Barzanò & Zanardo Milano S.p.A.
TITOLO: “METODO DI GESTIONE E CONTROLLO DI UN SISTEMA DI
VENTILAZIONE IN GALLERIA, E RELATIVO SISTEMA”
* ;;DESCRIZIONE ;5 Settore tecnico ;;La presente invenzione si riferisce ad un metodo di gestione e controllo dei sistemi di ventilazione installati in gallerie stradali, ed al relativo sistema. ;Sfondo tecnologico ;10 Generalmente, nei sistemi di gestione della ventilazione comunemente adottati nella pratica ingegneristica e industriale, l’attivazione dell’impianto di ventilazione avviene in seguito al rilevamento di una condizione limite da parte di uno o più sensori in galleria 15 (secondo una logica di tipo deterministico). ;Con tale metodo noto, il controllo dell’impianto di ventilazione di una galleria stradale è attuato attraverso una tecnica di controllo che utilizza algoritmi sequenziali deterministici e si realizza nell’attivazione dei 20 ventilatori secondo una sequenza prefissata definita in fase di progetto, a partire da una stima della portata di inquinanti generata dal traffico veicolare scelto aprioristicamente in fase di progetto. ;Tale gestione mal si adatta alla regolazione 25 dell’impianto di ventilazione di una galleria stradale in condizioni di esercizio ordinario per i seguenti motivi: ;• non è in grado di gestire in modo adeguato condizioni di traffico che comportano picchi anomali nell’intensità e nella composizione del traffico; ;30 • non è in grado di gestire l’evoluzione del parco veicolare; ;Pertanto, l’adozione di una tale gestione può indurre: ;;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;• un eccessivo consumo di energia (sovradimensionamento degli impianti); ;• una prestazione inefficace (sottodimensionamento degli impianti); ;5 • il verificarsi di sequenze ravvicinate di attivazione/disattivazione dei ventilatori, che comporterebbe un elevato livello di stress meccanico sui componenti riducendone in modo significativo la vita utile; ;10 • l’evoluzione del parco veicolare è gestibile solamente attraverso un intervento periodico di riprogrammazione che adatti gli algoritmi alla natura rinnovata del disturbo; ;• la mancata adeguatezza nella gestione dell’impianto di 15 ventilazione, in scenari di emergenza incendio, in base allo scenario realmente in atto. ;Sintesi dell’invenzione ;;Uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un metodo di gestione e controllo di un sistema 20 di ventilazione in galleria, ed il relativo sistema, in grado di risolvere precedenti questo ed altri inconvenienti della tecnica nota. ;In particolare, un problema risolto dall’invenzione risiede nell’adattamento progressivo delle procedure di 25 controllo dei componenti del sistema di ventilazione in base all’evento critico realmente in atto (incendio), ricostruito nelle caratteristiche energetiche e simulato nell’evoluzione attesa, anche in una situazione di evento legato ad una sorgente in movimento. ;30 Un ulteriore vantaggio dell’invenzione consiste, in particolare qualora gli impianti di ventilazione siano dotati di opportuni dispositivi di regolazione della A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;frequenza di alimentazione (ad esempio, inverter), in un significativo risparmio energetico nelle condizioni di esercizio. ;Secondo la presente invenzione, questo ed altri scopi 5 vengono raggiunti mediante un metodo di gestione e controllo di un sistema di ventilazione in galleria, ed il relativo sistema, avente le caratteristiche citate nelle annesse rivendicazioni indipendenti. ;E’ da intendersi che le annesse rivendicazioni 10 costituiscono parte integrante degli insegnamenti tecnici qui forniti nella descrizione dettagliata che segue in merito alla presente invenzione. In particolare, nelle annesse rivendicazioni dipendenti sono definite alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione 15 che includono caratteristiche tecniche opzionali. ;Breve descrizione dei disegni ;Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo esemplificativo e non 20 limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui le figure 1 e 2 sono due diagrammi di flusso in accordo ad una particolare variante della presente invenzione. ;Descrizione dettagliata dell’invenzione ;La presente invenzione concerne un metodo di gestione 25 e controllo di un sistema di ventilazione in galleria, comprendente le seguenti fasi: ;a. rilevare, con una frequenza temporale prestabilita, almeno un parametro fisico all’interno della galleria; b. generare almeno un parametro fisico simulato in 30 funzione di detto almeno un parametro fisico rilevato; ;c. confrontare i valori di detti