JPS603400A - 集中排気式自動車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】 し発明の技術分野〕 本発明は−Ｆ下線に各々分岐、合流を設けてなる一方向
交通の自動車トンネルの換気制御方法に係り、複数台の
換気用排風機と排風用按分ダンパーを備えた集中排気式
自動車トンネルの換気制御方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

自動車トンネルの換気においては、人体ζこ有害な一酸
化炭素、及び視界の障害となる煤煙などの汚染濃度を許
容値以内に保持するような風量制御が必要である。この
ため複数台の換気用排風機の運転台数の制御が行なわれ
るが、省電力および機器の寿命を考慮すると台数制御の
頻度が小さいことが望ましい。集中排気式の排気におい
ては、一般に換気用排風機と排風ダクトのダンパーの併
用によって換気制御が行なわれている。

この場合の換気用排風機の運転台数とダンパーの開度は
、換気ノツチに対応してきめられており、トンネル内の
汚染濃度が高くなれば換気ノツチを上げて風量を増し、
汚染濃度が低くなれば換気ノツチを下げて風量を減らす
ような換気制御方法が行なわれる。しかしながらこの制
御方法においては、汚染濃度の単純なフィードバックに
よってノッチ制御を行なっているため、一時的な交通量
の変化によって換気用排風機が必要以上に頻繁な起動停
止を行ない、又は、必要以上の運転電力を消費するとい
う問題点をイ］した。

〔発明の目的〕

本発明は上記事由に鑑みてなされ、上下線に各々分岐、
合流を設けてなる一方向交通の自動車トンネルにおいて
、交通用予測を行なうことによりトンネル内の在車台数
を予測し、トンネル内の汚染濃度の分布状態を考慮して
換気ノツチを決定し、これにより複数台の換気用排風機
の台数制御の頻度を減すると共に、省゛市力を実用した
、前記入点のない集中排気式自動車トンネルの換気制御
方法を提供することを目的とする。

し発明の概要〕 本発明は、上下線に各々分岐、合流を有する一方向交通
の集中排気式の自動車トンネルにおいて、煙霧透過率、
−酸化炭素濃度、風向方向、風速及び交通量を測定し、
測定した交通量の時系列データに対しで予測フィルタ処
理全行ない短時間先のトンネル内の在車台数を予測し、
トンネル内の汚染濃度の分布状態対応して換気ノツチを
決定することにより上記目的を達成するものである。

し発明の実施例〕 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、本発明の対象である集中排気式自動車トイネルの
換気制御系の一実施例を示す説明図で、′１は集中排気
式自動車トンネル（以Ｆトンネル１と略称する）。２は
このトンネル１内を走行する自動車の交通を表わしてい
る。同図においてトンネル１における自動車の交通２は
、一方交通の場合と、対面交通の場合の２通りあるが、
本実施例においては、一方交通の場合を考える。また本
実施例では、換気機器としては、排風機３と按分ダンパ
ー４が設置されている場合を考える。

矢印Ｑｆ　は集中排気状態におけるトンネル１内を流れ
る風の向きと風量を表わしている。５はトンネル坑口に
設置されて、交通量を計測する交通量計測装置である。

６は煙萩透過率計、７は一酸化炭素濃度計、８は風向風
速計で、それぞれトンネル１の立坑付近に設置されてい
る。

上記、交通量計測装置５、焼料透過率計６、−酸化炭素
濃度計７及び風向風速計８により検出されたプロセス量
としての交通量、煙霧透過率、−酸化炭素濃度、風向風
速信号は、入力装置９を介して電子割算機等からなる演
算制御装置１０におのおの入力される。演算制御装置１
０では、予め内蔵されているアルゴリズムに基づいて、
制御演（至）を実施し、その演９結果が出力装置１１を
介し、排風機の起動・停止（Ｎ号と按分ダンパー開度の
開閉信号として出力する。本発明においては、これらの
一連の動作によ−って汚染濃度、風向風速と交通量の変
動に対して、換気用Ｊ、Ｉ［Ｋ機３と按分ダンパー４を
制御し、結果として、トンネル内風量Ｑｆを変化させて
、汚染濃度をη５１（御するように構成される。

