JPH0349360B2 - - Google Patents

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〕

一般に、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制御が必要であり、
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
くすることが望ましい。

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に換気風を流す方式、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
通流と平行な方向に積分されるので、他の方式に
比べて制御方法が複雑になる。

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
変動によつ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ハンチング
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で問題がある。

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。

特に縦流式の場合は、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
もつて変化するので、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、これによつてトンネル内の
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つた道路トン
ネルの換気制御方法を提供することを目的として
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
ユミ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、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、これによつ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つ
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、１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エツトフアン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を介してジエツト
フアン４の運転を制御し、これによつてトンネル
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、第２図のフローチヤ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Vr^*に応じてジエツトフアン
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、先ずステツプ(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VI₁〜VI_l、一酸化炭素濃度
CO₁〜CO_nおよび風速V_r1〜V_roを入力し、時々
刻々と入力される汚染濃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。

（ｘ，ｔ）＝ｏ＋Ｐ（ｔ）／ArVr・Ｘ ……(1) ここに （ｘ，ｔ）；坑口から距離Ｘ（ｍ）の地点におけ
る時刻ｔの基準濃度〔P.U.〕 ｏ；坑口から流入する新鮮空気の濃度〔P.U〕
定数 P^（ｔ）；時刻ｔにおける発生汚染量推定値〔m³／
ｍsec〕 Ar；トンネル断面積〔m²〕定数 ｒ；風速検出値V^r1〜V_roの平均値〔ｍ／sec〕 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。

Cτ＝−１／100log₁₀（τ） ……(2) ここにτ；100ｍ透過率（P.U.） 上記２つの指標に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P^
（ｔ）を推定し、得られたP^（ｔ）を設定した(1)式
における（ｘ，ｔ）とする。

次にステツプ(2)でプロセスシミユレーシヨンを
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、ステツプ(1)で得られた定常点から風速の
変化に対する制御すべき地点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。

Ar√Ｃ（ｘ，ｔ）／√ｔ＝−√Ｃ（ｘ，
ｔ）／√ｘ・Ar・Vr（ｔ）＋P^（ｘ，ｔ）……(3) 従つて基準濃度分布C^（ｘ，ｔ）を初期状態と
し、風速をｒ（ｔ）→ｒ（ｔ）＋△ｒ（ｔ）と
変化されたときのＣ（x^*，ｔ）の応答を演算す
る。

次に、ステツプ(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＋一次遅れ
で近似し、下記(4)式におけるＫ、Ｔ、Ｌを求め
る。

Ｋ・e^-LS／１＋Ｔ・Ｓ ……(4) 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Ｔ∞を設定した許容範囲
から求め、次に最終応答の63％までの達成時間
T₆₀を求め、Ｔ∞、T₆₀と初期時刻Ｔ＝０から無
駄時間を求める。

次にステツプ(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
定な濃度制御が行える風速目標値Vr^*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。

風速制御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_r1〜V_roの平均値との偏差
に比例積分させた速度制御指令u₁〜uj〔P.U.〕を
出力し、それぞれのジエツトフアン４−１〜４−
ｊの速度を制御する。

この場合、安定な制御となるように例えばジー
グラニコラスの方法によつて制御ゲインを調整す
ることができる。

なお上記実施例は、ジエツトフアンの速度制御
によつて風速を制御しているが、運転台数制御、
極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
の遅い濃度制御系と応答速度の速い風速制御系と
を分離し、濃度制御系で汚染濃度情報とトンネル
のシミユレーシヨ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御してい
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
図は本発明における演算制御動作を示すフローチ
ヤートである。 １……縦流式道路トンネル、２……車両、３…
…風方向、４……ジエツトフアン、５……透過率
計、６……一酸化炭素濃度計、７……風速計、８
……演算制御装置、９……入出力制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 縦流式道路トンネル内の透過率、一酸化炭素
   濃度などの汚染濃度に関する情報、および風向風
   速を検出し、これらの情報に基づいてトンネルの
   換気機器を制御する道路トンネルの換気制御方法
   において、時々刻々に入力される汚染濃度に関す
   る情報の履歴から定常特性近似を利用して現在の
   トンネル内の基準濃度分布を求め、この基準濃度
   分布と上記汚染濃度に関する情報とから算出さ
   れ、かつ制御指標として選択された濃度との差の
   二重和が最小となるように発生汚染量を推定する
   ステツプと、上記発生汚染量推定値を用いて決定
   した汚染濃度分布を初期状態とし、現在の風速を
   変化させたときの制御すべき地点における濃度の
   変化の応答を、上記汚染濃度分布の移流を近似す
   る移流方程式を用いて演算するステツプと、上記
   得られた応答を無駄時間と一次遅れとの和として
   近似するステツプと、上記得られた近似特性を考
   慮して、目標濃度と検出された濃度現在値との偏
   差に対する制御量に基づいて安定な濃度制御とな
   るように制御ゲインを調整し、風速目標値を求
   め、これを下位カスケードループである換気機器
   制御ループに出力するステツプ、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。