با توجه به مسائلی همچون افزایش جمعیت و در پی آن افزایش تعداد وسایل نقلیه، گسترش حمل و نقل عمومی امری الزامی است. با افزایش بار ترافیکی و ایجاد راه بندان در شاهراه‌های شهری، مهندسان به فکر انتقال بخشی از بار ترافیکی درون شهری به زیر زمین افتاده اند. و به تدریج ساخت تونل‌های بزرگ درون شهری رواج پیدا کرده اند. یکی از مسائلی که باید در طراحی این سازه‌ها به آن توجه کرد، مسأله تهویه تونل‌ها است. وسایل نقلیه حین عبور از تونل انواع مختلف گازها و آلاینده‌ها را از طریق اگزوز به هوا تزریق می‌کنند، و سیستم‌های تهویه نقش رقیق کردن این آلاینده‌ها و هدایت آن‌ها به بیرون از تونل را ایفا می‌کنند.
پارامترهای زیادی در غلظت آلاینده‌های درون تونل تأثیرگذارند، از جمله:
- طول و شیب تونل و سطح مقطع آن.
- چگالی هوا و سرعت باد محلی و فشار و دمای محیط.
- متوسط بار ترافیکی، سرعت حرکت خودروها، نوع خودروها و میزان تولید آلودگی خدروها که بستگی به سال تولید خودرو و سلامت فنی آن‌ها دارد.
چرا آلاینده‌های داخل تونل باید تخلیه شوند:
- اثرات مخرب و خورنده گازهای شیمیای بر روی سازه تونل.
- بسیاری از آلاینده‌های که توسط خودروها به هوا تزریق می‌شوند سمی بوده و لذا برای تامین سلامت سرنشینان خودروها مخصوصا هنگام ترافیک‌های سنگین و راه بندان‌ها و احتمال بروز سوانحی که موجب تولید گازهای داغ و آتش سوزی می‌شوند، تهویه داخل تونل‌ها را به امری لازم و حیاتی بدل کرده است.
معرفی بعضی از گازهای موجود در هوا و اثر تراکم آن‌ها در سلامت افراد:
- میزان اکسیژن مورد نیاز برای تنفس طبیعی حدود 20 درصد می‌باشد که این میزان اگر به 15 درصد برسد موجب سرگیچه می‌شود. آمار نشان می‌دهد که برای بعضی افراد رسیدن اکسیژن به میزان 12.5 درصد سبب مرگ شده و برای افراد عادی این عدد به 6 درصد است که رسیدن به میزانی کمتر از این عدد منجر به مرگ افراد می‌شود.
- گاز مونوکسید کربن CO که بی رنگ و بی بو بوده و راحت تر از اکسیژن به خون جذب می‌شود. تراکم 0.01 درصد موجب سردرد و حالت تهوع می‌شود و تراکم بالای 0.2درصد مهلک می‌باشد.
- اکسید کوکرد SO2 در تراکم کم سبب سوزش اعضای مخاطی می‌شود. اگر میزان آن در سوخت مصرفی به بالای 0.5 درصد برسد می‌تواند خطرناک باشد.
- اکسید نیتروژن NO گازی سمی بوده که در تراکم بالا سبب سوزش‌های شدید که در دستگاه تنفسی می‌شود که به علت هدفگرفتن ریه ممکن است سبب مرگ افراد شود.
- سولفید هیدروژن H2S به شدت سمی بوده و در تراکم 0.06 درصد سبب بروز آسیب‌های حاد می‌شود.
- دی اکسید کربن CO2 در تراکم 5 درصد نفس کشیدن را دشوار می‌کند و در تراکم‌های 10 درصد غیر قابل تحمل می‌شود.
- نیتروژن N2 که تقریبا 78 درصد هوا را تشکیل می‌دهد، ولی باز با این وجود غلظت‌های بالاتر آن موجب رقیق شدن و کاهش اکسیژن O2 می‌شود.
فرایند طراحی سیستم تهویه تونل در سه مرحله انجام می‌پذیرد:
1) پیش بینی میزان آلودگی تولید شده توسط خودروها با درنظر گرفتن نیاز ترافیکی آینده، که با مراجعه به آمار موجود آلاینده‌هایی که توسط خودروها تولید می‌شوند واستاندارد‌های آلایندگی که برای انواع خودروها با توجه به سال ساخت آن‌ها که توسط سازمان محیط زیست اعلام می‌شود و با توجه به نرخ تولید خودرو و اعمال ضریب اطمینان مناسب برای خودروهای که فاقد معاینه فنی هستند قابل محاسبه می‌باشد.
2) میزان هوای مورد نیاز برای تهویه تونل، تابع فاکتور‌ها زیادی می‌باشد و با روش‌ها متعددی محاسبه می‌گردد. فاکتور‌هایی مانند: میزان مجاز آلودگی، ضریب اطمینان، مقدار گاز منوکسید کربن، نوع سوخت، تعداد خودروها در یک کیلومتر، شیب تونل، ارتفاع از سطح دریا، دمای محیط، تعداد خودروهای سبک و سنگینی که از تونل در واحد زمان عبور می‌کنند، و فاکتور‌های دیگری که در این معادلات مد نظر قرار می‌گیرند.
3) نحوه قرار گیری و چینش سیستم‌های تهویه یا همان جت فن ها:
فاصله بین دو جت فن که از تقسیم کردن طول تونل بر تعداد جت فن‌ها به دست می‌آید، در روند تهویه و راندمان جت فن‌ها بسیار مؤثر است، زیرا اگر فاصله بیشتر از مقدار مناسب باشد، جریان هوایی که به جت فن بعدی می‌رسد یک جریان معکوس خواهد بود و جت فن بعدی باید دوباره آن جریان را در جهت صحیح هدایت کند. این امر موجب اسیب رسیدن به جت فن می‌شود، و اگر جت فن دارای پره باشد جریان‌های معکوس باعث چسبیدن آلاینده‌ها به سطح پره‌ها شده و این امر موجب کاهش بازدهی جت فن خواهد بود. به علت اینکه میزان غلظت آلاینده‌ها در انتهای تونل بیشتر است جت فن‌های موجود در انتهای تونل باید همواره با بیشترین توان خود کار کنند و در نتیجه هزینه تعمیر و نگهداری آن‌ها افزایش خواهد یافت، لذا بهتر است این جت فن‌ها از کیفیت بهتر و با دوامتر نسبت به بقیه جت فن‌ها برخوردار باشند. در تونل‌های یک طرفه معمولا جت فن‌های ابتدای تونل در اکثر موارد به علت میزان کم آلاینده‌ها خاموش می‌باشند.