JPH09268899A

JPH09268899A - 道路トンネル用換気制御装置

Info

Publication number: JPH09268899A
Application number: JP7268996A
Authority: JP
Inventors: Minoru Fukuhara; 実福原; Atsushi Mori; 敦森; Toru Nishiyama; 徹西山; Mizuho Ishida; 瑞穂石田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-10-14
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: TW381197B; JP3228121B2

Abstract

(57)【要約】【課題】トンネル内の煤煙発生量による視環境及び一
酸化炭素（ＣＯ）濃度を許容値以下に維持し、しかもト
ンネル内の換気機の運転電力を抑えながら換気機の制御
を行う道路トンネル用換気制御を提供することを目的と
する。【解決手段】ジェットファン、集じん機設備、立坑送
風機及び立坑排風機を制御する複数の換気連動盤とトン
ネル一括で換気制御を行う換気制御装置を設け制御する
ことにより、換気機運転の省エネ化を計りながら、自動
車の排出する煤煙によるトンネル内の空気の汚れ（視環
境）及びＣＯ濃度を許容値以下に維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、換気機の省エネを
図りながら道路トンネルの煤煙濃度およびＣＯ濃度を許
容値以下にする道路トンネル用換気制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の道路トンネル用換気制御
装置の制御ブロック図である。交通量計測装置で平常時
の換気制御は交通量および車速を入力する。３０で、こ
の交通量データを蓄積し、作成した１日の交通量パター
ンから次の制御周期の交通量を予測する。３１及び３２
で、予測した交通量から各換気区間ごとの必要換気量を
求める。３３で、必要換気量より各種換気機の運転組合
せを決定し出力する。

【０００３】上記換気計算に用いるパラメータ（係数）
は固定または設定値である。また集じん機設備の集じん
効率および空気密度（ρ）もパラメータとして設定値を
用いるのが常であった。そして換気機の組合せも人が予
め換気量によって設定を行う。

【０００４】上記平常時換気制御をファジイ制御で行う
場合もある。割り込み制御としては３５で、デマンド警
報信号入力時、換気機の電力量を下げるため当該の換気
機の運転風量を減らす。３４で、ＶＩ悪化、ＣＯ悪化発
生時は即全換気機１００％運転を行う。また３６で、火
災時に立坑排風機を用い、道路トンネル内の風速零化運
転を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の道路トンネル用
換気制御装置は以上のように構成されているので、（１）パラメータの調整を定期的に人が設定し直さない
と適切な制御が行えない。特に季節的にまた経年的に変
化するパラメータ（煤煙発生量係数やＣＯ発生量係数な
ど）の調整は時間を要し、熟練者でないとできなかっ
た。

【０００６】（２）集じん機の集じん効率は処理風量に
よって変化するが、パラメータの中の集じん効率を一定
値として設定しているため風量によってはかなり大きな
誤差となっていた。

【０００７】（３）トンネル内の温度や湿度によっても
変化する空気密度も定数として一定であるため、温度や
湿度によっては真値と大きな誤差となり換気力計算ひい
ては換気機の運転量にも大きな誤差を生じていた。

【０００８】（４）立坑送排や集じん機設備のショート
サーキットを考えないで、各換気機の風量を決めていた
ためショートサーキットが多く発生し、換気電力量のム
ダが発生していた。

【０００９】（５）自然換気力を把握して換気力演算を
行わないため、必要以上に換気機を運転したり、逆に不
足する場合も多く発生していた。

【００１０】（６）換気機の運転組合せも人が設定する
ことにより、換気制御の目的にかなった最適な組合せに
なると考えられない。

【００１１】（７）従来の換気制御の目的は、ＶＩ値の
目標ＶＩ値との差（偏差）のみであった。つまりＶＩ値
をできるだけ目標ＶＩ値へ近付けようとするレギュレー
タ制御であったため、操作量の過大やハンティングが発
生し、電力量のムダが発生していた。

