JPS6192300A - 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〕 本発明は縦流式道路トンネル内の汚染濃度を許容値に制
御する道路トンネルの換気制御方法に関するものである
。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般；こ、道路トンネルでは自動車の排気ガスによる一
酸化炭素や煤煙などの汚染濃度を許容値以内に保持する
ために換気が行われる。

換気には送風機が用いられ、その動力量も大きいので省
電力を考慮した換気側−が必要であり、また運転台数を
制御する場合には、機器の寿命および保守のために台数
制御の頻度をできるだけ少くするととが望ましい。

道路トンネルの換気方式は主として縦流式、横流式、半
横流式の３つに分類できる。

縦流式は交通流に平行に換気風を流す方式、横流式は交
通流と直角ｉこ換気風を流す方式、半横流式は新鮮な換
気風を交通流と直角に流し、汚染された空気を交通流と
平行に流す方式である。

縦−流式は設備費が安価であるが、汚染濃度が交通流と
平行な方向ｌこ積分されるので、他の方式蚤こ比べて制
一方法が複雑になる。

一般に道路トンネルにおいては、トンネル内の汚染濃度
を検出し、濃度が高くなれば風量を上げ、濃度が低くな
れば風量を下げる方法が用いられている。

しかしながらこの方法では、一時的な交通量の変動によ
って換気機器の始動停止の頻度が増大し、制御パラメー
タの調整状態により・・ンチング現象を生ずるという問
題がある。

また濃度基準を保持するための動力が予測できないので
省エネルギの点や問題がある。

なお交通量を計測して制御する方法もあるが、計測機器
が高価であり、経済的に問題がある。

特１こ縦流式の場合は、濃度が場所と時間の関数で移動
し、ある場所における濃度が風速の変化に対して非線形
で且つ大きい無駄時間と遅れ時間をもって変化するので
、これに対する対策が必要である。

〔発明の目的〕

本発明は、縦流式道路トンネルの汚染濃度を、場所と時
間に対する関数関係を考慮したアルゴリズムを用いて制
御し、これによってトンネル内の汚染濃度を許容値内に
保持しながら、機器の始動停止頻度の低減と省エネルギ
をはかった道路トンネルの換気制御方法を提供すること
を目的とじている。

〔発明の概要〕

本発明は、縦流式道路トンネル内の透過率、一酸化炭素
濃度、風速などを含む汚染濃度情報を、入力し、汚染濃
度が許容値以下になるようにトンネル内風速を制御する
道路トンネルの換気制御方法において、汚染濃度情報と
トンネルのプロセスシミュレーションから目標汚染濃度
に対する風速目標値を算出する゛風速目標値演算と、算
出した風速目標値に対応して換気用送風機を制御する風
速制御演算を備え、これによって汚染濃度を演算する遅
い系と、風速を制御する速い系とを分離し、換気制御の
安定性の向上と換気動力の節減をはかったものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第１図に示す。

第１図において、ｌが縦流式道路トンネルであり、車両
２が対面交通する。

トンネル内には複数のジェットファン４が設けられ、換
気風はトンネル内を縦断して矢印３の方向に流れる。

トンネル内には複数の透過率計５、一酸化炭素濃度計６
、および風速計７が配置され、入出力制御装置９および
演算制御装置８を介してジェットファン４の運転を制御
し、これによってトンネル内風速を変化させて汚染濃度
を許容値以下に制御する。

以下、Ｍ２図のフローチャートを参照して上記演算制御
装置８の演算動作を説明する。

演算動作は風速目標値ｖｒ　　を算出する風速目標値演
算と風速目標値Ｖ「　に応じてジェットファンへ速度指
令を出力する風速制御演算とに大別される。

風速目標値演算では、先ずステップ（１）で濃度分布の
推定を行う。

すなわちプロセス値として、上記各計測器で測定した各
場所の透過率ＶＩ、〜ｖＩｅ、一酸化炭素濃度ＣＯ１〜
ＣＯｍ　および風速Ｖｒ１〜ｖｒｎを入力し、時々刻々
と入力される汚染０度に関する情報の履歴から現在のト
ンネル内の基準分布を求める。

