ES1294849U - Sistema de control de ventilación para un subterráneo - Google Patents
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Abstract
Sistema de control de ventilación (100) para estaciones y redes subterráneas de transporte (200) que comprende un conjunto de ventiladores (210), el sistema de control de ventilación (100) caracterizado porque comprende unos medios computacionales con: - una memoria (110a) para el almacenamiento de flujos de datos actuales e históricos de conjunto de sensores (220) asociados con las estaciones y redes subterráneas transporte (200), donde dichos datos comprenden: - condiciones exteriores (120): valores de temperatura exteriores al subterráneo Text; valores de humedad exteriores al subterráneo Hext - condiciones interiores (130): valores de temperatura en el subterráneo Tint;valores de humedad en el subterráneo Hint; - condiciones (140) del estado operacional del conjunto de ventiladores (210); - medios para obtener una predicción de valores de temperatura y humedad interiores Tintpred, Hintpred durante una franja horaria H de funcionamiento del conjunto de ventiladores (210) mediante el uso de los flujos de datos; y - medios para actuar el conjunto de ventiladores (210) en base a Tintpred,Hintpred durante H, tal que: {IMAGEN-01} donde Tintideal es un valor de temperatura deseado (160) en las estaciones y redes subterráneas de transporte (200) durante la franja horaria H; donde Hintideal es un valor humedad relativa deseado (160) en las estaciones y redes subterráneas de transporte (200) para toda la franja horaria H.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de control de ventilación para un subterráneo
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención es un sistema de control de ventilación inteligente y método para el control de la ventilación de estaciones y redes subterráneas de transporte.
Antecedentes de la invención
En las estaciones y redes subterráneas del transporte convencionales no se dispone de máquinas para producir frio o calor, por lo que la única forma de control de la temperatura y resto de condiciones ambientales es mediante introducción de aire del exterior en determinados puntos y expulsión al exterior en otros. En este contexto es importante la inercia térmica de la infraestructura y el condicionante de temperatura exterior en cada momento que obliga a actuar sobre la ventilación con suficiente antelación para alcanzar los objetivos prefijados en un periodo de tiempo posterior. Así, pues la ventilación de las infraestructuras subterráneas se controla mediante horarios prefijados, mediante comparación de la temperatura exterior e interior en cada caso o mediante cálculos en modelos físicos que simulan la infraestructura.
Debido a la tendencia hacia el ahorro de energía en una sociedad más y más tecnológica, y la gran demanda de una gestión inteligente de los recursos, se plantea la necesidad de anticiparse a los valores de temperatura en los distintos puntos de las infraestructuras subterráneas de transporte para todas las alternativas de activación de la ventilación, pudiendo establecer así, una estrategia ideal de actuación de los medios de ventilación de la infraestructura con el objeto de alcanzar unos objetivos prefijados. La presente invención satisface esta demanda.
Descripción de la invención
La presente invención pertenece al campo de la ventilación de infraestructuras subterráneas, y permite la optimización de la actuación de los ventiladores de intercambio de aire con el exterior (tanto impulsión como extracción) con el objeto de mantener las condiciones
ambientales de la infraestructura en el rango de valores prefijados.
Así pues, la presente invención se refiere a un sistema de control de ventilación para una infraestructura subterránea. El sistema de control de ventilación propuesto resuelve el problema de controlar la temperatura y condiciones ambientales en infraestructuras subterráneas donde los principales medios de refrigeración comprenden ventiladores para el intercambio de aire con el exterior.
A partir de distintos flujos de datos actuales, históricos e incluso futuros proporcionados por un conjunto de sensores (como datos de registro de temperatura y humedad, condiciones ambientales en distintos puntos de la infraestructura subterránea, el estado de los ventiladores que componen el sistema de control de ventilación del subterráneo, etc.) y mediante el uso de algoritmos y la aplicación de inteligencia artificial, el sistema de control de ventilación propuesto permite obtener una predicción de condiciones ambientales en la infraestructura subterránea.
La predicción de condiciones ambientales, por ejemplo, valores de temperatura y humedad en diversos puntos de la infraestructura durante distintas franjas horarias permite actuar la ventilación de la infraestructura subterránea para obtener unos valores de temperatura y humedad deseados, y en consecuencia; conseguir unos valores mínimos de polución dentro del subterráneo, de forma que se puede establecer en cada momento una estrategia óptima de ventilación de la infraestructura.
Mediante este control de la temperatura y la humedad se puede repercutir en el confort de las personas, la gestión de partículas contaminantes dentro de la infraestructura subterránea, la renovación del aire, etc.