以下、上記演算装置１０に内蔵するアルゴリズムについ
て、説明する。第２図は、本発明における制御演η動作
の概略流れ図を示すものである。

概略流れ図は、初期化演算、プロセス値入力、換気制御
出力、遅延のブロックを除き３個のブロックに分けて説
明することができる。

（１）予測フィルタ処理 交通量は、トンネルの各入口に設置された交通量計測装
置毎に推定できる。これらの仙（台）は、自然現象的な
時系列傾向を示す。従って、予測フィルタとして、自己
回帰型のモデルを仮定することとする。

９＜を十△Ｌ）””ａｏＶ（ｔ）＋ａ、ｙ　（ｔ−△ｔ
　）　＋　−−−−−・−・・（１）ここで、３’　（
ｔ）は時刻ｔ（ｓｅｃ）における交通量（台）、？（を
十△ｔ）は制御周期△ｔ　（ｓｅｃ）先の交通量予測値
（台）、ａＯＨａ、＋・・・・・・、ａｒ、、−１は定
数である。

ａｏ、ａｌは予め力えることも可能であるが、実時間で
遂次的に最小分散推定することもできる。自己回帰モデ
ルのパラメータを実時間で逐次最小２乗推定する方法の
正当性は既に公知の事実である。

（Ｉ＋）　プ四セスシミュレーション ノツチ制御のだめのプロセスシミュレーションでは、交
通量の予測値−風量→濃度の順で電力することになる。

以下プロセスシミュレーションの方法を示す。

ステップ１　：　ｔｌｉｌ、制御周期△ｔ　（ｓｅｃ）
先の交通量予測値（台）よりトンネル内在車台数を鎧出
する。

ここで、ローは各トンネル［ｚ開山在車台数、下は７秒
間の交通量（台／　ｓｅｃ　）、Ｎは交通量予測値、Ｌ
＋は各トンネル内 区間延長（ｍ）、Ｖｔは車速度、１は各トンネル（区間
を示す。

ステップ２；換気ノツチの組合せを設定する。

ステップ３：各喚気ノツチの組合せについ又、以下に示
す（３）　２．（４）　、、　（５）式の連立方程式を
計獅−し、各区間の風＠を算出する。

トンネルの各区間における圧力平衡式 は（３）式で表わされる。

Ｐｒ１＝Ｐｔｌ＋Ｐｒｎ１　−−・・（３）ここで、Ｐ
ｒｔは交通換気力（ｙａＡｑ）で交通のピストン効果に
よる昇圧力、Ｐｍｔは 自然風速による圧力（綴Ａｑ）、Ｐｒｔ　は車道壁面抵
抗による損失（舅Ａｑ）、ｉは各区間を示す。

又、各換気ダクトにおける圧力平衡 式は（４）式で表わされる。

Ｐｆ＝Ｐｄｊ＋Ｐｃ＋ｃ　・・・・・・・・・・・　（
４）ここで、　Ｐｔは換気用排風機による昇圧力（票Ａ
ｑ）、Ｐｄ」は換気ダクト、立坑の壁面抵抗とダンパー
による損失（ｍＡｑ　）Ｐｃｋは立坑下の底圧力（躯ｑ
）、ｊは各ダクト、ｋは各立坑下を示す。

又、各トンネル区間、ダクトの風量 連続式は（５）式で表わされる。

ΣＱ１＋ΣＱ」＝０　・・・・・・・・・（５）ｊ ここで、ＱＩは各トンネル区間内風量、Ｑｊは各ダクト
内風矩である。

ステップ４：各トンネルの平均汚染発生量の算出をする
。

平均汚染発生量は（６）式で得られる。

ｎｌ魯Ｐ ｐ＝ｆ　・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
ここで、Ｐは平均汚染発生量（ｍ”／ｓｅｃ／ｆｎ　）
、ｎｉは各区間のトンネル内在車台数（台）、Ｊｕｌは
各区間のトンネル延長（ｍ）、Ｐ。