【００１２】（８）零化制御に応答の遅い立坑送排風機
を使うことによって、かえってトンネル内風速を零へ収
束する時間が多くかかった。

【００１３】（９）デマンド警報発生時、換気電力量を
減らすため運転風量を減らすが、換気量が不足しトンネ
ル内の環境悪化を招いていた。

【００１４】（１０）ＶＩ悪化、ＣＯ悪化の割り込みが
発生すると、即１００％運転を行うため、大きな換気電
力量を要した。

【００１５】本発明は、上記従来の問題を解決する道路
トンネル用換気制御盤を提供することを目的としてなさ
れたものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１の発明に係る道路トンネル用換気制御装
置は、換気制御に用いられるパラメータ（係数）を過去
のデータより学習機能により次第に真値へ近付けようと
自動的に調整する機能を設けたものである。

【００１７】（２）請求項２の発明に係る道路トンネル
用換気制御装置は、集じん機設備の集じん効率を固定値
とせず、集じん機の処理風量で演算により求める機能を
もったものである。

【００１８】（３）請求項３の発明に係る道路トンネル
用換気制御装置は、換気演算に用いられる空気密度
（ρ）を固定値とせず、トンネル内の温度と湿度によっ
て補正し、より精度の高い空気密度を求める機能をもっ
たものである。

【００１９】（４）請求項４の発明に係る道路トンネル
用換気制御装置は、換気機の各風量を決定する際に立坑
送排および集じん機においてショートサーキットが生じ
ないように本坑風量に対する各換気機の運転風量の割合
を制約条件として組み込んだものである。

【００２０】（５）請求項５の発明に係る道路トンネル
用換気制御装置は、トンネル量坑口に設置された大気圧
計の気圧値とトンネル内の温度によってトンネル両坑口
間の自然換気力を演算する機能をもったものである。

【００２１】（６）請求項６の発明に係る道路トンネル
用換気制御装置は、各換気機ごとに求めた基本換気量を
中心に数％ずつごとにｎ点の換気量を選び、換気機がｍ
種あるとすればｎ^m 通りの中に最適なパターンがあると
考えたもので、ｎ^m 通りの運転パターンの中から決定す
る機能をもったものである。

【００２２】（７）請求項７の発明に係る道路トンネル
用換気制御装置は、複数の運転パターンの中で最も制御
目的に適したパターンを見つける手段として、複数の運
転パターンごとにモデル化予測によってＶＩ値電力量を
予測し目的関数を求め、最も小さい値の運転パターンを
最適なパターンとして決定する機能をもったものであ
る。

【００２３】（８）請求項８の発明に係る道路トンネル
用換気制御装置は、トンネルの火災発生時風速零化を速
やかに行うため、ジェットファンを本坑風と逆に順次運
転を行い、Ｏｍ／ｓ付近に達してからオーバーシュート
を防止するため自然換気力と交通換気力の和を打ち消す
ファン運転を設定時間行い、その後トンネル内風速値に
よりＰＩＤ制御を行ってＯｍ／ｓを維持する機能をもっ
たものである。

【００２４】（９）請求項９の発明に係る道路トンネル
用換気制御装置は、デマンド警報信号により換気電力量
を下げるため換気機運転風量を減らす。このままだと換
気量不足となるため別の受電系統の換気機の運転風量を
増やす機能もったものである。

【００２５】（１０）請求項１０の発明に係る道路トン
ネル用換気制御装置は、ＶＩ値、ＣＯ値の悪化判定レベ
ルを２段階にもち、レベル１悪化の場合は全換気機１０
０％運転を行う。このレベル１悪化へ入る前に、レベル
２悪化によって該当換気区間の換気機運転風量を増やす
ことによってＶＩ値、ＣＯ値を改善しようとするもので
ある。