parametri fisici simulati e rilevati con valori di soglia; ;;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;d. se i valori dei parametri fisici eccedono detto valore di soglia, attivare almeno un ventilatore; quando i valori dei parametri fisici scendono sotto detto valore di soglia, disattivare uno o più ventilatori. ;5 In accordo a logiche prestabilite, ad esempio tramite un algoritmo, è definito l’almeno un parametro fisico simulato e la soglia, determinando quindi l’attivazione dei ventilatori. Preferibilmente, in accordo alle logiche prestabilite, è possibile determinare la sequenza e 10 l’intensità di attivazione dei ventilatori, e quali ventilatori devono essere attivati, in funzione delle condizioni che possono manifestarsi in galleria. La soglia può essere un limite inferiore o superiore. Preferibilmente, per la fase b è usato un modello fisico-15 matematico costituito dall’accoppiamento delle seguenti equazioni: ;• bilancio di forze per la determinazione del campo di velocità dell’aria in galleria; ;• equazione di diffusione per il trasporto delle 20 sostanze inquinanti. ;Preferibilmente, è prevista la fase di confrontare i valori di detto almeno un parametro fisico simulato con l’almeno una parametro fisico rilevato, e successivamente, in relazione all’esito di tale confronto, inserire dati 25 correttivi in ingresso nella fase c per generare l’almeno un parametro fisico simulato. ;Opzionalmente, è prevista la fase di rilevare, con una frequenza temporale prestabilita, almeno un parametro fisico all’esterno della galleria. Preferibilmente, è 30 rilevata una pluralità di parametri fisici all’esterno e/o all’interno della galleria. ;I parametri fisici simulati possono essere dello ;;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;stesso tipo, o di tipo differente, rispetto ai parametri ;fisici rilevati. Ad esempio, i parametri fisici rilevati ;includono temperatura e pressione, ed il parametro fisico ;simulato include la concentrazione di CO2. Oppure, i 5 parametri fisici rilevati includono temperatura e ;pressione, ed i parametri fisici simulati includono ;temperatura, pressione, e concentrazione di CO2. Quindi, ;l’almeno un parametro fisico simulato può comprendere un ;tipo di parametro fisico non rilevato. ;10 Preferibilmente, è prevista la fase di rilevare, con ;una frequenza temporale prestabilita, dati relativi al ;traffico veicolare in galleria (ad esempio tramite un ;rilevatore di traffico veicolare). L’almeno un parametro ;fisico simulato è generato in funzione anche dei dati 15 relativi al traffico veicolare in galleria. ;;Convenientemente, un sistema di controllo è atto a ;ricevere in ingresso i dati di rilevamento dai sensori, e ;ad elaborare i dati in uscita per l’esecuzione del metodo, ;tra cui generare i parametri fisici simulati, confrontare i 20 dati coi valori di soglia, comandare l’attivazione dei ;ventilatori, ricevere le impostazioni dall’utente, etc. ;;La frequenza temporale prestabilita può essere scelta ;a piacere dall’utente in fase di progetto, così da ottenere ;tempi di campionamento selezionati in base ai tempi 25 caratteristici dei fenomeni fisici controllati. ;;Opzionalmente, la frequenza temporale prestabilita può ;essere diversa per ogni dato o parametro che si intende ;rilavare. Ad esempio, è possibile rilevare i parametri ;fisici con una frequenza maggiore rispetto alla frequenza 30 con cui si rilevano i dati del traffico veicolare, o ;viceversa. ;;Ulteriormente, nella variante in cui ci siano più ;;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;parametri fisici da rilevare, è possibile rilevare ogni ;parametro fisico con un proprio tempo di campionamento ;caratteristico. Ad esempio: rilevare la temperatura una ;volta al minuto, rilevare la pressione una volta ogni due 5 ore, la concentrazione di CO2una volta ogni trenta ;secondi, etc. ;;Tale diversificazione dei tempi di campionamento ;permette di rendere più efficiente il lavoro di ricezione ;ed elaborazione dati svolto dal sistema di controllo, 10 evitando quindi il campionamento eccessivo di tali dati. ;;L’invenzione è applicabile a qualsiasi tipo di ;galleria, in particolare ad una galleria stradale. Ad ;esempio, è possibile applicare il presente metodo ad una ;galleria monodirezionale (in cui i veicoli scorrono in un 15 solo senso di marcia) o bidirezionale (in cui i veicoli ;scorrono in due sensi di marcia), in particolare in fase di ;esercizio (cioè in assenza di incendio). ;;Preferibilmente, è prevista la fase di impostare uno o ;più dati concernenti la struttura della galleria. L’almeno 20 un parametro fisico