En particular, mediante el control de la temperatura y humedad en la infraestructura subterráneo, algunos de los aspectos que se pueden optimizar, para los distintos puntos de la infraestructura subterránea son: la obtención de una temperatura mínima de trabajo del sistema, el manteamiento de la temperatura interior en determinados rangos de valores establecidos respecto a la temperatura exterior, el mantenimiento de los niveles de confort de los usuarios dentro de un determinado rango de valores, maximizar la renovación de aire o mantenerla o en unos rangos determinados, etc.
Los criterios de actuación de la ventilación en base a las predicciones de temperatura y humedad obtenidas mediante el sistema de control de ventilación de acuerdo con la pretense invención pueden responder a: activación de los ventiladores sin limitaciones, limitaciones en determinados momentos o puntos durante un rango específico de trabajo, minimizar el consumo de energía o el tiempo de encendido o minimizar el coste de la energía consumida. El sistema de control de ventilación permite la combinación de un gran número de variables y mediciones para establecer el control óptimo de la temperatura y humedad a lo largo del tiempo de funcionamiento de los ventiladores de la infraestructura subterránea.
Así pues, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a un sistema de control ventilación para un subterráneo que comprende un conjunto de ventiladores. El sistema de control comprende medios computacionales.
El sistema de control de ventilación usa flujos de datos para su almacenamiento y procesamiento que pueden ser proporcionados por un conjunto de sensores, dispositivos y sistemas de medición asociados a la infraestructura donde se implementa el sistema de control de ventilación de acuerdo con la presente invención. Los datos pueden comprender por ejemplo valores de temperatura exteriores al subterráneo Text. Los datos pueden comprender valores de humedad exteriores al subterráneo Hext. Los datos de temperatura y humedad pueden ser datos actuales, históricos y valores futuros proporcionados, por ejemplo, por estaciones meteorológicas. Además, los datos pueden comprender valores del estado operacional del conjunto de ventiladores, valores de temperatura en el subterráneo Tínt, y valores de humedad en el subterráneo Hínt. Dichos flujos de datos pueden ser proporcionados en tiempo real y/o mediante un histórico de datos.
Los medios computaciones comprenden una unidad de procesamiento configurada con instrucciones para mediante el uso de los flujos de datos actuales e históricos de diversos sensores, obtener una predicción de valores de temperatura y humedad interiores T intpred , H in tpred durante una franja horaria H de funcionamiento del conjunto de ventiladores y actuar el conjunto de ventiladores en base a Tintpred , H in tpred de tal manera que durante la franja horaria H:
Tínt T in tideai, y
Hínt H in tideai
Donde T in tideai es un valor de temperatura deseado en el subterráneo durante la franja
horaria H y donde H in tideai es un valor humedad relativa deseado en el subterráneo para toda la franja horaria H.
Actuar el conjunto de ventiladores (210) puede comprender ajustar la velocidad de giro del conjunto de ventiladores (210) entre un valor mínimo y máximo de velocidad de giro del conjunto de ventiladores, por ejemplo, entre 25Hz y 60Hz, configurar el sentido de giro del conjunto de ventiladores (210) a extracción o impulsión de aire y encender y apagar el conjunto de ventiladores (210).
En algunas realizaciones, el T in tideai comprende valores entre 20 - 25 grados Celsius y el H in tideai es una humedad relativa entre 40-60%.
En una realización particular, los flujos de datos comprenden, por ejemplo, valores asociados al día de la semana, hora del día, indicadores meteorológicos, días festivos y restricciones de funcionamiento del conjunto de ventiladores.
En una realización particular los flujos de datos comprenden valores asociados con el confort de pasajeros, confort de trabajadores, consumo eléctrico del conjunto de ventiladores, y valores de CO2 (dióxido de carbono), NOx (óxido de nitrógeno), partículas en suspensión (particulate matter, PM), CO (monóxido de carbono), SO2 (dióxido de azufre), O3 (ozono), etc. En un segundo aspecto, la presente invención se refiere al método para el control de ventilación para un subterráneo llevado a cabo por dichos medios computacionales.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del sistema de control de ventilación, de acuerdo con una realización preferente del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción lo siguiente:
La figura 1 muestra de forma esquemática el sistema de control de ventilación de acuerdo con la presente invención.