【００２６】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図１は煤煙発生量調整ブロック図であ
る。図１はトンネル内の煤煙発生量を算出するときに使
用する車１台当たりの煤煙発生量（μ）（煤煙排出量と
煤煙濃度の積）を自動調整する方法を示している。１で
は過去のＶＩ値、風速値より制御周期ごとの実測煤煙発
生量の算出を行う。２では予測交通量ではなく実測交通
量を使用して制御周期ごとの予測煤煙発生量の算出を行
う。３では上記１、２で求めた実測、予測煤煙発生量の
設定期間の相関係数を求める。４では３で求めた予測と
実測との傾きおよび相関係数を用いて、設定期間ごとに
予測煤煙発生量算出式で用いる煤煙発生量（μ）の調整
を行う。

【００２７】図２はＣＯ発生量調整ブロック図である。
図２はトンネル内のＣＯ発生量を算出するときに用いる
ＣＯ発生量（μｃ）（ＣＯ排出量とＣＯ濃度との積）を
自動調整する方法を示している。５では過度のＣＯ値・
風速値により制御周期ごとの実測煤煙発生量の算出を行
う。６では予測交通量ではなく実測交通量を使用して制
御周期ごとの予測ＣＯ発生量の算出を行う。７では上記
５、６で求めた実測・予測ＣＯ発生量の設定期間の相関
を求める。８では７で求めた予測と実測との傾きおよび
相関係数を用いて、設定期間ごとに予測ＣＯ発生量算出
式で用いる。ＣＯ発生量（μｃ）の調整を行う。

【００２８】図３は目的関数ウェイト（ａ）調整ブロッ
ク図である。図３は目的関数のウェイト（ａ）をファジ
イ推論によって自動調整する方法を示している。９では
制御周期ごとに過去のＶＩ値により煤煙濃度（Ｋ_i ）を
求め、目標煤煙濃度（Ｋ_o ）との差（Ｄ_i ）を算出す
る。１０では制御周期ごとに今回の制御周期の換気機の
運転容量（Ｐ_i ）と前回の制御周期の運転容量（Ｐ
_i-1 ）との差を全換気機のトータル容量（Ｐ_o ）との割
合に算出する。１１では上記９、１０で求めたＤ_i とＣ
_i からファジイ推論によってウェイト（ａ）の変更幅
（Δａ）を求める。１２では設定期間内の制御周期ごと
に求めたΔａの頻度分布を求め、平均値（μ）や偏差
（σ）を求める。１３では１２で求めたΔａの平均値
（μ）や偏差（σ）によってａの調整を行う。

【００２９】（実施の形態２）図４は集じん効率算出ブ
ロック図である。次の制御周期で運転しようとする集じ
ん機の処理風量によって集じん効率（η）を求める方法
を示している。１４では次の制御周期の集じん機処理風
量（Ｑｃ）より次の制御周期の集じん効率（η）を下記
式により求める。

【００３０】

【数１】

【００３１】（実施の形態３）トンネル内の空気密度は
大気圧と坑内温度によって変化するため、下記の計算式
により補正を行う。

【００３２】

【数２】

【００３３】（実施の形態４）図５（ａ）（ｂ）はショ
ートサーキット防止条件図である。図５（ａ）（ｂ）に
示すようにショートサーキットを防止するため、集じん
送風機、立坑送排風量は本坑風量よりも小さいことが必
要である。よって運転パターンの制約条件としてこの条
件を入れている。この条件を満足しない運転パターンは
除くものとする。

【００３４】（実施の形態５）図６は自然換気力算出の
ための関係図である。両坑口の大気圧値の補正を下記式
のように行い、両坑口の自然換気力（ΔＰ_MT）を算出す
る。

【００３５】

【数３】

【００３６】（実施の形態６）図７は換気運転組合せ算
出ブロック図である。図７は各換気区間の煤煙発生量よ
り基本換気量を求め、換気機の運転組合せを求める方法
を示している。１５では各換気区間ごとの煤煙発生量か
ら各換気区間の基本換気量を算出する。１６では求めた
基本換気量を当該の換気機の運転風量とし、それを中心
に設定％きざみにｎ通りの運転パターンを選ぶ。１７で
は換気区間ｍも上記１６と同様に運転パターンを選ぶと
全てｎ^m 通りの運転パターンを選出する。