は標準汚染発生ＭＬ　（ＩＴｆ７ｓｅｃ／台）である。

ステップ５：各トンネル区間における汚染濃度は（７）
式で得られる。

Ｃ，−ｚ　ｘ　Ｌ＋　・・・・・・・・・・・・（７）
ここで、ＣＩは制御指標となる汚染濃度、他は前記と同
様である。

ステップ６：ステップ５で算出した汚染濃度のうち、煤
煙濃度については炉箱透過率へ（８）式により変換する
。

τ−１０−１００°０Ｉ　・・・・・・・・・・・・・
（８）ここで、τは１００　ｍ煙霧透過率（ｐ、ｖ）Ｇ
１１）換気組合せ決定 全ての排風機台数とダンパーの開度の組合せに対するプ
ロナスシミュレーションの結果がら、最適な換気組合せ
を決定°する。

最適な換気組合せを決定するための指標は次の４つであ
る。

■　濃度が許容値以内に保持している。

■　動力が最小である。

■　現状の換気機器の状態を維持する。　■　各トンネ
ル内の濃度が平均している。

また、判定方法は、■から順番に判定していき、複数の
組合せが選定される場合、次の指標について判定する。

最終的に１つの換気組合せを決定する。この時、排風機
の始動・停止数にあらかじめ制限を設けておいて始動・
停止頻度が過多とならないようにしておく。ただし、濃
度基準が保持できない場合は、始動・停止数の制限は無
視するものとする。かくして（１）〜（ｌｆｔ）のブロ
ック毎の演算を中核とした第２図に示すような制御演算
によって、系の変動に対して自動的に省電力を考慮した
換気制御を行うことができる。

以上、交通量予測を中心とした予測制御を記したが、交
通量予測のずれによって、煙霧透過率が所定の許容値内
に保持できない場合は、煙霧透過率のフィードバックに
よるノツチ制御で予測制御の補正を行うことが必要とな
る。これは、制御周期毎に予測制御を行ない、煙霧透過
率が許容値内に保持できない場合に現状の換気ノツチを
増減するフィードバック補償である。

なお、上記実施例においては、換気用排風機の台数制御
とダンパー開度の制御による換気制御について説明した
が、この他、換気用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また場合、トンネル坑口のサツ力ル
ドフーア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、まだは可変周波数制御
単独の場合の換気制御系にも適用可能である。

さらに上記実施例では、一方向交通の分岐・合流のある
トンネルについて取扱ったが、分岐・合流のないトンネ
ル、また対面交通の場合についても適用可能である。ま
だ本実施例では、交通鼠の予測フィルタ演算部で、予測
フィルタのパラメータを逐次最小二乗法で推定するとし
たが、これらのパラメータ値を予め得られている場合は
、予め設定しておくことも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、汚染濃度を許容値
内に保持して省電力を図ることができると共に、機器の
長寿命化を実現した、効果的な集中排気式自動車トンネ
ルの換気制御方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明の制御
対象である集中排気式自動車トンネルの説明図、第２図
は本発明の制御演算の概略を示す流れ図である。 １・・・トンネル　２・・・自動車の交通−３・・換気
用排風機　４・・・按分ダンパー５・・・交通量計測装
置　６・・・煙霧透過率計７・・・−酸化炭素濃度計　
８・・・風向風速計Ｑｔ・・・トンネル風゛量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数台の換気用排風機と排風用按分ダンパーを備え上下
   線に各り分岐、合流を有する一方向交通のトンネル内の
   煤煙、−酸化炭素などの汚染濃度を許容値内に保持する
   集中排気式の自動車トンネルにおいて、トンネル内の煙
   霧透過率、−酸化炭素濃度、風向方向、風速、及び交通
   量を測定し、測定した交通量の時系列データに対し゛Ｃ
   予測フィルタ処理を行ない、短時間光のトンネル内の在
   車台数を予測しトンネル内の汚染濃度の分布状態に応じ
   て前記換気用排風機の運転台数及び按分ダンパーの開度
   を制御することをｌ時機とする集中排気式自動車トンネ
   ルの換気制御方法。