simulato è generato in funzione anche ;dei dati concernenti la struttura della galleria. È ;possibile immettere tali dati concernenti la struttura ;della galleria nel sistema di controllo. Convenientemente, ;i dati relativi alla struttura della galleria comprendono 25 almeno uno tra: area della sezione trasversale, perimetro ;della sezione trasversale, lunghezza, altezza, pendenza ;media, raggio idraulico di tale galleria, ed eventualmente ;ulteriori dati geometrici della galleria. In base a tali ;dati geometrici, eventualmente ai dati di traffico, ed ai 30 parametri fisici rilevati, è possibile ricostruire ;l’evoluzione temporale delle condizioni termo- ;fluidodinamiche vigenti in galleria. I dati possono essere ;;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;inseriti manualmente da un utente (generalmente, un utente autorizzato) mediante un’interfaccia, preferibilmente un’interfaccia grafica, in grado di scambiare segnali col sistema di controllo; oppure tali dati sono impostati 5 dall’utente in sede di progettazione. ;Per una determinata galleria, una volta inseriti i dati relativi alla struttura della galleria, non è più necessario intervenire ed eseguire ulteriormente tale fase di inserimento dei dati strutturali/geometrici, in quanto 10 tali dati sono immagazzinati dal sistema di controllo e pertanto sono tenuti in conto ad ogni ciclo del presente metodo. Tuttavia, è possibile per l’utente interagire col sistema di controllo e modificare i dati relativi alla galleria. I dati relativi al traffico veicolare rilevati 15 comprendono almeno uno tra: ;• numero di veicoli transitati in un predeterminato arco temporale (tempo di campionamento), preferibilmente suddivisi per ciascuna tipologia di veicolo (ad esempio, veicolo leggero, commerciale, pesante); 20 • velocità media dei veicoli transitati in un predeterminato arco temporale, preferibilmente suddivisi per ciascuna tipologia di veicolo. ;I parametri fisici rilevati (all’interno e/o all’esterno della galleria) comprendono almeno uno tra: ;25 • visibilità (od opacità); ;• concentrazione di CO e/o CO2e/o NOx; ;• velocità dell’aria; ;• temperatura; ;• pressione atmosferica, in particolare in 30 corrispondenza di uno od entrambi i portali della galleria. ;;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;Tali parametri fisici sono convenientemente rilevati ;tramite opportuni sensori che possono essere di per sé ;noti, quali ad esempio: fotocellule, termometri, ;anemometri, barometri, sensori di rilevamento della 5 visibilità, rilevatori di presenza/concentrazione di ;sostanze chimiche, etc. ;;Preferibilmente, nella galleria è presente una ;pluralità di sensori. In particolare possono essere ;presenti più sensori dello stesso tipo (es. termometri), 10 convenientemente disposti in maniera regolare lungo la ;lunghezza della galleria. Maggiore è il numero di parametri ;fisici rilevati, più realistica è l’elaborazione operata ;dal sistema di controllo per eseguire la simulazione dei ;parametri fisici simulati, che potranno essere confrontati 15 con quelli rilevati da i sensori summenzionati. ;;Le caratteristiche predittive consentono di evitare ;che i picchi anomali nella fase di rilevazione dati in ;galleria (tramite i sensori esterni/interni, od i ;rilevatori di traffico veicolare) inducano un’accensione od 20 uno spegnimento non necessario dei ventilatori. Infatti, è ;possibile che per cause accidentali sia rilevata una ;concentrazione eccessivamente elevata di agenti inquinanti, ;dovuta a fenomeni di natura locale non rappresentativi ;dell’ambiente della galleria nella suo complesso. ;25 Pertanto, grazie al carattere predittivo delle ;simulazioni fisiche effettuate sulla base dei dati forniti ;dai sensori, è possibile evitare il comportamento ;“acceso/spento” intermittente dei ventilatori che potrebbe ;verificarsi in seguito ad anomali picchi dei parametri 30 rilevati. ;;Il parametro fisico simulato è calcolato sulla base di ;una pluralità di rilevamenti effettuati ad istanti ;;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;precedenti. I rilevamenti comprendono i parametri fisici ;rilevati, ed eventualmente dati concernenti il traffico ;veicolare. In particolare, è prevista la fase di generare ;una linea di tendenza sulla base dei dati rilevati nel 5 lasso di tempo prestabilito, per simulare l’evoluzione ;dell’almeno un parametro fisico simulato. In questo modo, ;il parametro fisico simulato rappresenta una evoluzione nel ;tempo, calcolata sulla base dell’andamento dei parametri ;fisici precedentemente rilevati. Pertanto, il metodo è in 10 grado di effettuare una