【００３７】（実施の形態７）請求項７の発明の実施例
を示す。複数の換気運転パターンの中から最適な運転パ
ターンを求める手段として、目的関数を計算して最も小
さい値となった運転パターンを最適なものとして選択す
る。目的関数として下記式を用いる。

【００３８】

【数４】

【００３９】または

【００４０】

【数５】

【００４１】（実施の形態８）図８は道路トンネル内風
速０ｍ／ｓ維持制御ブロック図である。図８はトンネル
内火災発生よりトンネル内風速を０化する方法を示して
いる。１８では火災発生信号入力とともに全換気機の停
止を行う。１９では一定時間経過後ジェットファンで坑
内風を逆方向へ順次運転を行い、速やかに零化へもって
いく。２０では坑内風が０ｍ／ｓ付近になると、自然換
気力と交通換気力を打ち消すジェットファンのみ残して
他のジェットファンを停止し、０ｍ／ｓをそのまま維持
する。２１では設定時間経過後風速フィードバック制御
にはいる。これは約１０〜２０秒間隔で坑内風速を読み
込み、ＰＩＤ制御にて目標風速０ｍ／ｓにしたときの制
御を約１０〜２０秒間隔で行う。

【００４２】（実施の形態９）図９はデマンド制御ブロ
ック図である。図９はデマンド警報発生時の割り込み制
御を示している。２２ではデマンド警報が発生すると発
生した受電系統の換気機風量を減らして電力量を削減
し、デマンド契約内に電力量が入るようにする。２３で
は不足する換気風量を他の受電系統の換気機で風量補充
を行う。２４では上記２２、２３で換気演算を行った結
果の各換気機の運転風量を決定し出力を行う。

【００４３】（実施の形態１０）図１０はＶＩ悪化及び
ＣＯ悪化制御ブロック図である。図１０はＶＩ悪化及び
ＣＯ悪化発生時の割り込み制御を示す。２５ではＶＩ値
によって悪化レベル２設定値（例４０％）以下を設定時
限（例３０秒）継続すると悪化レベル２と判断する。ま
た悪化レベル１設定（例３０％）以下を設定時限（例３
０秒）継続すると悪化レベル１と判断する。２６では上
記判断したＶＩ悪化レベル２、ＶＩ悪化レベル１発生時
の各換気機の運転風量設定ができる。例えば、悪化レベ
ル１発生時は全換気機が１００％運転を行う。悪化レベ
ル２発生時は、設定した該当換気機の運転を行う。２７
では上記１と同様ＣＯ値によって悪化レベル２設定値
（例８０ｐｐｍ）以上を設定時限（例３０秒）継続する
と悪化レベル２と判断する。また悪化レベル１設定値
（例１００ｐｐｍ）以上を設定時限（例３０秒）継続す
ると悪化レベル１と判断する。２８では上記２と同様に
上記３で判断したＣＯ悪化レベル２、ＣＯ悪化レベル１
発生時の各換気機の運転風量設定ができる。例えば、悪
化レベル１発生時は全換気機が１００％運転を行う。悪
化レベル２発生時は設定した該当換気機の運転を行う。
２９では悪化発生後の運転パターン出力を行う。

【００４４】

【発明の効果】

（１）請求項１の発明によれば、自動的に煤煙発生量、
ＣＯ発生量および目的関数ウェイトのパラメータが調整
されているため、従来定期的にまたは制御が異常なとき
に人が調整していたが難しく調整に時間を要していた調
整作業が不要となる。

