ASTRA 13001 Lüftung der Strassentunnel (2021 V3.01)

Vorwort

Die Grundsätze der im Dezember 2004 erstmals publizierten Richtlinie „Lüftung der Strassentunnel“ wurden schon in der Entstehungsphase dieser Richtlinie seit dem Jahr 2001 umgesetzt. Die Mehrzahl der heute in der Schweiz dem Verkehr übergebenen Strassentunnel erfüllen die Anforderungen der Richtlinie bereits umfänglich oder sie wurden so weit wie möglich an diese Vorgaben angepasst. Bei verschiedenen Ereignissen hat sich die Lüftungsstrategie bewährt.

Die neue Version 3 enthält neben kleineren Anpassungen vor allem die Erweiterung der Angaben zur Emissionsberechnung bis ins Jahr 2060.

Jürg Röthlisberger Direktor

1 Einleitung

1.1 Zweck der Richtlinie

Die Tunnellüftung umfasst sämtliche Einrichtungen zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Luftqualität im Tunnelinnenraum im Normalbetrieb und in Ausnahmesituationen wie Störung des Verkehrsflusses oder Notfälle. Zum System der Tunnellüftung gehören insbesondere der Fahrraum, die Luftkanäle, die Lüftungszentralen, die Ventilatoren, die Mess- und Steuereinrichtungen.

Die Richtlinie beschreibt die zur Zeit der Veröffentlichung gebräuchlichen Lüftungskonzepte. Sie legt Grundsätze und Kriterien für die Systemwahl, die Auslegung und den Betrieb der Lüftungsanlagen der Strassentunnel fest. Sie dient einerseits einer Vereinfachung der Projektierung von Tunnellüftungen und andererseits einer Vereinheitlichung der Systeme und Anlagen.

1.2 Geltungsbereich

Die Richtlinie gilt für die Lüftung von Strassentunneln, welche bergmännisch oder im Tagbau erstellt werden. Die Richtlinie beschreibt die Systemwahl, die Dimensionierung und die Ausstattung von Tunnellüftungen. Sie nennt auch Anforderungen für den Betrieb und den Unterhalt von Tunnellüftungsanlagen.

Die Richtlinie legt einen Standard fest, der sich am Stand der Technik orientiert. Dieser Standard ist auch bei der Sanierung bestehender Tunnel zu erfüllen.

1.3 Adressaten

Die Richtlinie richtet sich vor allem an die folgenden Anwender:

• die Bauherren, indem sie ein Instrument zur Verfügung stellt, das bei einfacheren Projekten eine rasche Erstbeurteilung zulässt;

• die Lüftungsingenieure, indem sie ihnen einheitliche und klare Randbedingungen für die Systemwahl und die Auslegung zur Verfügung stellt;

• die Ingenieure anderer Fachbereiche, indem sie die notwendigen Angaben zur Koordination der Fachbereiche schon in einer frühen Planungsphase liefert;

• die Tunnelbetreiber, indem sie grundlegende Anforderungen zu Inbetriebnahme, Betrieb und Unterhalt der Lüftungsanlage nennt.

1.4 Inkrafttreten und Änderungen

Die vorliegende Richtlinie tritt am 01.06.2008 in Kraft. Die „Auflistung der Änderungen“ ist auf Seite 73 dokumentiert.

2 Aufgaben der Lüftung

2.1 Schutzziele

Der Betrieb der Tunnellüftungsanlage verfolgt die folgenden, grundsätzlichen Schutzziele:

• die ausreichende Versorgung des Fahrraums mit Frischluft bei normalem Verkehr;

• die Minimierung der Ausbreitung und der Konzentration der bei einem Ereignis entstehenden Schadstoffe im Fahrraum und auf den Fluchtwegen;

• die Vermeidung übermässiger Schadstoffbelastungen.

2.2 Lüftung bei normalem Verkehr

Um eine ausreichende Luftqualität zu gewährleisten, muss der Fahrraum mit Frischluft versorgt werden. Zur Bestimmung des Frischluftbedarfs sind neben dem massgebenden stündlichen Verkehr MSV je nach Eintretenswahrscheinlichkeit auch Verkehrsfälle mit stockendem Verkehr und mit Stau zu berücksichtigen. Die Erfordernisse für Unterhalts- und Revisionsarbeiten sind einzuhalten.

2.3 Lüftung im Ereignisfall

Bei einem Fahrzeugbrand im Tunnel soll die Lüftung:

• die Selbstrettung der Tunnelbenützer unterstützen, indem die Verrauchung der Fluchtwege minimiert wird;

• die Zugangswege der Rettungskräfte von Rauch freihalten;

• nach dem Brand den Tunnel entrauchen.

Bei einem Unfall ohne Fahrzeugbrand sollen zudem mit Hilfe der Lüftung soweit als möglich: • flüchtige, toxische Substanzen von den Tunnelbenützern ferngehalten werden.

2.4 Minderung der Umweltbelastung

Es sind die folgenden Aspekte zu berücksichtigen: • Schutz des Umfeldes der Portale vor übermässigen Schadstoffimmissionen durch Tunnelabluft;

3 Beschreibung der Lüftungssysteme

3.1 Hauptgruppen der Lüftungssysteme

Die Lüftungssysteme werden in die folgenden drei Hauptgruppen eingeteilt: 1) System der natürlichen Lüftung; 2) Mechanische Lüftungssysteme ohne Absaugung im Ereignisfall; 3) Mechanische Lüftungssysteme mit Absaugung im Ereignisfall.

3.2 System der natürlichen Lüftung

Das System der natürlichen Lüftung enthält keine mechanischen Lüftungskomponenten.

Normalbetrieb Bei der natürlichen Lüftung stellt sich eine Längsströmung in der Tunnelröhre ein, durch:

• die Druckwirkung des Verkehrs;

• die Druckwirkung von Temperaturdifferenzen;

• die meteorologischen Druckdifferenzen zwischen den Portalen (Wind und barometrischer Druck). Der Luftaustausch erfolgt ausschliesslich über die Tunnelportale.

Betrieb im Ereignisfall Bei einem Ereignis im Tunnel entweichen die freigesetzten Gase über ein Portal oder beide Portale. Bei einem Tunnel mit Längsneigung strömt der Rauch in der Regel durch das höher gelegene Portal aus.

3.3 Mechanische Lüftungssysteme ohne Absaugung im Ereignisfall

3.3.1 Allgemeines

Die Hauptgruppe der Lüftungssysteme ohne Absaugung im Ereignisfall umfasst die mechanischen Lüftungen von Tunnel oder Tunnelabschnitten, die ausschliesslich durch den Fahrraum längsbelüftet werden.

3.3.2 System der Längslüftung mit Strahlventilatoren

Mit Hilfe von Strahlventilatoren wird die Luft in Längsrichtung durch den Tunnel gefördert. Die Strahlventilatoren sind in der Regel über dem Fahrraum anzuordnen.

Normalbetrieb Bei Tunneln mit Richtungsverkehr ist die Strömungsrichtung meistens durch die Fahrrichtung gegeben.

Bei Tunneln mit Gegenverkehr ist anzustreben, die Strahlventilatoren jeweils unterstützend zu den natürlich wirkenden Kräften infolge des Verkehrs, von Temperaturdifferenzen und von meteorologischen Druckdifferenzen zwischen den Portalen einzusetzen.

Strahlventilator momentane Strömungsrichtung → → syszw01 syszw02

Abb. 3.1 Längslüftung mit Strahlventilatoren. Bei Gegenverkehr oder Richtungsverkehr anwendbar.

Eine allfällige Absaugung von Tunnelluft vor dem Ausfahrtsportal dient der Minderung von zusätzlichen Schadstoffbelastungen im Umfeld des Ausfahrtsportals bei Tunneln mit Richtungsverkehr (Immissionsschutzlüftung). Die Längsströmung durch den Tunnel wird aber auch in diesem Spezialfall durch die Kolbenwirkung des Verkehrs oder im Fall von stockendem Verkehr oder Stau durch Strahlventilatoren erzeugt. (Für Tunnel mit Gegenverkehr siehe Kap. 3.4.2)

Ventilator der

→ Immissionsschutzlüftung

→ → syszw02

Abb. 3.2 Längslüftung mit Strahlventilatoren und Immissionsschutzlüftung. Zur Minderung der Schadstoffbelastung im Umfeld des Ausfahrtsportals bei Tunneln mit Richtungsverkehr.

Betrieb im Ereignisfall Bei einem Ereignis breiten sich die freigesetzten Gase in Längsrichtung durch den Tunnel aus. Richtung und Geschwindigkeit dieser Gase im Fahrraum werden mit Hilfe der Strahlventilatoren beeinflusst.

3.4 Mechanische Lüftungssysteme mit Absaugung im Ereignisfall

3.4.1 Allgemeines

In der Regel erfolgt die konzentrierte Absaugung im Ereignisfall mit zentralen Ventilatoren durch einen Abluftkanal. Der Kanal wird meist über einer Zwischendecke geführt, in welcher steuerbare Abluftklappen angeordnet sind.

Bei diesen Systemen sind Strahlventilatoren zur Steuerung der Strömung der Luft im Fahrraum erforderlich.

3.4.2 Lüftungssystem mit Absaugung ohne Zuluft

Normalbetrieb Ohne Betrieb der Absaugung entspricht das Lüftungssystem einer Längslüftung wie in Kap. 3.3.2. Falls bei Gegenverkehr die Längslüftung von Portal zu Portal nicht ausreicht, um die Konzentrationen im zulässigen Bereich zu halten, kann mit einer gezielten Öffnung von steuerbaren Abluftklappen der Tunnel in zwei Abschnitte mit Längslüftung unterteilt werden. Bei Tunneln mit Richtungsverkehr kann die punktuelle Absaugung vor dem Ausfahrtsportal der Minderung von zusätzlichen Schadstoffbelastungen im Umfeld des Ausfahrtsportals dienen (vgl. Abb. 3.2).

→ → Steuerbare Abluftklappen Abluftkanal

→ → syszw02

Abschnitt 1 Abschnitt 2

Abb. 3.3 Lüftungssystem mit Absaugung ohne Zuluft.

Betrieb im Ereignisfall Im Ereignisfall werden die freigesetzten Gase durch steuerbare Abluftklappen am Ereignisort abgesaugt. Falls erforderlich wird die Längsströmung im Fahrraum mit einem geregelten Betrieb der Strahlventilatoren beeinflusst. Die Strahlventilatoren werden nach Möglichkeit in der Nähe der Portale angebracht.

3.4.3 Lüftungssystem mit Absaugung und Zuluft

Wenn Zuluft erforderlich ist, muss die Zuluft längenverteilt auf Strassenniveau eingeblasen werden. Dazu ist ein separater Zuluftkanal erforderlich. Solche Systeme weisen immer auch einen Abluftkanal mit steuerbaren Abluftklappen auf.

Normalbetrieb Mit zunehmender Konzentration im Tunnel sind folgende Betriebsweisen der Lüftungsanlage möglich:

• Natürliche Längslüftung (ohne mechanische Unterstützung);

• Längslüftung mit Strahlventilatoren, die natürliche Strömung unterstützend;

• Absaugung in Tunnelmitte (siehe Kap. 3.4.2) oder Halbquerlüftung;

• Querlüftung. Abluft →

→

Steuerbare Abluftklappen Zuluftkanal Abluftkanal Zuluft

syszw02

Abb. 3.4 Lüftungssystem mit Absaugung und Zuluft.

Halbquerlüftung bezeichnet einen Lüftungsbetrieb, bei dem verteilt über die Länge des Tunnels Zuluft in den Fahrraum eingeblasen wird, wobei die Abluftklappen geschlossen sind. Bei Querlüftung wird zusätzlich verteilt über die Länge des Tunnels durch teilweise geöffnete Abluftklappen Abluft aus dem Fahrraum abgesaugt.

Betrieb im Ereignisfall Im Ereignisfall werden die freigesetzten Gase durch steuerbare Abluftklappen abgesaugt. Der Zulufteintrag wird im Abschnitt des Ereignisses gestoppt oder auf eine Menge reduziert, die mit der Absaugkapazität abgestimmt ist (Kap. 7.2.4). Falls erforderlich wird die Längsströmung im Fahrraum mit Strahlventilatoren beeinflusst. Das früher verwendete System der Halbquer-/Querlüftung mit Umsteuerung der Zuluft- zu Abluftventilatoren ist nicht mehr zulässig, weil die Absaugkapazität sehr rasch verfügbar sein muss und weil längenverteilte Zuluft immer auf Strassenniveau eingeblasen werden muss.

3.5 Kombinierte Lüftungssysteme

Bei komplexen Tunnelsystemen können die oben aufgeführten Grundsysteme kombiniert werden. Dabei sind die Lüftungssysteme und der Lüftungsbetrieb in den einzelnen Tunnelabschnitten aufeinander abzustimmen. Insbesondere ist die Vorbelastung der Tunnelluft beim Übergang in einen anderen Abschnitt zu beachten.

4 Anwendung der Richtlinie

Bei der Planung eines Strassentunnels müssen bereits in einer frühen Phase Grundsatzentscheide gefällt werden, welche für den Bau, Unterhalt und Betrieb des Tunnels und der Tunnellüftungsanlage weit reichende Konsequenzen haben. Es ist daher wichtig, dass die Anliegen der verschiedenen Bereiche wie Bau, Sicherheit, Umwelt und Gestaltung aufeinander abgestimmt werden.

Eine Zusammenstellung der verschiedenen Projektphasen ist in der ASTRA-Richtlinie „Projektierung und Ausführung von Kunstbauten der Nationalstrassen“ [3] enthalten.

Die Planungs- und Projektierungsarbeiten im Rahmen der vorliegenden Richtlinie laufen nach den folgenden Teilschritten ab, wobei die Untersuchungstiefe phasengerecht anzupassen ist.

Ausstatung Kapitel 8

Dimensionierung Kapitel 7

Wahl des Lüftungssystems Kapitel 6

Erforderliche Grunddaten Kapitel 5

Abb. 4.1 Teilschritte in der Anwendung der Richtlinie.

5 Erforderliche Grunddaten

Die nachfolgend aufgeführten Grunddaten müssen für die Systemwahl und die Dimensionierung zur Verfügung stehen. Sie sollen in jeder Bearbeitungsphase überprüft und phasengerecht verfeinert werden.

5.1 Tunneldaten

• Lage der Portale;

• Anzahl Röhren;

• Anzahl Fahrstreifen;

• Länge jeder Röhre;

• Normalprofil und davon abweichende Querprofile, wo erforderlich mit Angabe der Möglichkeiten zur Anordnung von Strahlventilatoren;

• Längenprofil mit Höhenlage über Meer;

• Mögliche Anordnung von Lüftungszentralen und Abluftkaminen;

• Lage der Notausgänge;

• Perspektiven hinsichtlich Ausbauetappen oder Erweiterungen.

5.2 Verkehrsdaten

Für die Wahl des Lüftungssystems nach Kapitel 6 müssen mindestens die folgenden Verkehrsdaten bekannt sein:

• Richtungs- oder Gegenverkehr;

• Durchschnittlicher täglicher Verkehr (DTV) im Jahr der geplanten Eröffnung und 10 Jahre danach (Summe beider Fahrrichtungen);

• Anteil der Lastwagen am DTV im Jahr der geplanten Eröffnung und 10 Jahre danach.

Zudem werden für die Dimensionierung nach Kapitel 7 die nachfolgend genannten Kenngrössen benötigt. Bei unvollständiger Verkehrsprognose können in einer frühen Projektierungsphase dazu die Richtwerte im Anhang II verwendet werden.

• Massgebender stündlicher Verkehr (MSV) im Jahr der geplanten Eröffnung und 10 Jahre danach;

• Anteil der Lastwagen am MSV im Jahr der geplanten Eröffnung und 10 Jahre danach;

• Mittleres Gesamtgewicht der Lastwagen;

• Aufteilung der oben genannten Werte auf die einzelnen Fahrstreifen;

• Zulässige Höchstgeschwindigkeiten (je Fahrstreifen und je Fahrzeugkategorie);

• Zulassung von Landwirtschaftsfahrzeugen, Motorfahrrädern und Fahrrädern sowie von Fussgängern;

• Stauhäufigkeit pro Tunnelröhre in Anzahl Staustunden im Jahr der geplanten Eröffnung und 10 Jahre danach. Zu berücksichtigen sind Besonderheiten der Streckenführung in den Tunnelvorzonen (Einfahrten, Ausfahrten, Kreuzungen etc.) und die Möglichkeiten der Verkehrsbeeinflussung;

• Beurteilung der Wahrscheinlichkeit von späteren, massgebenden Veränderung der Kenngrössen.

Der Zeitpunkt 10 Jahre nach der geplanten Eröffnung bedeutet in der Planungsphase einen Prognosehorizont zwischen 15 und 25 Jahren. Die Betrachtung eines späteren Zeitpunktes ist aufgrund der Unsicherheiten solcher Prognosen nicht zweckmässig.

5.3 Übrige Angaben

Die Systemwahl und die Dimensionierung der Lüftungsanlage können durch weitere Faktoren und Prognosewerte beeinflusst werden. Solche sind:

• Meteorologische Daten bei besonderen Expositionen (Temperatur, Wind, Luftdruck);

• Vorgaben betreffend Umweltverträglichkeit.

6 Wahl des Lüftungssystems

6.1 Vorgehen

Die Wahl der Hauptgruppe des Lüftungssystems erfolgt pro Tunnelröhre mit den folgenden Arbeitsschritten: 1) Festlegung der grundlegenden Verkehrsart gemäss Kap. 6.2 und Anhang II.3: RV 1, RV 2 oder GV. 2) Festlegung der massgebenden Tunnellänge. Diese entspricht im Allgemeinen der Distanz zwischen den Portalen. Bei verzweigten Tunnelsystemen ist die maximale Weglänge von Brandrauch für die massgebende Tunnellänge bestimmend. 3) Bestimmung der möglichen Hauptgruppe(n) des Lüftungssystems aufgrund der unter 1. und 2. ermittelten Verkehrsart und Tunnellänge mit Hilfe von Abb. 6.2. 4) Befindet man sich im Übergangsbereich von zwei Hauptgruppen von Lüftungssystemen, muss die Wahl mit Hilfe der Einflussgrössen gemäss Kap. 6.3.2 verfeinert werden (Zuordnung in die Bereiche A, B oder C). 5) Befindet man sich weiterhin im Übergangsbereich von zwei Hauptgruppen von Lüftungssystemen, muss die Wahl mit Hilfe einer umfassenden Beurteilung getroffen werden. Der Entscheid ist nachvollziehbar zu begründen.

