JPS6023600A - 集中排気式道路トンネルの換気制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、集中排気式道路トンネルにおける換気制御方
法の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来の道路トンネルの換気制御方法においては、トンネ
ル内において自動車の排気ガスに含まれる有害ガスや視
界をさえぎる煤煙を対象として、それらが各々許容値以
下となるように換気制御が行なわれてきた。しかし、最
近トンネル内ばかりでなく、トンネル外の住民の環境も
問題となり、トンネル坑口に流出する汚染物質量も制御
の対象とする必要が生じてきた。また、従来の方法は一
般に単にフィードバック制御が行なわれたので、一過性
の変化によって換気設備を頻繁に発停させ、必要以上の
電力消費や設備の寿命が問題となっていた。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みてなされ、集中Ｖ［気弐道路ト
ンネルにおいて、換気設備の省動力等を考慮した上で、
トンネル内の汚染物質とトンネル外へ流出するＮＯＸを
許容値以下となるように換気設備を制御する、前記欠点
のない集中排気式道路トンネルの換気制御方法を提供す
ることを目的とする。

〔発明の概賛〕

本発明は道路トンネル内の交通量を検出し、それに基づ
いて予測交通量を算出し、その予測値に対して換気演算
を行ない、短時間光のトンネル内の汚染物質とトンネル
外へ流出するＮＯＸを許容値以下になるように換気設備
を制御することにより、上記の目的を達成するものであ
′る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図は、本換気制御方法の対象となる集中排気式トンネル
系統例を示したもので、集中排気式道路トンネル１にお
ける交通２は矢印の方向へ一方交通として考える。換気
設備機器は排風機３、及び按分ダンパー４とから構成さ
れる装置してトンネル入口に交通量計測装置５が、トン
ネル内に煙霧透過率計６、ＣＯ濃度計７がそれぞれ立坑
上付近に配設され、又、トンネル出口にＮＯＸ計８が設
備されている。これらのｈ１測装置．から交通量、煙霧
透過率、Ｃ０９ｇ、ＮＯＸ　ｃ７）　ｉ　出ｈｔ　；ｄ
Ｅ、プロセス入力装置９を介して計算機１０に入力さ出
力装置１１を介して排風機３の発停信号と、按分ダンパ
ー４の開度信号として出力する。以上の一連の動作によ
り、トンネル内の一酸化炭素及び煤煙と、トンネル外へ
流出するＮＯＸを許容値以下となるように排風機３と按
分ダンパー４を制御する０ 第２図は本発明の制御動作の概略流れ図を示したもので
、まず交通量を入力して交通量予測を行なう。この交通
社予測は交通量が自然現象的な時系列傾向を示すので、
自己回帰モデルを仮足して算定する。次にこの交通量予
測値を用いて、換気演算を行ない、換気組合せの決定を
行なって、最終的に制御出力を行なうルーチンとする。

ここでは特に換気演算のブロックについて、第３図を参
照して説明する。

ステップＳ，；制御周期Ｔ時間後の交通量予測値（台）
よりトンネル内の在車台数を算定する。

Ｎ　Ｌｔ 町＝（丁）×■ ここで　ｎｌは各区間のトンネル区間内在車台数、Ｎ／
Ｔは７秒間の交通ｉｔ（台７Ｇ．ｅ　ｃ　）Ｎは交通量
予測値、Ｌｉは各トンネル区間延長（ｍ）、Ｖｔは単速
度、ｉは各トンネル区間を示す。

ステップＳ，；換気ノッチ（排風機の台数と按分ダンパ
ーの開度の組合わせ　を設定する。

ステップＳ，：各区間のＣＯ及び煤煙ζこ関する所要換
気量を算定する。汚染濃度を９９％以上の確率で許容値
内に保つための換気量は次式によって与えられる。

ここで、ＱＩ：所要換気量−〔ｒｒＰ／ｓｅｅ）。

μ：汚染発生量平均値［ｒｌ／ｆ，７Ｋｍ　］グ：汚染
物質標準偏差［ａ／／＠７’Ｋｍ　）Ｋ：許容濃度 Ａ　：　ＩＫｍ当りのトンネル体積〔ｍＩＡ（ｍ〕Ｔ：
平均車間隔［ｓｅｃ／台〕で時間交通量がＮ〔合／ｈ〕
のとき Ｔ＝　３６００−・・・・・・・・・（３）Ｉ−二区間
長［Ｋｍ）、　ｉ　：区間である。