【００４５】（２）請求項２の発明によれば、集じん機
設備の集じん効率が正確に把握できるため、換気演算の
精度が向上する。

【００４６】（３）請求項３の発明によれば、換気演算
で用いられる空気密度（ρ）がより正確に把握できるた
め、換気演算の精度が向上する。

【００４７】（４）請求項４の発明によれば、集じん機
および立坑送排のショートサーキットを防ぐことがで
き、換気機のムダな電力量を防ぐことができる。

【００４８】（５）請求項５の発明によれば、両坑口に
設置した大気圧値よりトンネル両坑口間の自然換気力が
計算でき、これを換気力演算に使うことによって換気力
演算の精度が向上する。

【００４９】（６）請求項６の発明によれば、最適な運
転パターンがあると考えられ各換気区間ごとに算出した
必要換気量を中心とした多数の運転パターンにつきモデ
ル化予測から目的関数を演算することによって、その中
から最適な運転パターンが選定できるものである。

【００５０】（７）請求項７の発明によれば、目的関数
を最小とする運転パターンを選定することが換気制御の
目的である。ＶＩ値の目標ＶＩ値との偏差が小さくしか
も換気電力量を小さくする最適な運転パターンを選定し
たことになる。

【００５１】（８）請求項８の発明によれば、トンネル
内で火災発生時最も早く坑内風速を零化し、零化の維持
が行える。つまり坑内の煙の拡散を抑え、人の避難をで
きるだけ有利にするものである。

【００５２】（９）請求項９の発明によれば、デマンド
警報発生時に換気量を下げて換気電力量を下げるため換
気量の不足が発生するが、このとき他の受電系統の換気
量を増やして補充を行う。

【００５３】（１０）請求項１０の発明にによれば、Ｖ
Ｉ悪化・ＣＯ悪化によって全換気機１００％運転を行う
前に悪化レベル２を設け、このとき該当換気区間の換気
機の設定運転を行うことによって、ＶＩ悪化・ＣＯ悪化
による全換気機１００％運転が入らないようにする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１を示す煤煙発生量調整ブ
ロック図

