La ventilazione delle gallerie stradali: sistemi e modalità di ventilazione sanitaria e di emergenza per i trafori

L’importanza e l’utilità dei sistemi di ventilazione nelle gallerie stradali

Molto spesso capita di percorrere strade che attraversano località collinari o montane, caratterizzate da numerose gallerie stradali all’interno delle quali sono presenti dei ventilatori collocati sulla sommità dei tunnel. Ma quali sono le reali funzioni ed i vantaggi correlati a questi sistemi di ventilazione?

In realtà i ventilatori utilizzati all’interno delle gallerie hanno le seguenti funzionalità:

• Mantenere bassi i livelli di inquinanti atmosferici che vengono rilasciati dai veicoli in transito tra cui:
  • Monossido di carbonio CO
  • Diossido di Azoto NO₂
  • Ossidi di Azoto NO_x
  • Benzene C₆H₆
  • Anidride solforosa SO₂

Ovviamente la ventilazione meccanica all’interno delle gallerie ha la funzione specifica di diluire gli agenti inquinanti, e tale azione deve essere tale da garantire una condizione di sicurezza in funzione del tipo e del grado di traffico interno alla galleria.

La funzione di ventilazione atta alla diluzione delle emissioni prende il nome di ventilazione sanitaria, con i seguenti obiettivi:

• Mantenere elevato il livello di visibilità grazie alla riduzione di fumi e nebbie, amplificando ovviamente la funzionalità dell’impianto di illuminazione;
• Espellere i fumi caldi all’esterno in caso di incendio, al fine di aumentare la visibilità per i soccorsi, permettere alle persone di raggiungere le vie di fuga protette, ridurre la temperatura interna alla galleria. Questa funzione di ventilazione atta ad aumentare le condizioni di sicurezza in caso di eventi incidentali prende il nome di ventilazione di emergenza.

I parametri che influenzano la scelta del tipo di ventilazione e vincolano il dimensionamento delle unità di ventilazione sono i seguenti:

• Lunghezza della galleria
• Area della sezione trasversale
• Andamento altimetrico della galleria
• Volume di traffico equivalente
• Frequenza di regime di traffico congestionato
• Condizioni meteo-climatiche prevalenti sul sito

Tipologie di ventilazione per gallerie stradali

Ventilazione sanitaria

La ventilazione sanitaria, come già espresso in precedenza, è una ventilazione atta a mantenere bassi i livelli di inquinanti all’interno della galleria, sia in caso di arresto del traffico sia in caso di moto continuato. La diluzione degli inquinanti, oltre a dover garantire una continua respirabilità dell’aria da parte delle persone presenti all’interno della galleria, senza che possano essere raggiunte condizioni di pericolo per la salute, ha anche il compito di mantenere livelli di visibilità adeguati. La diluizione degli inquinanti da parte dell’impianto di ventilazione dovrà essere effettuata sulla base delle stime più recenti delle emissioni dei veicoli e delle normative europee vigenti e il dimensionamento dei ventilatori dovrà essere effettuato sulla base dei volumi di traffico e delle emissioni dei veicoli stimati per i primi 20 anni di esercizio.
Il livello massimo degli inquinanti deve essere conforme alle indicazioni riportate nelle guide PIARC (Permanent International Associations of Road Congress) vigenti al momento della progettazione dell’impianto di ventilazione.

E’ pur vero che, grazie alle nuove leggi sull’emissione degli inquinanti da parte dei veicoli a motore negli ultimi anni vi sono state restrizioni sempre più pesanti, al punto che già il solo effetto pistone dei veicoli in movimento, in alcuni casi, può essere sufficiente a soddisfare i requisiti di qualità dell'aria durante il funzionamento normale. Tuttavia, molto spesso, questo principio non è sufficiente a garantire un corretto livello di respirabilità dell’aria stessa all’interno della galleria.

