Control of longitudinal airflow in road tunnels in case of fire

• Research unit: FEDRO RBT
• Project number: ASTRA2010/017_OBF

Key words (German)

Sicherheit Strassentunnel Tunnellüftung Regelungstechnik Brandlüftung

Key words (English)

Safety road tunnels tunnel ventilation control fire ventilation smoke

Short description (German)

Um die Längsströmung im Tunnel bei einem Brand kontrollieren zu können, muss eine aktive Regelung der Lüftungseinrichtungen vorhanden sein. Die heute zur Verfügung stehenden Computer und die sich daraus ergebenden Möglichkeiten der Regelungstechnik erlauben eine deutlich schnellere Kontrolle der Strömungsgeschwindigkeit als es bisher in vielen Tunneln erreicht wird. Bei der Regelung können Einflüsse wie z.B. Störungen der Messeinrichtungen und Ventilatoren berücksichtigt werden.

Eine robuste Regelung bezeichnet einen festen (linearen) Regler, bei dem in Entwurf und in Parameter­auslegung besonderer Wert darauf gelegt wird, dass er trotz Abweichung des Streckenverhaltens von einem Nominalverhalten die gewünschten Eigenschaften annimmt.

Im Rahmen des Forschungsprojekts ist es vorgesehen, Regler für die Kontrolle der Längsströmung in einem Strassentunnel zu untersuchen bzw. zu vergleichen. An einem Anwendungsbeispiel wird ein solcher Regler entwickelt.

Das Ziel des Forschungsprojekts ist die Herleitung einer definierten Methodik für die robuste, parametrische Regelungssynthese, d.h. die Beschreibung einer Methodik für die einfache Auslegung des Reglers. Zusätzlich muss das Potential eines solchen Reglers dargestellt werden, ebenso wie wirtschaftliche, sicherheitsrelevante und für die praktische Anwendung betreffende Aspekte.

Short description (English)

As part of the smoke control system, a closed-loop control of the longitudinal air flow is required. This may be achieved by jet fans or alternative ventilation equipment. In many road tunnels, this air flow control may be achieved faster by application of modern computers and up-to-date control technology. The control system may take into account the influence of faults in air-flow monitors or other ventilation equipment.  

A robust control system is defined by a (linear) control algorithm: in the design of this control element, it is emphasized that the intended outcome has to be achieved, even with deviations within an element of the control loop.

As part of the research project it is planned to investigate and compare different controllers for air-flow control in road tunnels. As an application example, such a controller will be developed.

The objective of this research is the derivation of a defined methodology for robust parametric control synthesis, i.e. the description of a methodology for the simple implementation of the controller. Additionally, the potential of such a controller is presented, as well as economic, safety and practical application aspects.

Project description (German)

Siehe Anhang

Methods (German)

Siehe Forschungsplan / Arbeitsprogramm

Special tools and infrastructure (German)

Siehe Anhang

Overview of research activities (German)

Siehe Anhang

Project aims (German)

Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit in Strassentunneln

Bestimmung und Vergleich verschiedenen Regelungsstrategie zur Kontrolle der Luftströmung im Strassentunnel im Brandfall

Entwicklung von robuste Regelung für Strassentunnel mit oder ohne mechanische Absaugung

Project aims (English)

Contribution to higher safety in road tunnels

Design and comparison of different closed-loop control strategies for control of the longitudinal air flow.

Development of robust control for road tunnel with or without smoke exhaust system.

Research agenda (German)

Folgende Arbeiten sind vorgesehen:

· Literaturstudium über das Thema, Bestimmung einer idealen Strategie

· Modellierung des Systems

· Synthese von robusten Reglern

· 1-D Numerische Simulationen

· Zusammenfassung der Ergebnisse und Empfehlungen in einem Schlussbericht

Transfer and application (German)

Siehe Anhang

Berichtsnummer (German)

1409

Literature (German)

Martin Ilg, Rune Brandt and Antonio Di Miele
Optimal fire ventilation at congested traffic
12th International Symposium on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, BHr conference Portoroz, Slovenia,11-13 July 2006, ISBN: 1 85598 076-2

Matthias Wehner, Rune Brandt (HBI HAERTER Ltd., Tunnel Ventilation, Heidenheim, D, Zürich, CH), Ingrid Simon (Regional Council of Karlsruhe, D)
Optimal smoke Extraction by controling the longitudinal flow velocity using a punctual air supply or extraction
5th International Conference for Tunnel Fires, 25 – 27 Oct. 2004, London (UK)

Petr Pospisil, Rune Brandt (HBI HAERTER Ltd., Tunnel Ventilation, Zürich, CH)
Smoke Control in Road Tunnels
International Conference 'Significance of Tunnels in Transport', 16.-18.6.2004, Podbanské (SK)

I. Riess, M. Bettelini, R. Brandt
Smoke Extraction in Tunnels with Considerable Slope
4th International Conf. Safety in Road And Rail Tunnels (SIRRT), Madrid, April 2001

I. Riess, M. Bettelini, R. Brandt
Sprint – A Design Tool for Fire Ventilation, 10th International Conference
Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, bHr, Boston, 1-3 November 2000

I. Riess, R. Brandt
Longitudinal ventilation in fire case in road tunnels with bi-directional traffic, road and traffic
(VSS) 12/99, S. 462-466, December 1999

I. Riess, M. Wehner, R. Brandt
Time Scales in Road-Tunnel Ventilation
Conf. Tunnel Control and Instrumentation, Hong Kong, February 1999

M.-N. Marsault, J.-M. Apvrille, J.-C. Martin,
Contrôle Commande de la ventilation, Expérimentation logique floue,
CETU, 2001

K. Zhou, J.C. Doyle,
Essentials of robust control,
Prentice Hall, 1998

J.C. Doyle et al.,
Feedback control theory,
Macmillan, 1992

Stein, G., and J. Doyle,
Beyond singular values and loopshapes,
AIAA Journal of Guidance and Control, Vol. 14, No. 1, pp. 5-16, January 1991

PIARC publications, e.g.
Fire and Smoke control in Road Tunnels, §V.8.5, p. 182, 2004