Com funciona… la ventilació dels túnels i les estacions del metro

La gestió de la ventilació en una xarxa de transport subterrani és més que governar els corrents d'aire: és una qüestió de salubritat i de control de la temperatura i la humitat. Hem anat al servei de Sistemes Elèctrics i Electromecànics de Metro per saber per què s'ha decidit canviar el funcionament dels aparells que impulsen i extreuen aire a través dels pous de ventilació.

1. Per què fa més calor al metro que a fora? Dins del metro hi ha importants fonts de calor: els trens (motors, aires condicionats i reòstats de fre), l'equipament de les estacions com l'enllumenat, els motors de les escales mecàniques, la climatització de les dependències tècniques i els centres de transformació, entre d'altres, així com les mateixes persones (més d'un milió cada dia). Aquesta calor es procura extraure-la a l'exterior a través de les obertures existents.

2. Per què no es pot climatitzar artificialment el metro? Amb la configuració d'estacions i andanes que hi ha, seria del tot ineficient i insostenible. Les estacions són espais oberts al carrer i al túnel. Anys enrere es va fer una prova a l'estació Sagrada Família de la línia 5, amb resultats desfavorables. El moviment constant de trens a través dels túnels provoca un efecte pistó que trasllada les masses d'aire d'una banda a l'altra de les línies de metro. A més a més, la instal·lació de portes d'andana d'alçada completa no seria viable perquè la ventilació d'estació i túnel és mixta, es necessita que els pous de túnel i d'estació funcionin conjuntament sense cap barrera física.

Així, l'aire que es refrigerés en una estació durant els tres minuts d'interval entre trens seria substituïda per una nova massa d'aire calent empesa pel tren entrant, que caldria refrigerar de nou, i així tot el dia. El resultat seria un consum energètic desproporcionat i inassumible. Les estacions sí que estan ventilades, és a dir, hi ha un circuit de renovació d'aire connectat amb l'exterior a través dels pous de túnels i estacions.

3. Com es ventila la xarxa de metro? La ventilació del metro es basa en l'acció de potents ventiladors instal·lats en els pous de ventilació túnel-exterior situats entre les estacions. Aquests ventiladors succionen aire del túnel, extreuen l'aire calent i forcen que entri aire pels accessos i pous de les estacions. A les estacions, els pous de ventilació impulsen aire a les andanes, i conjuntament amb la captació d’aire net dels accessos refrigeren les estacions, garanteixen la renovació de l'aire i milloren el confort del passatge. Fins als canvis aplicats aquest any, a la nit s'invertia el gir dels ventiladors i el flux anava del túnel cap a les estacions.

Imatge

4. Com es regula el funcionament dels ventiladors? La ventilació del metro funciona com un conjunt. El parc de ventiladors de la xarxa (n'hi ha 207 en estacions i 130 als túnels) està controlat remotament mitjançant un telecomandament, i tradicionalment estaven programats per funcionar de forma automàtica en règims horaris dia-nit i estiu-hivern.

5. D'on sorgeix la idea de fer l'estudi de ventilació de la L1? El problema de la calor és recurrent al metro quan arriba l'estiu. Interessaria construir noves obertures a l'exterior, però els pous de ventilació són obres civils d'envergadura i resulta molt costós i dificultós tècnicament fer-ne de nous i ampliar-los un cop la línia està en servei, a causa de la presència d'edificis, la urbanització i altres serveis en superfície. Els darrers anys Metro ha fet un gran esforç per tenir plenament operatius tots els ventiladors de la xarxa i treure'ls el màxim rendiment possible. És molt remarcable l'esforç i dedicació de tot el personal de manteniment elèctric i electromecànic: s'està fent una gran feina de conservació d'uns equips envellits i ubicats en llocs de difícil accés. En aquest context de dificultat, la pregunta va ser: “Podem treure més suc dels ventiladors i pous actuals, sense fer nova infraestructura?”. Un cop madurat el tema internament i després de consultar-ho amb alguns experts en la matèria, van decidir intentar-ho. 