Wenn sich in einem zweiröhrigen Tunnel unterschiedliche Hauptgruppen des Lüftungssystems für die beiden Röhren ergeben, ist zu prüfen, ob dies baulich sinnvoll ist. Falls gemäss Abbildung 6.2 keine mechanische Lüftung erforderlich ist, muss dies mit einer Berechnung des Frischluftbedarfs bestätigt werden. Die Abklärung der Notwendigkeit der Minderung von zusätzlichen Schadstoffbelastungen im Umfeld der Portale erfordert eine separate Betrachtung gemäss Kap. 6.3.3. Daraus ergibt sich, ob aus Umweltschutzgründen eine Absaugung von Tunnelluft erforderlich ist oder nicht.

6.2 Grundlegende Verkehrsarten

Aus sicherheitstechnischen Überlegungen sind entsprechend [17, Seite 159] drei grundlegende Verkehrsarten zu unterscheiden: RV 1: Richtungsverkehr mit geringer Stauhäufigkeit. RV 2: Richtungsverkehr mit grosser Stauhäufigkeit. GV: Gegenverkehr.

⇒ ⇒ RV 1: Richtungsverkehr mit geringer Stauhäufigkeit.

⇒

⇒ RV 2: Richtungsverkehr mit grosser Stauhäufigkeit.

⇒

⇒

GV: Gegenverkehr.

Abb. 6.1 Zuordnung zur grundlegenden Verkehrsart anhand der Stausituation im Ereignisfall.

Bei Tunneln mit Richtungsverkehr ist zwischen einem Ereignis bei fliessendem Normalverkehr und einem Ereignis in einem Stau oder am Stauende zu unterscheiden. Im ersten Fall, bei einem Ereignis bei Richtungsverkehr ohne Stau, werden sich freigesetzte Gase zumindest anfänglich in der Fahrrichtung ausbreiten (Abb. 6.1, RV 1). Die Fahrzeuge, die den Ereignisort schon passiert haben, verlassen den Tunnel. Unmittelbar sind somit keine Tunnelbenützer gefährdet.

Im zweiten Fall, bei einem Ereignis mit Stau, befinden sich beidseits des Ereignisortes Tunnelbenützer und freigesetzte Gase werden sich möglicherweise sofort auf beide Seiten des Ereignisses ausbreiten (Abb. 6.1, RV 2). Die Lüftung von zweiröhrigen Tunneln im städtischen Bereich ist unabhängig von einer Verkehrsprognose gemäss den Anforderungen an Anlagen mit grosser Stauhäufigkeit (RV 2) auszulegen.

Auch in Tunneln mit Gegenverkehr muss davon ausgegangen werden, dass sich die Fahrzeuge beidseits des Ereignisses stauen (Abb. 6.1, GV).

Besteht in einem Tunnel mit Richtungsverkehr eine grosse Stauhäufigkeit, muss die Tunnellüftung auf ein Ereignis in einem Stau oder am Stauende ausgelegt werden. Bei geringer Stauhäufigkeit muss dieser Fall bei der Auslegung der Tunnellüftung nicht berücksichtigt werden.

Ausnahmsweiser Gegenverkehr in einem Tunnel mit Richtungsverkehr erfordert keine Auslegung als Tunnel mit Gegenverkehr (Kap. 7.2.3).

6.3 Bestimmung der Hauptgruppe des Lüftungssystems

Die Angaben in Kap. 6.3 sind für Tunnel mit Längsneigungen bis 5 % gültig. Bei grösseren Längsneigungen sind besondere Betrachtungen hinsichtlich zeitlicher Abläufe bei einem Ereignis erforderlich.

Die drei Hauptgruppen der Lüftungssysteme sind in Kapitel 3 umschrieben.

6.3.1 Einsatzbereiche der Hauptgruppen der Lüftungssysteme

Die Einsatzbereiche sind in Abhängigkeit der Verkehrsart und der Tunnellänge definiert: System der natürlichen Lüftung Lüftungssysteme ohne Absaugung im Ereignisfall Lüftungssysteme mit Absaugung im Ereignisfall

Bei Bedarf erfolgt die Zuordnung in die Bereiche A, B oder C (Abb. 6.2) mit den weiteren Einflussgrössen nach Kap. 6.3.2.

A

B C

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Tunnellänge in m RV 1: Tunnel mit Richtungsverkehr und geringer Stauhäufigkeit.

A

B C

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Tunnellänge in m RV 2: Tunnel mit Richtungsverkehr und grosser Stauhäufigkeit.

A

B C

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Tunnellänge in m GV: Tunnel mit Gegenverkehr.

Abb. 6.2 Bestimmung der möglichen Hauptgruppe des Lüftungssystems nachsicherheitstechnischen Aspekten. Die Angaben sind gültig für Tunnel mit Längsneigungen bis 5 %.

6.3.2 Weitere Einflussgrössen

Falls aufgrund der Verkehrsart und der Tunnellänge die Hauptgruppe des Lüftungssystems nicht eindeutig zugeordnet werden kann, sind die nachfolgend genannten weiteren Einflussgrössen in die Beurteilung einzubeziehen.

Gesamtbewertung Aus den drei Teilbewertungen gemäss den Abbildungen 6.4 bis 6.6 ergibt sich die Gesamtbewertung der Einflussgrössen nach Abbildung 6.3, welche bei einer verfeinerten Betrachtung in Abbildung 6.2 zu verwenden ist. Gesamtbewertung Teilbewertungen (unabhängig von der Reihenfolge) A O-O-O, O-O-M, O-O-U, O-M-M B O-M-U, O-U-U, M-M-M, M-M-U C M-U-U, U-U-U

Abb. 6.3 Gesamtbewertung aus den drei Teilbewertungen der Einflussgrössen.

Gesamtverkehr Es sind die Verkehrszustände im Jahr der geplanten Eröffnung sowie 10 Jahre danach in diese Betrachtung einzubeziehen. Bewertet wird jeweils der DTV dividiert durch die Anzahl Fahrstreifen. Eine verminderte Leistungsfähigkeit sowie die Unterschiede der Verkehrsbelastung von Einfahrts- und Ausfahrtsstreifen ist zu berücksichtigen. Teilbewertung DTV dividiert durch Anzahl Fahrstreifen Gesamtverkehr Richtungsverkehr Gegenverkehr M (Mitte) 11’000 bis 16’000 8’000 bis 12’000

Abb. 6.4 Bewertung der Einflussgrösse Gesamtverkehr.

Lastwagenverkehr Massgebend sind der durchschnittliche tägliche Lastwagenverkehr im Jahr der geplanten Eröffnung und 10 Jahre danach als Anzahl LW pro 24 h und dividiert durch die Anzahl Fahrstreifen. Teilbewertung Anzahl LW pro 24 h dividiert durch Anzahl Fahrstreifen Lastwagenverkehr Richtungsverkehr Gegenverkehr M 800 bis 1’600 500 bis 1’200

Abb. 6.5 Bewertung der Einflussgrösse Lastwagenverkehr.

Längsneigung im Tunnel Die Längsneigung beeinflusst die Emissionen der Fahrzeuge und infolge der verminderten Fahrgeschwindigkeit der Lastwagen die Selbstlüftung. Durch den Kamineffekt zwischen den Portalen unterschiedlicher Höhenlage können insbesondere im Fall eines Fahrzeugbrandes hohe Längsströmungen entstehen. Massgebend ist der ungünstigste Wert für die mittlere Längsneigung über jeweils 800 m Länge (gilt mit und ohne Absaugung). Bei zweiröhrigen Tunneln ist die Betrachtung für jede Röhre separat vorzunehmen. Teilbewertung Grösster Wert der über beliebige 800 m gemittelten Längsneigung in % Richtungsverkehr Richtungsverkehr Gegenverkehr Längsneigung RV 1 RV 2 GV – 3 bis – 1.5 und M – 3 bis + 3 1.5 bis 3 + 1.5 bis + 3

Abb. 6.6 Bewertung der Einflussgrösse Längsneigung; negative Werte: Talfahrt, positive Werte: Bergfahrt. Längsneigungen von < - 5 % bei Tunneln mit Richtungsverkehr und geringer Stauhäufigkeit und von < - 5 % oder > + 5 % bei Tunneln mit Richtungsverkehr und grosser Stauhäufigkeit erfordern im Hinblick auf die Beherrschung eines Brandfalles vertiefte Abklärungen unter Berücksichtigung der zeitlichen Abläufe entsprechend Kap. 7.2. Dies gilt auch für Tunnel mit Gegenverkehr mit mehr als 5 % Längsneigung.

6.3.3 Minderung von Zusatzbelastungen in Portalzonen

Zusätzlich zu den oben genannten Grössen, die entweder die Luftqualität im Tunnel oder die Sicherheit beeinflussen, können die Kriterien zur Einhaltung der Luftqualität in den Portalzonen bestimmte Systeme begünstigen oder zusätzliche Absauganlagen erfordern (Kap. 7.4.1).

6.4 Bestimmung des Lüftungssystems

6.4.1 Allgemeines

Aus den Untersuchungen in Kap. 6.3 resultiert die geeignete Hauptgruppe des Lüftungssystems. Die entsprechenden Lüftungssysteme sind in Abbildung 6.7 ersichtlich. Hauptgruppen der Lüftungssysteme Natürliche Lüftung Lüftung ohne Absaugung Lüftung mit Absaugung (Kap. 3.2) (Kap. 3.3) (Kap. 3.4) Lüftung mit Absaugung und Strahlventilatoren Längslüftung ohne Zuluft Übliche mit Strahlventilatoren (Abb. 3.3) Natürliche Lüftung Lüftungssysteme ohne Absaugung (Abb. 3.1 und 3.2) Lüftung mit Absaugung, Strahlventilatoren und Zuluft (Abb. 3.4) Abb. 6.7 Übliche Lüftungssysteme.

6.4.2 Hauptgruppe Lüftung ohne Absaugung

Mit den heute gültigen Emissionswerten kann eine Lüftung ohne Absaugung von Brandrauch oder anderen bei einem Ereignis freigesetzten Gasen in der Regel als Längslüftung mit Strahlventilatoren ausgeführt werden. Eine Längslüftung mit zusätzlicher Immissionsschutzlüftung (Abb. 3.2) kann zweckmässig sein, wenn ein freies Abströmen von Tunnelluft über ein Portal aus Gründen der Umweltbelastung nicht zulässig ist (Kap. 7.4.1).

6.4.3 Hauptgruppe Lüftung mit Absaugung

Falls eine Lüftung mit Absaugung erforderlich ist, ist das geeignete Lüftungssystem zu bestimmen. Dazu ist eine Dimensionierung und Bewertung der in Frage kommenden Lüftungssysteme entsprechend den Angaben in Kapitel 7 vorzunehmen.

7 Dimensionierung

Die Dimensionierung der Lüftungsanlage erfolgt für den Normalbetrieb und den Betrieb im Ereignisfall. Die sich daraus ergebende strengere Anforderung ist massgebend.

Die Angaben im Kapitel 7 beschränken sich auf lüftungstechnische Besonderheiten und empirische Werte zur Vereinheitlichung der Berechnungen. Die grundlegenden physikalischen Gleichungen sind der Fachliteratur zu entnehmen.

7.1 Dimensionierung für den Normalbetrieb

Der Begriff Normalbetrieb umfasst alle in der Planung berücksichtigten Verkehrsfälle, gegebenenfalls mit ausnahmsweisem Gegenverkehr in einem Tunnel mit Richtungsverkehr sowie mit stockendem Verkehr und Stau.

In den Kap. 7.1.1 bis 7.1.6 werden Angaben betreffend Verkehr, Fahrzeugemissionen, Frischluftbedarfsberechnung und Strömungsberechnung gemacht. Im Weiteren werden Hinweise zu mechanischen Lüftungssystemen gegeben (Kap. 7.1.7 und 7.1.8).

7.1.1 Verkehrsdaten

Massgebender Verkehr Zur Dimensionierung der Lüftung ist der höchste Wert des massgebenden stündlichen Verkehrs (MSV) bis 10 Jahre nach der Eröffnung des Tunnels zu verwenden (Kap. 5.2). Bei Tunneln mit Richtungsverkehr ist jede Röhre einzeln zu betrachten.

Verkehrszustand Zur Dimensionierung der Lüftungsanlage bei Normalbetrieb ist in der Regel von fliessendem Verkehr mit Fahrgeschwindigkeiten von 40 km/h und mehr auszugehen. Stockender Verkehr oder Stau ist nur einzubeziehen, falls regelmässig, d.h. während mehr als 50 Stunden pro Jahr, mit diesen Zuständen gerechnet werden muss. Liegt keine Stauprognose vor, können zur Beurteilung der Stauhäufigkeit für eine erste Auslegung die Angaben im Anhang II.3 verwendet werden. Liegt danach der MSV im Bereich grosser Stauhäufigkeit und können die Stausituationen im Tunnel nicht vermieden werden, ist die Lüftungsanlage für stockenden Verkehr und Stau auszulegen. Besonderheiten der Strassenanlage mit Wirkung auf den Verkehrsfluss, wie Verflechtungen der Fahrstreifen im oder kurz ausserhalb des Tunnels, sind zu berücksichtigen.

Ausnahmsweiser Gegenverkehr Bei der Wahl des Lüftungssystems ist ausnahmsweiser Gegenverkehr in einer Röhre eines Tunnels mit Richtungsverkehr nicht zu berücksichtigen. Bei der Dimensionierung des gewählten Lüftungssystems für den Normalbetrieb muss jedoch ausnahmsweiser Gegenverkehr berücksichtigt werden, wobei Massnahmen, wie Verkehrsumlenkungen und kurzzeitige Betriebseinschränkungen, einzubeziehen sind.

Verkehrsdichte Hinsichtlich des Längenbedarfs von Lastwagen ist die folgende Beziehung zwischen LW und PW bzw. PWE zu verwenden: 1 LW = 2 PW 2 PWE (Personenwagen-Einheit).

Bei Stillstand der Fahrzeuge ist pro Fahrstreifen mit einer Verkehrsdichte von 150 PWE/km zu rechnen.

Fahrgeschwindigkeit Bei unbehindert fliessendem Verkehr sind die folgenden Fahrgeschwindigkeiten zu verwenden: v LW = MIN (v LW ,max , v PW ) [km/h] Gl. 7.2 wobei vPW und vLW die Fahrgeschwindigkeiten der Personenwagen bzw. der Lastwagen und vsig die zulässige Höchstgeschwindigkeit bezeichnen. vLW,max ist Abbildung 7.1 zu entnehmen. Talfahrt Ebene Bergfahrt

LN [%] -6 -4 -2 0 2 4 6 VLW,max [km/h] 60 80 100 100 90 70 60

Abb. 7.1 Maximale Fahrgeschwindigkeit der Lastwagen vLW,max auf Strecken verschiedener Längsneigung (LN) für die Lüftungsberechnungen.

Die Werte in Abbildung 7.1 bei grossen Längsneigungen (LN) stammen aus Messungen auf einer Transitstrecke. Bei einem grossen Anteil von regionalem Schwerverkehr sind die maximalen Fahrgeschwindigkeiten der Lastwagen in grossen Längsneigungen kleiner. Ist kein Fahrstreifen vorhanden, der das Überholen von Lastwagen zulässt, ist bei der Dimensionierung die Geschwindigkeit der Personenwagen vPW, gegebenenfalls auf die Maximalgeschwindigkeit der Lastwagen vLW,max, zu begrenzen.

Verkehrskapazität in Tunneln In Anlehnung an die Angaben in [16, Seite 9] und aus Analysen von Zählstellen liegt die Verkehrskapazität in Tunneln bei den Werten gemäss den Abbildungen 7.2 und 7.3. Dabei entspricht die obere Grenzkurve jeweils einem Tunnel mit weitgehend gerader Streckenführung und einem grossen Anteil an Fern- und Pendlerverkehr. Die untere Grenzkurve entspricht jeweils einem Tunnel bei vorwiegendem Freizeit- und Touristikverkehr.

PWE pro h und Fahrstreifen

2280 2225 2000 1850 1500 1680 1000 1100

0 20 40 60 80 100 120 Fahrgeschwindigkeit in km/h pro Fahrstreifen Abb. 7.2 Kapazität in Tunneln mit richtungsgetrennten Röhren.

PWE pro h und Fahrstreifen 1710 1710

1600 1390

1200 1100 1330 1330 800 900

0 20 40 60 80 100 Fahrgeschwindigkeit in km/h pro Fahrstreifen Abb. 7.3 Kapazität in Tunneln mit Gegenverkehr.

7.1.2 Dimensionierungswerte für die Luftqualität

Für die Dimensionierung der Lüftung sind auf der Grundlage von [13] und [15] die folgenden Werte der Luftqualität im Fahrraum zu verwenden:

Abb. 7.4 Luftqualität im Fahrraum, Dimensionierungswerte (Grenzwerte der Luftqualität im Fahrraum: siehe Abb. 9.1, Seite 38) CO-Konzentration clim,CO Sichttrübung klim,T [ppm] [m-1] 60 0.005

7.1.3 Emissionsberechnung

Die Berechnung der Emissionen von CO und Sichttrübung der Einzelfahrzeuge ist im Anhang III beschrieben.

Es gelten die folgenden Regeln:

• Die Kategorie der Personenwagen PW umfasst alle Fahrzeuge ausser den Lastwagen LW.

• Die Kategorie der Personenwagen wird in PW mit Benzinmotoren und in PW mit Dieselmotor aufgeteilt.

• Die Kategorie der Lastwagen LW umfasst alle Fahrzeuge mit einer Masse über 3.5 t: Lieferwagen, Busse, Lastwagen, Lastenzüge sowie Sattelschlepper.

• Das mittlere Gesamtgewicht der Lastwagen ist tunnelspezifisch nach den vier unten angeführten Verkehrsanteilen abzuschätzen. Als Richtwerte für das Gesamtgewicht eines LW gelten nach [15]: o Im innerstädtischen Verkehr 12 t; o Im regionalen Verkehr 18 t; o Im nationalen Verkehr 22 t; o Im Transitverkehr 70 % der örtlichen Gewichtslimite.

7.1.4 Frischluftbedarf

Die Berechnung der notwendigen Frischluftmenge QFL ist für alle in Betracht fallenden Verkehrsfälle, für Sichttrübung und für CO durchzuführen.

Für Tunnel mit Gegenverkehr sind den Berechnungen die folgenden Richtungsaufteilungen des Verkehrs zu Grunde zu legen:

Abb. 7.5 Richtungsaufteilung des Verkehrs zur Berechnung des Frischluftbedarfs bei Gegenverkehr Richtung 1 20 % 40 % 60 % 80 % Richtung 2 80 % 60 % 40 % 20 %

Die Berechnung des Frischluftbedarfs erfolgt im Anschluss an die Ermittlung der Emissionen der Einzelfahrzeuge gemäss Anhang III.

Frischluftbedarf zur Begrenzung der CO-Konzentration Die gesamte CO-Emission über die Tunnel- bzw. Abschnittslänge LTunnel ist:

Dabei bezeichnet nPW die Anzahl der PW und nLW die Anzahl der LW im Tunnel bzw. im betrachteten Abschnitt bei fliessendem Verkehr auf der Grundlage des massgebenden stündlichen Verkehrs MSV und bei instabilem Verkehrsfluss auf der Grundlage der Kapazität gemäss Kap. 7.1.1. Bei unterschiedlichen Emissionswerten über die Tunnellänge oder die Fahrstreifen setzt sich die Gesamtemission aus den Teilbeiträgen zusammen. Die notwendige Frischluftmenge zur ausreichenden Verdünnung der CO-Emission ist: E c lim,CO mit clim,CO in ppm aus Abbildung 7.4.

Frischluftbedarf zur Begrenzung der Sichttrübung Die gesamte Sichttrübe-Emission über die Tunnel- bzw. Abschnittslänge LTunnel ist:

Dabei bezeichnet nPW die Anzahl der PW und nLW die Anzahl der LW im Tunnel bzw. im betrachteten Abschnitt bei fliessendem Verkehr auf der Grundlage des massgebenden stündlichen Verkehrs MSV und bei instabilem Verkehrsfluss auf der Grundlage der Kapazität gemäss Kap. 7.1.1. Bei unterschiedlichen Emissionswerten über die Tunnellänge oder die Fahrstreifen ist die Gesamtemission die Summe der Teilbeiträge. Die Frischluftmenge zur ausreichenden Verdünnung der Sichttrübe-Emission ist: Ε k lim,T

mit klim,T in m-1 aus Abbildung 7.4.

Minimaler Frischluftbedarf Zur Berücksichtigung instationärer Effekte wird für die Dimensionierung die minimale Frischluftmenge QFL,min in Abhängigkeit des Fahrraumquerschnitts ATunnel gefordert.

QFL ,min = ATunnel ⋅1.5 m / s [m3/s] Gl. 7.7

Zudem soll eine Längslüftung so ausgelegt werden, dass eine Luftwechselzeit von 20 Minuten erreicht werden kann.

Massgebender Frischluftbedarf Die notwendige Frischluftmenge ist für jeden Verkehrsfall einzeln zu bestimmen und beträgt:

7.1.5 Meteorologisch-thermische Einflüsse

Die meteorologisch-thermische Druckdifferenz ∆pmt umfasst die folgenden Anteile:

Barometrische Druckdifferenz Bei Tunneln, die Bergketten durchstossen, können die barometrischen Druckdifferenzen zwischen den Portalen mehrere Hundert Pa betragen und während längerer Zeit (Stunden, Tage) konstant bleiben. Für die Auslegung ist der 95 %-Wert der jeweils ungünstigeren Richtung über eine Betrachtungsperiode von mindestens 1 Jahr zu verwenden.

Unabhängig von der Lage des Tunnels ist für die barometrische Druckdifferenz ein Mindestwert von 5 Pa pro Kilometer Portalabstand einzusetzen.

Temperaturbedingte Druckdifferenz Die Temperatur im Fahrraum ist in der Regel weitgehend konstant und liegt meist einige Kelvin über der mittleren Jahrestemperatur. Der natürliche Auftriebsdruck ändert sich mit dem Gang der Aussentemperatur während des Tages und über das Jahr. Anhand der Statistik der örtlichen Umgebungstemperatur kann der natürliche Auftriebsdruck abgeschätzt werden (Gl. 7.19). Für die Auslegung ist der 95 %-Wert der jeweils ungünstigeren Richtung über eine Betrachtungsperiode von mindestens 1 Jahr zu verwenden. Falls keine örtlich erhobenen Daten vorliegen, können zur Bestimmung des natürlichen Auftriebs in bergmännisch erstellten Tunneln die folgenden Richtwerte (95-Perzentile) der Temperaturdifferenz zwischen Fahrraum und Umgebung verwendet werden:

• Für Tunnel im Mittelland: 1°C pro 450 m Tunnellänge.

• Für Alpentunnel: 2°C pro 450 m Tunnellänge. Für Tunnel von mehr als 5 km Länge sind besondere Erhebungen notwendig.

Druckwirkung durch Wind Der Winddruck auf die Portale beträgt in der Regel einige Pa und ist meist sehr rasch schwankend. Für die Auslegung ist der Staudruck gebildet mit dem Jahresmittelwert der Windgeschwindigkeit der jeweils ungünstigeren Richtung auf das Portal zu verwenden. Für die Auslegung ist die ungünstigste Kombination dieser drei Anteile zu verwenden.

7.1.6 Angaben für die Strömungsberechnungen

Luftdichte Für Druckverlustberechnungen ist die mittlere Dichte der Luft in Abhängigkeit der Höhe H in m über Meer:

Für die Stromversorgung muss der Leistungsbedarf der Ventilatoren bei örtlich angemessenen, tiefen Temperaturen und entsprechend hohen Luftdichten berücksichtigt werden.

Fahrzeugdaten Als Widerstandsfläche eines mittleren PW und eines mittleren LW bei frontaler Anströmung im Tunnel gilt: (c W ⋅ AFront )PW = 0.9 [m2] Gl. 7.10 (cW ⋅ AFront )LW = 5.2 [m2] Gl. 7.11

Die Druckwirkung des Verkehrs auf die Luft im Fahrraum resultiert aus der Summe der Differenzgeschwindigkeiten jedes einzelnen Fahrzeugs zur Luftgeschwindigkeit am Ort des Fahrzeugs.

∆pFz = ρ / 2 ⋅ ( v Fz − v L )2 ⋅ ( cw ⋅ AFront )Fz / ATunnel [Pa] Gl. 7.12 ∆pVerkehr = ∑ ∆pFz [Pa] Gl. 7.13 Fz

Tunneldaten (Richtwerte) Einströmverlustkoeffizient in die Tunnelröhre ζ e = 0 .6 [-] Gl. 7.14 Ausströmverlustkoeffizient aus der Tunnelröhre ζ a = 1.0 [-] Gl. 7.15 Wandrauhigkeit der Tunnelröhre ks = 2 [mm] Gl. 7.16 (betonierter Innenring mit üblichen Einbauten, entsprechender Reibungskoeffizient λ = 0.015 für zweistreifige Tunnel)

Der Druckverlust an der Tunnelröhre beträgt: 2 L ΔpRe ibung = ρ/ 2 ⋅ v L ⋅ (ζ e + λ Tunnel + ζ a ) [Pa] Gl. 7.17 DH

Gegebenenfalls sind zudem örtliche Verluste, z. B. durch Einbauten und Querschnittänderungen zu berücksichtigen.

7.1.7 Hinweise zu Systemen ohne Absaugung

Hinweise, die den Ereignisfall betreffen, sind in Kap. 7.2.3 enthalten.

Der von den Strahlventilatoren aufzubringende Druck ∆perf entspricht der Summe der Druckwirkungen durch den Verkehr und der Druckverluste über die Tunnellänge bei Durchströmung mit der notwendigen Frischluftmenge QFL sowie der meteorologisch-thermischen Gegendrücke. Die dazu erforderlichen Angaben sind in den Kap. 7.1.5 und 7.1.6 enthalten.

Δperf = ΔpVekehr + ΔpRe ibung + Δpmt [Pa] Gl. 7.18

Aufgrund der Selbstlüftung durch den Verkehr führt der Verkehrsfall mit grösstem Frischluftbedarf nicht notwendigerweise auf den grössten, mit Strahlventilatoren aufzubringenden Druck. Zur Berechnung des erforderlichen Druckes ist die Richtungsaufteilung des Verkehrs in Schritten von 20 % gemäss Abbildung 7.5 zu variieren. Ein andauernder ausgeglichener Verkehr in beiden Richtungen ist dabei nicht zu betrachten. Zu berücksichtigen ist die der Längsneigung entsprechende Maximalgeschwindigkeit der Lastwagen nach Abbildung 7.1. Die Blasrichtung der Ventilatoren ist unterstützend zur natürlichen Lüftung vorzusehen.

Die maximale, durch die Lüftungsanlage unterstützte Luftgeschwindigkeit im Fahrraum zur Gewährleistung des Frischluftbedarfs darf in Tunneln mit Gegenverkehr 6 m/s und in Tunneln mit Richtungsverkehr 10 m/s nicht überschreiten (in Anlehnung an [14, Seite 47]).

Weitere Angaben zu Strahlventilatoren sind im Anhang IV zu finden.

7.1.8 Hinweise zu Systemen mit Absaugung

Hinweise, die den Ereignisfall betreffen, sind in Kap. 7.2.4 enthalten.

Kanalquerschnitte Der Querschnitt der Kanäle und Schächte kann grossen Einfluss auf die zu installierende Leistung und den entsprechenden Energieverbrauch haben. Die Kanalquerschnitte sind anhand der lüftungstechnischen Dimensionierung zu überprüfen. Gegebenenfalls sind die Dimensionen der Anlage anhand der Angaben im Anhang VI zu optimieren. Die Lüftungskanäle müssen begehbar sein.

Zuluft In einem Tunnel mit längenverteilter Zuluft muss diese etwa 50 cm über der Fahrbahn eingeblasen werden. Ein Einblasen durch Deckenöffnungen ist nicht zulässig (vergleiche Kap. 7.2.4). In jedem Betriebszustand mit Zuluft muss im Zuluftkanal ein minimaler Überdruck gegenüber dem Fahrraum von 250 Pa gewährleistet sein. Grundlage für die Dimensionierung ist ein stationärer Zustand ohne Fahrzeugeinfluss.

7.1.9 Vermeidung von Strömungskurzschlüssen

Die Übertragung von Abluft am Portal von einer Röhre in die Gegenröhre ist zu minimieren. Es sind die Hinweise in Kap. 7.2.6 zu beachten.

7.2 Dimensionierung für den Betrieb im Ereignisfall

Die Kapitel 7.2.1 und 7.2.2 enthalten die Angaben zu den Ereignissen, die der Auslegung der Lüftungsanlage zugrunde zu legen sind. Im Weiteren werden Hinweise zu mechanischen Lüftungssystemen gegeben (Kap. 7.2.3 bis Kap. 7.2.6).

7.2.1 Ereignisse zur Lüftungsauslegung

AIPCR [17, Seite 63] schliesst aus verschiedenen Quellen, darunter den EUREKA- Versuchen 1998 [20], dass während einem Brand etwa folgende maximale Brandleistungen mit signifikanter Dauer erwartet werden müssen:

Abb. 7.6 Nominale Brandleistungen verschiedener Brandobjekte nach [17] Brandleistung nominal Brandobjekt [MW] Personenwagen 2 bis 5 Lieferwagen 15 Bus 20 Lastwagen beladen 20 bis 30

Bei Bränden von grossen Transportfahrzeugen wie Lastenzüge und Sattelschlepper mit brennendem Ladegut können grössere Brandleistungen entstehen als in Abbildung 7.6 ausgewiesen sind. Der EUREKA-Versuch mit einem Sattelschlepper, der mit zwei Tonnen Möbeln beladen war, wies eine maximale Brandlast von 100 bis 120 MW auf, allerdings nur während einer sehr kurzen Zeit [20].

Nach der Definition der Brandleistung in [20, 19] wird im Verhältnis zur gesamten Branddauer von rund einer Stunde die nominale Brandleistung nur während weniger Minuten erreicht oder überschritten.

Beim Vollbrand eines beladenen Lastwagens entstehen hohe Temperaturen, wodurch sich bei günstigen aerodynamischen Bedingungen eine geschichtete Rauchausbreitung unter der Decke bis zu einigen 100 m Entfernung vom Brandort einstellen kann. Bei einem Brand mit geringer Wärmeentwicklung und generell bei ungünstigen, aerodynamischen Bedingungen muss mit der Verrauchung des gesamten Tunnelquerschnittes gerechnet werden.

Im Weiteren sind auch Unfälle mit einer Freisetzung von gefährlichen Substanzen ohne Brand und somit mit einer Brandleistung von 0 MW zu berücksichtigen. Ereignisse ohne Brand können mit den heute üblichen Mess- und Detektionseinrichtungen nur optisch erkannt werden. Ist ein Lastwagen in ein Ereignis verwickelt, muss grundsätzlich damit gerechnet werden, dass gefährliche, flüchtige Substanzen freigesetzt werden könnten. Es ist sinnvoll, in diesem Fall die Lüftungsanlage wie bei einem Brand zu betreiben.

Aufgrund dieser Grundlagen ist die Lüftungsanlage für Ereignisse mit den folgenden Kenngrössen auszulegen: Ereignis Schadstoff-Freisetzung Lastwagenbrand Brandleistung nominal 0 MW 30 MW Freigesetzte Energie 0 GJ 30 GJ Dauer ≥ 20 min ≥ 60 min

Abb. 7.7 Ereignisse für die Auslegung der Lüftungsanlage.

Für die Auslegung der Lüftungsanlage ist ein örtlich stationäres Ereignis zu betrachten. Als möglicher Ereignisort ist die gesamte Tunnellänge zu berücksichtigen.

7.2.2 Druckwirkung durch Auftrieb und Portaldruckdifferenzen

(siehe auch Kap. 7.1.5) In Tunneln mit Längsneigung stellt sich infolge Temperaturdifferenzen eine Druckwirkung auf die Luft im Fahrraum in der Richtung der Tunnelachse ein. Der Auftrieb gemäss Gleichungen 7.19 und 7.20 ist bei der Dimensionierung der Lüftung zu berücksichtigen. ∆pnat = ( ρae − ρ i ) ⋅ g ⋅ LTunnel ⋅ LN [Pa] Gl. 7.19 ∆pBrand = ( ρ i − ρ Brand ) ⋅ g ⋅ LBrand ⋅ LNBrand [Pa] Gl. 7.20 patm mit ρ n = mit n = {i, a oder Brand} [kg/m3] Gl. 7.21 RL ⋅ T n

LNBrand bezeichnet die Längsneigung im Abschnitt mit der Länge LBrand.

Die Ereignisse zur Auslegung der Lüftungsanlage werden durch folgende Werte (nach [19]) charakterisiert: Ereignis Lastwagenbrand Schadstoff-Freisetzung Ohne (vor) Absaugbetrieb Mit Absaugbetrieb ∆TBrand 0K 65 K 135 K LBrand - 800 m 300 m

Abb. 7.8 Normwerte zur Bestimmung des Auftriebs (siehe auch Abb. 7.9).

Die in [19] dokumentierten Temperaturmesswerte ergeben bei einer Anströmung mit der kritischen Geschwindigkeit und für einen Tunnel konstanter Längsneigung eine Auftriebsverteilung gemäss Abbildung 7.9. Für andere Situationen (ändernde Längsneigung, Ausströmen aus einem Portal, symmetrische Ausbreitung) ist die Kurve anzupassen.

Mit Absaugbetrieb Brandauftrieb in %

80 ∆TBrand = 135 K auf 300 m

Ohne Absaugbetrieb ∆TBrand = 65 K auf 800 m

0 200 400 600 800 Abstand vom Brandort in m Abb. 7.9 Örtliche Verteilung des Brandauftriebs bei Anströmung mit der kritischen Geschwindigkeit und bei konstanter Längsneigung. Für Tunnel mit ändernder Längsneigung sind detaillierte Berechnungen erforderlich.

Für die Berechnung der instationären Abläufe ist anzunehmen, dass sich der Auftriebsdruck durch die Brandwärme linear über 10 Minuten bis zum Endwert aufbaut.

Als meteorologische Druckdifferenz zwischen den Portalen infolge barometrischer Druckunterschiede und Wind sowie für die natürliche Temperaturdifferenz zwischen Fahrraum und Umgebung sind die Werte gemäss Kap. 7.1.5 einzusetzen.

7.2.3 Hinweise zu Systemen ohne Absaugung

7.2.3.1 Allgemeines

In Tunneln mit Systemen ohne Absaugung kann die Ausbreitung der Gase im Fahrraum

mit Strahlventilatoren beeinflusst werden. Richtwerte zum erforderlichen Druck und zur Bestimmung der Anzahl Strahlventilatoren sind im Anhang IV angegeben.

7.2.3.2 Anforderungen zur Auslegung der Strahlventilatoren

Für die Auslegung der Strahlventilatoren ist der ungünstigste Ereignisort im Tunnel zu berücksichtigen. Die nachfolgend definierten Fälle bilden die Grundlage für die Auslegung der Strahlventilatoren für den Ereignisfall. Verkehrsart Fahrrichtung am Geforderte Freigesetzte Energie (Kap. 6.1) Ereignisort Längsströmung Talfahrt LW-Brand 3 m/s nach unten Bergfahrt Talfahrt LW-Brand 3 m/s nach unten LW-Brand 1.5 m/s nach unten RV 2 Bergfahrt LW-Brand 3 m/s nach oben GV Tal- und Bergfahrt LW-Brand 1.5 m/s nach unten

Abb. 7.10 Anforderungen an die Längsströmung zur Auslegung von Strahlventilatoren bei Systemen ohne Absaugung. (Zum Betrieb der Strahlventilatoren siehe Kap. 7.2.3.3). Als Grundannahme für die Auslegung ist von einer Dauer von 3 Minuten zwischen dem Beginn des Ereignisses und der Inbetriebnahme des entsprechenden Lüftungsregimes der Strahlventilatoren bzw. der Verkehrsbeeinflussung auszugehen. Der Bestimmung der Staulänge vor dem Ereignisort ist der MSV zugrunde zu legen. Darüber hinaus ist bei Tunneln mit Richtungsverkehr und grosser Stauhäufigkeit (RV 2) von einer Staulänge von mindestens 3/4 der Tunnellänge auszugehen. Die meteorologisch-thermischen Einflüsse sind gemäss Kap. 7.1.5 entgegen der geforderten Längsströmung einzubeziehen. Die Lüftung eines Tunnels mit Richtungsverkehr muss nicht auf ein Ereignis bei ausnahmsweisem Gegenverkehr ausgelegt werden, allerdings muss beim Betrieb der Lüftungsanlage der Sonderfall von ausnahmsweisem Gegenverkehr berücksichtigt werden (Kap. 7.2.3.3).

7.2.3.3 Anforderungen an den automatischen Betrieb der Strahlventilatoren

Die einzustellende Luftströmung im Fall eines Ereignisses unterscheidet sich insbesondere nach der Verkehrsart und momentanem Verkehrszustand. Falls sich auf beiden Seiten des Ereignisses Tunnelbenützer aufhalten (GV, gegebenenfalls RV 2 sowie Röhre mit ausnahmsweisem Gegenverkehr), muss die Längsströmung am Ereignisort klein gehalten werden, damit die Tunnelbenützer auf beiden Seiten des Ereignisses fliehen können. Der Betrieb der Strahlventilatoren muss anhand der Längsgeschwindigkeit ausserhalb der vom Ereignis beeinflussten Zone geregelt werden. Im Bereich, wo sich Tunnelbenützer aufhalten, soll eine eventuell vorhandene Rauchschichtung unter der Decke nach Möglichkeit nicht gestört werden. Falls sich die Tunnelbenützer nur auf einer Seite des Ereignisses befinden (RV 1 und RV 2 bei fliessendem Verkehr), können die Strahlventilatoren ungeregelt in Fahrrichtung betrieben werden.

7.2.4 Hinweise zu Systemen mit Absaugung

7.2.4.1 Allgemeines

Betreffend Anordnung von Lüftungszentralen sind die Anforderungen in SIA 197/2 [11], Kap. 8.10 zu beachten.

Die in Kap. 7.2.4 gestellten Mindestanforderungen müssen bei zweiröhrigen Tunneln für jede Röhre einzeln erfüllt werden können. Mit Klappen verschliessbare Verbindungen der Abluftkanäle zweier paralleler Röhren sind zulässig, erlauben jedoch keine Auslegung unter den Mindestanforderungen.

Als Grundannahme für die Dimensionierung ist von einer Dauer von 4 Minuten zwischen Beginn des Ereignisses und dem Zeitpunkt, bis der vorgesehene Betriebszustand der Absauganlage erreicht ist, auszugehen.

Gemäss Kap. 1.2 gelten die Anforderungen auch bei der Sanierung bestehender Tunnel. Höchste Priorität haben die Absaugmenge am Brandort pro 200 m, die Kontrollierbarkeit der Längsströmung sowie die Erfüllung der Anforderungen bez. Ausfall eines Abluftventilators.

7.2.4.2 Absaugkapazität und Beeinflussung der Längsströmung

Die Absaugkapazität ist so zu bemessen, dass bei den zugrunde zu legenden Ereignissen gemäss Kap. 7.2.1 die folgenden Längsströmungen im Fahrraum eingehalten werden können. Die Anforderungen gelten im Fahrraumquerschnitt mit Zwischendecke.

Verkehrsart Situation vor dem Längsströmung ge- Tunnelbereich (Kap. 6.1) Ereignis gen Ereignisort 3 m/s vor dem Absaugbereich (Fahrzeugstau) fliessender Verkehr RV 1 0 m/s nach dem Absaugbereich Ausn. GV* 1.5 m/s beidseits des Absaugbereichs 3 m/s vor dem Absaugbereich (Fahrzeugstau) fliessender Verkehr 0 m/s nach dem Absaugbereich RV 2 Stau 1.5 m/s beidseits des Absaugbereichs Ausn. GV* 1.5 m/s beidseits des Absaugbereichs fliessender Verkehr GV 1.5 m/s beidseits des Absaugbereichs oder Stau * Ausnahmsweiser Gegenverkehr: nicht massgebend für die Auslegung.

Abb. 7.11 Mindestanforderungen an die Längsströmung in Richtung Ereignisort bei Systemen mit Absaugung gültig für die Auslegung und den Betrieb.

Der Zulufteintrag QZUL im Bereich der freigesetzten Gase, d.h. bei einem Brand im anfänglich maximal verrauchten Bereich, ist zu minimieren und bei der Festlegung des minimalen Abluftstroms zu berücksichtigen. Zur Einhaltung der Anforderungen in Abb. 7.11 ist in allen Fällen beim Ereignisort eine minimale Absaugung QABL,min erforderlich von: QABL ,min = 3 m/s ⋅ ATunnel + QZUL [m3/s] Gl. 7.22

wobei: QABL,min ≥ Volumenstrom freigesetzter Gase + 20 + QZUL [m3/s] Gl. 7.23 in jedem Fall erfüllt sein muss (siehe Abb. 7.7).

Die Längsströmungen gemäss Abbildung 7.11 müssen in allen Fällen und bei allen möglichen Ereignisorten eingehalten werden. Um diese Anforderungen unter Beachtung einer ausreichenden Steuerbarkeit des Gesamtsystems erfüllen zu können, sind im Fahrraum Strahlventilatoren erforderlich und die Absaugmenge am Ereignisort QABL ist mit einem Zuschlag aus dem Minimalwert QABL,min zu erhöhen. Die Grösse dieses Zuschlags wird vor allem durch die Verkehrsart im Tunnel und die Komplexität des Tunnelsystems beeinflusst. Für Tunnel mit Richtungsverkehr und geringer Stauhäufigkeit (RV 1) genügt in aller Regel ein Zuschlag von 1/10 x QABL,min, währenddem für Tunnel mit Richtungsverkehr und grosser Stauhäufigkeit (RV 2) und für Tunnel mit Gegenverkehr (GV) ein Zuschlag von 1/3 x QABL,min erforderlich ist. Für Anlagen mit grosser Längsneigung und für Tunnelsysteme mit zusätzlichen Einfahrten und Ausfahrten sind besondere Betrachtungen erforderlich. Bei der Dimensionierung der Abluftventilatoren ist die Undichtheit der geschlossenen Abluftklappen und der Kanäle QLeck einzubeziehen.

Das Problem undichter Kanäle stellt sich seit der Verwendung von steuerbaren Klappen. Einerseits erfordert eine Leckage des Abluftkanals eine höhere Absaugmenge am Abluftventilator und andererseits beeinflusst die Leckage aus dem Fahrraum die Längsströmung im Fahrraum nachteilig.

Die Leckage in den Abluftkanal setzt sich aus der Klappenleckage und der Bauleckage zusammen. Die Leckage der Klappen umfasst den Luftstrom durch die geschlossene Klappe innerhalb des Klappenrahmens. Die Bauleckage enthält alle übrigen Leckageströme in den Abluftkanal einschliesslich der Luftmengen durch Undichtheiten zwischen Bauwerk und Klappenrahmen. Es ist zu beachten, dass die Bauleckage durch die Alterung des Bauwerks und die Leckage durch die geschlossenen Klappen durch Verschmutzung und Krafteinwirkungen zunehmen kann. Angaben zur Abschätzung der Gesamtleckagemenge ist in Anhang VII enthalten.

QVentilator ist der minimale Volumenstrom bei Umgebungstemperatur, der durch die Anzahl vorgesehener Abluftventilatoren zu fördern ist. Für den Sonderfall der Auslegung der Abluftventilatoren auf 400°C (siehe Kap. 8.3.1), sind diese auf die Luftmenge von 1.3 x QVentilator auszulegen. Bei Druckänderungen durch die thermische Einwirkung eines 30-MW- Brandes muss ein stabiler Absaugbetrieb gewährleistet werden.

7.2.4.3 Art der Absaugung

Die Absaugung muss mit steuerbaren Klappen erfolgen. Die Absaugmenge QABL ist im Bereich des Ereignisses auf einer Länge von 200 m abzusaugen. Die Abluftklappen sind im Abstand von rund 100 m anzuordnen. Im Regelfall sind somit 3 Klappen zu öffnen.

Die portalnahen Abschnitte eignen sich für die Anordnung von Strahlventilatoren. Der Beginn des Abluftkanals darf nicht weiter als 300 m vom Portal entfernt sein.

Die Abluftklappen sind möglichst breit zu dimensionieren, um ein Vorbeiströmen der freigesetzten Gase zu minimieren. Die erforderlichen Platzverhältnisse für den Klappenantrieb und für die Durchfahrt im Abluftkanal sind dabei zu berücksichtigen. Für die Festlegung der Klappenfläche ist von einer vertikalen Geschwindigkeitskomponente in der Klappe von 15 m/s bezogen auf Umgebungstemperatur als Mittel über alle im Bereich des Ereignisses geöffneten Klappen auszugehen. Mit QABL > QABL,min ist eine vertikale Durchströmge-

Bei der Bestimmung des Kanalquerschnittes sind die lufttechnischen Anforderungen (Druckbedarf des Abluftventilators, Beanspruchung des Kanals, Gleichmässigkeit der Absaugmenge über die geöffneten Abluftklappen) einzubeziehen. Bei neuen Anlagen darf die Druckdifferenz zwischen Fahrraum und Kanal 2'500 Pa nicht überschreiten.

Bei der Bestimmung der Kanalhöhe muss ein ausreichender Zugang zu den Klappen einbezogen werden. Die lichte Höhe muss mindestens 1.80 m betragen.

7.2.5 Szenarienanalyse

Die Tunnellüftungsanlage wird gemäss den Kap. 7.2.3 und 7.2.4 für eine Dauer von 3 bzw.

4 Minuten zwischen Ereignisbeginn und der Funktion der Lüftungsanlage ausgelegt. Die

Auswirkungen von Abweichungen von diesen Vorgaben müssen anhand von Szenarien abgeschätzt werden. Gegebenenfalls sind verschiedene Szenarien bei der Erstellung der Programme zur Steuerung des Systems zu berücksichtigen.

Um die Anordnung der Strahlventilatoren und deren Steuerung bzw. Regelung zu bestimmen, sind die instationären Vorgänge bis 20 Minuten nach dem Ereignisbeginn zu beachten.

7.2.6 Vermeidung von Strömungskurzschlüssen

Die Rezirkulation von Rauch und Schadstoffen von einer Tunnelröhre in eine andere und zwischen Abluftbauwerken und Aussenluftfassungen bzw. Portalen ist durch geeignete bauliche Massnahmen zu vermeiden. Bei Tunneln mit zwei parallelen Röhren genügt es in der Regel, zu diesem Zweck eine 100 m lange Ausströmzone vor dem Portal von einer 30 m langen Einströmzone (Abb. 7.12) durch eine Wand mit der Höhe des Fahrraums oder durch einen Versatz der Portale zu trennen. Mit Portallagen in Einschnitten oder mit hohen Lärmschutzwänden sind die Dimensionen zu vergrössern.

30 m 100 m A

B

Trennwand C

D

E

F Trennwand

Abb. 7.12 Anordnungen von Portalen und Trennwand zur Vermeidung eines Strömungskurzschlusses.

Bei einem Ereignis ist die Lüftung der Gegenröhre so zu betreiben, dass ein Strömungskurzschluss an den Portalen verhindert wird. Zu diesem Zweck muss die Gegenröhre für den Verkehr gesperrt werden.

Damit zwei sich folgende Tunnel lüftungstechnisch unabhängig voneinander betrachtet werden können, muss der Abstand zwischen den Portalen mindestens 100 m bei Querung eines Tales, 200 m bei Führung der Strasse in einem tiefen Einschnitt zwischen den Tunneln und 250 m bei einer einseitigen Galerie betragen.

Bei der Positionierung einer Rauchauslassöffnung sind die Orographie und die örtlichen meteorologischen Verhältnisse sowie die Hinweise in SIA 197/2 [11], Kap. 8.10.4, zu berücksichtigen. Als Richtwert für den Mindestabstand von Rauchauslassöffnung zu Portal gelten 50 m.

7.3 Anforderungen bei Ausfällen und Betriebsunterbrüchen

Für die Dimensionierung der Lüftung sind im Folgenden die zwei massgebenden Fälle aufgeführt (Ausfall eines Abluftventilators im Ereignisfall sowie Betriebsunterbrüche während den Unterhaltsperioden).

7.3.1 Ausfälle im Ereignisfall

Abluftventilatoren Beim Ausfall eines Abluftventilators muss der aus dem Fahrraum abgesaugte Volumenstrom mindestens 65 % von QABL betragen (Gl. 7.24). Die Anforderung gilt für jede Röhre einzeln, auch wenn zur Erhöhung der Kapazität eine Verbindung zwischen den Abluftkanälen von benachbarten Röhren zur Verfügung steht.

Abluftklappen Wenn eine der zu öffnenden Klappen geschlossen bleibt, muss der Abluftstrom durch die übrigen zu öffnenden Klappen mindestens 90 % des Sollwertes betragen.

Strahlventilatoren Beim Ausfall einer Strahlventilatorgruppe infolge Brandeinwirkung muss der Schub der verbleibenden Strahlventilatoren mindestens 90 % des Sollwertes betragen.

7.3.2 Betriebsunterbrüche während den Unterhaltsperioden

Abluftventilatoren Betriebsunterbrüche bis zu 72 Stunden Während maximal 72 Stunden pro Jahr ist ein Abluftstrom von 65 % des Volumenstroms

QABL gemäss Gl. 7.24 mit Betrieb von nur einem Abluftventilator zulässig. In dieser Zeit sind Massnahmen zur Minderung des Ereignisrisikos zu treffen. Betriebsunterbrüche länger als 72 Stunden Führt ein Betriebsunterbruch eines Abluftventilators während mehr als 72 Stunden pro Jahr zu einem reduzierten Abluftvolumenstrom, ist eine Abschätzung der Risiken für diese Phase durchzuführen. Massnahmen zur Minderung der Risiken sind zu ergreifen. In Betracht zu ziehende Massnahmen können sein:

1 Betriebliche und organisatorische Massnahmen

z.B.: Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit, Pikettdienst von Einsatzkräften vor Ort, Umleitung des Schwerverkehrs, Umleitung einer Fahrrichtung bei Tunneln mit Gegenverkehr, Sperrung des Tunnels. 2. Massnahmen bei der Ausstattung. z.B.: Ersatzmotor, grössere Anzahl Abluftventilatoren. Die Wahl der geeigneten Massnahmen muss aufgrund wissenschaftlicher Untersuchungen (z.B. Kosten-Nutzen-Analyse) getroffen und dokumentiert werden.

7.4 Minderung von Zusatzbelastungen in Portalzonen

7.4.1 Luftschadstoffe

Die Grundlage für die Beurteilung der Schadstoffbelastung in der Umgebung ist die Luftreinhalteverordnung (LRV) [2]. Die NOx-Emissionen der Motorfahrzeuge werden gemäss den Angaben im Handbuch Emissionsfaktoren [18] berechnet.

Mit einer Absaugung der Tunnelluft vor dem Ausströmen durch das Portal und dem Ausstoss über ein Immissionsschutzkamin kann die unmittelbare Umgebung des Portals von Zusatzbelastungen durch Tunnelabluft entlastet werden. Die Notwendigkeit der Abluftabsaugung ist im Rahmen der Umweltverträglichkeitsprüfung zu untersuchen. Tunnelröhren, deren Portalfrachten die in Abbildung 7.13 angegebenen Werte überschreiten, benötigen in der Regel Lüftungsanlagen zur Minderung der am Portal freigesetzten Abluftmenge.

Abb. 7.13 Erfahrungswerte für NOx-Portalfrachten, bei denen Absauganlagen projektiert werden Umfeld Portalfracht in t NOx/Jahr Innerstädtisch > 10 Locker besiedelt, Wohnbereich > 20 Locker besiedelt, Industriebereich > 30 Unbesiedelt, ländlich > 40

Bei der Dimensionierung von Immissionsschutzkaminen ist auf eine ausreichende Kaminhöhe und Strahlgeschwindigkeit an der Mündung zu achten (vergleiche Anhang V, Seite 61). In dicht besiedelten Gebieten sind detaillierte Untersuchungen anzustellen.

Mit dem Ziel, die Zusatzbelastung in der Umgebung der Portale insbesondere im Langzeitmittel zu mindern, kann die Anlage nach den Erfahrungswerten betreffend der Ganglinien des Verkehrs gesteuert werden. Eine Verwendung von im direkten Einflussbereich des Tunnels gemessenen Konzentrationswerten zur unmittelbaren Steuerung der Lüftungsanlage ist nicht zweckmässig.

Bei der gesamtheitlichen Bilanzierung von Nutzen und Aufwand ist die eingesetzte Energie für den Bau und den Betrieb der Abluftanlage als ökologische Grösse zu berücksichtigen. Aufgrund des heutigen Kenntnisstandes der Schadeneinwirkung der Luftschadstoffe, der Minderung der Emissionen der Motorfahrzeuge und der allgemeinen Einschätzungen der Prioritäten (Reduktion der Emissionen an der Quelle, Minimierung des Energiebedarfs sowie des Bau- und Unterhaltsaufwandes) wird eine Reinigung der Tunnelluft ausgeschlossen. Die Erforderlichkeit des Betriebs solcher Immissionsschutzanlagen ist mit Messungen periodisch zu bestätigen.

7.4.2 Lärm der Ventilatoren

Die Grundlage für die Beurteilung der Lärmbelastung in der Umgebung ist die Lärmschutzverordnung (LSV) [1].

In der Umgebung der Tunnelportale und im Einflussbereich von Aussenluftfassungen und Abluftkaminen müssen im Betrieb bei normalen Verkehrszuständen die Anforderungen des Schallschutzes eingehalten werden.

7.5 Optimierung der Anlage

Bei der Dimensionierung der Anlage sind Investitions- und Betriebskosten einzubeziehen. Zu diesem Zweck ist das Vorgehen in Anhang VI Seite 63 zu verwenden.

7.6 Belüftung der Betriebsräume

In den Betriebsräumen sind die vorgegebenen Arbeitsplatzbedingungen bezüglich Luftqualität, Lufttemperatur und Luftfeuchte zu gewährleisten sowie die Einrichtungen vor Verschmutzung und unzulässigen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten zu schützen. Zu diesem Zweck ist in der Regel eine eigene lüftungstechnische Anlage, die einen Überdruck gegenüber dem Fahrraum erzeugt, erforderlich.

7.7 Dokumentation der Dimensionierung

Die Dimensionierung der Lüftung einschliesslich der Ausstattung und der vorgesehenen Betriebsweise ist nachvollziehbar zu dokumentieren. Dazu gehören insbesondere die Angaben zu den verwendeten Grunddaten und Berechnungsmethoden. Die Funktion der Anlage für den Normalbetrieb und den Betrieb im Ereignisfall ist umfassend zu beschreiben.

8 Ausstattung

8.1 Allgemeines

Die Ausstattung der Strassentunnel muss dem aktuellen Stand der Technik [10] [11] und den Richtlinien des ASTRA [3] [5] [6] [7] entsprechen. Zudem sind die Angaben in den Fachhandbüchern des ASTRA [8] [9] zu berücksichtigen. Im Weiteren ist auf folgende Punkte zu achten:

• gute Zugänglichkeit für die Wartung und den Unterhalt;

• Korrosionsbeständigkeit bzw. Korrosionsschutz der Komponenten;

• Verfügbarkeit der Ersatzteile.

Es gelten die nachfolgend genannten Mindestanforderungen. Im Anhang V sind im Sinne einer Checkliste weitere Angaben zur Ausstattung gegeben.

8.2 Messgeräte und Detektionseinrichtung

8.2.1 Normalbetrieb

Allgemeines Der Einsatz der Lüftung bei Normalbetrieb wird in der Regel durch die Messgrössen bestimmt:

• Sichttrübung (ST);

• CO;

• Luftrichtung und -geschwindigkeit im Fahrraum.

Darüber hinaus kann es zweckmässig sein, die Verkehrswerte vor und im Tunnel oder Erfahrungswerte bezüglich des Verkehrsverlaufs in die Lüftungssteuerung einzubeziehen.

Sichttrübungsmessung (siehe Kap. 8.2.2) Tunnel mit mechanischer Lüftung sind mit Geräten zur Messung der Sichttrübung auszustatten. Pro Tunnelröhre sind mindestens zwei Geräte zu betreiben.

CO-Messung Falls dies aufgrund der Berechnung des Frischluftbedarfs erforderlich ist, muss die CO- Konzentration in der Fahrraumluft kontinuierlich überwacht und in die Lüftungssteuerung eingebunden werden. Wenn eine CO-Messung erforderlich ist, sind pro Tunnelröhre mindestens zwei Geräte zu betreiben.

Strömungsmessung (siehe Kap. 8.2.2) Die Messung der Luftströmung im Fahrraum dient zusammen mit den übrigen Messwerten zur Steuerung der Lüftungsanlage und als Kontrolle der Wirkung der Lüftung.

In jeder Tunnelröhre mit mechanischer Lüftung ist pro Lüftungsabschnitt mindestens in einem Fahrraumquerschnitt die Strömungsrichtung und der Volumenstrom bzw. die mittlere Strömungsgeschwindigkeit am Messquerschnitt im Fahrraum zu ermitteln.

8.2.2 Ereignisfall

Detektion Tunnel mit mechanischer Lüftung sind mit einer Ereignis- und Branddetektion auszurüsten. Für die Branddetektion sind die Anforderungen in der ASTRA-Richtlinie Branddetektion in Strassentunneln [5] massgebend.

Grundsätzlich sind soweit möglich und sinnvoll alle im Tunnel vorhandenen Sensoren, einschliesslich der Videoanlage (siehe ASTRA-Richtlinie Videoanlagen [6]), in angemessener Weise zur Detektion eines Ereignisses zu verwenden.

Detektionsgeschwindigkeit und Detektion des Ereignisortes Eine rasche Detektion eines Ereignisses (siehe [5]) ist entscheidend für die Wirksamkeit der installierten Lüftungsanlage. Bei einem System mit steuerbaren Abluftklappen sind zudem die Bestimmung des Ereignisortes und die Unterscheidung zwischen einem stationären und einem bewegten Brand massgebend für den richtigen Betrieb der Lüftung.

Strömungsmessung Entsprechend den Anforderungen in den Kap. 7.2.3.3 und 7.2.4.2 sind die Daten der Luftgeschwindigkeitsmessung in die Steuerung einzubeziehen, um im Ereignisfall die Strömung im Fahrraum regeln zu können. Wird ein Strömungsmesswert zur Steuerung im Ereignisfall verwendet, muss dessen Plausibilität mit 3 unabhängigen Messungen ermittelt werden können.

8.2.3 Anforderungen

Mindestanforderungen an Messbereich und -genauigkeit Alle Messgeräte müssen für den Einsatz in einem Strassentunnel konzipiert sein und sie müssen die folgenden Mindestanforderungen erfüllen:

Abb. 8.1 Mindestanforderungen an die Messgeräte Messgrösse Messbereich Messgenauigkeit (Gerätespezifikation) Strömungsgeschwindigkeit - Kanäle, Schächte entspr. Auslegung ± 5 % des Endwerts Sichttrübung (Normalbetrieb) 0 bis 0.015 m-1 ± 0.001 m-1 CO 0 bis 250 ppm 0 bis 60 ppm: ± 5 ppm 60 bis 250 ppm: ± 15 ppm

Mittelungszeiten Als maximale Mittelungszeiten für die Messsysteme, die zur Ereignisdetektion verwendet werden, sind 10 s anzustreben. Für die Steuerung bei Normalbetrieb ist es zweckmässig, über längere Zeiten gemittelte Messdaten zu verwenden.

8.3 Temperaturbeständigkeit

8.3.1 Abluftventilatoren

Die Funktion der Ventilatoren für die Absaugung von Brandgasen ist für eine Temperatur von 250°C während 120 Minuten zu gewährleisten. Falls der kürzeste Strömungsweg zwischen erster Abluftklappe und Abluftventilator weniger als 50 m beträgt, muss die Funktion der Absaugung für eine Temperatur von 400°C während 120 Minuten gewährleistet sein. Es ist dabei sicherzustellen, dass auch die Funktion der übrigen Installationen (z. B. im Ventilatorraum) bei der entstehenden Wärmebelastung gewährleistet bleibt.

8.3.2 Strahlventilatoren

Die Funktion der Strahlventilatoren ist für eine Temperatur von 250°C während 120 Minuten zu gewährleisten.

8.3.3 Abluftklappen

Die Funktion von steuerbaren Abluftklappen, einschliesslich Motor, exponierten Zuleitungen usw., muss für eine Temperatur im Fahrraum und im Abluftkanal von 250°C über 120 Minuten gewährleistet sein.

8.4 Fluchtwege

Im Ereignisfall hat die Selbstrettung der Tunnelbenützer erste Priorität. Fluchtwege führen den Benützter vom Ereignisort ins Freie. Das vorrangige Ziel des Lüftungsbetriebs besteht darin, die Fluchtwege frei von schädlichen Gasen und Rauch zu halten.

Konzeption, Auslegung und Signalisation der Fluchtwege sind nach den Anforderungen der SIA-Normen 197 [10] und 197/2 [11], der ASTRA-Richtlinie „Lüftung der Sicherheitsstollen von Strassentunneln“ [4] und der ASTRA-Richtlinie „Signalisation der Sicherheitseinrichtungen in Strassentunneln“ [7] durchzuführen.

9 Betriebsbedingungen

9.1 Luftqualität im Fahrraum

Die Auslegung der Lüftung erfolgt auf die Dimensionierungswerte für CO und Sichttrübung gemäss Abbildung 7.4. Für die Steuerung der Anlage sind die Einschaltwerte derart festzulegen, dass der Dimensionierungswert für CO im Mittel über die Tunnellänge und der Dimensionierungswert für Sichttrübung an jedem Ort im Tunnel eingehalten werden.

Werden die in Abbildung 9.1 angegebenen Werte an einer beliebigen Stelle im Fahrraum für mehr als 3 Minuten überschritten, ist die betroffene Tunnelröhre für einfahrende Fahrzeuge zu sperren.

Abb. 9.1 Grenzwerte der Luftqualität im Fahrraum zur Tunnelsperrung CO-Konzentration [ppm] Sichttrübung [1/m] 200 0.012

9.2 Steuerung

9.2.1 Mess- und Detektionssystem

Angaben zur Instrumentierung sind in Kapitel 8 enthalten.

9.2.2 Strahlventilatoren

Strahlventilatoren, die im Ereignisfall zur Einhaltung einer bestimmten Längsströmung betrieben werden, sind während der Dauer des Ereignisses automatisch nachzuregeln. Dazu müssen zuverlässige Messungen der Längsgeschwindigkeit der Luft im Fahrraum vorliegen.

9.2.3 Abluftmengen

Stehen grössere Abluftmengen als in Kap. 7.2.4 gefordert zur Verfügung, sind diese unter Berücksichtigung der maximalen Längsgeschwindigkeiten auszunützen.

9.2.4 Zuluftbetrieb im Ereignisfall

Der Zulufteintrag ist im Bereich des Ereignisses auszuschalten oder zu reduzieren und die Abluftmenge um den Betrag der Zuluft im Bereich der Absaugung zu erhöhen (vgl. Kap. 7.2.4). In den Nachbarabschnitten kann es zweckmässig sein, mit grossen Zuluftmengen zu fahren und die Zu- und Abluftmengen aufeinander abzustimmen.

9.2.5 Steuerbare Abluftklappen bei Normalbetrieb

Falls erforderlich können die steuerbaren Abluftklappen auch für den Normalbetrieb der Lüftung genutzt werden.

9.2.6 Steuerbare Abluftklappen sowie Abluft- und Zuluftventilatoren im Ereignisfall

Steuerbare Abluftklappen sowie Abluft- und Zuluftventilatoren sind im Ereignisfall durch vorgegebene Szenarien mit Bezug auf den Ereignisort automatisch zu steuern. Bei mehreren Alarmen in Folge ist die Automatik zunächst entsprechend dem ersten Alarm beizubehalten. Eine automatische Umsteuerung der Klappen ist im Allgemeinen nicht zweckmässig. Die manuelle Umsteuerung der Klappen und Ventilatoren muss möglich sein.

9.3 Nachvollziehbarkeit von besonderen Ereignissen

Alle lüftungsrelevanten Messgrössen sind bei jedem Brandalarm automatisch zu speichern.

Für die Untersuchung des Ereignisses und zur Analyse der Lüftungsfunktion ist jedes Brandereignis in einem nachvollziehbaren und vollständigen Bericht zuhanden des ASTRA zu dokumentieren.

9.4 Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)

Sicherheitsrelevante Einrichtungen, wie die Mess- und Detektionseinrichtung sowie die Steuerung, sind bei der Auslegung der USV-Anlage einzubeziehen.

Die Axialventilatoren, die Strahlventilatoren sowie die Ventilatoren zur Druckbelüftung der Fluchtwege müssen von zwei unabhängigen Netzen versorgt werden. Ein Betrieb über USV ist nicht praktikabel.

10 Besondere Überprüfungen

10.1 Besondere Anforderungen an Anlagekomponenten

Das Lüftungssystem ist von höchster Bedeutung für die Sicherheit der Tunnelbenützer. Aus diesem Grund sind qualitativ hochstehende und einfache Komponenten einzusetzen, die eine hohe Betriebssicherheit garantieren. Anlagekomponenten, deren Fehlfunktion ein hohes Risiko birgt, sind zu ermitteln, wenn möglich zu vermeiden oder redundant auszuführen. Bezüglich Leistungserhaltung bei Ausfall und Betriebsunterbruch sind die Anforderungen in Kap. 7.3 zu beachten.

Die elektrischen und elektronischen Komponenten der Lüftungssteuerung sind entsprechend den Kriterien einer hohen Verfügbarkeit und einer geringen Fehlerrate zu wählen. Die Funktion jeder einzelnen Komponente der Lüftung muss periodisch geprüft werden. Soweit möglich und sinnvoll sollen diese Prüfungen automatisiert werden. Diese Tests und ihre Ergebnisse, welche die einwandfreie Funktion der Komponenten und der gesamten Anlage nachzuweisen haben, sind zu dokumentieren.

10.2 Inbetriebnahme der Anlage und Schulung

Bei der Inbetriebnahme sind in Gegenwart der verantwortlichen Personen des Betriebs alle Komponenten umfassenden Tests zu unterziehen und es sind alle Funktionen zu kontrollieren und zu protokollieren. Die zukünftigen Operateure sind anhand konkreter Situationen mit der Anlage vertraut zu machen und eingehend zu schulen.

Von den Operateuren wird die Beherrschung der Anlage sowohl im automatischen wie im manuellen Betrieb und beim Test der Komponenten verlangt. Um diesen Kenntnisstand zu erreichen und zu halten sind die Operateure wiederkehrend zu schulen, und der Erfahrungsaustausch ist zu fördern.

10.3 Überprüfung des Gesamtkonzeptes

Bei wesentlichen Änderungen der Randbedingungen für die Lüftung ist das System als Ganzes zu überprüfen. Als solche Änderungen gelten insbesondere neue, in der Auslegung nicht vorgesehene Betriebsweisen der Lüftung, massgebende Änderungen der Verkehrsdaten und generell neue Erkenntnisse aus Ereignissen.

11 Wartungs- und Unterhaltsarbeiten

11.1 Luftqualität im Fahrraum

Bei Wartungs- und Unterhaltsarbeiten im Tunnel sind die von der SUVA geforderten Werte der Luftqualität im Fahrraum einzuhalten. Von der Auslegung bzw. Installation einer Lüftungsanlage ausschliesslich für Wartungs- und Unterhaltsarbeiten ist abzusehen. Wo keine CO-Messgeräte eingebaut sind, kann die Lüftung während Wartungs- und Unterhaltsarbeiten aufgrund der Erfahrung betrieben werden. Bei der erstmaligen Durchführung von typischen Arbeiten empfiehlt sich die Verwendung von mobilen CO-Messgeräten.

11.2 Arbeitsumfang

Die üblichen Wartungs- und Unterhaltsarbeiten sind nach den Bestimmungen in den Betriebshandbüchern der Hersteller durchzuführen und zu dokumentieren. Abweichende Erfahrungswerte sind mit Bezug auf die Handbücher zu dokumentieren. Alle Komponenten, die sich gemäss Kap. 10.1 als sicherheitstechnisch wesentlich erweisen, sind zur Gewährleistung ihrer Funktionalität in angemessenen Intervallen zu überprüfen. Besondere Aufmerksamkeit ist jenen Lüftungskomponenten zu schenken, die im Normalbetrieb nicht eingesetzt werden.

Wesentliche Komponenten sind insbesondere:

• Detektions- und Messeinrichtungen: o Brandmeldeanlage (Rauchmelder und thermischer Linienmelder); o Temperaturmessung / Temperatursensoren; o Sichttrübungsmessung; o CO-Messung; o Strömungsmessung im Fahrraum;

• Abluftventilatoren;

• Strahlventilatoren;

• Steuerbare Abluftklappen;

• Abschluss- und Bypassklappen;

• Steuerungen/Regelungen;

• Fluchttüren.

In die Überprüfungen sind zudem die Zustandsmeldungen betreffend der Komponenten einzubeziehen (Position der Klappen, Zustand der Ventilatoren usw.).

Anhänge

I Verständigung

I.1 Abkürzungen Abkürzungen, die ausschliesslich in Anhängen verwendet werden, sind in den jeweiligen Anhängen definiert.

deutsch französisch Einheit Bedeutung ASTRA OFROU - Bundesamt für Strassen ATunnel Atunnel m2 Querschnittfläche des Tunnelfahrraums BAFU OFEV - Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft clim,CO clim,CO ppm Dimensionierungswert für CO CO CO - Kohlenmonoxid cw⋅AFront cw⋅Afront m2 Widerstandsfläche der Fahrzeuge Dh Dh m Hydraulischer Durchmesser Dh = 4⋅Querschnittfläche/Umfang DTV TJM Fz/24h Durchschnittlicher täglicher Verkehr (Summe beider Fahrrichtungen zusammen) ECO ECO m3/s Gesamte CO-Emission eLW,CO ePL,CO m3/(h,Fz) Spezifische CO-Emission eines LW eLW,T ePL,op m /(h, Fz) Spezifische Sichttrübe-Emission eines LW ePW,CO eVT,CO m3/(h, Fz) Spezifische CO-Emission eines PW ePW,T eVT,op m2/(h, Fz) Spezifische Sichttrübe-Emission eines PW Gesamte Sichttrübe-Emission GV TB - Gegenverkehr H alt m ü. M. Höhe über Meer klim,T klim,op 1/m Dimensionierungswert für die Sichttrübung im Tunnel ks ks mm Wandrauhigkeit LBrand Lincendie m Abschnitt im Brandbereich mit erhöhter Temperatur LN Décl - Längsneigung. Positive Werte bezeichnen bei Richtungsverkehr eine Bergfahrt, negative Werte eine Talfahrt LNBrand Déclincendie - massgebende Längsneigung im Abschnitt LBrand LRV OPair - Luftreinhalte-Verordnung LSV OPbruit - Lärmschutz-Verordnung LTunnel Ltunnel m Tunnellänge LW PL - Lastwagen MSV THD Fz/h Massgebender, stündlicher Verkehr NOx NOx - Stickoxid patm patm Pa Atmosphärischer Druck PW VT - Personenwagen PWE UVT - Personenwagen-Einheit Volumenstrom der Abluft durch die geöffneten Klappen QABL,min Qae,min m3/s Minimaler Volumenstrom der Abluft durch die geöffneten Klappen Volumenstrom der Frischluft QFL,CO Qaf,CO m3/s Erforderliche Frischluftmenge für CO QFL,min Qaf,min m3/s Minimale, erforderliche Frischluftmenge QFL,T Qaf,op m /s3 Erforderliche Frischluftmenge für Sichttrübe QLeck Qfuites m3/s Leckagestrom an geschlossenen Abluftklappen und an Kanälen QVentilator Qventilateur m3/s Volumenstrom an den Abluftventilatoren Volumenstrom der Zuluft

deutsch französisch Einheit Bedeutung RL Rair J/(kg.K) Gaskonstante der Luft = 286.7 J/(kg,.K) RV 1 TU 1 - Richtungsverkehr mit geringer Stauhäufigkeit RV 2 TU 2 - Richtungsverkehr mit grosser Stauhäufigkeit ST op 1/m Sichttrübung T T K Temperatur Ta Te K Referenztemperatur der Aussenluft Ti Ti K mittlere Temperatur im Tunnelfahrraum vor dem Ereignis USV ASC - Unterbrechungsfreie Stromversorgung Uninterruptible Power Supply (UPS) UVP EIE - Umweltverträglichkeitsprüfung vFz vvhc km/h Fahrzeuggeschwindigkeit vL vair m/s Geschwindigkeit der Luft im Fahrraum vLW,max vPL,max km/h Grenzgeschwindigkeit der LW je nach Längsneigung vPW vVT km/h Fahrgeschwindigkeit der PW vsig vsig km/h Signalisierte Höchstgeschwindigkeit ∆pBrand ∆pincendie Pa Auftrieb durch Brand ∆perf ∆pnéc Pa Erforderlicher Druck, von Strahlventilatoren aufzubringen ∆pFz ∆pvhc Pa Druckwirkung eines Fahrzeugs ∆pmt ∆pmt Pa Meteorologisch-thermische Druckdifferenz ∆pnat ∆pnat Pa Auf- bzw. Abtrieb durch natürliche Temperaturdifferenz ∆pReibung ∆pfrottement Pa Druckverlust an der Tunnelröhre ∆pVerkehr ∆ptrafic Pa Druckwirkung des Verkehrs ∆TBrand ∆Tincendie K Mittlere Temperaturzunahme durch die Brandwärme im Abschnitt LBrand λ λ - Koeffizient des Reibungsverlustes ρa ρe kg/m3 Dichte der Aussenluft ρBrand ρincendie kg/m 3 Dichte der Luft im Bereich des Brandes ρi ρi kg/m3 Dichte der Luft im Tunnel ζa ζs - Koeffizient des Verlustes beim Ausströmen aus dem Tunnel ζe ζe - Koeffizient des Verlustes beim Einströmen in den Tunnel

I.2 Einheiten Einheit Physikalische Grösse °C Temperatur 1/m Sichttrübung J = W⋅s Wärmeinhalt, Arbeit, Energie K Temperaturdifferenz oder absolute Temperatur Dichte m2/s Sichttrübe-Emission, Zähigkeit der Luft m3/s Volumenstrom

II Richtwerte zur Verkehrsprognose

Die erforderlichen Verkehrsdaten sind in den Kap. 5.2 und Kap. 7.1.1 beschrieben.

Sind in frühen Projektierungsphasen die Verkehrsdaten noch nicht vollständig verfügbar, können ausschliesslich für die Dimensionierung der Lüftung die in diesem Anhang angeführten Richtwerte verwendet werden. Für spätere Phasen müssen Daten aus detaillierten Verkehrsuntersuchungen vorliegen.

II.1 Verkehrsentwicklung Für eine Abschätzung der Entwicklung des Gesamtverkehrs kann die mittlere jährliche Zuwachsrate von 1.5 % verwendet werden. Der Lastwagenanteil am Gesamtverkehr kann als gleich bleibend angenommen werden.

II.2 Massgebender stündlicher Verkehr Zur Ermittlung des massgebenden stündlichen Verkehrs kann die folgende Zuordnung verwendet werden.

MSV in % Verkehrscharakter Typ Klasse des DTV Fernverkehr 1 Fernverkehr mit Pendlerverkehr 2 Klasse 1 11 Pendlerverkehr 3 Ortsverkehr 4 Regionalverkehr 5 Klasse 2 14 Freizeitverkehr 6 Klasse 3 16 Touristikverkehr* (zusätzlich zu [12]) 7 Klasse 4 18 * von und zu Ferienorten.

Abb. II.1 Zuordnung der Fahrzwecke zu Typen und Klassen nach [12, Ziffer 5] und massgebender stündlicher Verkehr je nach Fahrzweck. Die Angabe des MSV beruht auf den Angaben in [12] für die Mittelwerte der 30. Stunde.

Als Anteil der Lastwagen am MSV kann 75 % des Anteils der Lastwagen am DTV verwendet werden.

II.3 Stauhäufigkeit Bei Tunneln mit Richtungsverkehr wird aufgrund der Stauprognose zwischen Situationen mit geringer und mit grosser Stauhäufigkeit (Kap. 6.1) unterschieden. Als Richtwerte gelten die Angaben in Abbildung II.2.

pro 24 h und Fahrstreifen 20000 Personenwageneinheiten

grosse Stauhäufigkeit

15000 16'000 15'000 14'000 13'000 geringe Stauhäufigkeit

10000 Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4 Abb. II.2 Tunnel mit Richtungsverkehr: Zuordnung zu grosser bzw. geringer Stauhäufigkeit bei fehlender Stauprognose, abgeleitet nach [4]. PWE bezieht sich auf den DTV und den mittleren LW-Anteil. Die Klassen beziehen sich auf die Fahrzwecke gemäss Abbildung II.1. Mit Verflechtungen der Fahrstreifen im oder nahe dem Tunnel kann die Bereichsgrenze bis 20 % tiefer liegen. 1 LW 2 PWE.

III Emissionsberechnung

III.1 Grundlagen In Ergänzung zu den Kap. 7.1.3 und 7.1.4 sind im Folgenden die Grundlagen für die Berechnung der Emissionen von Kohlenmonoxid CO und Sichttrübe ST der Fahrzeugkategorien Personenwagen (PW) und Lastwagen (LW) angeführt. Die Emissionswerte gelten für die Dimensionierung der Tunnellüftungsanlagen. Sie basieren auf den Werten in AIPCR [16], die bis zum Jahr 2035 angegeben sind. Die Variation der Emissionswerte über das Jahr 2035 hinaus beruht auf den Angaben der Anteile der Antriebskonzepte nach dem Handbuch Emissionsfaktoren HBEFA, Version 4.2 [18].

III.2 Emissionen der Personenwagen Die Emissionsangaben für Personenwagen sind auch für Lieferwagen mit einem Gewicht bis 3.5 t anzuwenden.

III.2.1 Grundgleichungen Für die Emission eines durchschnittlichen Personenwagens ePW gilt: 𝑒𝑒𝑃𝑃𝑃𝑃,𝐶𝐶𝐶𝐶 = 𝑎𝑎𝑃𝑃𝑃𝑃,𝐵𝐵 ⋅ (𝑒𝑒0 ⋅ 𝑓𝑓𝑧𝑧 ⋅ 𝑓𝑓𝐻𝐻 )𝑃𝑃𝑃𝑃,𝐵𝐵,𝐶𝐶𝐶𝐶 + 𝑎𝑎𝑃𝑃𝑃𝑃,𝐷𝐷 ⋅ (𝑒𝑒0 ⋅ 𝑓𝑓𝑧𝑧 ⋅ 𝑓𝑓𝐻𝐻 )𝑃𝑃𝑃𝑃,𝐷𝐷,𝐶𝐶𝐶𝐶 Gl. III.1 𝑒𝑒𝑃𝑃𝑃𝑃,𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝑎𝑎𝑃𝑃𝑃𝑃,𝐵𝐵 ⋅ (𝑒𝑒0 ⋅ 𝑓𝑓𝑧𝑧 ⋅ 𝑓𝑓𝐻𝐻 )𝑃𝑃𝑃𝑃,𝐵𝐵,𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑎𝑎𝑃𝑃𝑃𝑃,𝐷𝐷 ⋅ (𝑒𝑒0 ⋅ 𝑓𝑓𝑧𝑧 ⋅ 𝑓𝑓𝐻𝐻 )𝑃𝑃𝑃𝑃,𝐷𝐷,𝑆𝑆𝑆𝑆 + 1 ⋅ 𝑞𝑞𝐴𝐴𝐴𝐴,𝑃𝑃𝑃𝑃 Gl. III.2 e0 Basiswert der motorischen Emissionen je Schadstoffkomponente und Antriebskonzept in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit und der Längsneigung in m3CO/(h,Fz) resp. m2/(h,Fz) auf 0 m ü. M. im Bezugsjahr 2018. fZ Zeitfaktor je Schadstoffkomponente getrennt nach PW B und PW D. fH Höhenfaktor je Schadstoffkomponente getrennt nach PW B und PW D. aPW,B Anteil der PW mit Benzinmotor am PW-Verkehr. aPW,D Anteil der PW mit Dieselmotor am PW-Verkehr. aPW,E Anteil der PW mit ausschliesslichem Elektro-Antrieb am PW-Verkehr. ePW,CO CO-Emission des durchschnittlichen PW in m3CO/(h,Fz). ePW,T Motorische Sichttrübe-Emission des durchschnittlichen PW in m2/(h,Fz). qAR,PW Nicht-motorische Sichttrübe-Emission in m2/(h,Fz) aus Abrieb und Aufwirbelung.

Jahr 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 aPW,B 56 51 47 41 32 22 14 8 5 aPW,D 43 46 43 36 27 18 11 6 3 aPW,E 1 3 10 23 41 60 75 86 92 Abb. III.1 Fahrleistungsbezogener Anteil der PW nach Antriebskonzept aPW,B, aPW,D, aPW,E in % am durchschnittlichen PW-Verkehr auf dem Nationalstrassennetz nach HBEFA [18]

III.2.2 CO-Emission der PW mit Benzinmotor vFz Längsneigung [km/h] -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 0 0.0049 0.0049 0.0049 0.0049 0.0049 0.0049 0.0049 10 0.0070 0.0080 0.0088 0.0100 0.0109 0.0128 0.0151 20 0.0076 0.0093 0.0114 0.0141 0.0207 0.0322 0.0456 30 0.0070 0.0084 0.0101 0.0125 0.0157 0.0208 0.0283 40 0.0075 0.0094 0.0118 0.0149 0.0203 0.0302 0.0444 50 0.0081 0.0107 0.0127 0.0166 0.0216 0.0301 0.0424 60 0.0078 0.0104 0.0121 0.0165 0.0230 0.0344 0.0539 70 0.0090 0.0121 0.0163 0.0233 0.0331 0.0549 0.0991 80 0.0113 0.0148 0.0192 0.0281 0.0452 0.0810 0.1511 90 0.0106 0.0143 0.0206 0.0324 0.0614 0.1328 0.2403 100 0.0141 0.0190 0.0287 0.0458 0.0781 0.1904 0.3779 110 0.0243 0.0302 0.0431 0.0710 0.1351 0.2966 0.7193 120 0.0429 0.0499 0.0674 0.1188 0.2362 0.5495 1.3693 130 0.0776 0.0966 0.1293 0.2151 0.4585 1.1988 2.3352

Jahr 2018 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 fZ 1.00 0.91 0.78 0.71 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69

Abb. III.3 Zeitfaktor fZ für die CO-Emission der PWB.

fH Höhe in m ü. M. Jahr ≤ 1000 1500 ≥ 2000 2018 1.0 1.5 2.0 2020 1.0 1.3 1.6 2025 und später 1.0 1.0 1.0

Abb. III.4 Höhenfaktor fH für die CO-Emission der PWB.

Die Vorbelastung mit CO der in den Tunnel einströmenden Luft kann vernachlässigt werden.

III.2.3 Sichttrübe-Emission der PW mit Benzinmotor vFz Längsneigung [km/h] -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.17 0.20 20 0.12 0.13 0.14 0.16 0.19 0.24 0.31 30 0.13 0.13 0.15 0.17 0.22 0.30 0.41 40 0.17 0.16 0.17 0.20 0.27 0.37 0.50 50 0.21 0.19 0.19 0.23 0.32 0.43 0.59 60 0.21 0.19 0.20 0.28 0.42 0.63 0.93 70 0.24 0.22 0.25 0.34 0.52 0.88 1.48 80 0.24 0.28 0.29 0.47 0.79 1.30 2.41 90 0.33 0.29 0.32 0.56 1.16 2.08 3.80 100 0.47 0.35 0.44 0.72 1.48 2.93 4.94 110 0.71 0.58 0.71 1.10 2.03 3.71 6.16 120 0.96 0.95 1.27 2.01 3.27 5.04 7.95 130 1.26 1.63 2.29 3.67 5.85 7.89 10.41

Abb. III.5 Motorische Sichttrübe-Basisemission e0 der PWB in m2/(h,Fz), Jahr 2018.

Jahr 2018 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 fZ 1.00 0.98 0.95 0.93 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92

Abb. III.6 Zeitfaktor fZ für die ST-Emission der PWB.

fH Höhe in m ü. M. Jahr alle Höhen 2018 und später 1.0

Abb. III.7 Höhenfaktor fH für die ST-Emission der PWB.

Die Vorbelastung mit Sichttrübe der in den Tunnel einströmenden Luft kann vernachlässigt werden.

Der Beitrag der nicht-motorischen Sichttrübe-Emission aus Abrieb und Aufwirbelung, qAR,PW, ist von der Fahrgeschwindigkeit abhängig. Die Werte sind für alle PW gleich und bleiben über die Zeit konstant. Die Werte gelten für Richtungsverkehr und für Gegenverkehr.

vFz [km/h] 0 10 20 30 40 50 60 qAR,PW [m2/(h,Fz)] 0 0.9 1.8 2.7 3.6 4.5 5.4

70 80 90 100 110 120 130 6.3 7.2 8.1 9.0 9.9 10.8 11.7

Abb. III.8 Nicht-motorische Sichttrübe-Emission der PW qAR,PW in m2/(h,Fz).

III.2.4 CO-Emission der PW mit Dieselmotor vFz Längsneigung [km/h] -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 0 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 10 0.0007 0.0008 0.0010 0.0012 0.0014 0.0017 0.0018 20 0.0008 0.0009 0.0012 0.0025 0.0030 0.0033 0.0038 30 0.0009 0.0011 0.0013 0.0022 0.0027 0.0032 0.0035 40 0.0009 0.0011 0.0013 0.0018 0.0025 0.0029 0.0033 50 0.0009 0.0010 0.0012 0.0017 0.0023 0.0029 0.0033 60 0.0009 0.0010 0.0011 0.0015 0.0022 0.0028 0.0032 70 0.0009 0.0010 0.0011 0.0015 0.0019 0.0026 0.0031 80 0.0008 0.0010 0.0011 0.0015 0.0019 0.0021 0.0029 90 0.0008 0.0009 0.0011 0.0013 0.0017 0.0019 0.0027 100 0.0009 0.0010 0.0011 0.0012 0.0014 0.0017 0.0024 110 0.0011 0.0011 0.0011 0.0012 0.0014 0.0016 0.0023 120 0.0012 0.0012 0.0011 0.0013 0.0016 0.0018 0.0025 130 0.0013 0.0013 0.0011 0.0012 0.0018 0.0022 0.0026

Jahr 2018 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 fZ 1.00 0.92 0.80 0.74 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72

Abb. III.10 Zeitfaktor fZ für die CO-Emission der PWD.

fH Höhe in m ü. M. Jahr alle Höhen 2018 und später 1.0

Abb. III.11 Höhenfaktor fH für die CO-Emission der PWD.

Die Vorbelastung mit CO der in den Tunnel einströmenden Luft kann vernachlässigt werden.

III.2.5 Sichttrübe-Emission der PW mit Dieselmotor vFz Längsneigung [km/h] -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 0 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 10 1.10 1.21 1.33 1.48 1.64 1.82 2.02 20 1.13 1.29 1.51 1.77 2.04 2.34 2.70 30 1.13 1.35 1.64 1.97 2.29 2.69 3.11 40 1.17 1.44 1.84 2.32 2.83 3.42 3.95 50 1.22 1.54 2.04 2.67 3.37 4.16 4.79 60 1.27 1.61 2.11 2.82 3.75 4.87 5.95 70 1.29 1.76 2.46 3.23 4.25 5.31 7.04 80 1.30 1.89 2.76 3.81 5.34 6.56 8.58 90 1.53 2.22 3.23 4.56 6.52 8.22 9.70 100 2.00 2.63 3.75 5.64 7.64 9.38 10.65 110 2.70 3.52 4.66 6.57 8.88 10.48 11.68 120 3.45 4.60 6.26 7.95 9.65 11.21 12.47 130 4.33 6.25 8.15 9.90 11.11 12.61 14.06

Abb. III.12 Motorische Sichttrübe-Basisemission e0 der PWD in m2/(h,Fz), Jahr 2018.

Jahr 2018 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 fZ 1.00 0.76 0.44 0.33 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31

Abb. III.13 Zeitfaktor fZ für die motorische Sichttrübe-Basisemission der PWD.

fH Höhe in m ü. M. Jahr alle Höhen 2018 und später 1.0

Abb. III.14 Höhenfaktor fH für die Sichttrübe-Emission der PWD.

Die Vorbelastung mit Sichttrübe der in den Tunnel einströmenden Luft kann vernachlässigt werden.

Die nicht-motorische Sichttrübe-Emission aus Abrieb und Aufwirbelung, qAR,PW, ist für PW mit Dieselmotor, für PW mit Benzinmotor und PW mit Elektromotor gleich. Die Werte sind der Abbildung III.8 zu entnehmen.

III.3 Emissionen der Lastwagen Die Angaben für die Emissionen der Lastwagen gelten für Fahrzeuge mit einem Gesamtgewicht > 3.5 t.

III.3.1 Grundgleichungen Die CO- und ST-Emission eines Lastwagens sind zu berechnen nach: 𝑒𝑒L𝑊𝑊,𝐶𝐶𝐶𝐶 = 𝑎𝑎L𝑊𝑊,D ⋅ (𝑒𝑒0 ⋅ 𝑓𝑓𝑧𝑧 ⋅ 𝑓𝑓𝐻𝐻 ⋅ 𝑓𝑓𝑀𝑀 )L𝑊𝑊,𝐶𝐶𝐶𝐶 Gl. III.3 𝑒𝑒𝐿𝐿𝐿𝐿,𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝑎𝑎L𝑊𝑊,D ⋅ (𝑒𝑒0 ⋅ 𝑓𝑓𝑧𝑧 ⋅ 𝑓𝑓𝐻𝐻 ⋅ 𝑓𝑓𝑀𝑀 )L𝑊𝑊,𝑆𝑆𝑆𝑆 + 1 ⋅ 𝑞𝑞AR,L𝑊𝑊 Gl. III.4

e0 Basiswert der motorischen Emissionen je Schadstoffkomponente in m3CO/(h,Fz) resp. m2/(h,Fz) in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Längsneigung auf 0 m ü.M. bei einer Fahrzeugmasse von 23 t im Bezugsjahr 2018. aLW,D Anteil der LW mit Dieselmotor am LW-Verkehr. aLW,E Anteil der LW mit Elektromotor am LW-Verkehr. fZ Zeitfaktor je Schadstoffkomponente. fH Höhenfaktor je Schadstoffkomponente. fM Massefaktor je Schadstoffkomponente. eLW,CO CO-Emission eines LW in m3CO/(h,Fz). eLW,ST Sichttrübe-Emission eines LW in m2/(h,Fz). qAR,LW Nicht-motorische Sichttrübe-Emission in m2/(h,Fz) aus Abrieb und Aufwirbelung.

Jahr 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 aLW,D 100 99 96 92 89 85 80 71 54 aLW,E 0 1 4 8 11 15 20 29 46

Abb. III.15 Fahrleistungsbezogener Anteil der LW nach Antriebskonzept aLW,D, aLW,E in % am durchschnittlichen LW-Verkehr auf dem Nationalstrassennetz nach HBEFA [18]

III.3.2 CO-Emission der LW vFz Längsneigung [km/h] -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 0 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 10 0.0106 0.0128 0.0157 0.0191 0.0221 0.0255 0.0284 20 0.0091 0.0104 0.0162 0.0202 0.0239 0.0278 0.0320 30 0.0079 0.0092 0.0166 0.0217 0.0278 0.0343 0.0384 40 0.0053 0.0079 0.0171 0.0245 0.0339 0.0437 0.0500 50 0.0037 0.0056 0.0175 0.0267 0.0393 0.0516 0.0589 60 0.0032 0.0056 0.0180 0.0317 0.0484 0.0566 0.0616 70 0.0033 0.0055 0.0184 0.0367 0.0574 0.0616 0.0642 80 0.0033 0.0055 0.0189 0.0416 0.0666 0.0702 0.0697 90 0.0033 0.0055 0.0202 0.0427 0.0688 0.0755 0.0749 100 0.0033 0.0055 0.0202 0.0450 0.0710 0.0806 0.0800

Jahr 2018 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 fZ 1.00 0.89 0.76 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72

Abb. III.17 Zeitfaktor fZ für die CO-Basisemission der LW.

fH Höhe in m ü. M. Jahr alle Höhen 2018 und später 1.0

Abb. III.18 Höhenfaktor fH für die CO-Emission der LW.

Masse [t] ≤12 15 23 28 32 fM 0.875 0.9 1.0 1.1 1.2

Abb. III.19 Massefaktor fM für die CO-Emission der LW

Die Vorbelastung mit CO der in den Tunnel einströmenden Luft kann vernachlässigt werden.

III.3.3 Sichttrübe-Emission der LW vFz Längsneigung [km/h] -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 0 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 10 4.3 4.9 5.6 6.3 7.1 7.9 8.6 20 3.7 4.3 5.6 6.5 7.4 8.5 9.6 30 3.5 4.1 5.6 6.8 8.4 9.9 11.3 40 3.3 3.9 5.8 8.0 10.5 12.9 15.0 50 3.1 3.7 5.8 8.6 11.9 14.9 17.5 60 3.1 3.7 6.0 9.3 14.3 19.3 22.6 70 3.1 3.8 6.3 10.1 16.7 23.6 27.7 80 3.3 3.7 6.6 12.3 19.4 28.0 32.8 90 3.5 3.9 6.6 14.4 21.7 28.5 33.1 100 3.5 3.9 6.8 15.0 23.0 29.4 33.3

Abb. III.20 Motorische Sichttrübe-Basisemission e0 der LW in m2/(h,Fz), Jahr 2018.

Jahr 2018 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 fZ 1.00 0.96 0.92 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91

Abb. III.21 Zeitfaktor fZ für die motorische Sichttrübe-Emission der LW.

fH Höhe in m ü. M. Jahr alle Höhen 2018 und später 1.0

Abb. III.22 Höhenfaktor fH für die motorische Sichttrübe-Emission der LW.

Masse [t] ≤12 15 23 28 32 fM 0.875 0.9 1.0 1.1 1.2

Abb. III.23 Massefaktor fM für die motorische Sichttrübe-Emission der LW.

Die Vorbelastung mit Sichttrübe der in den Tunnel einströmenden Luft kann vernachlässigt werden.

Die nicht-motorische Sichttrübe-Emission aus Abrieb und Aufwirbelung, qAR,LW, ist von der Fahrgeschwindigkeit abhängig. Die Werte bleiben über die Zeit konstant.

60 70 80 90 100 27.0 31.5 36.0 40.5 45.0

Abb. III.24 Nicht-motorische Sichttrübe-Emission der LW.

Die nicht-motorische Sichttrübe-Emission aus Abrieb und Aufwirbelung, qAR,LW, ist für LW mit Elektromotor und für LW mit Dieselmotor gleich.

III.4 Zeitliche Entwicklung der Basisemissionen Die Abbildungen III.25 bis III.28 zeigen die zeitliche Entwicklung der CO- und der gesamten Sichttrübe-Emissionen bei einer Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h bei ebener Fahrbahn auf einer Höhe bis 700 m ü. M.; hellgrau: Werte bis Version 2.03, schwarz: neue Werte Die nicht-motorische Sichttrübe-Emission aus Abrieb und Aufwirbelung, qAR,LW, bleibt unverändert und ist für Fz mit Elektromotor und für LW mit Benzin- bzw. Dieselmotor gleich. Die Werte in den Abbildungen III.25 bis III.28 sind informativ; für die Lüftungsberechnungen sind die Werte in den Abbildungen III.1 bis III.24 zu verwenden. 0.4 0.363

0.3

0.2 0.153

0.1 0.062 0.029 0.021 0.017 0.015 0.012 0.010 0.008 0.007 0.004 0.003 0.002 0.001 0.0 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 0.015 0.015

0.012

0.010 0.010 0.008

0.007

0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0.000 2020 2030 2040 2050 2060 Abb. III.25 Entwicklung der CO-Emission eines durchschnittlichen PW. 10 9.45 8.90 8.71 8.54 8.52 8.51 e PW,ST in m /(h,Fz)

8.19 8.21 7.95 8 7.81 7.66 7.51 7.39 7.31 7.26 7.20 7.20

qAR,PW 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060

8.71

8.21 7.95 8 7.81 7.66 7.51 7.39 7.31 7.26 7.20 qAR,PW 2020 2030 2040 2050 2060 Abb. III.26 Entwicklung der Sichttrübe-Emission eines durchschnittlichen PW.

0.4 0.334

0.3 0.236

0.2 0.141

0.1 0.074 0.038 0.030 0.035 0.029 0.027 0.026 0.025 0.024 0.022 0.020 0.015 0.0 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060

0.04 0.035

0.03 0.029 0.027 0.026 0.025 0.024 0.022 0.020 0.02 0.015

0.01

0.00 2020 2030 2040 2050 2060 Abb. III.27 Entwicklung der CO-Emission eines LW mit 18 t.

300 279

200 179

100 68 56.1 46.9 46.4 46.0 45.5 45.2 44.8 44.3 43.4 41.6 36.0 qAR,LW 36.0 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 50 46.9 46.4 46.0 45.5 45.2 44.8 44.3 43.4 41.6

36.0 qAR,LW 2020 2030 2040 2050 2060 Abb. III.28 Entwicklung der Sichttrübe-Emission eines LW mit 18 t.

IV Strahlventilatoren

IV.1 Allgemeines Bei der Festlegung des Ventilatortyps sind die Platzverhältnisse im Tunnel sowie weitere Einflussgrössen wie Kabellängen, Wartung, vorhandene Ventilatoren zu berücksichtigen.

Die Bestimmung der Anzahl Strahlventilatoren nSV erfolgt nach: ∆perf nsv = Gl. IV.1 ∆psv mit: ρ L ⋅ ( v Str − v L ) ⋅ QSV ⋅ηE ⋅ηSchub Schub ∆psv = = [Pa] Gl. IV.2 ATunnel ATunnel

∆perf Erforderlicher Druck in Pa zur Erreichung der geforderten Längsströmung vL. ∆pSV Von 1 Strahlventilator erzeugte Druckdifferenz in Pa. ρL Dichte der Luft in kg/m3. vStr Strahlgeschwindigkeit nach dem Ventilator in m/s. vL Mittlere Luftgeschwindigkeit im Fahrraum in m/s. QSV Volumenstrom durch den Strahlventilator in m3/s. ηE Einbauwirkungsgrad. ηSchub Schubwirkungsgrad (= Standschub / (ρL vStr QSV)). • •

ATunnel Querschnitt des Tunnelfahrraums in m2.

IV.2 Ventilatordaten Für eine Abschätzung der erforderlichen Anzahl Strahlventilatoren können die folgenden typischen Kenndaten von Strahlventilatoren verwendet werden. Die tatsächlichen Werte variieren je nach Hersteller. Die definitive Anzahl der Strahlventilatoren muss daher immer aufgrund der gültigen Herstellerangaben bestimmt werden.

Laufraddurchmesser vStr QSV ΔpSV in [Pa] 630 40 12 8.8 7.9 7.5 1‘000 33 23 14.1 12.3 11.7 1‘250 33 40 24.5 21.4 20.4 * Blasrichtung der Ventilatoren entgegen der Strömungsrichtung im Fahrraum von Tunneln mit grosser Längsneigung zum Abbremsen der Strömung bei Lüftungssystemen mit Absaugung.

Abb. IV.1 Typische Kenndaten von ausgewählten Strahlventilatoren:

IV.3 Anordnung Die Anordnung der Strahlventilatoren muss mit der Lage von in den Tunnelquerschnitt hineinragenden Elementen und der Lage von Notausgängen abgestimmt werden. In Längsrichtung ist von einem Mindestabstand zwischen Strahlventilatoren von 100 m sowie zwischen Strahlventilatoren und Tunnelportal von 80 m auszugehen. Falls eine Ventilatorgruppe ausschliesslich tunneleinwärts betrieben wird, kann deren Abstand zum Portal bis auf 10 m reduziert werden. Ventilatornischen können mit vertikalen Wänden begrenzt werden, falls Strahlablenker eingesetzt werden. Die Strömungs- und Wirkungsgradverluste sind zu berücksichtigen.

Über den Fahrstreifen montierte Ventilatoren müssen einen Sicherheitsabstand vom Lichtraumprofil 1 von 30 cm aufweisen. Der Deckenabstand des Gehäuses von Strahlventilatoren soll mindestens 30 cm betragen. Seitlich neben dem verkehrstechnischen Nutzraum angeordnete Strahlventilatoren sind bei neuen Anlagen zu vermeiden. Falls bei einer Nachrüstung einer bestehenden Anlage eine seitliche Anordnung erforderlich wird, muss der Abstand vom verkehrstechnischen Nutzraum mindestens 60 cm betragen.

Die Auslegung der Strahlventilatoren erfolgt nach Kap. 7.1 und Kap. 7.2.

In der Regel 4.80 m über der Fahrbahn.

V Hinweise zu Komponenten (Checkliste)

Komponente Anforderungen Hinweise Zu- und Abluftventila- Auslegung Q/∆p für alle Betriebszustände Ungünstigsten Betriebspunkt mit je ± 10 % toren (Ventilator, Mo- mit Sicherheitsabstand zur Ablösegrenze auf ∆p und Q sowie instationäres Anfahrtor, Antrieb inkl. La- verhalten berücksichtigen ger) Temperaturbeständigkeit evtl. Brandfall massgebend, siehe Kap. 8.3 Zugänglichkeit für Wartung und Ersatz [11], 8.10.2 Lärmemissionen / Schalldämpfer Anforderungen LSV [1] resp. UVP beachten Temperaturüberwachung Motor Schwingungsüberwachung (Strömungsab- Strömungsablösungen möglichst weitgelösung) hend vermeiden Luftdichtheit der Anschlüsse Brandfall beachten Energie- und Steuerkabel wo erforderlich hitzegeschützt Strahlventilatoren Sichere Anordnung, Abstände einhalten, Bei Anordnung in seitlichen Nischen Absturzsicherung Schutzmassnahmen treffen Lärmemissionen / Schalldämpfer Anforderungen LSV [1] resp. UVP beachten Schwingungsdämpfung Korrosionsschutz Zu- und Abluftkanäle Begehbarkeit Kap. 7.2.4.3 Luftdichtheit Leckage in Auslegung berücksichtigen, Dichtheit periodisch prüfen (ev. automatisiert durch normierte Strömungsmessung im Kanal) Wasserdichtheit untenliegender Kanäle Periodisch prüfen Aerodynamische Ausgestaltung, vor allem der Umlenkungen Zwischendecke: Statik und Temperatur- Einbau von Abluftklappen beachten festigkeit Zuluftöffnungen gegen Einstellbarkeit (nicht ferngesteuert) Fahrraum Zugänglichkeit Abluftklappen Stromlos in aktueller Stellung bleibend Luftdichtheit Leckage in Auslegung berücksichtigen. Dichtheit periodisch prüfen Antrieb und Elektrokabel hitzegeschützt Durch Anordnung z.B. im Zuluftkanal oder thermisch isoliert. (siehe Kapitel 8 Ausstattung) Automatisierte Funktionsprüfung Abschlussklappen Alle Zu- und Abluftventilatoren mit Ab- Zustand überwachen schlussklappen Automatisierte Funktionsprüfung Aussenluftansaugung Effektive Luftgeschwindigkeit nicht zu max. ca. 2 m/s gross Schneeausfallraum Schutzgitter bei der Luftfassung Schalldämmung LSV [1] resp. UVP beachten

Komponente Anforderungen Hinweise Abluftkamin Ausbreitungssituation beim Standort prü- LRV [2] und LSV [1] resp. UVP beachten (Immissionsschutz-ka- fen; Mindestabstand zu Portalen 50 m min, Rauchauslass) Austrittsgeschwindigkeit 7 – 18 m/s Teillastbetrieb beachten

Immissionsschutzkamin LRV [2] bzw. UVP beachten (Betrieb>200 h/Jahr): Bauhöhe mindestens 10 m über Terrain oder 3 m über Baumwipfel Rauchauslass (Betrieb < 200 h/Jahr): 3 m über Terrain genügend bei ausreichendem Abstand zu Gebäuden (ca. 50 m)

VI Angaben zur Optimierung der Auslegung

VI.1 Allgemeines Die Investitions- und Betriebskosten bilden ein wesentliches Beurteilungskriterium für verschiedene Lösungen. Die diesbezüglichen Berechnungen können einheitlich nach den im Folgenden beschriebenen Regeln erfolgen. Technische und insbesondere bauliche Investitionen sind langfristiger Natur. Es ist daher mittels Verzinsung und Diskontierung zu berücksichtigen, dass die Kosten einer Investition zu unterschiedlichen Zeitpunkten anfallen. Dies erfolgt mittels Investitionsrechnung (z.B. mit der Annuitätenmethode). Dabei werden die Investitionskosten durch Multiplikation mit dem Annuitätsfaktor in über die Nutzungszeit gleichbleibende jährliche Raten umgerechnet. Jährlich anfallende Kosten JK können direkt übernommen werden, wenn sie konstant sind. Andernfalls sind Mittelwerte über die Nutzungszeit zu berechnen. Generell ist mit Realwerten zu rechnen. Die vergleichbaren Gesamtkosten sind: GK Mittlere jährliche Gesamtkosten. KK Mittlere jährliche Kapitalkosten. JK Mittlere jährliche Kosten.

Die aktuellen Randbedingungen für Wirtschaftlichkeitsberechnungen werden vom Bundesamt für Strassen und vom Bundesamt für Energie periodisch publiziert. Nachfolgend werden die 1999 gültigen Randbedingungen genannt.

Allgemeine Hinweise zur Projektierung von Kunstbauten finden sich in der ASTRA- Richtlinie‚ Projektierung und Ausführung von Kunstbauten der Nationalstrassen [3].

VI.2 Amortisation des Kapitaleinsatzes Unter der Annahme nachschüssiger Zahlungen und eines gleich bleibenden Kapitalzinssatzes über die ganze Nutzungsdauer resp. Betrachtungsperiode gilt:

(1 + p )n ⋅ p (1 + p )n − 1 KK Mittlere jährliche Kapitalkosten über n in Fr./a IK0 Investitionskosten (im Zeitpunkt 0) in Fr. a Annuitätsfaktor p Kalkulatorischer Kapital-Jahreszinssatz (Realzinssatz) n Nutzungsdauer resp. Betrachtungsperiode in Jahren

n in Jahren 15 20 25 30 35 40 50 80 a 0.084 0.067 0.057 0.051 0.047 0.043 0.039 0.033

Abb. VI.1 Annuitätsfaktoren bei p = 3 % (Beispiel, andere Werte nach Gl. VI.2).

VI.3 Mittlere Kosten Unter der Annahme konstanter jährlicher Teuerungsraten gilt:

JK Mittlere jährliche Kosten JK1 Kosten im ersten Jahr mK Mittelwertfaktor für die Kosten

Die Mittelwertfaktoren können für jährlich gleichmässig ansteigende nachschüssige Zahlungen wie folgt berechnet werden: n ⎛1+t ⎞ ⎜⎜ ⎟ −1 1 ⎝ 1 + p ⎠⎟ p 1+ p ⎛1+t ⎞ 1 ⎜⎜ ⎟⎟ − 1 1 − ⎝1 + p ⎠ (1 + p ) n

n t 1+t 1 1− (1 + t ) n

m Mittelwertfaktor t Jährliche Teuerung der Kosten p kalkulatorischer Jahres-Zinssatz (Realzinssatz) n Nutzungsdauer resp. Betrachtungsperiode in Jahren

n in Jahren 15 20 25 30 35 40 50 80 m 1.14 1.19 1.24 1.29 1.35 1.40 1.50 1.79

Abb. VI.2 Mittelwertfaktoren bei p = 3 % und t = 2 % (Bsp., andere Werte nach Gleichung VI.4 bzw. VI.5)

VI.4 Nutzungsdauer resp. Betrachtungsperiode Für allgemeine Wirtschaftlichkeitsberechnungen kann von den folgenden Nutzungsdauern ausgegangen werden:

• Elektronik 10 - 15 Jahre.

• Elektrik und Mechanik 20 - 25 Jahre.

• Bau 50 - 80 Jahre.

Für detailliertere Wirtschaftlichkeitsberechnungen enthält die Abbildung VI.3 Beispiele zur Nutzungsdauer und zu den Unterhaltskosten verschiedener Komponenten.

Nutzungsdauer Unterhaltskosten Komponente ND UK [Jahre] [% von IK0] Tunnelbau 80 1 Bau Stahlbeton 80 1 Konventionelle Bauten 80 1 Allgemein 25 4 Luftdurchlässe Zuluft in Tunnel 25 6 Abluft aus Tunnel 25 8 Aus Metall Zwischendecke in Stahlbe- 40 6 Lüftungskanäle ton 60 6 andere Bauwerke in Stahlbe- 80 6 ton Abschlussklappen 25 4 Lüftungsklappen Ferngesteuerte Absaugklap- 25 8 pen Elektrisch 20 1 Motoren Diesel 20 4 Schalldämpfer 25 1 Umlenkbleche 25 1 Raumlüftung 15 4 Ventilatoren Strahlventilatoren 20 5 Axialventilatoren 30 4 Regelung 10 5 Messeinrichtung, Detektion 15 5 Elektroinstallationen Frequenzumformer 15 2 Transformatoren 30 2 Verkabelung 25 1

Abb. VI.3 Beispiele für die Nutzungsdauer und die jährlichen Unterhaltskosten.

VI.5 Kapitalzins und Teuerung Für Wirtschaftlichkeitsberechnungen kann für das langjährige Mittel ein Realzinssatz von p = 3 % und eine Teuerung von t = 2 % angenommen werden.

VI.6 Energiepreise Die Energiepreise setzen sich zusammen aus einem Grundpreis und einem kalkulatorischen Zuschlag zur Berücksichtigung von externen Kosten. Für Wirtschaftlichkeitsrechnungen sind die Strompreise gemäss Abbildung VI.4 zu verwenden.

Energieträger Grundpreis Zuschlag Heutiger Gesamtpreis Elektrizität HT 20 Rp./kWh 5 Rp./kWh 25 Rp./kWh NT 10 Rp./kWh 5 Rp./kWh 15 Rp./kWh Mittel 15 Rp./kWh 5 Rp./kWh 20 Rp./kWh

Abb. VI.4 Energiepreise mit kalkulatorischen Energiepreiszuschlägen (Stand 2007).

Bei der Angabe von zu erwartenden Energiekosten sind die mutmasslichen Tarife des Energielieferanten zu verwenden. Dabei ist neben dem Arbeitspreis pro kWh auch der Leistungspreis pro kW zu berücksichtigen.

VI.7 Erforderliche Angaben Die Berechnungen zu den Investitions- und Betriebskosten müssen unter Verwendung der oben stehenden Grundlagen nachvollziehbar dargestellt werden. Es sind insbesondere die folgenden Angaben erforderlich:

Investitionskosten

• Realzinssatz p und Nutzungsdauer n;

• Investitionskosten IK0 mit definiertem Preisstand;

• Mittlere jährliche Kapitalkosten KK. Betriebs- und Unterhaltskosten

• Heutige Energiepreise (Grundpreis, Zuschlag);

• Realzinssatz p, Teuerung t und Nutzungsdauer n;

• Kosten JK1 im ersten Betriebsjahr;

• Mittlere jährliche Betriebs- und Unterhaltskosten JK.

Die Investitionsrechnung ist für die Gesamtkosten (Lüftung, Bauliche Anlagen, Betriebs- und Sicherheitsausrüstungen) zu optimieren.

VII Leckage

VII.1 Richtwerte Der Einbezug von Leckagen zwischen der Absaugstelle und den Abluftventilatoren bezweckt die Vermeidung einer Unterdimensionierung der Abluftventilatoren. Aufgrund des heutigen Kenntnisstandes kann bei der Auslegung der Lüftungsanlage als Richtwerte für die Leckage von den folgenden Werten ausgegangen werden. ∆p bezeichnet dabei die lokale Druckdifferenz zwischen Fahrraum und Kanal.

Leckagemenge am Bauwerk pro Laufmeter Kanal:

q Leck ,Bau = ⋅ ∆p ⎢ ⎥ Gl. VII.1 10' 000 ⎣ m ⎦

Leckagemenge durch geschlossene Klappen pro Fläche innerhalb Klappenrahmen:

qLeck ,Klappe = ⋅ ∆p ⎢ 2 ⎥ Gl. VII.2 1' 000 ⎣ m ⎦

Die Richtwerte berücksichtigen eine gewisse Alterung der Anlage. Werksneue Abluftklappen haben deutlich tiefere Leckagewerte aufzuweisen.

VII.2 Nomogramm zur Abschätzung der Leckagemenge Die Angaben im Nomogramm sind gültig für:

• homogene Kanaleigenschaften über die gesamte Länge;

• Klappenabstand 100 m;

• Klappenfläche 4.4 m2; p1 bezeichnet den Druck am Kanalanfang auf der Seite des Ventilators. Der Druck im Fahrraum wurde konstant angenommen. Das Nomogramm kann sinngemäss für zweiseitige Absaugung verwendet werden.

70 -4000 Pa -3000 Pa Gesamtleckage QLeck in m3/s

60 -2500 Pa QLeck -2000 Pa

50 LK -1500 Pa

-1000 Pa

0 1000 2000 3000 4000 Kanallänge L K in m

Abb. VII.1 Nomogramm zur Abschätzung der Leckagemenge in den Abluftkanal.

Glossar

Begriff Bedeutung Abluft Schadstoffbelastete Luft aus dem Tunnelfahrraum. air extrait, air vicié Abluftklape Steuerbare Klappe, über die schadstoffbelastete Luft und Brandrauch aus dem clapet de ventilation Fahrraum abgesaugt wird. Abrieb Abrieb von Reifen, Strassenbelag, Bremsen und Kupplungen. abrasion Aufwirbelung Anteil der Partikelbelastung der Luft, der durch Wiederaufwirbelung abgelagerresuspension ter Teilchen entsteht. Aussenluft Luft in der Umgebung des Tunnels. Die Vorbelastung der Aussenluft durch CO air extérieur und Sichttrübe ist im Allgemeinen für die Belange der Tunnellüftung vernachlässigbar. Branddauer Zeitspanne zwischen Brandausbruch und Brandende. incendie (durée d’) Brandentwicklungszeit Zeitspanne zwischen Brandausbruch und Vollbrand. incendie (durée de développement de l’) Brandleistung nominal Bezeichnung des Dimensionierungsbrandes. incendie (puissance nominale d’) Detektionszeit Dauer zwischen Ereignis und Alarmierung. détection (temps de) Durchschnittlicher, täglicher Ver- Anzahl der motorisierten Fahrzeuge an einem Strassenquerschnitt in einem kehr (DTV) Jahr dividiert durch 365 Tage. trafic journalier moyen (TJM) Ereignisfall Störung im Verkehrsfluss mit akuter Gefährdung der Verkehrsteilnehmer. incident EUREKA-Versuche Versuchsreihe zur Bestimmung des Brandverhaltens von Fahrzeugen [20] essais EUREKA Fahrraum Tunnelraum begrenzt durch Strasse, Decke und Wände. espace de circulation Fluchtgeschwindigkeit Fortbewegungsgeschwindigkeit einer zu Fuss flüchtenden Personen, typischer vitesse de fuite Wert: 5 km/h ≈ 1.5 m/s. Fluchtwegdistanz Länge des Weges vom Unfallort bis zur nächsten ausreichend geschützten distance de fuite Stelle bei ungünstigster Lage des Ereignisortes, z.B. Abstand zwischen Querverbindungen. Frischluft Aussenluft, die zur Einhaltung der geforderten CO-Konzentration und Sichttrüair frais bung in einem bestimmten Tunnelabschnitt erforderlich ist. Die Frischluft kann als Zuluft, Aussenluft (durch das Portal) oder als Anteil von vorbelasteter Luft in den Abschnitt eingebracht werden. Frischluftbedarf Erforderlicher Frischluftvolumenstrom zur Einhaltung der Dimensionierungsair frais (besoin d’) werte für die Luftqualität im Tunnel. Halbquer-/Querlüftung Das System der Halbquer-/Querlüftung ist nicht mehr zulässig (Kap. 3.4.3). ventilation semi-transversale/- transversale

Halbquerlüftung Lüftungsbetrieb mit längenverteilter Zulufteinblasung auf Strassenniveau. Die ventilation semi-transversale Luft strömt durch den Fahrraum ab (Kap. 3.4.3). Längslüftung Lüftungsbetrieb zur Frischluftversorgung der Tunnelröhre durch den Fahrraum, ventilation longitudinale in der Regel von Portal zu Portal. Lastwagen Bezeichnung des mittleren Fahrzeugs aus der Gruppe der schweren Nutzfahrpoids lourd zeuge zur Berechnung der Emissionen. Luftgeschwindigkeit Geschwindigkeit der Längsströmung im Tunnelquerschnitt. vitesse de l’air Massgebender, stündlicher Ver- Stündlicher Verkehr pro Querschnitt, der während 30 Stunden im Jahr überkehr (MSV) schritten wird. trafic horaire déterminant (THD) Natürliche Lüftung Frischluftversorgung der Tunnelröhre durch die Wirkung des Verkehrs und ventilation naturelle durch Portaldruckdifferenzen.

Begriff Bedeutung Personenwagen Bezeichnung des mittleren Fahrzeugs aus den Gruppen der Personenwagen voiture de tourisme und Lieferwagen zur Berechnung der Emissionen. Querlüftung Lüftungsbetrieb, bei dem gleichzeitig und längenverteilt Zuluft und Abluft gefahventilation transversale ren wird (Kap. 3.4.3). Querverbindung Verbindung zwischen zwei Tunnelröhren oder zwischen einer Tunnelröhre und liaison transversale einem Sicherheitsstollen. Rezirkulation Rückführung von befrachteter Luft in die zweite Tunnelröhre. recirculation Selbstrettungsphase Zeitspanne vom Ereignis bis zum Eintreffen der Rettungsmannschaft. autosauvetage (phase d’) Sichttrübe Summe aller Stoffe, welche die Sichttrübung bewirkt. matière opacifiante Sichttrübung Trübung der Sicht durch feine Partikel oder Rauch. opacité Tunnelabschnitt Abschnitt des Tunnels mit gleichen geometrischen Dimensionen. tronçon de tunnel Tunnelquerschnitt Aerodynamischer Gesamtquerschnitt des Fahrraums. section du tunnel Zuluft Aussenluft, die kontrolliert in den Tunnelfahrraum eingeblasen wird. apport d‘air frais, air entrant

Literaturverzeichnis Verordnungen [1] Schweizerische Eidgenossenschaft (1986), «Lärmschutz-Verordnung (LSV)», SR 814.41, www.admin.ch. [2] Schweizerische Eidgenossenschaft (1985), «Luftreinhalte-Verordnung (LRV)», SR 814.318.142.1, www.admin.ch.

Weisungen, Richtlinien und Fachhandbücher des ASTRA [3] Bundesamt für Strassen ASTRA, «Projektierung und Ausführung von Kunstbauten der Nationalstrassen», Richtlinie ASTRA 12001, www.astra.admin.ch. [4] Bundesamt für Strassen ASTRA, «Lüftung der Sicherheitsstollen von Strassentunneln», Richtlinie ASTRA 13002, www.astra.admin.ch. [5] Bundesamt für Strassen ASTRA, «Branddetektion in Strassentunneln», Richtlinie ASTRA 13004, www.astra.admin.ch. [6] Bundesamt für Strassen ASTRA, «Videoanlagen», Richtlinie ASTRA 13005, www.astra.admin.ch. [7] Bundesamt für Strassen ASTRA, «Signalisation der Sicherheitseinrichtungen in Strassentunneln», Richtlinie ASTRA 13010, www.astra.admin.ch. [8] Bundesamt für Strassen ASTRA, Fachhandbuch BSA, 23 001 [9] Bundesamt für Strassen ASTRA, Fachhandbuch T/G, 24 001

Normen [10] Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein SIA (2004), «Projektierung Tunnel – Grundlagen», Norm SIA 197. [11] Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein SIA (2004), «Projektierung Tunnel – Strassentunnel», Norm SIA 197/2. [12] Schweizerischer Verband der Strassen- und Verkehrsfachleute VSS (1998), «Massgebender Ver- [13] SUVA Grenzwerttabelle 2022, www.suva.ch/grenzwerte

Dokumentation / Berichte [14] Association mondiale de la route AIPCR (1996), «Tunnels routiers: Émissions, ventilation, environnement», ISBN 2-84060-034-X, réf. AIPCR 05.02.B, www.piarc.org. [15] Association mondiale de la route AIPCR (2004), «Tunnels routiers: Émissions des véhicules et besoin en air pour la ventilation», ISBN 2-84060-177-X, réf. AIPCR 05.14.B. [16] Association mondiale de la route AIPCR (2019), «Tunnels routiers: Émissions des véhicules et besoin en air pour la ventilation», ISBN 978-2-84060-500-3 [17] Association mondiale de la route AIPCR (1999), «Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers», ISBN 2-84060-064-1, réf. AIPCR 05.05.B. [18] Bundesamt für Umwelt BAFU (2022), «Handbuch Emissionsfaktoren des Strassenverkehrs HBEFA», Version 4.2. [19] Federal Highway Administration (November 1995), «Memorial Tunnel Fire Ventilation Test Program». [20] Studiengesellschaft Stahlanwendung (Juli 1998), «Brände in Verkehrstunneln», Projekt 145.2 (EUREKA-Versuche), Düsseldorf.

Auflistung der Änderungen

Ausgabe Version Datum Änderungen

2021 3.01 25.06.2022 • Publikation der französischen Version.

• Abb. III.1: Korrektur bei Jahr 2060.

• Abb. III.8: Ergänzung mit 130 km/h.

• Gl. III.3 und 4: Korrektur.

• Abb. III.19 und 23: ergänzt mit Wert für 12 t.

• Abb. III.1, Abb. III.15, Kap. III.4 Anpassung gemäss HBEFA V4.2 (inkl. Literaturverzeichnis). 2021 3.00 06.12.2021 • Kap. 7.1.1: Hinweis Stauprognose.

• Kap. 7.1.1: 1 LW fest 2 PWE zugewiesen.

• Kap. 7.1.2: Aussagen zu NOx gelöscht. Dimensionierungswert für CO.

• Kap. 7.1.5: Mindestanforderung 5 Pa pro Tunnel-km eingefügt.

• Kap. 7.4.1: Verweis auf HBEFA eingefügt.

• Kap. 8: Ergänzung Fachhandbücher.

• Anhang III: Erweiterung der Angaben zur Emissionsberechnung bis ins Jahr 2060.

• Literaturverzeichnis. 2008 2.03 28.05.2014 • Publikation der französischen Version.

• Formelle Anpassungen im Literaturverzeichnis. 2008 2.02 15.10.2012 • §7.2.4.1:“…Mindestanforderungen müssen bei zweiröhrigen Tunneln für jede Röhre einzeln und gleichzeitig erfüllt werden können.“

• Formelle Anpassungen im Kap. IV.3 und Literaturverzeichnis. 2008 2.01 17.06.2009 Formelle Anpassungen im Kap.1.2. Werte in der Abbildung 6.4. 2008 2.00 01.06.2008 Inkrafttreten Ausgabe 2008. Einbindung des Inhalts von Anhang VII in den Richtlinientext. Ergänzende textliche Präzisierungen. Abstimmungen mit SIA 197/2 (Fluchtwege). Anforderungen bei Ausfällen und Betriebsunterbrüchen (Kap. 7.3). 2004 1.2 31.07.2006 Inkrafttreten Ausgabe 2004. Anhang VII: Präzisierungen. Absaugmenge, Leckagemengen, Unterdruck im Kanal, natürlicher Auftrieb. 2004 1.1 21.12.2004 Entwurf.