predizione delle condizioni che ;probabilmente si manifesteranno in galleria, e di ;modificare di conseguenza la soglia di attivazione dei ;ventilatori. Quindi, le condizioni in galleria che ad un ;certo istante possono essere considerate critiche (che 15 porterebbero all’innesco dei ventilatori) possono essere ;considerate non critiche ad un istante successivo, in virtù ;della simulazione effettuata in base alle logiche ;prestabilite in grado di prevedere l’evoluzione delle ;condizioni che si manifesteranno in galleria. ;20 Il sistema di controllo è in grado di comandare ;l’innesco/disinnesco dei ventilatori in base ad una ;funzione atta a minimizzare il consumo energetico di tali ;ventilatori. I ventilatori possono essere azionati mediante ;inverter. In caso di incendio, invece, la presenza di 25 questi dispositivi può essere utilizzata per gestire ;problematiche legate ad una sorgente in movimento. ;;Come accennato, ad esempio tramite il sistema di ;controllo, è possibile operare analizzando e prevedendo ;l’evoluzione del fenomeno di incendio, in funzione dei 30 parametri fisici rilevati e di quelli simulati. ;;Convenientemente, in caso d’incendio, è usato un modello ;fisico-matematico atto alla previsione dell’evoluzione ;;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;temporale dei principali parametri fisici (in particolare termo-fluidodinamici, ad esempio velocità dell’aria, profili di temperatura) della galleria. Tale modello fisico-matematico è costituito dall’accoppiamento delle 5 seguenti equazioni: ;• bilancio di forze per la determinazione del campo di velocità dell’aria in galleria; ;• modello di crescita per il focolaio dell’incendio; ;• equazione per la determinazione del campo di 10 temperatura all’interno della galleria. ;In accordo ad una preferita variante della presente invenzione, in caso di formazione di un incendio all’interno della galleria, in particolare in una galleria monodirezionale, è prevista la fase di attivare i 15 ventilatori creando in galleria una situazione di “calma di vento”, e successivamente la fase di attivare i ventilatori massimizzando la velocità del vento in galleria, convenientemente attivando tutti i ventilatori ad esempio alla massima intensità. La situazione di “calma di vento” 20 induce preferibilmente valori della velocità del vento di almeno 0.5 m/s, in particolare compresi tra 0.5 e 1 m/s. Convenientemente, la fase di calma di vento dura tra 5 e 15 minuti, ad esempio circa 10 minuti. In accordo ad una preferita variante dell’invenzione, dopo la fase di calma 25 di vento, è prevista la fase di aumentare progressivamente la velocità del vento in galleria sino a 1.5 o 2 m/s; successivamente avviene la fase di massimizzare la velocità del vento in galleria. La fase di aumentare progressivamente la velocità del vento in galleria dura 30 convenientemente tra 15 e 25 minuti, ad esempio circa 20 minuti. Un vantaggio consiste nel fatto che, prima di massimizzare la velocità del vento in galleria, le persone ;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;che sono in galleria hanno il tempo necessario per fuggire ;e mettersi in salvo prima che i ventilatori generino un ;flusso ad alta velocità di aria calda e fumi inquinanti. Il ;regime di calma di vento è finalizzato alla massima 5 stratificazione dei fumi prodotti dall’incendio, ;individuando i ventilatori da azionare in modo da ;minimizzare gli effetti di disturbo nella zona in cui è ;rilevato l’incendio. Invece, la successiva fase di ;massimizzare la velocità del vento promuove un completo 10 lavaggio della galleria dai fumi prodotti dall’incendio. ;;Il rilevamento dell’incendio può avvenire tramite ;l’impiego dei sensori atti a rilevare i parametri fisici ;all’interno della galleria. In aggiunto od in alternativa, ;è possibile impiegare dispositivi di rilevamento incendio, 15 quali un cavo termosensibile, fibrolaser, rilevatori di ;fumo, telecamere atte al video-rilevamento incendio, etc. ;Ad esempio, è possibile determinare se i parametri fisici ;rilevati superino un valore di soglia relativo ad una ;“condizione di incendio”. ;20 Secondo tale metodo di gestione è possibile consentire ;una efficace stratificazione dei fumi, consentendo l’auto- ;salvataggio degli utenti e la successiva dispersione dei ;fumi sviluppatisi nel corso dell’incendio. ;;La scelta dei ventilatori da azionare per mantenere le 25 condizioni di velocità ottimali è effettuata in modo da ;limitare gli effetti di disturbo nella zona in cui si trova ;il focolaio. ;;Il metodo secondo l’invenzione può essere ;convenientemente usato in gallerie esistenti