ES2850377A1 - Ventilation control system for an underground (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Sistema de control de ventilación para un subterráneoVentilation control system for an underground
Objeto de la invenciónObject of the invention
El objeto de la presente invención es un sistema de control de ventilación inteligente y método para el control de la ventilación de estaciones y redes subterráneas de transporte.The object of the present invention is an intelligent ventilation control system and method for controlling the ventilation of stations and underground transport networks.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
En las estaciones y redes subterráneas del transporte convencionales no se dispone de máquinas para producir frio o calor, por lo que la única forma de control de la temperatura y resto de condiciones ambientales es mediante introducción de aire del exterior en determinados puntos y expulsión al exterior en otros. En este contexto es importante la inercia térmica de la infraestructura y el condicionante de temperatura exterior en cada momento que obliga a actuar sobre la ventilación con suficiente antelación para alcanzar los objetivos prefijados en un periodo de tiempo posterior. Así, pues la ventilación de las infraestructuras subterráneas se controla mediante horarios prefijados, mediante comparación de la temperatura exterior e interior en cada caso o mediante cálculos en modelos físicos que simulan la infraestructura.In the stations and underground networks of conventional transport, there are no machines to produce cold or heat, so the only way to control the temperature and other environmental conditions is by introducing air from outside at certain points and expulsion to the outside. in others. In this context, the thermal inertia of the infrastructure and the external temperature determining factor at all times are important, which forces us to act on ventilation sufficiently in advance to achieve the pre-set objectives in a later period of time. Thus, the ventilation of the underground infrastructures is controlled by means of predetermined schedules, by comparing the exterior and interior temperature in each case or by calculations in physical models that simulate the infrastructure.
Debido a la tendencia hacia el ahorro de energía en una sociedad más y más tecnológica, y la gran demanda de una gestión inteligente de los recursos, se plantea la necesidad de anticiparse a los valores de temperatura en los distintos puntos de las infraestructuras subterráneas de transporte para todas las alternativas de activación de la ventilación, pudiendo establecer así, una estrategia ideal de actuación de los medios de ventilación de la infraestructura con el objeto de alcanzar unos objetivos prefijados. La presente invención satisface esta demanda.Due to the trend towards energy saving in a more and more technological society, and the great demand for intelligent management of resources, the need arises to anticipate the temperature values at the different points of the underground transport infrastructures for all ventilation activation alternatives, thus being able to establish an ideal strategy of action of the infrastructure ventilation means in order to achieve predetermined objectives. The present invention satisfies this demand.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
La presente invención pertenece al campo de la ventilación de infraestructuras subterráneas, y permite la optimización de la actuación de los ventiladores de intercambio de aire con el exterior (tanto impulsión como extracción) con el objeto de mantener las condiciones ambientales de la infraestructura en el rango de valores prefijados.The present invention belongs to the field of ventilation of underground infrastructures, and allows the optimization of the performance of the fans of air exchange with the outside (both impulsion and extraction) in order to maintain the conditions environmental conditions of the infrastructure in the range of preset values.
Así pues, la presente invención se refiere a un sistema de control de ventilación para una infraestructura subterránea. El sistema de control de ventilación propuesto resuelve el problema de controlar la temperatura y condiciones ambientales en infraestructuras subterráneas donde los principales medios de refrigeración comprenden ventiladores para el intercambio de aire con el exterior.Thus, the present invention relates to a ventilation control system for an underground infrastructure. The proposed ventilation control system solves the problem of controlling the temperature and environmental conditions in underground infrastructures where the main cooling means include fans for the exchange of air with the outside.
A partir de distintos flujos de datos actuales, históricos e incluso futuros proporcionados por un conjunto de sensores (como datos de registro de temperatura y humedad, condiciones ambientales en distintos puntos de la infraestructura subterránea, el estado de los ventiladores que componen el sistema de control de ventilación del subterráneo, etc.) y mediante el uso de algoritmos y la aplicación de inteligencia artificial, el sistema de control de ventilación propuesto permite obtener una predicción de condiciones ambientales en la infraestructura subterránea.From different current, historical and even future data flows provided by a set of sensors (such as temperature and humidity log data, environmental conditions at different points of the underground infrastructure, the status of the fans that make up the control system ventilation system, etc.) and through the use of algorithms and the application of artificial intelligence, the proposed ventilation control system allows to obtain a prediction of environmental conditions in the underground infrastructure.