6. Què ha fet Metro per millorar els resultats del sistema de ventilació? Ha modelitzat el túnel i totes les estacions i pous de ventilació de la línia 1, i amb l'ajuda d'eines de simulació avançades, hem estudiat el sistema en conjunt des d'un punt de vista fluidodinàmic. Per calibrar el model correctament i garantir que els resultats de la simulació s'ajusten a la realitat, s'ha sensoritzat el túnel de la línia 1 per extreure'n dades de temperatura, velocitat del vent i humitat de forma distribuïda. Amb les dades recollides al llarg de 12 mesos, i un cop ajustat el model, s'han simulat els diferents escenaris de velocitat i sentit de gir, fins que s'ha arribat a la conclusió que mantenir el flux d'aire sempre en el mateix sentit, dia i nit i durant tot l'any, és la millor de les estratègies possibles per rebaixar la temperatura a mig termini.

7. Com és el nou funcionament de la ventilació del metro? Històricament, el règim de ventilació era diferent entre el dia i la nit. Des del febrer, totes les línies convencionals (de la 1 a la 5) es ventilen d'acord amb les conclusions del projecte de regulació iniciat a la línia 1: extracció permanent d'aire a través dels pous, de manera que es genera un flux constant en què l'entrada procedeix de l'exterior a través dels accessos i els pous d'estació. La clau és aprofitar les baixes temperatures de l'hivern per refrigerar la paret del túnel i així “preparar la cova” per a l'estiu. Refredant la paret del túnel al llarg dels pròxims anys, cada vegada la cova serà una mica més freda i s'afavorirà el refredament de tota la infraestructura. D'aquí a uns anys s'arribarà a una temperatura estacionària que ja no podrà ser millorada.

El primer any d'implantació, a la línia 1, el 2019, s'ha mesurat una baixada d'1,2 graus en la temperatura mitjana en comparació amb l'any anterior, dies homogenis en temperatures i humitats exteriors.

8. Com es ventilen les línies automàtiques? A les línies 9 i 10 el disseny de la ventilació es va concebre d'una altra manera: els túnels i les estacions tenen pous de ventilació independents, dimensionats per garantir unes condicions ambientals favorables fins i tot a gran profunditat, i per respondre a qualsevol incidència si fos el cas. I tenen una altra particularitat: les portes d'andana (que són d'alçada completa perquè la ventilació de túnel i estació són independents i separades) fan que l'efecte pistó no generi corrents d'aire, si de cas una remor que anuncia l'aproximació del tren. És el metro del futur, dissenyat per a l'eficiència, el confort i la seguretat.

9. Què més es pot fer per millorar el confort de la xarxa? La nova consigna aplicada fins ara és única i global per a tots els ventiladors. El resultat, però, podria ser encara millor si es pogués aplicar una consigna individual a cada ventilador, consigna que tingués en compte no només el model estàtic de línia, sinó també variables dinàmiques com ara les circulacions de trens esperades i la calor que evacuaran, la previsió meteorològica a l’exterior, possibles acumulacions de passatge a les andanes, etc., de manera que no només s’assoleixi l’objectiu de reduir la temperatura mitjana del túnel, sinó també maximitzar el confort tèrmic per al passatge en cada una de les andanes. En aquesta línia s’està treballant actualment, amb vista a aplicar, al llarg del 2020, una prova pilot de regulació intel·ligent de la ventilació basada en intel·ligència artificial i consignes individualitzades.

10. Es planteja aplicar alguna altra tecnologia? Després de l’estudi global de la ventilació, els enginyers de Metro estan treballant en la incorporació de sensòrica als ventiladors, cosa que permetria, d’una banda, millorar la seguretat aplicant aturades d'emergència automàtiques, i de l'altra recopilar variables de comportament que facilitarien el manteniment predictiu en un futur proper.