（２）　（３）式より となる。

次に汚染発生量の平均値μと標準偏差σは、μ一Ｐ８μ
＋＋（Ｉ　Ｐｔ）μ！　曲曲・・・川・（５）σＬ−Ｐ
Ｉ｛σ？＋（角−μ）　’｝＋（　１−Ｐ＋）　（偽＋
（ｈ一μ）２｝・・・山（６）で与えられる。

ここで、μ１，σ１二大型車汚染発生量平均値及び標準
偏差、 μ，，σド小型車汚染発生量平均値及び標準偏差、 ＰＩ：大型車混入率、 である。

以上により、許容濃度Ｋを満足するＣＯについてσ１又
、煤煙についての所要換気量を各区間についてめる。但
し煤煙についての許容濃度には下記の変換が必要である
。

Ｋ　＝　−−Ｌ−ｌｏｇ　（τ）　・・・・・・・・・
・・・（７）００ ここで　τ：許容煙霧透過率を示す。

ステップＳ４ニ各区間のＮＯＸの汚染発生量を算定する
。

ステラ１Ｓ番でトンネル内の汚染物質ＣＯ及び煤煙に関
しては濃度分布を算定するためにステップ３で所要換気
量を算定したが、トンネル外では濃度分布を算定するの
は困難である。このため汚染物質の流出量として制御す
るので、ＮＯｘに関してはトンネル内の汚染物質の発生
量を めることとする。すなわち各区間のＮＯＸの発生量は、
自動車の単位走行距離当りの排出量交通量区間長からめ
次式で与 えられる。

（Ｐ、ｘｑｌｏ、　ｘＫＧ、＋（Ｉ　ＰＩ）ＸｑＩＯＩ
　ＸＫＧｔ）　ＸＮＩ　ＸＬｌ・・・・・・・・・　（
８） ここで　ｑ、：ＮＯＸの発生Ｍ　［ｎｉ”、４ｅｃ）Ｑ
ｌｏ＋　：大型車における単位走行当りの排出量［１／
ＩＧｎ） ｑｌｏｉ　：小型車における即位走行当りの排出量［ｅ
／Ｋｍ） ＫＧ、　：大型車に関する補正係数 ＫＧ、　：小型車に関する補正係数 ＰＩ：大型車混入率、Ｎ１時間交通量 Ｅ台／時〕 Ｌに区間長［Ｋｍ） ステップＳＩＩ；圧力平衡及び風量連続関係式を解く。

トンネル内における交通換気力、車道壁面抵抗による損
失、排風機による昇圧力、ダクトにおける損失などに対
しての圧力平衡式、及びトンネルの各区間、ダクト間の
風量連続の関係式を解き、各区間の風速及び排風機の機
械換気量を胸定する。

ステップＳＩ、；トンネル内のＣＯ濃度、煙霧透過率を
算定する。

ステップＳ６でめた各区間の車道内風速によりＣＯ濃度
、煙霧透過率を次式によって算定する。

Ｃ＝Ｃ（１＋ＱＷ／（ｖｒ＋・’ｒｔ）０Ｋ　−−・−
＋＋＋−＋＋＋・（９）ここで　Ｃ６：ｌｌＳ気濃度 Ｑ’ｒｌ　’手順３でめた各区間のＣＯ及煤煙に関する
所要換気量Ｃ＝１３ＡＢＣ）■、１：千順５千木５た車
道内風速 （ｍ／５ｅｃ） ＡｒＩ：各区間の車道断面積〔□り 但し、煤煙に関しては算定された濃度に対して下記の変
換か必要となる。

（１０００にＣ） ＶＩ＝１０．ＯＸ１００　［％〕　・・・・・・・・・
・・・α〔ここで、ｖ工：煙霧透過率、Ｃ：煤煙濃度。

以上より、ステップＳ２より換気ノツチを設定したとき
のトンネル内のＣＯ濃度及び煙霧透過率が算定する。

ステップＳ、で算定した機械換気量よりトンネル出口の
ＮＯＸの流出量を算定する。

すなわち、トンネルの入口区間Ｉ−１で発生したＮＯＸ
は排風機３により機械換気された割合だけ排気され、そ
の後出口区間でＮＯＸが又発生してトンネル外へ流出す
る。よって次式によってトンネル外へ流出するＮＯＸは
与えられる。