La predicción de condiciones ambientales, por ejemplo, valores de temperatura y humedad en diversos puntos de la infraestructura durante distintas franjas horarias permite actuar la ventilación de la infraestructura subterránea para obtener unos valores de temperatura y humedad deseados, y en consecuencia; conseguir unos valores mínimos de polución dentro del subterráneo, de forma que se puede establecer en cada momento una estrategia óptima de ventilación de la infraestructura.The prediction of environmental conditions, for example, temperature and humidity values at various points of the infrastructure during different time bands, allows the ventilation of the underground infrastructure to act to obtain the desired temperature and humidity values, and consequently; achieve minimum pollution values inside the subway, so that an optimal strategy for ventilation of the infrastructure can be established at all times.
Mediante este control de la temperatura y la humedad se puede repercutir en el confort de las personas, la gestión de partículas contaminantes dentro de la infraestructura subterránea, la renovación del aire, etc.Through this control of temperature and humidity, it can affect people's comfort, the management of polluting particles within the underground infrastructure, the renewal of air, etc.
En particular, mediante el control de la temperatura y humedad en la infraestructura subterráneo, algunos de los aspectos que se pueden optimizar, para los distintos puntos de la infraestructura subterránea son: la obtención de una temperatura mínima de trabajo del sistema, el manteamiento de la temperatura interior en determinados rangos de valores establecidos respecto a la temperatura exterior, el mantenimiento de los niveles de confort de los usuarios dentro de un determinado rango de valores, maximizar la renovación de aire o mantenerla o en unos rangos determinados, etc. In particular, by controlling the temperature and humidity in the underground infrastructure, some of the aspects that can be optimized for the different points of the underground infrastructure are: obtaining a minimum working temperature of the system, maintaining the indoor temperature in certain ranges of values established with respect to the outdoor temperature, maintaining the comfort levels of users within a certain range of values, maximizing air renewal or maintaining it or within certain ranges, etc.
Los criterios de actuación de la ventilación en base a las predicciones de temperatura y humedad obtenidas mediante el sistema de control de ventilación de acuerdo con la pretense invención pueden responder a: activación de los ventiladores sin limitaciones, limitaciones en determinados momentos o puntos durante un rango específico de trabajo, minimizar el consumo de energía o el tiempo de encendido o minimizar el coste de la energía consumida. El sistema de control de ventilación permite la combinación de un gran número de variables y mediciones para establecer el control óptimo de la temperatura y humedad a lo largo del tiempo de funcionamiento de los ventiladores de la infraestructura subterránea.The ventilation performance criteria based on the temperature and humidity predictions obtained by the ventilation control system in accordance with the present invention can respond to: activation of the fans without limitations, limitations at certain times or points during a range specific job, minimize energy consumption or start-up time or minimize the cost of energy consumed. The ventilation control system allows the combination of a large number of variables and measurements to establish optimal control of temperature and humidity throughout the operating time of the fans in the underground infrastructure.
Así pues, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a un sistema de control ventilación para un subterráneo que comprende un conjunto de ventiladores. El sistema de control comprende medios computacionales.Thus, in a first aspect, the present invention relates to a ventilation control system for a subway that comprises a set of fans. The control system comprises computational means.
