1. المقدمة

في البنية التحتية، مثل أنفاق الطرق، وأنفاق السكك الحديدية/المترو، ومواقف السيارات تحت الأرض، تُعدّ مراقبة جودة الهواء، وطرد الدخان، والالتزام بمعايير السلامة، من الشواغل المُلِحّة. تُستبدل المراوح السلبية أو الأنبوبية التقليدية بمراوح نفاثة، تُوفّر تدفق هواء أقوى، ومرونة أكبر، وتكلفة أقل على المدى الطويل. تُناقش هذه المقالة - التي تُركّز على الكلمة المفتاحية "مروحة نفاثة" - أداء أنظمة مراوح النفاثة، ومعايير تصميمها، وما يُميّزها.

2. ما هي المروحة النفاثة؟

مروحة النفث هي جهاز تهوية محوري عالي السرعة، يُركّب مباشرة داخل الأنفاق - على السقف أو الجدران. تُنتج هذه المروحة تدفق هواء مركزًا وعالي السرعة (نفث) يجذب الهواء المحيط، مما يُنشئ تدفقًا طوليًا كاملًا دون الحاجة إلى مجاري هواء. هذا يجعل مراوح النفث مدمجة وقابلة للتطوير ومناسبة تمامًا للتحديثات أو الإنشاءات الجديدة.

SHUANGYANG FAN project - Guangdong Kaichun Expressway                                              SHUANGYANG FAN project - Yunnan Yanglin Tunnel

3. مبدأ عمل مروحة النفث

تعمل مراوح النفاثة على مبادئ ديناميكيات السوائل:

1. قذف الهواء ونقل الزخم
   تُطرد نفثة قوية، تحمل الزخم إلى هواء النفق، مُحدثةً تيارًا اتجاهيًا، مُولِّدةً قوة دفع تُقاس بالنيوتن (N).

2. تأثير السحب
   أثناء حركة النفثة، تُسحب هواء النفق المحيط، مما يُضخِّم حجم التهوية بشكل كبير، مُضاعِفًا حجم الهواء الفعلي المُحرَّك.

3. تكوين تدرج الضغط
   تُنتج النفثات المُتراصة فوق النفق تدرج ضغط ثابت، مُحرِّكة الهواء من بوابات الدخول إلى المخرج.

هذا يُنشئ تدفق هواء فعالاً على نطاق النفق. على عكس المراوح القنوية التي تحتاج إلى قنوات لتوجيه تدفق الهواء، تستخدم مراوح النفث زخمها لتدوير الهواء على طول النفق بالكامل.

4. التطبيقات الرئيسية وسبب تفوق مراوح النفث على البدائل

4.1 أنفاق المركبات (الطرق السريعة، السكك الحديدية، المترو)

• أنفاق الطرق: تتراكم انبعاثات المركبات (أول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين) دون تهوية قسرية. تُدير المراوح النفاثة الملوثات مع الحفاظ على وضوح الرؤية للسائقين.

• أنفاق السكك الحديدية/المترو: تُحدث القطارات تأثير المكبس، مما يُساعد على تدفق الهواء، ولكنه غير كافٍ بمفرده. تُعزز المراوح النفاثة هذا التأثير لضمان تهوية مُنتظمة.

4.2 مواقف السيارات تحت الأرض

يمكن أن تتراكم الانبعاثات (ثاني أكسيد الكربون، وثاني أكسيد النيتروجين) بسرعة. توفر أنظمة المراوح النفاثة تخفيضات تخفيف مُتحكم بها ومُجهزة بأجهزة استشعار، مما يجعلها فعالة وموفرة للطاقة.

4.3 مكافحة الدخان في حالات الطوارئ

مراوح التهوية ضرورية أثناء حرائق الأنفاق. في التهوية الطولية، تنفث هذه المراوح الدخان باتجاه مجرى الحريق، مما يُبقي الأنفاق الواقعة أعلى مجرى الحريق خاليةً لعمليات الإخلاء والإنقاذ.

5. مراوح النفث مقابل التهوية التقليدية

6. اعتبارات التصميم والأبعاد

٦.١ توازن الدفع والضغط
يجب أن يتغلب الدفع المطلوب (T_total) على الاحتكاك، وخسائر المدخل، وتأثيرات مكابس الحركة، والتأثيرات الجوية. باستخدام مصطلحات الضغط (Pa) ومساحات واجهة النفق، يضمن الدفع الصافي تدفق الهواء.

٦.٢ السرعة الحرجة في ظروف الحريق
لمنع تراكم الدخان (تدفق الدخان عكس اتجاه حركة المرور)، يجب أن تتجاوز سرعة تدفق الهواء (v) السرعة الحرجة (v_c، عادةً ٢.٥-٣.٥ متر/ثانية).
يتضمن التصميم نمذجة تحليلية ونمذجة ديناميكا الموائع الحسابية (مثل معادلات NFPA 502)، مما يضمن أن تكون v ≥ v_c في حالات الحريق.

