Geri Dön

Farklı tip metro istasyon modülleri için konfor ve acil durum şartlarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi

Experimental and numerical investigation of comfort and emergency conditions for different types of metro station modules

PDF İndir

  1. Tez No: 947105
  2. Yazar: İSMAİL AHMET ODABAŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURDİL ESKİN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Ulaşım, Energy, Mechanical Engineering, Transportation
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 192

Özet

İstanbul, Avrupa ve Asya kıtalarının birleştiği, yüksek nüfus yoğunluğu ve trafik sıkışıklığı ile bilinen büyük bir metropoldür. Şehirde özel araç sayısının ve trafiğin günden güne artması merkezi konumlarda ulaşım sürelerinin uzamasına ve emisyon kaynaklı hava kirliliğine sebep olmaktadır. Karbon emisyonlarının azaltılması, küresel ısınmayla mücadele ve gelecek nesiller için daha yaşanabilir bir dünya sağlamak adına temel hedeflerden biridir. Bu bağlamda, şehir merkezlerinde özel araçlardan kaynaklanan emisyonların azaltılması büyük önem taşımaktadır. Şehrin yaşam standardını yükseltmek ve çevreyi korumak için toplu taşımanın, özellikle raylı sistemlerin geliştirilmesi ve kullanımının artırılması gerekmektedir. Raylı sistem hatlarının kullanımını teşvik etmek için; bu hatların erişimi kolay, hızlı, konforlu, güvenilir, emniyetli ve diğer ulaşım modlarıyla iyi entegre olacak şekilde planlanması gerekmektedir. Şehrin topografik yapısından dolayı İstanbul'daki metro istasyonları çoğunlukla derin olmaktadır. Bu durum, hem yürüme mesafelerini hem de yolcuların istasyonda geçirdikleri süreyi artırmaktadır. Yolcuların istasyonda kalma süresi uzadıkça, istasyon içinde yeterli düzeyde ısıl konfor ve emniyet şartlarının sağlanması yolcu memnuniyeti ve sağlığı açısından daha önemli hale gelmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, İstanbul'un en yoğun metro hattı olan M2 Yenikapı-Hacıosman metro hattında bulunan Şişli-Mecidiyeköy ve Gayrettepe istasyonlarında saha ölçümleri ve Bağıl Sıcaklık İndeksi (RWI) hesaplamalarıyla ısıl konfor, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleriyle acil durum yangın konuları incelenmiştir. Şişli-Mecidiyeköy ve Gayrettepe istasyonları M2 metro hattı üzerinde art arda gelmektedir ve peron katları farklı yapım teknikleri kullanılarak inşa edilmiştir. Şişli-Mecidiyeköy istasyonunun peron katı delme tünel, konkors katı ise aç-kapa yöntemiyle inşa edilmiştir. Gayrettepe istasyonunun tamamı aç-kapa yöntemiyle inşa edilmiştir. HAD analizleri için istasyonların ve hatta kullanılan trenin 3 boyutlu katı modeli oluşturulmuştur. Isıl konfor incelemelerinde, Şişli-Mecidiyeköy ve Gayrettepe istasyonları peron ve konkors katlarından ilkbahar, yaz ve sonbahar mevsimleri boyunca her gün sıcaklık ve bağıl nem verileri toplanmıştır. Sıcaklık ve bağıl nem ölçümleri istasyonlarda 2,5 m yükseklikte eşzamanlı olarak gerçekleştirilmiştir. Şişli-Mecidiyeköy istasyonunda peron katında 15, kuzey ve güney konkors katlarında 2'şer olmak üzere toplam 19 noktada, Gayrettepe istasyonunda ise peron katında 13, konkors katında 4 olmak üzere toplam 17 noktada ölçümler yapılmıştır. Hava hızı verileri RWI hesaplamalarında kullanılmak üzere istasyonlarda farklı zamanlarda gerçekleştirilmiştir. Isıl konfor incelemelerinde, istasyonların peron ve konkors katlarında ölçülen sıcaklık ve bağıl nem değerlerinin yüksek olduğu ve genel itibariyle literatürde bulunan ısıl konfor şartlarının istasyonlarda sağlanmadığı belirlenmiştir. Ortalama RWI değerleri, ilkbahar mevsiminde Şişli-Mecidiyeköy istasyonu hariç incelenen tüm mevsimlerde 2 istasyonda da ASHRAE konfor sınıflandırması açısından ısıl konfor şartlarının