El sistema de control de ventilación usa flujos de datos para su almacenamiento y procesamiento que pueden ser proporcionados por un conjunto de sensores, dispositivos y sistemas de medición asociados a la infraestructura donde se implementa el sistema de control de ventilación de acuerdo con la presente invención. Los datos pueden comprender por ejemplo valores de temperatura exteriores al subterráneo T ext. Los datos pueden comprender valores de humedad exteriores al subterráneo H ext. Los datos de temperatura y humedad pueden ser datos actuales, históricos y valores futuros proporcionados, por ejemplo, por estaciones meteorológicas. Además, los datos pueden comprender valores del estado operacional del conjunto de ventiladores, valores de temperatura en el subterráneo T ínt, y valores de humedad en el subterráneo H ínt. Dichos flujos de datos pueden ser proporcionados en tiempo real y/o mediante un histórico de datos.The ventilation control system uses data streams for storage and processing that can be provided by a set of sensors, devices and measurement systems associated with the infrastructure where the ventilation control system is implemented according to the present invention. The data can comprise, for example, temperature values outside the underground T ext. The data may include humidity values outside the underground H ext. The temperature and humidity data can be current data, historical data and future values provided, for example, by weather stations. In addition, the data may comprise values of the operational state of the fan assembly, values of temperature in the underground T int, and values of humidity in the underground H int. Said data streams can be provided in real time and / or through a data log.
Los medios computaciones comprenden una unidad de procesamiento configurada con instrucciones para mediante el uso de los flujos de datos actuales e históricos de diversos sensores, obtener una predicción de valores de temperatura y humedad interiores Tintpred , Hintpred durante una franja horaria H de funcionamiento del conjunto de ventiladores y actuar el conjunto de ventiladores en base a Tintpred , Hintpred de tal manera que durante la franja horaria H: The computational means comprise a processing unit configured with instructions to obtain a prediction of indoor temperature and humidity values Tintpred , Hintpred by using current and historical data flows from various sensors during a time band H of operation of the set of fans and actuate the set of fans based on Tintpred , Hintpred in such a way that during the time band H:
Tínt Tintideai, y Tínt Tintideai, and
Hínt HintideaiHínt Hintideai
Donde Tintideai es un valor de temperatura deseado en el subterráneo durante la franja horaria H y donde Hintideai es un valor humedad relativa deseado en el subterráneo para toda la franja horaria H. Where Tintideai is a desired temperature value in the underground during the strip hour H and where Hintideai is a desired relative humidity value in the subway for the entire hour band H.
Actuar el conjunto de ventiladores (210) puede comprender ajustar la velocidad de giro del conjunto de ventiladores (210) entre un valor mínimo y máximo de velocidad de giro del conjunto de ventiladores, por ejemplo, entre 25Hz y 60Hz, configurar el sentido de giro del conjunto de ventiladores (210) a extracción o impulsión de aire y encender y apagar el conjunto de ventiladores (210).Acting the set of fans (210) may comprise adjusting the speed of rotation of the set of fans (210) between a minimum and maximum value of speed of rotation of the set of fans, for example, between 25Hz and 60Hz, setting the direction of rotation from the fan assembly (210) to extraction or supply air and turning the fan assembly (210) on and off.
En algunas realizaciones, el Tintideai comprende valores entre 20 - 25 grados Celsius y el Hintideai es una humedad relativa entre 40-60%.In some embodiments, the Tintideai comprises values between 20-25 degrees Celsius and the Hintideai is a relative humidity between 40-60%.
En una realización particular, los flujos de datos comprenden, por ejemplo, valores asociados al día de la semana, hora del día, indicadores meteorológicos, días festivos y restricciones de funcionamiento del conjunto de ventiladores.In a particular embodiment, the data streams comprise, for example, values associated with the day of the week, time of day, meteorological indicators, holidays and operating restrictions of the set of fans.
En una realización particular los flujos de datos comprenden valores asociados con el confort de pasajeros, confort de trabajadores, consumo eléctrico del conjunto de ventiladores, y valores de CO2 (dióxido de carbono), NOx (óxido de nitrógeno), partículas en suspensión (particulate matter, PM), CO (monóxido de carbono), SO2 (dióxido de azufre), O3 (ozono), etc. En un segundo aspecto, la presente invención se refiere al método para el control de ventilación para un subterráneo llevado a cabo por dichos medios computacionales.In a particular embodiment, the data flows comprise values associated with passenger comfort, worker comfort, electrical consumption of the set of fans, and values of CO2 (carbon dioxide), NOx (nitrogen oxide), suspended particles ( particulate matter, PM), CO (carbon monoxide), SO2 (sulfur dioxide), O3 (ozone), etc. In a second aspect, the present invention refers to the method for the ventilation control for a subway carried out by said computational means.