基準分布は定常特性近似を利用して下記（１）式を用い
て算出される。

−ここに Ｃ（ｘ、ｔ）：坑口から距離Ｘ（ホ）の地点における時
刻ｔの基準濃度　（Ｐ、Ｕ、） ＣＯ；坑口から流入する新鮮空気の濃度ＬＰ、Ｕ）定数
ｐ（ｔ）：時刻ｔにおける発生汚染量推定値り値へ４ｅ
ｅ）ムｒ　；トンネル断面積−〕定数 ｉｒ：風通検出値Ｖｒｔ　〜Ｖｒｎの平均値〔ｒｒＶｓ
ｅｃ）なお、制御指標としては、煤煙濃度と一酸化炭素
濃度があり、煤煙濃度Ｃτは下記（２）式で演算される
。

ここｌこ　Ｔ　：　１００　ｍ透過率（Ｐ、Ｕ、）上記
２つの指標ｌこはそれぞれ許容上限があるので、各濃度
を許容上限値で除算した比の大きい方を制御指標Ｃ（ｘ
、ｔ）　　として選択する。

次に基準濃度分布と時々□刻々に入力されるプロセス値
のうち制御指標として選択された濃度Ｃ（ｘ、ｔ）との
差の二乗和が最小となるように？（ｒ）を推定し、得ら
れたｐ　（ｇを設定した（１）式におけるＣ（ｘ、ｔ）
とする。

次にステップ（２）でプロセスシミュレーションを行う
。

すなわち、汚染濃度分布の移動を移流方程式で近似し、
ステップ（１）で得られた定常点から風速の変化に対す
る制卸すべき地点Ｘにおける濃度の変化の応答を求める
。

移流方程式は下記（３）式で示される。

従って基準濃度分布Ｃ（ｘ、ｔ）　　を初期状態とし、
風速をＶｒ（ｔ）→Ｖｒ（ｔ）＋ΔＶｆ（ｔ）と変化さ
せたときのＣ（ｘ、ｔ）の応答を演算する。

次に、ステップ（３）でプロセス近似特性演算を行う。

すなわち、得られた応答を無駄時間子−次遅れで近似し
、下記（４）式におけるに、Ｔ、Ｌを求める。

その方法としては例えば次のように演算する。

すなわち先ず整定時間’ｉ’ａｓを設定した許容範囲か
ら求め、次Ｉζ最終応答の６３チまでの達成時間Ｔ８゜
を求め、’ｊｓｅ、’ｌ’、。と初期時刻７＝Ｑから無
駄時間を求める。

次１ζステップ（４）で風速目標値Ｖｒ　　を設定する
。

すなわち上記（４）式で得られた近似特性を考慮して、
あらかじめ設定された目標濃度と検出された濃度現在値
との偏差の比例、積分量に基づいて安＊ 定な濃度制卸が行える風速目標値Ｖ「　を算出して下位
カスケードループの風速制御演算に設定し、所定の遅延
をおいて上記の演算処理を繰返す。

風速制卸演算は上記風速目標値Ｖｒ　　があたえられる
と、風速検出値Ｖ（１〜ｖｒｎの平均値との偏差に比例
積分させた速度制御指令Ｕ、〜ｕｊ（Ｐ、Ｕ、）を出力
し９、それぞれのジェットファン４−１〜４〜ｊの速度
を制御する。

この場合、安定な制卸となるように例えばジーグラニコ
ラスの方法によって制卸ゲインを調整することができる
。

なお上記実施例は、ジェットファンの速度制御によって
風速を制卸しているが、運転台数制御、概数変換制御を
用いることも可能であり、また他種の送風機を用いる場
合にも本発明の適用が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、応答速度の遅い濃
度制卸系と応答速度の速い風速制卸系とを分離し、濃度
制御系で汚染濃度情報とトンネルのシミュレーションと
から風速目標値を算出し、これに対応して風速制御系で
送風機を制卸しているので、濃度制御が安定になると共
に送風機の起動停止の頻度が低下して動力費の節減が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は本発
明３こおける演算制御動作を示すフローチャートである
。 １　縦流式道路トンネル ２　車両 ３　風方向 ４　ジェットファン ５　透過率計 ６一酸化炭素濃度計 ７　風速計 ８　演算制卸装置 ９　人出力制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 縦流式道路トンネル内の透過率、一酸化炭素濃度、風速
   などを含む汚染濃度が許容値以下になるようにトンネル
   内風速を制御する道路トンネルの換気制御方法において
   、上記汚染濃度情報とトンネルのプロセスシミユレーシ
   ヨンから目標汚染濃度に対する風速目標値を算出する風
   速目標値演算と、上記算出した風速目標値に対応して換
   気用送風機を制御する風速制御演算を備えたことを特徴
   とする道路トンネルの換気制御方法。