sağlanmadığını göstermiştir. Ortalama RWI değerleri karşılaştırıldığında ilkbahar, yaz ve sonbahar mevsimlerinin tamamında aç-kapa tip Gayrettepe istasyonunda delme tünel tip Şişli-Mecidiyeköy istasyonuna kıyasla ısıl konfor şartlarının daha kötü olduğu sonucuna varılmıştır. Şişli-Mecidiyeköy istasyonunda yolcuların çoğunluğunun ve Gayrettepe istasyonunda da hemen hemen tamamının özellikle yaz ayında daha serin bir ortam istediği ortaya çıkmıştır. İstasyonlarda ölçülen sıcaklık ve hesaplanan RWI değerlerinin, yakın konumdaki meteorolojik hava ölçüm istasyonundan temin edilen dış hava sıcaklığı verileri ile mevsimsel bazda benzer değişim trendleri gösterdiği belirlenmiştir. Acil durum yangın incelemelerinde, istasyonda tren yangını olayı için farklı senaryolar oluşturularak acil durum havalandırması ve yolcu tahliyesi konuları araştırılmıştır. Şişli-Mecidiyeköy istasyonunda yolcuların peron katını 5,36 dakikada (322 s), istasyonu ise 8,53 dakikada (512 s), Gayrettepe istasyonunda yolcuların peron katını 4,21 dakikada (253 s), istasyonu ise 7,22 dakikada (433 s) tahliye ettiği hesaplanmıştır. Şişli-Mecidiyeköy istasyonunda HAD analizleri sonucunda 6 MW yangın yükü için 4 adet 50 m3/s ve 25 MW yangın yükü için 4 adet 90 m3/s debili tünel havalandırma fanlarının en az tahliye süresi boyunca NFPA 130 standardında belirtilen hava hızı, sıcaklık ve görüş mesafesi kriterlerini sağladığı belirlenmiştir. Şişli-Mecidiyeköy istasyonunda 25 MW yangın yükü orta hızda yangın büyüme eğrisi için uygun sonuç alınan senaryo, aynı tünel havalandırma fan debisi (4 adet 90 m3/s) kullanılarak çok hızlı yangın büyüme eğrisine sahip 25 MW yangın yükü senaryosu için tekrarlanmıştır. Analiz sonucunda sıcak hava ve dumanın daha fanlar devreye girmeden kısa sürede peronu kapladığı ve yolcu tahliyesi açısından risk oluştuğu görülmüştür. Bu sonuç işletmede kullanılacak tren ile HAD analizlerinde kullanılan trenin yangın özellikleri açısından aynı veya benzer olmasının önemini göstermiştir. Şişli-Mecidiyeköy istasyonunda 25 MW yangın yükü için tüm tünel havalandırma fanları egzoz modunda çalıştırıldığında uygun sonuç alınan senaryo (4 adet 90 m3/s), kuzey yönde olan fanlar basma (2 adet 90 m3/s) ve güney yönde olan fanlar egzoz (2 adet 90 m3/s) modunda çalıştırılarak tekrarlanmıştır. Analiz sonucunda sıcak hava ve dumanın yolcu tahliye güzergahında ilerleyerek merdiven bölgesine ve akabinde konkors katına ulaştığı görülmüştür. Analiz edilen egzoz-basma senaryosunun yolcu tahliyesi açısından risk oluşturduğu belirlenmiştir. Gayrettepe istasyonunda HAD analizleri sonucunda 6 MW yangın yükü için 4 adet 120 m3/s debili tünel havalandırma fanlarının tahliye süresi boyunca NFPA 130 standardında belirtilen hava hızı, sıcaklık ve görüş mesafesi kriterlerini sağladığı belirlenmiştir. 25 MW yangın yükü için sadece tünel havalandırma fanlarının çalıştığı senaryolarda başarılı sonuçlar alınamadığı için senaryolara peron altı egzoz fanları da dahil edilmiştir. İlave fanlarla yapılan analizlerin sonuçlarında iyileşme olmakla birlikte dumanın konkors katına ulaşması engellenememiştir. Bu sonuçlar mimari tasarımda bazı iyileştirmeler yapılmasını gerekli kılmıştır. Mimari tasarımda yapılan revizyonla, konkors katının uç noktalarına ve ortadaki merdivenlerin etrafına duvar örülmüştür. İlave olarak merdiven üzerindeki bölümlere tavan kotundan 1 m aşağısına kadar duvar eklenmiştir. Revize edilen mimari tasarım kullanılarak yapılan HAD analizi sonucunda 25 MW yangın yükü için 4 adet 120 m3/s debili tünel havalandırma ve 2 adet 55 m3/s debili peron altı egzoz fanlarının en az tahliye süresi boyunca NFPA 130 standardında belirtilen hava hızı, sıcaklık ve görüş mesafesi kriterlerini sağladığı belirlenmiştir.