Descripción de los dibujosDescription of the drawings
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del sistema de control de ventilación, de acuerdo con una realización preferente del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción lo siguiente:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the ventilation control system, according to a preferred embodiment thereof, the following is attached as an integral part of said description:
La figura 1 muestra de forma esquemática el sistema de control de ventilación de acuerdo con la presente invención.Figure 1 schematically shows the ventilation control system according to the present invention.
Realización preferente de la invención Preferred embodiment of the invention
La figura 1 muestra de forma esquemática el sistema de control de ventilación (100) para un subterráneo (200). El subterráneo (200) puede ser una estación de metro, de tren, etc. El subterráneo (200) comprende un conjunto de ventiladores (210). La figura 1 muestra también los distintos datos que usa el sistema de control de ventilación (100) (dichos datos pueden estar proporcionados bien mediante sensores dispuestos en la infraestructura o comunicados directamente por el sistema de control de la instalación, o proporcionados por sistemas exteriores como, por ejemplo, agencias meteorológicas enviando valores meteorológicos (por ejemplo, valores meteorológicos actuales y futuros). Mediante el almacenamiento y procesamiento de dichos datos, los algoritmos predictivos implementados por el sistema de control de ventilación (100) permiten fijar la mejor estrategia que alcanza los criterios fijados en cada caso para la actuación de la ventilación en unos periodos de tiempo establecidos.Figure 1 schematically shows the ventilation control system (100) for an underground (200). The subway (200) can be a metro, train station, etc. The subway (200) comprises a set of fans (210). Figure 1 also shows the different data used by the ventilation control system (100) (said data can be provided either by sensors arranged in the infrastructure or communicated directly by the installation control system, or provided by external systems such as , for example, meteorological agencies sending meteorological values (for example, current and future meteorological values). By storing and processing said data, the predictive algorithms implemented by the ventilation control system (100) allow setting the best strategy that achieves the criteria set in each case for the performance of ventilation in established periods of time.
Así pues, en distintos puntos de la infraestructura (200) donde se quiere controlar la ventilación y en consecuencia las condiciones ambientales, el sistema de control de ventilación (100) pueden usar flujos de datos de distintos tipos de sensores (de temperatura, humedad, CO, partículas, confort, etc.) que a intervalos regulares pueden medir y enviar la información a dicho sistema de control de ventilación (100) donde se almacena y procesa la información. También se reciben y registran en el sistema de control de ventilación (100) otras de variables que influyen en las condiciones ambientales de la infraestructura (por ejemplo, estado de los ventiladores, condiciones meteorológicas exteriores, condiciones de explotación de la infraestructura, etc.). El sistema de control de ventilación (100) recibe toda esta información (condiciones meteorológicas exteriores, condiciones de operación, restricciones que hay que considerar para la activación de los ventiladores, etc.). A partir de toda la información recibida el sistema de control de ventilación (100) aplica el modelo desarrollado mediante inteligencia artificial y predice el comportamiento de toda la infraestructura (por ejemplo, en términos de temperatura y humedad) aplicando todas las configuraciones de ventilación posible mediante la actuación de los ventiladores (210), permitiendo usar la configuración que mejor obtenga los objetivos de control fijados.Thus, at different points of the infrastructure (200) where you want to control the ventilation and consequently the environmental conditions, the ventilation control system (100) can use data streams from different types of sensors (temperature, humidity, CO, particles, comfort, etc.) that at regular intervals can measure and send the information to said ventilation control system (100) where the information is stored and processed. Other variables that influence the environmental conditions of the infrastructure are also received and recorded in the ventilation control system (100) (for example, state of the fans, outdoor weather conditions, operating conditions of the infrastructure, etc.) . The ventilation control system (100) receives all this information (external weather conditions, operating conditions, restrictions that must be considered for the activation of the fans, etc.). From all the information received, the ventilation control system (100) applies the model developed using artificial intelligence and predicts the behavior of the entire infrastructure (for example, in terms of temperature and humidity) applying all possible ventilation configurations using the performance of the fans (210), allowing the use of the configuration that best obtains the set control objectives.