Realización preferente de la invención
La figura 1 muestra de forma esquemática el sistema de control de ventilación (100) para un subterráneo (200). El subterráneo (200) puede ser una estación de metro, de tren, etc. El subterráneo (200) comprende un conjunto de ventiladores (210). La figura 1 muestra también los distintos datos que usa el sistema de control de ventilación (100) (dichos datos pueden estar proporcionados bien mediante sensores dispuestos en la infraestructura o comunicados directamente por el sistema de control de la instalación, o proporcionados por sistemas exteriores como, por ejemplo, agencias meteorológicas enviando valores meteorológicos (por ejemplo, valores meteorológicos actuales y futuros). Mediante el almacenamiento y procesamiento de dichos datos, los algoritmos predictivos implementados por el sistema de control de ventilación (100) permiten fijar la mejor estrategia que alcanza los criterios fijados en cada caso para la actuación de la ventilación en unos periodos de tiempo establecidos.
Así pues, en distintos puntos de la infraestructura (200) donde se quiere controlar la ventilación y en consecuencia las condiciones ambientales, el sistema de control de ventilación (100) pueden usar flujos de datos de distintos tipos de sensores (de temperatura, humedad, CO, partículas, confort, etc.) que a intervalos regulares pueden medir y enviar la información a dicho sistema de control de ventilación (100) donde se almacena y procesa la información. También se reciben y registran en el sistema de control de ventilación (100) otras de variables que influyen en las condiciones ambientales de la infraestructura (por ejemplo, estado de los ventiladores, condiciones meteorológicas exteriores, condiciones de explotación de la infraestructura, etc.). El sistema de control de ventilación (100) recibe toda esta información (condiciones meteorológicas exteriores, condiciones de operación, restricciones que hay que considerar para la activación de los ventiladores, etc.). A partir de toda la información recibida el sistema de control de ventilación (100) aplica el modelo desarrollado mediante inteligencia artificial y predice el comportamiento de toda la infraestructura (por ejemplo, en términos de temperatura y humedad) aplicando todas las configuraciones de ventilación posible mediante la actuación de los ventiladores (210), permitiendo usar la configuración que mejor obtenga los objetivos de control fijados.
El sistema de control de ventilación (100) de acuerdo con la presente invención comprende unos medios computacionales con una memoria (110a) para el almacenamiento de flujos de datos actuales e históricos proporcionados por sensores asociados con el subterráneo (200) sobre condiciones interiores y exteriores al subterráneo (200). Así pues, el sistema de control de ventilación (100) recibe flujos de datos de sensores (220) establecidos en el interior del subterráneo (200) y en el exterior de dicho subterráneo (220).
En particular, dichos flujos de datos pueden comprender condiciones exteriores (120) como valores (actuales e históricos) de temperatura exteriores al subterráneo Text, valores de humedad exteriores al subterráneo Hext.
Además, dichos flujos datos pueden comprender condiciones interiores (130) como valores de temperatura en el subterráneo Tínt, valores de humedad en el subterráneo Hínt y condiciones (140) del estado operacional del conjunto de ventiladores (210).
Además, los medios computacionales comprenden una unidad de procesamiento (110b) configurada con instrucciones para mediante el uso de dichos flujos de datos, obtener una predicción de valores de temperatura y humedad interiores Tintpred, H in tpred durante una franja horaria H de funcionamiento del conjunto de ventiladores (120). En algunas realizaciones la franja horaria H puede ser, por ejemplo, de 6 horas, 12 horas o hasta 24 horas, o incluso días. En otras realizaciones, la predicción comprende valores de CO2, PM y NOx.
Además, la unidad de procesamiento (110b) está configurada con instrucciones para actuar el conjunto de ventiladores (210) en base a Tintpred, H in tpred durante H, tal que:
Tínt T in tideai, y
Hínt H in tideai
donde T in tideai es un valor de temperatura deseado (160) en el subterráneo (200) durante la franja horaria H y donde H in tideai es un valor humedad relativa deseado (160) en el subterráneo (200) para toda la franja horaria H. En alguna realización en particular, T in tideai comprende valores entre 15 - 25 grados Celsius y H in tideai es la humedad relativa entre 40-60%.
En una realización preferente, los flujos de datos además comprenden uno o más datos adicionales (150) como día de la semana, por ejemplo, días festivos, hora del día, por ejemplo, jornada laboral, restricciones de funcionamiento del conjunto de ventiladores, consumo eléctrico del conjunto de ventiladores, confort de pasajeros (en una realización, los datos de confort de pasajeros pueden estar asociados a la temperatura interior en el subterráneo (200), a la humedad en el subterráneo (200), a la cantidad de ropa de los usuarios, actividad física, velocidad de aire, etc.). Además, la unidad de procesamiento (110b) puede estar configurada
para dar pesos diferentes a los distintos tipos de datos que forman parte del flujo de datos, por ejemplo, la unidad de procesamiento (110b) puede dar un 40% de peso al consumo eléctrico, un 40% de peso a la temperatura interior y un 20% a los datos de confort de pasajeros).