Özet (Çeviri)

Istanbul is a large metropolis where Europe and Asia meet, known for its high population density and traffic congestion. The increasing number of private vehicles and traffic in the city causes longer commute times in central locations and air pollution caused by emissions. Reducing carbon emissions is one of the main goals for combating global warming and ensuring a more livable world for future generations. In this context, reducing emissions from private vehicles in city centers is of great importance. In order to raise the city's standard of living and protect the environment, it is necessary to develop and increase the use of public transportation, especially rail systems. To encourage the use of rail lines, these lines should be planned to be easy to access, fast, comfortable, reliable, safe and well-integrated with other modes of transportation. Due to the topography of the city, metro stations in Istanbul are often deep. This increases both walking distances and the time passengers spend at the station. As the time passengers spend in the station increases, ensuring adequate thermal comfort and emergency conditions becomes increasingly important for passenger satisfaction and health. Within the scope of this thesis, thermal comfort with field measurements and Relative Warmth Index (RWI) calculations and emergency fire issues with Computational Fluid Dynamics (CFD) analyses were investigated at Şişli-Mecidiyeköy and Gayrettepe stations on the M2 Yenikapı-Hacıosman metro line, the busiest metro line in Istanbul. Şişli-Mecidiyeköy and Gayrettepe stations are consecutive on the M2 metro line, and the platform levels were built using different construction techniques. The platform level of Şişli-Mecidiyeköy station was constructed by bored tunnel and the concourse level was constructed by cut-and-cover method. The entire Gayrettepe station was constructed with the cut-and-cover method. For CFD analysis, a 3D solid model of the stations and the train used on the line were drawn. In the thermal comfort research, air velocity, temperature and relative humidity data were collected from the platform and concourse levels of Şişli-Mecidiyeköy and Gayrettepe stations every day during spring, summer and autumn seasons. Temperature and relative humidity measurements were performed simultaneously at a height of 2.5 m at the stations. At Şişli-Mecidiyeköy station, measurements were made at a total of 19 points, 15 on the platform level and 2 each on the north and south concourse levels, and at Gayrettepe station, measurements were made at a total of 17 points, 13 on the platform level and 4 on the concourse level. Air velocity data were collected at different periods at the stations to be used in RWI calculations. The data were then subjected to comparative analysis and evaluation with the RWI scale. The RWI method was selected to evaluate passenger thermal comfort due to its development for transient environments such as metro stations. In thermal comfort studies, it was determined that the temperature and relative humidity values measured on the platforms and concourse levels of the stations were elevated, and that the thermal comfort conditions commonly defined in the literature were not achieved. Mean RWI values showed that thermal comfort conditions were not met in terms of ASHRAE comfort classification in all researched seasons except Şişli-Mecidiyeköy station in the spring season. When the mean RWI values are compared, it is concluded that the thermal comfort conditions are worse at the cut-and-cover type Gayrettepe station than the bored tunnel type Şişli-Mecidiyeköy station in all spring, summer and autumn seasons. After 235 seconds of exposure at the platform level, a decrease in RWI values was observed due to a reduction in the metabolic rate. It was found that most passengers at Şişli-Mecidiyeköy station and almost all passengers at Gayrettepe station wanted a cooler environment especially in summer. These results demonstrate the detrimental effects of the prevailing thermal environment on passengers. Measurements indicate that the indoor air velocity values at Gayrettepe station are almost half those observed at Şişli/Mecidiyeköy station. This result can be attributed to the lower train-induced air velocity in cut-and-cover type stations with large cross-sectional areas. This leads to the RWI values being calculated as higher at the cut-and-cover type station. It was determined that the measured temperature and calculated RWI values at the stations showed similar seasonal trends with the outdoor air temperature data obtained from the nearby meteorological weather station. Water leaks from the tunnel walls, climatic conditions, and passengers contribute to the remarkably high humidity levels measured at the stations. Although there is no upper limit value for relative humidity in the current versions of internationally accepted standards, high relative humidity is known to increase the perceived temperature, especially at high ambient temperatures. particularly at high ambient temperatures. This situation affects passengers' thermal comfort and creates a suitable environment for bacterial growth, negatively impacting passenger health. In emergency fire studies, various scenarios were developed for a train fire incident at the station to investigate emergency ventilation and passenger evacuation strategies. At Şişli-Mecidiyeköy station, passengers evacuated the platform level in 5.36 minutes (322 s) and the station in 8.53 minutes (512 s), while at Gayrettepe station, passengers evacuated the platform level in 4.21 minutes (253 s) and the station in 7.22 minutes (433 s). As a result of CFD analysis at Şişli-Mecidiyeköy station, it was determined that 4 tunnel ventilation fans with a flow rate of 50 m3/s for 6 MW fire load and 4 tunnel ventilation fans with a flow rate of 90 m3/s for 25 MW fire load met the air velocity, temperature and visibility criteria specified in the NFPA 130 standard for at least the evacuation period. The scenario that obtained appropriate results for the 25 MW fire load at Şişli-Mecidiyeköy station for the medium fire growth curve was repeated for the 25 MW fire load scenario with a fast fire growth curve using the same tunnel ventilation fan flow rate (4 units of 90 m3/s). As a result of the analysis, it was seen that hot air and smoke covered the platform level in a short time before the fans were activated and there was a risk for passenger evacuation. This result showed the importance of the train to be used in operation and the train used in CFD analysis to be the same or similar in terms of fire characteristics. For a fire load of 25 MW at Şişli-Mecidiyeköy station, the scenario (4 units of 90 m3/s) was repeated by operating the northbound fans in push mode (2 units of 90 m3/s) and the southbound fans in pull mode (2 units of 90 m3/s). As a result of the analysis, it was observed that hot air and smoke traveled along the passenger evacuation route and reached the staircase area and then the concourse level. It was determined that the push-pull scenario analyzed poses a risk for passenger evacuation. As a result of CFD analysis at Gayrettepe station, it was determined that 4 tunnel ventilation fans with a flow rate of 120 m3/s for 6 MW fire load met the air velocity, temperature and visibility criteria specified in the NFPA 130 standard for at least the evacuation period. For 25 MW fire load, since successful results were not obtained in the scenarios where only tunnel ventilation fans worked, under platform exhaust fans were included in the scenarios. Although there was an improvement in the results of the analysis with additional fans, smoke could not be prevented from reaching the concourse level. These results necessitated some improvements in the architectural design. As an architectural design revision, walls were built around the end points of the concourse level and around the stairs in the middle. In addition, walls were added to the sections above the stairs up to 1 m below the ceiling level. As a result of CFD analysis using the revised architectural design, it was determined that for a fire load of 25 MW, 4 tunnel ventilation fans with a flow rate of 120 m3/s and 2 under platform exhaust fans with a flow rate of 55 m3/s met the air velocity, temperature and visibility criteria specified in the NFPA 130 standard for at least the evacuation period.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    635585

