CFD als Hilfsmittel zur Berechnung von Strömungen in Tunneln

Ein Tunnel stellt aufgrund seiner Geometrie brandtechnisch gesehen ein extrem komplexes Gebäude dar. Speziell hier ist in den letzten Jahren die Forderung nach verlässlichen Vorhersagen im Bereich der Brandsimulation immer stärker geworden.

Die Strömungsverhältnisse innerhalb eines Tunnelbauwerkes, gehören zu den wichtigsten Anlagenparametern überhaupt.

Fehlerhafte Lüftungssysteme im Tunnel sind in der heutigen Zeit ein zu hohes Risiko, denkt man an Verkehrsaufkommen und Gefahrguttransporte.

Weitere Punkte sind hohe Entwicklungs-, Planungs- und Baukosten. Werden in der lüftungstechnischen Auslegung Fehler gemacht, so sind diese entweder irreparabel oder nur mit erheblichen finanziellen Aufwendungen zu egalisieren.

In der letzten Zeit kommt verstärkt die numerische Strömungsberechnung zum Einsatz, die durch die rasche Entwicklung der Computerleistung mittlerweile komplexe Aufgaben bearbeiten kann. Mit Hilfe der numerischen Strömungsberechnung (CFD, Computational Fluid Dynamics oder Numerische Strömungssimulation) lassen sich schnell und kostengünstig Vorhersagen zur Strömungsausbildung und zur thermischen Situation im Regel- und im Brandfall innerhalb eines Tunnels treffen.

In allen EU Ländern gibt es mehr oder weniger bindende Regeln zur Lüftungsproblematik in Straßen- und Eisenbahntunneln. Regelwerke wie die RABT 2003 (Regeln zum Betrieb und zur Ausstattung von Straßenverkehrstunneln) oder die österreichische RVS geben den physikalischen Rahmen vor. Ein CFD Modell hat sich daran zu orientieren, kann aber aufgrund der 2- oder besser noch 3-dimensionalen Betrachtung, auf alle thermodynamischen Größen genauer eingehen, als das eindimensionale Handrechnungen ermöglichen.

Möglichkeiten der CFD-Analyse:

• Tunnelströmung, Regelbelüftung
• Ausbreitung der Schadstoffen aus den Portalabluftöffnungen
• Auslegung des Belüftungssystems (Strahlventilatoren, Portalventilatoren)
• Platzierung der lüftungstechnischen Einrichtungen (optimale Positionierung der Geräte)
• Betrachtung der Komfortparameter wie der Sichtweite
• Bei der in langen Tunneln verwendeten Querlüftungsmethode: Dimensionierung der Luftein- und -auslässe
• Genaue Betrachtung der geographischen Einflüsse wie Höhenlage, Portalposition, Kaltluftzonen
• Brandsimulation und Rauchausbreitung innerhalb des Tunnels auch unter Berücksichtigung von chemisch reagierenden Gasen und Flüssigkeiten
• Unterstützung bei der Ausarbeitung von Brandschutzplänen für die Feuerwehr
• Planung von Rettungswegen für die Menschen
• Betriebskostenminimierung aufgrund der exakten Planung der gesamten Lüftungsanlage.

Wie man sieht, eine ganze Reihe von Ergebnissen, die einen Tunnel sicherer machen.