Así pues, a partir del uso de dichos flujos de datos, (condiciones meteorológicas, estados del conjunto de ventiladores, operación de la línea, etc.) durante un periodo inicial de tiempo el sistema de control de ventilación (100) puede aplicar diversas técnicas de inteligencia artificial (por ejemplo, regresión lineal múltiple, regresiones logísticas, Support vector regression, random sample consensus, random forest, redes neuronales, etc.) y obtiene diversos modelos para la predicción de valores de temperatura y humedad en el subterráneo (200), que permiten conocer las condiciones ambientales en el interior de la infraestructura, en particular, en una realización preferente, los modelos de predicción permiten obtener Tintpred y H in tpred. Aplicando estos modelos para las distintas configuraciones de ventilación posible se obtiene el comportamiento futuro de la línea con cada una de ellas y sus posibles combinaciones, lo que permite seleccionar para cada momento la configuración del conjunto de ventiladores (210) que mejor obtenga los objetivos de funcionamiento de la infraestructura (200).
Algunos ejemplos de control de las condiciones ambientales en el subterráneo (200) pueden ser por ejemplo, minimizar la temperatura Tínt, mantener la temperatura Tínt en un determinado rango de valores absolutos o en relación con la temperatura exterior Text, minimizar consumo de energía o coste de la energía o maximizar el confort de los usuarios de la infraestructura (dicho confort de los usuarios puede ser calculado, por ejemplo a partir de la temperatura, humedad, velocidad del aire, tiempo de permanencia, ropa de los usuarios).
En una realización preferente, las condiciones exteriores además comprenden valores futuros de la situación meteorológica, por ejemplo, precipitaciones, velocidad y dirección del viento, etc. En otra realización preferente, las condiciones exteriores además comprenden confort de trabajadores, valores de límites de CO2, NOx, PM y temperatura del terreno.
Claims (5)
1. Sistema de control de ventilación (100) para estaciones y redes subterráneas de transporte (200) que comprende un conjunto de ventiladores (210), el sistema de control de ventilación (100) caracterizado porque comprende unos medios computacionales con:
- una memoria (110a) para el almacenamiento de flujos de datos actuales e históricos de un conjunto de sensores (220) asociados con las estaciones y redes subterráneas de transporte (200), donde dichos datos comprenden:
- condiciones exteriores (120):
valores de temperatura exteriores al subterráneo Text;
valores de humedad exteriores al subterráneo Hext
- condiciones interiores (130):
valores de temperatura en el subterráneo Tint;
valores de humedad en el subterráneo Hint;
- condiciones (140) del estado operacional del conjunto de ventiladores (210);
- medios para obtener una predicción de valores de temperatura y humedad interiores T in tpred , H in tpred durante una franja horaria H de funcionamiento del conjunto de ventiladores (210) mediante el uso de los flujos de datos; y
- medios para actuar el conjunto de ventiladores (210) en base a T in tpred , H in tpred durante H, tal que:
T in t T i n t i d e a l > y
H í n t H i n t i d e a l
donde T in tideai es un valor de temperatura deseado (160) en las estaciones y redes subterráneas de transporte (200) durante la franja horaria H;
donde H in tideai es un valor humedad relativa deseado (160) en las estaciones y redes subterráneas de transporte (200) para toda la franja horaria H.
2. Sistema de control de ventilación (100) de acuerdo con la reivindicación 1, donde:
- la velocidad de giro del conjunto de ventiladores (210) es ajustable entre un valor mínimo y máximo de velocidad de giro del conjunto de ventiladores, por ejemplo, entre 25Hz y 60Hz, - el sentido de giro del conjunto de ventiladores (210) es ajustable entre a extracción o impulsión de aire, y
- el conjunto de ventiladores (210) se puede encender y apagar.
3. Sistema de control de ventilación (100) de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, donde los flujos de datos además comprenden uno o más datos adicionales (150):
- día de la semana, días festivos;
- hora del día, por ejemplo, jornada laboral;
- restricciones de funcionamiento del conjunto de ventiladores;
- consumo eléctrico del conjunto de ventiladores
- confort de pasajeros;
4. Sistema de control de ventilación (100) de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, donde las condiciones exteriores además comprenden:
- precipitaciones, velocidad y dirección del viento;
5. Sistema de control de ventilación (100) de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, donde los flujos de datos además comprenden:
- confort de trabajadores.
- valores de límites de CO2, NOx, PM, CO, SO2 y O3.
- temperatura del terreno.
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