    Financing urban rail investments via urban development

    Metro yatırımlarının arazi geliştirme ile finanse edilmesi

    ELİF CAN CENGİZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesi

    Şehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı

    PROF. HÜSEYİN MURAT ÇELİK

    DOÇ. PELİN ALPKÖKİN

  2. Tez No

    553881

    İncirli-Bakırköy IDO istasyonları arasındaki metro tüneli etki alanının belirlenmesi ve olası yüzey oturma miktarlarının saptanması

    Determination of the influence area and possible settlement amounts of the metro tunnel between İncirli- Bakırköy İDO stations

    SERPİL KARAKAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ENVER VURAL YAVUZ

  3. Tez No

    98305

    Yeraltı metro istasyonlarının taşıyıcı sistem ve yapım yöntemlerinin karşılaştırmalı incelenmesi-İzmir metrosu örneğinde

    Comparetive examination of bearing system and construction methods of subway metro stations-Under scope of İzmir subway system

    C. İLKER SEVTEKİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2000

    MimarlıkDokuz Eylül Üniversitesi

    Y.DOÇ.DR. DÜRRİN SÜER KILIÇ

  4. Tez No

    847539

    Bir metro hattında araç kapasitesinin artırılmasının orta gerilim ve cer sistemleri üzerine etkileri

    The effects of increasing vehicle capacity on medium voltage and traction systems in a metro line

    ZENNURE YENER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Raylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZCAN KALENDERLİ

  5. Tez No

    774114

    Yeraltı raylı sistem inşaatlarındaki geoteknik uygulamalar: Halkalı- yeni havalimanı metro hattı örneği

    Geotechnical applications in underground rail system construction: The case of Halkalı-Istanbul Airport subway line

    RABİA KELEŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    İnşaat MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İSA VURAL

Geri Dön