٦.٣ عامل الانجراف والتركيب
يتأثر الدفع الفعال بهندسة التركيب. يمكن لعواكس الهواء تحسين الانجراف وتقليل الخسائر.

٦.٤ وضع واتجاه الحركة
تتوزع المراوح على طول محور النفق. يضمن تركيب الوحدات المتعددة التكرار. في حالات الحريق، يضمن التركيب في الاتجاه المعاكس استمرارية السحب.

7. التحكم الذكي وتكامل المستشعرات

تستخدم الأنظمة الحديثة أجهزة استشعار (مثل أول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد النيتروجين، والرؤية) للتحكم الفوري، وتشغيل المراوح وإيقافها عند الحاجة. تُدير لوحات التشغيل الآلي هذه المراوح، خاصةً في حالات الدخان، مما يُقلل من استهلاك الطاقة ويُعزز السلامة.

8. السلامة من الحرائق والامتثال

٨.١ إخلاء خالٍ من الدخان.
بتوجيه الدخان باتجاه مجرى الهواء، تحافظ مراوح النفث على مسارات هروب.

٨.٢ شهادة درجة الحرارة
يجب تشغيل المراوح في درجات حرارة عالية في حالات الطوارئ المتعلقة بالحريق (أعلى متطلب هو ٤٠٠ درجة مئوية لمدة ساعتين، وفقًا للمعيار EN12101-3).

٨.٣ تخفيف الطبقة الخلفية
يضمن التصميم تحقيق السرعة الحرجة: فتحات نفث متعددة، وتباعد، وقوة تسمح بمناطق أمامية خالية من الاستنزاف.

9. الفوائد الاقتصادية والتشغيلية والبيئية

9.1 انخفاض تكلفة رأس المال والتشغيل
تغني مراوح النفث عن الحاجة إلى مجاري الهواء، مما يقلل من تكاليف المواد والعمالة. كما تُسهّل الوحدات المدمجة عملية التركيب.

9.2 توفير الطاقة
يُحسّن تدفق الهواء المُمكّن بتقنية السحب من الكفاءة - فمقارنةً بالمراوح الأنبوبية، تستهلك أنظمة النفث طاقة أقل لكل متر مكعب من الهواء المُهوى.

9.3 تعزيز السلامة ← تقليل المسؤولية
يُساعد التحكم في الدخان والاستعداد للطوارئ على الامتثال، وقد يُقلل من مخاطر التأمين.

9.4 مرونة التركيب والتحديث
يمكن دمج مراوح النفث تدريجيًا أو بشكل قابل للتعديل - وهي مثالية للبنية التحتية المتطورة.

10. خارطة طريق التنفيذ

1. التقييم: طول النفق، اتجاه حركة المرور، أنواع المركبات، تدفق الهواء الأساسي.

2. التحديد الأولي للحجم: حساب سرعة تدفق الهواء اللازمة والدفع اللازم لتجاوز v_c الحرجة.

3. تصميم المخطط: وضع عدة مراوح نفاثة، مع مراعاة الهندسة، والتكرار، ومناطق الحريق.

4. تحديد حجم النظام: اختيار وحدات المروحة المناسبة (معدل الدفع، الاعتماد، معدلات الضوضاء).

5. النمذجة والتحقق: استخدام ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) أو الطرق الحتمية.

6. تصميم التحكم: أجهزة استشعار مدمجة، لوحات أتمتة، تجاوزات يدوية.

7. الاعتماد والاختبار: ضمان الامتثال للمعايير الدولية في اختبارات الحريق.

8. الصيانة والتشغيل: عمليات تدقيق أداء مجدولة وتجارب دخان.

11. الاتجاهات المستقبلية في مراوح النفق النفاثة

• يُحسّن تحسين الفوهات كفاءة الدفع دون زيادة استهلاك الطاقة.

• تدعم المراوح متغيرة السرعة والقابلة للعكس التهوية ثنائية الاتجاه.

• ستجمع الأنظمة الهجينة بين مراوح النفث ومراوح الإمداد/العادم المتقطعة لتحقيق الاستخدام الأمثل للطاقة.

• ستدير منصات التحكم الذكية التهوية متعددة المناطق تلقائيًا.

• ستُحسّن المواد المركبة والطلاءات المقاومة للحريق من عمر المروحة وقدرتها على تحمل درجات الحرارة.

12. الملخص

المزايا الأساسية للمراوح النفاثة في تطبيقات الأنفاق:

• بدون مجاري هواء، تدفق هواء عالي، تركيب قابل للتوسع

• سلامة مثبتة في حالات الإخلاء في حالات الطوارئ ومكافحة الدخان

• تشغيل موفر للطاقة، يعتمد على أجهزة الاستشعار

• عائد استثمار قوي ومواءمة تنظيمية

ملاحظة: هذه البيانات للإشارة فقط، يُرجى مراجعة الشركات المعنية لمزيد من التفاصيل. محتوى المقالة خالٍ من السهو والأخطاء. نرحب باقتراحاتكم.