【図２】本発明の実施の形態１を示すＣＯ発生量調整ブ
ロック図

【図３】本発明の実施の形態１を示す目的関数ウェイト
（ａ）調整ブロック図

【図４】本発明の実施の形態２を示す集じん効率算出ブ
ロック図

【図５】（ａ）本発明の実施の形態４を示すショートサ
ーキット防止条件の一例図（ｂ）本発明の実施の形態４を示すショートサーキット
防止条件の他の一例図

【図６】本発明の実施の形態５を示す自然換気力算出の
ための関係図

【図７】本発明の実施の形態６を示す換気運転組合せ算
出ブロック図

【図８】本発明の実施の形態８を示す道路トンネル内風
速０ｍ／ｓ維持制御ブロック図

【図９】本発明の実施の形態９を示すデマンド制御ブロ
ック図

【図１０】本発明の実施の形態１０を示すＶＩ悪化及び
ＣＯ悪化制御ブロック図

【図１１】従来の道路トンネル用換気制御装置の制御ブ
ロック図

【符号の説明】

１実測煤煙発生量算出手段２予測煤煙発生量算出手段３実測・予測煤煙発生量相関算出手段４予測煤煙発生量調整手段５実測ＣＯ発生量算出手段６予測ＣＯ発生量算出手段７実測・予測ＣＯ発生量相関算出手段８予測ＣＯ発生量調整手段９Ｄｉ算出手段１０Ｃｉ算出手段１１ Δａ算出手段１２ Δａ頻度分布算出手段１３ａ調整手段１４集じん効率算出手段１５基本換気量算出手段１６風量算出手段１７運転算出手段１８停止手段１９逆転運転手段２００ｍ／ｓ維持手段２１風速フィードバック制御手段２２換気量減量算出手段２３換気量補充算出手段２４出力制御手段２５ＶＩ悪化判定手段２６ＶＩ悪化運転パターン選択手段２７ＣＯ悪化判定手段２８ＣＯ悪化運転パターン選択手段２９出力制御手段３０交通量予測手段３１煤煙発生量予測手段３２必要換気量算出手段３３換気機組合せ算出手段３４ＶＩ・ＣＯ悪化運転パターン選択手段３５デマンド制御運転算出手段３６風速零化制御算出手段３７出力制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｂ 13/02 Ｇ０５Ｂ 13/02 Ｎ (72)発明者石田瑞穂大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】換気制御に用いる各種係数（パラメータ）
である煤煙発生量（μ）、ＣＯ発生量（μｃ）および目
的関数ウェイトａの調整を過去のデータより学習機能に
より最適な値へと演算を行い、自動的にパラメータ調整
を行う道路トンネル用換気制御装置。
【請求項２】集じん機設備の集じん効率を一定値とせ
ず、集じん機の換気風量に応じて演算する機能をもった
道路トンネル用換気制御装置。
【請求項３】換気力計算に用いられる空気密度（ρ）を
一定値とせず、トンネル内の温度および湿度によって補
正を行う機能をもった道路トンネル用換気制御装置。
【請求項４】集じん機設備のショートサーキット（排出
風量が吸い込み側へ逆流する現象）および立坑送風機、
排風機のショートサーキットを防ぐため、上記換気風量
をトンネル本坑風量に対して制約条件をもって換気機の
各風量を決定する道路トンネル用換気制御装置。
【請求項５】トンネル両坑口の気圧値とトンネル内の温
度によりトンネル両坑口間の自然換気力を演算し、換気
力計算に用いる機能をもった道路トンネル用換気制御装
置。
【請求項６】各換気区間ごとに必要換気量を求め、担当
換気機の運転風量決定に求めた必要換気量を中心に一定
（ΔＰ）％ごとにｎ通り選択し、同じように換気区間
（ｍ区間）ごとに風量を選ぶ組合せ運転パターンを決定
する機能をもった道路トンネル用換気制御装置。
【請求項７】換気制御に予測煤煙濃度と目標煤煙濃度と
の差（偏差項）と新たに操作を行って増減した換気電力
量の全換気電力量との割合（操作項）からなる目的関数
を用い、複数運転パターン（換気機の運転の組合せ）の
中から目的関数の演算を行い、目的関数の最も小さい運
転パターンを最適な運転パターンと決定する機能をもっ
た道路トンネル用換気制御装置。
【請求項８】対面通行のトンネル内で火災発生時、煙の
拡散を防ぎ人の避難を助けるため、速やかにトンネル内
の風速の零化を行う。よって現状の風速と逆にジェット
ファンを順次逆転運転を行い、風速が０ｍ／ｓ付近にな
ったところで自然換気力と交通換気力を打ち消すファン
台数を残し、その他のファンを停止にし一定時間経過後
ＰＩＤ制御に入ってトンネル内風速が０ｍ／ｓ付近にな
るように制御を行う機能をもった道路トンネル用換気制
御装置。
【請求項９】受電設備からのデマンド警報信号により該
当する受電系統の換気機の運転を抑えて換気電力を下
げ、不足する換気量を別受電系統の換気機によって補充
する機能をもった道路トンネル用換気制御装置。
【請求項１０】ＶＩ、ＣＯ値が許容値以下になると、Ｖ
Ｉ悪化運転レベル１、ＣＯ悪化運転レベル１と称して全
換気機の１００％運転を行い、速やかにトンネル内Ｖ１
値およびＣＯ値の改善を行うが、換気機の電力の省力化
を考慮し許容値前の段階でＶＩ悪化運転レベル２、ＣＯ
悪化運転レベル２と称して悪化したＶＩ計およびＣＯ計
の付近のみの換気機を運転してレベル１（全換気機の１
００％運転）へ入る前の段階でＶＩ値およびＣＯ値を改
善する機能をもった道路トンネル用換気制御装置。