Ventilazione di emergenza

La ventilazione di emergenza deve permettere, in caso di incendio, alle persone presenti di uscire in sicurezza, mantenendo bassi i livelli fumo e temperatura dell’aria all’interno del tunnel, e permettere ai soccorsi di svolgere tutte le attività di competenza mantenendo un elevato livello di sicurezza in galleria.

La ventilazione meccanica si suddivide in tre grandi categorie:

Ventilazione longitudinale
La strategia longitudinale consiste nel creare un flusso d'aria longitudinale nella galleria allo scopo di spingere tutto il fumo prodotto da un veicolo in fiamme verso un lato dell'incendio. Se su tale lato sono presenti degli utenti, questi possono essere esposti a gas tossici e a una visibilità ridotta; l'utilizzo di tale strategia nelle gallerie bidirezionali e/o congestionate richiede quindi grande attenzione. La velocità minima dell'aria per un controllo efficace del fumo dipende dalle dimensioni dell'incendio di progetto e dalla geometria della galleria (pendenza, area della sezione).

Ventilazione trasversale
La strategia trasversale approfitta della spinta ascensionale del fumo dell'incendio: il fumo tende a concentrarsi nella parte superiore dello spazio della galleria, da dove può essere estratto meccanicamente. Il sistema è progettato in modo da preservare uno strato di aria fresca nella parte inferiore della sezione (visibilità corretta, bassa tossicità) per consentire l'auto-evacuazione. È dunque importante mantenere il flusso d'aria longitudinale il più basso possibile nella zona dell'incendio, così da evitare la destratificazione e un'eccessiva propagazione longitudinale del fumo. Questa strategia è applicabile a qualunque galleria, ma la progettazione, la costruzione e il funzionamento del sistema sono più difficili e costosi.

La ventilazione trasversale è prevalentemente utilizzata per tipologie di gallerie più lunghe a una canna (con traffico bidirezionale). In questo sistema di ventilazione l’aria fresca è mandata in un condotto di ventilazione parallelo all’asse della galleria, ed immessa attraverso bocchette posizionate con passo costante lungo il condotto (generalmente ogni 5-10 metri). L’aria viziata è estratta da un altro condotto, anch’esso parallelo all’asse della galleria, attraverso serrande di estrazione disposte con passo costante (generalmente ogni 10-50 metri). L’aria fresca immessa e l’aria viziata estratta “depurano” trasversalmente la galleria (Unionenordest, 2013).

Ventilazione semi trasversale
Tradizionalmente si utilizza il termine ventilazione semi-trasversale quando nella ventilazione sanitaria si immette o si estrae portata in modo distribuito lungo tutto il tunnel. Casi particolari sono quelli in cui la portata immessa è diversa da quella estratta. In tutti questi casi comunque si genera un flusso con velocità non nulla nella direzione parallela allʼasse del tunnel. In genere la portata immessa o estratta è costante lungo il tunnel. Nel descrivere la ventilazione semi-trasversale è importante precisare se lʼaria è mandata o estratta. Il sistema con estrazione distribuita non è molto efficiente nel controllo dei fumi in caso dʼincendio.

Nella realtà la ventilazione maggiormente diffusa in ambito nazionale è la ventilazione longitudinale in quanto la conformazione delle gallerie ne permette l’utilizzo, garantisce costi ridotti di realizzazione anche per quanto riguarda le opere civili e soprattutto ha costi di manutenzione più bassi.

Tipologia di ventilatori per la ventilazione delle gallerie stradali

I ventilatori utilizzati per la ventilazione longitudinale nelle gallerie sono grandi ventilatori di tipo assiale, ventilatori per alte temperature di funzionamento e di emergenza che sono testati secondo la norma EN 12101-3.

I ventilatori, chiamati jet-fan, sono realizzati con materiali ed apparati tali da resistere alle azioni meccaniche, corrosive, termiche e dell’umidità alle quali sarà esposto durante l’esercizio. Vengono utilizzati materiali nobili quali acciaio INOX o alluminio.

Un ventilatore a turbina - jet fan – è composto dai seguenti componenti: