含義
本意是中醫上的詞語,指的是使血管中堵塞的地方通暢,血液運行正常。現在隱義為指身體的各個部位有不通暢的地方疏通之後就活塞通風了。
捷運活塞通風
捷運活塞通風
捷運軌道交通用詞。指捷運運營時使得隧道內空氣壓縮或膨脹而引起的空氣流通、排氣和通風等等。
活塞效應(Piston Effect)
指在隧道中高速運行的列車,會帶動隧道中的空氣產生高速流動,因為類似汽缸內活塞壓縮氣體之現象,稱為活塞效應。
當高速運行之列車進入隧道,隧道內之空氣原為靜止,因列車之重擊,產生高壓波,該高壓波以聲音的速度傳播(遠大於列車行駛速度),因此當列車進入隧道產生之高壓波迅速往下游傳遞,壓力波傳達的隧道空氣立即被加速,當壓力波抵達下游隧道口時產生反射波,反射波往隧道上游傳遞,當其傳遞之隧道空氣將再一次被加速。同樣的列車車尾進入隧道,會產生一股負壓波,該股負壓波,也同樣會作用在隧道內之空氣流速。另外受到隧道構造之影響,亦可能因波動之穿透或反射而改變波動。因列車在隧道內行駛而產生各種波動在隧道內逐漸加速隧道內之空氣,使隧道內之空氣隨著列車而行進,便稱之為隧道內之活塞效應。
在地下化軌道系統的車站中,活塞效應會將隧道內的空氣帶進車站內,造成車站內空氣品質惡化。不過近期的設計都會利用活塞效應來把髒空氣排出通風井,並帶入新鮮的空氣。這樣的套用也會用在一些車行隧道中,如高雄過港隧道。另外可以在車站月台設立月台門,將車站與隧道分成兩個獨立的空間,亦可以改善車站的空氣品質。由此可看出活塞效應與隧道通風息息相關。
當列車於空曠處行駛會造成壓力改變並產生噪音等現象,穿過隧道時,噪音波在隧道內受隧道壁局限而震盪加劇。此外,列車高速進入隧道時,車頭撞擊隧道內空氣產生一股強烈壓力波以音速(遠大於列車行駛速度)在隧道內震盪傳播,隧道內之壓力波會造成旅客不舒適感,且可能破壞軌道之相關設施。當高壓波傳抵隧道下游出口,撞擊隧道口外之空氣,壓力波隨著空間擴大而稀薄化為微壓波(micro-pressure wave),微壓波會產生令人不愉悅的噪音,使隧道口附近住民受到干擾,稱之為微壓波噪音。再則,因隧道內壓力震盪對列車產生阻力,隨著波動使阻力忽大忽小,可能影響列車行進之平穩性,且增加列車能源之消耗。理想之隧道通風設計應全盤考量上述各項之影響,使列車在隧道行進可以提供旅客舒適的環境,並達到節能之目的。
在二十世紀中期的歐洲,土木公共基礎建設大致完善,而當時列車之速度不斷提升,便引發列車隧道之總總空氣動力問題,而列車活塞效應之物理現象有些類似發電水路之水錘作用的物理現象,使得許多原本從事土木水利研究之機構,紛紛開始進行列車隧道之活塞效應研究。日本為主辦1964年奧運而興建高速鐵路,進而發現列車在隧道內行進,容易造成旅客耳鳴及在隧道洞口產生微壓波噪音等現象。這些問題之發生,使更多人投入列車隧道活塞效應之研究,並逐漸掌控其物理現象。在1980年代末期的歐洲對於活塞效應之數值分析也逐漸成孰,如今之數值模式已具備有非常高的精確度。 當今軌道列車(捷運、高速鐵路或一般鐵路)速度較快,所遭遇之空氣動力環保問題是噪音、壓力及隧道內溫度控制等新問題,而這些問題可以透過適當的工程方法改善,例如:中國台灣省之地下捷運系統常在地下車站兩端布置有通風豎井,恰當之豎井布置可以減緩車站內承受之空氣壓力,亦可達到隧道內空氣更新之目的。在隧道出入口可採用隧道口漸變斷面(flare tunnel),或設定開孔之假隧道(hood tunnel),或者直接加大隧道斷面尺寸,或改變車頭形狀以減小車頭阻力係數等等方式,消減列車進入隧道產生之壓力波及微壓波強度。再則,可以採用更高級之列車,使列車車廂之氣密性更佳,而不易受到外在壓力變化之影響,使旅客感覺更舒適。