SPECIFIC_HEAT_RAMP = 'concretespecificheat' Tunnel Safety Consults bv Pagina 61
CONDUCTIVITY_ramp = 'concreteconductivity' / &RAMP ID='concreteconductivity', T= 20., F=2.0 / &RAMP ID='concreteconductivity', T= 100., F=1.8 / &RAMP ID='concreteconductivity', T= 200., F=1.633 / &RAMP ID='concreteconductivity', T= 400., F=1.333 / &RAMP ID='concreteconductivity', T= 600., F=1.1 / &RAMP ID='concreteconductivity', T= 800., F=0.932 / &RAMP ID='concreteconductivity', T=1200., F=0.8 / &RAMP ID='concretespecificheat', T= 20., F=0.9 / &RAMP ID='concretespecificheat', T=1200., F=1.3 / &SURF ID = 'CONCRETE' MATL_ID = 'CONCRETE' COLOR = 'BEIGE' THICKNESS = 1.0 / Het tunneldak en de bovenste 1 m van de tunnelwand is bekleed met Promatect: &MATL ID = 'PROMATECT27MM' DENSITY = 870. EMISSIVITY = 0.85 CONDUCTIVITY_RAMP = 'pc_ramp' SPECIFIC_HEAT_RAMP = 'pk_ramp' / &RAMP ID='pc_ramp', T= 20., F=0.169 / &RAMP ID='pc_ramp', T= 100., F=0.175 / &RAMP ID='pc_ramp', T= 250., F=0.183 / &RAMP ID='pc_ramp', T= 500., F=0.203 / &RAMP ID='pc_ramp', T= 750., F=0.261 / &RAMP ID='pc_ramp', T=1000., F=0.400 / &RAMP ID='pc_ramp', T=1250., F=0.674 / &RAMP ID='pc_ramp', T=1500., F=1.145 / &RAMP ID='pk_ramp', T= 20., F=0.966 / &RAMP ID='pk_ramp', T= 99., F=0.966 / &RAMP ID='pk_ramp', T= 99.5, F=1.3 / &RAMP ID='pk_ramp', T= 100.5, F=1.3 / &RAMP ID='pk_ramp', T= 101., F=0.966 / &RAMP ID='pk_ramp', T=1500., F=0.966 / &SURF ID = 'PROMATECT27MM' MATL_ID = 'PROMATECT27MM','CONCRETE' COLOR = 'MELON' THICKNESS = 0.027, 1.0 Het wegdek is asfalt: &MATL ID = 'ASPHALT' DENSITY = 2200. EMISSIVITY = 0.9 SPECIFIC_HEAT = 1.0 CONDUCTIVITY = 1.8 / Tunnel Safety Consults bv Pagina 62
&SURF ID = 'ASPHALT' &MATL_ID = 'ASPHALT','CONCRETE' COLOR = 'GRAY' THICKNESS = 0.2, 1.0 Uitvoerlisting In de berekeningen zijn tenminste de volgende grootheden als uitvoer bijgehouden: Voor de bepaling van de omstandigheden in de tunnel - brandvermogen - rookverspreiding - temperatuur o op het midden van de tunnel over de volle hoogte o op 2,5m hoogte boven het wegdek o op plafondhoogte boven de brand - zichtlengte o op het midden van de tunnel over de volle hoogte o op 1,8m hoogte boven het wegdek o op 2,5m hoogte boven het wegdek - straling o op 1,8m hoogte boven het wegdek o op 2,5m hoogte boven het wegdek - de volumestroom o bij de ingang / de uitgang en de overgangen tussen secties o bij de afvoer van elk van de secties van de dwarsventilatie o bij de openingen van langsventilatoren Bij elke vluchtdeur zijn op 3,5m hoogte boven het wegdek ten behoeve van het beoordelen van de vluchtomstandigheden de volgende grootheden bijgehouden: - temperatuur - koolmonoxide concentratie - zichtlengte - straling Voor de bepaling van de temperaturen in de tunnel en in de luchtkanalen - brandvermogen - rookverspreiding - temperatuur o in diverse doorsneden in de tunnelbuis o in diverse doorsneden in de luchtkanalen Alleen die resultaten die van belang zijn voor de analyse zijn in dit rapport gepresenteerd. Tunnel Safety Consults bv Pagina 63
De modellering van de Westbuis met een vrachtwagenbrand op 1090m is als voorbeeld gebruikt. De modellering van de Oostbuis is identiek. Tunnel secties II, II, I Instroom zone Vrachtwagen (paars) Tunnel sectie Nemo Bus (groen) Uitstroom zone Figuur 1-2 Boven-aanzicht Personenauto s (blauw) Locatie brand Brandwerende bekleding Langsventilatoren nemo Overgang sectie I naar Nemo Brand (vrachtwagen) Figuur1-3 Detail modellering onder Nemo en uitrit Westbuis (kijkend tegen de rijrichting in) Langsventilatoren ingang Figuur 1-4 Detail modellering inrit Westbuis Tunnel Safety Consults bv Pagina 64
Plafond (promatect) Plafond Wanden (beton) Wanden Barrier (beton) Afzuiging (rood) Wegdek Wegdek (asfalt) Figuur 1-5 Detail modellering Westbuis (kijkend tegen de rijrichting in) Tunnel Safety Consults bv Pagina 65
BIJLAGE 3 TEMPERATUUR IN AFZUIGKANALEN EN BIJ AFZUIGVENTILATOREN Uit een inventarisatie van mogelijke brandscenario s blijkt dat de hoogste temperatuurbelasting in de afzuigkanalen en bij de afzuigventilatoren ontstaat als in de situatie met langzaam rijdend verkeer (< 20 km/h) de afzuiging van de ventilatiesectie waarin de brand optreedt is ingeschakeld en de langsventilatie in dat geval uit staat. Er zijn CFD-simulaties gemaakt waarmee een schatting van de temperaturen in de kanalen kan worden gemaakt. De simulaties zijn gemaakt voor een situatie met een 100MW brand in de Westbuis op de overgang tussen ventilatiesectie 2 en 1 waarbij de afzuiging van ventilatiesectie 1 is ingeschakeld. Motivatie: bij deze opstelling wordt zo dicht mogelijk bij de ventilator de rook in het kanaal gezogen en wordt in het stijgkanaal en bij de ventilator een hoge temperatuur bepaald. De rookverspreiding is als volgt weergegeven: Figuur 2-1 Rookverspreiding bij brand 100MW op 1/2 lengte ventilatiesectie 3 De optredende temperaturen zijn weergegeven in onderstaande figuren. Figuur 2-2 Temperatuurverdeling in de tunnelbuis in sectie 2 en 1 op het hart van de tunnel en het hart van het afzuigkanaal Tunnel Safety Consults bv Pagina 66
Figuur 2-3 Temperatuurverdeling in sectie 2 en 1 op het hart van de tunnel en het hart van het afzuigkanaal (idem als figuur 8 maar uitvergroot) Figuur 2-4 Temperatuurverdeling nabij ventilator en in schoorsteen Uit de figuren blijkt: - De temperatuur in het afzuigkanaal is op korte afstand van de brand in de orde van maximaal 100 C. - De temperatuur bij de ventilator en in de schoorsteen is ca. 30 C. Uit de resultaten is geconcludeerd dat het kanaal geen brandwerende bescherming behoeft en dat de afzuigventilator in functie blijft. Tunnel Safety Consults bv Pagina 67
BIJLAGE 4 EMISSIEBEREKENINGEN Oostbuis: Rijdend verkeer Oostbuis: Stagnerend verkeer Tunnel Safety Consults bv Pagina 68