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

Abstract

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.