とこで　Ｑｒｌ　’各区間の風ｉｔ　［ｒｒＩＡｅＣ）
Ｑ＠二手順５で算定しだ機械換気量 〔ヅｓｅｃ　） ｑに手順４で算定した各区間でのＮＯ 発生量［ｍ”／ｆｉｅｃ） ｑＮＯＸ：　）ンネル外へ流出するＮＯＸの流出量［ｎ
ｐｓｅｃ］ ステップＳ６；各汚染物質が許容値以下か判定する。

あらかじめ定められているトンネル内の−酸化炭素及び
煤煙とトンネル外へ流出するＮＯＸの許容値と、ステッ
プＳ６、ステップＳ７で算定した値と比較して許容値以
下となっているかの判定を行なう。

なお、条件を満足しない場合は、ステップＳ！で設定し
た換気ノツチを、ステップＳ、を経由して更新する。以
上ステップＳ、〜Ｓ８及びＳ、の換気演算アルゴリズム
第３図により、最終的な換気ノツチが選ばれて、制御出
力を行なう。

かくして以上の換気演算アルゴリズムを中心とした制御
アルゴリズムにより、トンネル内の一酸化炭素、及び煤
煙とトンネル外へ流出するＮＯＸの流蓋を許容値以内に
押えて、トンネル付近の住民環境を汚染から守ることが
できる。更に本実施例は、ある制御周期毎に予測制御を
行なうので、換気設備を頻繁に発停、及び開閉させる必
要がなくなる。又、本実施例では各計測器から各プロセ
ス値を入力し、常時監視を行ない、プロセス値が異常値
を示した場合は、フィードバック制御を行なうことによ
って、この換気制御方法の信頼性をさらに高めることが
できる。

なお、上記実施例では、排風機の台数制御とダンパー開
度の制御による換気制御を採用したが、この他、排風機
駆動電動機を極数変換制御や可変周波数制御をした場合
、トンネル坑口のサツヵルドファン駆動電動機の台数制
御、または極数変換制御、または可変周波数制御を併用
したり、ジェットファンの台数制御を利用した場合、あ
るいは排風機駆動電動機の台数制御、または極数変換制
御、または、可変周波数制御単独の場合の換気制御系に
も適用可能である。

〔本発明の効果〕

以上、説明したように本発明によれば集中排気式道路ト
ンネルにおいて、トンネル内の一酸化炭素、及び煤煙と
トンネル外のＮＯＸの流出量を許容値以内に保持するよ
うに換気制御を行ない、トンネル付近の環境汚染を防止
した、効果的な集中排気式道路トンネルの換気制御方法
が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御対象である集中排気式トンネルの
系統説明図、第２図は本発明の一実施例を示す制御動作
の概略流れ図、第３図は第２図の中の換気演算概略図で
ある。 １・・・集中排気式トンネル　２・・・交通３・・・排
風機　４・・・按分ダンパー５・・・交通値計測装置ｔ
　６・・・煙霧透過率計７・・・−酸化炭素濃度計　８
・・、　ＮＯＸ針９、・、プロセス入力装置ｆ１０・・
・計算機１１・・・プロセス出力装置 （７３１７）　代理人　弁理士　則　近　憲　佑　（ほ
か１名）第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排風機、按分ダンパー、交通量計測装置、煙霧透過率計
   、ＣＯ濃度計、及びＮＯＸ計とを備え計測値をプロセス
   入力装置を介して計算機に入力し制御出力を演算して上
   記排風機の発停と按分ダンパーの開度な制御する集中排
   気式道路トンネルにおいて、制御周期時間後の交通量予
   測値からトンネル内の在車台数を算定し、排風機の台数
   と按分ダンパーの開度を組合わせて換気ノツチを決定し
   、トンネルの各区間のＣＯ及び煤煙ｌこ関する所要換気
   祉を算出し、各区間のＮＯＸの汚染発生量を算出し、ト
   ンネル内における圧力平衡式及び風量連続関係式を解い
   てトンネル内のＣＯ濃度、煙霧透過率を算定し、トンネ
   ル外へ流出するＮＯＸの流出量を算出し各汚染物質が許
   容値以下か否かの判定を行なって制御出力することを特
   徴とする集中排気式道路トンネルの換気制御方法。