El sistema de control de ventilación (100) de acuerdo con la presente invención comprende unos medios computacionales con una memoria (110a) para el almacenamiento de flujos de datos actuales e históricos proporcionados por sensores asociados con el subterráneo (200) sobre condiciones interiores y exteriores al subterráneo (200). Así pues, el sistema de control de ventilación (100) recibe flujos de datos de sensores (220) establecidos en el interior del subterráneo (200) y en el exterior de dicho subterráneo (220). The ventilation control system (100) according to the present invention comprises computational means with a memory (110a) for storing current and historical data streams provided by sensors associated with the underground (200) on indoor and outdoor conditions. to the underground (200). Thus, the ventilation control system (100) receives data streams from sensors (220) established inside the subway (200) and outside said subway (220).
En particular, dichos flujos de datos pueden comprender condiciones exteriores (120) como valores (actuales e históricos) de temperatura exteriores al subterráneo T ext, valores de humedad exteriores al subterráneo H ext.In particular, said data streams can comprise external conditions (120) such as (current and historical) temperature values outside the underground T ext, humidity values outside the underground H ext.
Además, dichos flujos datos pueden comprender condiciones interiores (130) como valores de temperatura en el subterráneo T ínt, valores de humedad en el subterráneo Hínt y condiciones (140) del estado operacional del conjunto de ventiladores (210).Furthermore, said data streams can comprise interior conditions (130) such as values of temperature in the underground T int, values of humidity in the underground Hínt and conditions (140) of the operational state of the set of fans (210).
Además, los medios computacionales comprenden una unidad de procesamiento (110b) configurada con instrucciones para mediante el uso de dichos flujos de datos, obtener una predicción de valores de temperatura y humedad interiores Tint pred, Hintpred durante una franja horaria H de funcionamiento del conjunto de ventiladores (120). En algunas realizaciones la franja horaria H puede ser, por ejemplo, de 6 horas, 12 horas o hasta 24 horas, o incluso días. En otras realizaciones, la predicción comprende valores de CO2, PM y NOx.In addition, the computational means comprise a processing unit (110b) configured with instructions to obtain a prediction of indoor temperature and humidity values through the use of said data streams, Tint pred, Hintpred during a time slot H of operation of the set of fans (120). In some embodiments the time slot H can be, for example, 6 hours, 12 hours, or up to 24 hours, or even days. In other embodiments, the prediction comprises CO2, PM, and NOx values.
Además, la unidad de procesamiento (110b) está configurada con instrucciones para actuar el conjunto de ventiladores (210) en base a Tint pred, Hintpred durante H, tal que:Furthermore, the processing unit (110b) is configured with instructions to operate the set of fans (210) based on Tint pred, Hintpred during H, such that:
Tínt Tintideai, y Tínt Tintideai, and
Hínt HintideaiHínt Hintideai
donde Tintideai es un valor de temperatura deseado (160) en el subterráneo (200) durante la franja horaria H y donde Hintideai es un valor humedad relativa deseado (160) en el subterráneo (200) para toda la franja horaria H. En alguna realización en particular, Tintideai comprende valores entre 15 - 25 grados Celsius y Hintideai es la humedad relativa entre 40-60%.where Tintideai is a desired temperature value (160) in the underground (200) during the time band H and where Hintideai is a desired relative humidity value (160) in the underground (200) for the entire hour band H. In some realization in particular, Tintideai includes values between 15 - 25 degrees Celsius and Hintideai is the relative humidity between 40-60%.