dotate di 30 ventilatori e di mezzi sensori per rilevare almeno un ;parametro fisico in galleria. ;;È possibile fornire un programma per elaboratore atto ;;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;ad eseguire il metodo secondo la presente invenzione. ;;Fornisce altresì oggetto dell’invenzione un sistema di ;ventilazione in galleria comprendente: ;;almeno un sensore per rilevare almeno un parametro 5 fisico all’interno della galleria; ;;almeno un ventilatore (generalmente, una pluralità di ;ventilatori) per generare un flusso d’aria in galleria; ;;un sistema di controllo configurato per: ;;ricevere dati in ingresso dai sensori, ;10 generare almeno un parametro fisico simulato in ;funzione di detto almeno un parametro fisico rilevato; ;;confrontare i valori di detti parametri fisici ;simulati e rilevati con almeno un rispettivo valore di ;soglia; ;15 se i valori dei parametri fisici simulati o rilevati ;eccedono detto valore di soglia, attivare almeno un ;ventilatore; quando i valori dei parametri fisici scendono ;sotto detto valore di soglia, disattivare uno o più ;ventilatori. ;20 Come anticipato, il sistema di controllo è atto a ;ricevere in ingresso dati e ad elaborare i dati in uscita ;per l’esecuzione del metodo in base a logiche prestabilite. ;Il sistema è configurato per eseguire il metodo secondo ;l’invenzione. Inoltre, il sistema può comprendere mezzi 25 sensori per il rilevamento veicolare, dispositivi di ;rilevamento incendi, in accordo a quanto precedentemente ;descritto e non ripetuto per brevità. ;;A titolo di esempio, in figura 1 è schematicamente ;illustrato il funzionamento del metodo in condizioni di 30 esercizio, cioè in assenza di incendio 24. Tramite ;opportuni mezzi di rilevamento sono rilevate informazioni ;20 sul traffico veicolare e sono rilevati i parametri ;;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;fisici in galleria (ad esempio, si misurano la pressione ai ;portali e la temperatura). In funzione di tali valori ;rilevati, vi è la fase di simulare 26 il profilo atteso di ;CO e visibilità (od opacità) in galleria; in base all’esito 5 di tale simulazione 26, vi è la fase di determinare 28 ;selettivamente l’accensione/spegnimento dei ventilatori in ;galleria. In un primo scenario 29, l’attività dei ;ventilatori in funzione non è modificata. In un secondo ;scenario 30, sono attivati alcuni ventilatori (almeno uno) 10 scelti tra quelli che hanno eseguito il minor numero di ore ;di funzionamento. In un terzo scenario 32, sono disattivati ;alcuni ventilatori (almeno uno) scelti tra quelli che hanno ;eseguito il maggior numero di ore di funzionamento. In base ;alle scelte operative 29, 30, 31 effettuate, è aggiornata 15 la fase di simulazione 26. ;;A titolo di esempio, in figura 2 è schematicamente ;illustrato il funzionamento del metodo nel caso di ;incendio. Tramite opportuni mezzi di rilevamento incendio è ;rilevato l’incendio 2, da cui consegue una situazione di 20 allarme 4, ed inizia la procedura 6. Un orologio 8 fornisce ;un riferimento temporale per eseguire il metodo. Dopo la ;rilevazione dell’incendio 2, è eseguita la simulazione ;dell’incendio 10 relativamente alla posizione ed all’entità ;dell’incendio nella galleria. In base alla simulazione 10, 25 vi è la fase di confrontare 12 la temperatura in galleria ;con una temperatura di soglia (o temperatura di ;evacuazione): se la temperatura in galleria è minore della ;temperatura di soglia, si genera 14 in galleria la ;situazione di “calma di vento”; altrimenti, si esegue 16 la 30 fase di aumentare progressivamente la velocità del vento in ;galleria e successivamente avviene la fase di massimizzare ;la velocità del vento in galleria. Le fasi 14 e 16 sono ;;A5899 Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;eseguite per un periodo di tempo con riferimento ;dell’orologio 8. Intanto, sono rilevati dati 18 relativi ai ;parametri fisici nella galleria (ad esempio, è misurata la ;velocità del vento, è rilevato lo stato di funzionamento 5 dei ventilatori, ed è misurata la pressione ai portali), e ;tali dati sono usati per la fase di simulazione 10. ;Terminata la fase di incendio, il sistema torna alla ;condizione di esercizio ordinaria. ;;Naturalmente, fermo restando il principio 10 dell’invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di ;realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a ;quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non ;limitativo, senza per questo uscire dall’ambito ;dell’invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni. ;15 ;;Barzanò & Zanardo Milano S.p.A. ;;/GV/LT ;;A5899 *