En una realización preferente, los flujos de datos además comprenden uno o más datos adicionales (150) como día de la semana, por ejemplo, días festivos, hora del día, por ejemplo, jornada laboral, restricciones de funcionamiento del conjunto de ventiladores, consumo eléctrico del conjunto de ventiladores, confort de pasajeros (en una realización, los datos de confort de pasajeros pueden estar asociados a la temperatura interior en el subterráneo (200), a la humedad en el subterráneo (200), a la cantidad de ropa de los usuarios, actividad física, velocidad de aire, etc.). Además, la unidad de procesamiento (110b) puede estar configurada para dar pesos diferentes a los distintos tipos de datos que forman parte del flujo de datos, por ejemplo, la unidad de procesamiento (110b) puede dar un 40% de peso al consumo eléctrico, un 40% de peso a la temperatura interior y un 20% a los datos de confort de pasajeros).In a preferred embodiment, the data streams further comprise one or more additional data (150) such as day of the week, for example, holidays, time of day, for example, working day, fan assembly operating restrictions, consumption electric fan assembly, passenger comfort (in one embodiment, passenger comfort data may be associated with the interior temperature in the subway (200), the humidity in the subway (200), the amount of clothing users, physical activity, air speed, etc.). Furthermore, the processing unit (110b) may be configured to give different weights to the different types of data that are part of the data stream, for example, the processing unit (110b) can give 40% weight to electrical consumption, 40% weight to indoor temperature and a 20% to passenger comfort data).
Así pues, a partir del uso de dichos flujos de datos, (condiciones meteorológicas, estados del conjunto de ventiladores, operación de la línea, etc.) durante un periodo inicial de tiempo el sistema de control de ventilación (100) puede aplicar diversas técnicas de inteligencia artificial (por ejemplo, regresión lineal múltiple, regresiones logísticas, Support vector regression, random sample consensus, random forest, redes neuronales, etc.) y obtiene diversos modelos para la predicción de valores de temperatura y humedad en el subterráneo (200), que permiten conocer las condiciones ambientales en el interior de la infraestructura, en particular, en una realización preferente, los modelos de predicción permiten obtener Tintpred y Hint pred. Aplicando estos modelos para las distintas configuraciones de ventilación posible se obtiene el comportamiento futuro de la línea con cada una de ellas y sus posibles combinaciones, lo que permite seleccionar para cada momento la configuración del conjunto de ventiladores (210) que mejor obtenga los objetivos de funcionamiento de la infraestructura (200).Thus, from the use of said data flows, (meteorological conditions, fan assembly states, line operation, etc.) during an initial period of time, the ventilation control system (100) can apply various techniques of artificial intelligence (for example, multiple linear regression, logistic regressions, Support vector regression, random sample consensus, random forest, neural networks, etc.) and obtains various models for the prediction of temperature and humidity values in the underground (200) , which allow knowing the environmental conditions inside the infrastructure, in particular, in a preferred embodiment, the prediction models allow to obtain Tintpred and Hint pred. Applying these models for the different possible ventilation configurations, the future behavior of the line is obtained with each one of them and their possible combinations, which allows selecting for each moment the configuration of the set of fans (210) that best obtains the objectives of infrastructure operation (200).
Algunos ejemplos de control de las condiciones ambientales en el subterráneo (200) pueden ser por ejemplo, minimizar la temperatura T ínt, mantener la temperatura Tínt en un determinado rango de valores absolutos o en relación con la temperatura exterior T ext, minimizar consumo de energía o coste de la energía o maximizar el confort de los usuarios de la infraestructura (dicho confort de los usuarios puede ser calculado, por ejemplo a partir de la temperatura, humedad, velocidad del aire, tiempo de permanencia, ropa de los usuarios).Some examples of controlling the environmental conditions in the underground (200) can be, for example, minimizing the temperature T int, keeping the temperature Tínt in a certain range of absolute values or in relation to the outside temperature T ext, minimizing energy consumption o cost of energy o maximizing the comfort of the users of the infrastructure (said comfort of the users can be calculated, for example, from temperature, humidity, air speed, residence time, user clothing).
En una realización preferente, las condiciones exteriores además comprenden valores futuros de la situación meteorológica, por ejemplo, precipitaciones, velocidad y dirección del viento, etc. En otra realización preferente, las condiciones exteriores además comprenden confort de trabajadores, valores de límites de CO2, NOx, PM y temperatura del terreno. In a preferred embodiment, the outdoor conditions further comprise future values of the meteorological situation, eg, rainfall, wind speed and direction, etc. In another preferred embodiment, the outdoor conditions further comprise worker comfort, limit values for CO2, NOx, PM, and ground temperature.
Claims (7)
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