CN108049644A - 大体积混凝土双冷凝回路控温设备及其控温方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大体积混凝土双冷凝回路控温设备及其控温方法，该设备包括：表层装置，包括第一储液池、第一冷凝液、埋于混凝土的表层中的第一冷凝管和第一温度传感器，第一冷凝液中设有第二温度传感器和第一加热器，第一冷凝管连通第一储液池，第一冷凝液循环流通于第一冷凝管；内层装置，包括第二储液池、第二冷凝液、埋于混凝土的内层中的第二冷凝管和第三温度传感器，第二冷凝液中设有第四温度传感器和第二加热器，第二冷凝管连通第二储液池，第二冷凝液循环流通于第二冷凝管；以及控制器，连接于第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第一加热器和第二加热器。本发明解决了大体积混凝土容易产生温度缝的问题。

Description

大体积混凝土双冷凝回路控温设备及其控温方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种大体积混凝土双冷凝回路控温设备及其控温方法。

背景技术

医用直线加速器是用于癌症放射治疗的大型医疗设备，随着社会的进步，该设备不断地在医疗行业得到普及。为了有效的减小粒子辐射，直线加速室大体积混凝土的质量控制显得尤其重要。怎样有效的控制大体积混凝土内部的水化热，避免大体积混凝土产生温度裂缝成为了工程施工的重点及难点，目前传统的做法主要有：调节混凝土原材的温度(给石子和砂降温、使用冷水)、控制混凝土配合比(掺加粉煤灰等减少水化热的外加剂)、外部洒水养护降温等措施。

传统的做法在大体积混凝土内部容易产生无法预计的温度缝。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种大体积混凝土双冷凝回路控温设备及其控温方法，以解决传统的大体积混凝土内部的水化热控制做法容易在其内部产生无法预计的温度缝的问题。

为实现上述目的，提供一种大体积混凝土双冷凝回路控温设备，包括：

表层控温装置，包括第一储液池、容置于所述第一储液池中的第一冷凝液、埋设于大体积混凝土的表层中的第一冷凝管和第一温度传感器，所述第一储液池的所述第一冷凝液中设有第二温度传感器和第一加热器，所述第一冷凝管具有分别连通于所述第一储液池的第一输入口和第一输出口，并使所述第一冷凝液循环流通于所述第一冷凝管中；

内层控温装置，包括第二储液池、容置于所述第二储液池中的第二冷凝液、埋设于所述大体积混凝土的内层中的第二冷凝管和第三温度传感器，所述第二储液池的所述第二冷凝液中设有第四温度传感器和第二加热器，所述第二冷凝管具有分别连通于所述第二储液池的第二输入口和第二输出口，并使所述第二冷凝液循环流通于所述第二冷凝管中；以及

控制器，所述控制器分别连接于所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第四温度传感器、所述第一加热器和所述第二加热器。

进一步的，所述第一输入口和所述第二输入口分别设有输送泵。

进一步的，所述第一加热器和所述第二加热器分别为管状电热元件。

本发明提供一种利用大体积混凝土双冷凝回路控温设备的控温方法，包括以下步骤：

第一温度传感器生成第一温度值并向控制器发送携带所述第一温度值的第一信号、第二温度传感器生成第二温度值并向所述控制器发送携带所述第二温度值的第二信号、第三温度传感器生成第三温度值并向所述控制器发送携带所述第三温度值的第三信号，第四温度传感器生成第四温度值并向所述控制器发送携带所述第四温度值的第四信号；

所述控制器接收所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号和所述第三信号；

在所述控制器接收所述第一信号和所述第二信号后，所述控制器判断所述第一温度值与所述第二温度值的大小以及差值，当所述第一温度值大于所述第二温度值且差值大于第一设定值时，所述控制器开启所述第一加热器，当所述第一温度值大于所述第二温度值且差值小于第二设定值时，所述控制器关闭所述第一加热器，且所述第一设定值大于所述第二设定值；

在所述控制器接收所述第三信号和所述第四信号后，所述控制器判断所述第三温度值与所述第四温度值的大小以及差值，当所述第三温度值大于所述第四温度值且差值大于第一设定值时，所述控制器开启所述第二加热器，当所述第三温度值大于所述第四温度值且差值小于第二设定值时，所述控制器关闭所述第二加热器。

进一步的，所述第一设定值为20℃，所述第二设定值为15℃。

进一步的，在所述控制器接收所述第一信号和所述第三信号后，所述控制器判断所述第一温度值与所述第三温度值的大小以及差值，当所述第三温度值大于所述第一温度值且差值大于25℃时，所述控制器开启所述第一加热器并关闭所述第二加热器，使得第二温度值大于所述第一温度值且差值范围为0℃～5℃，当所述第三温度值大于所述第一温度值且差值小于22℃时，所述控制器关闭所述第一加热器和第二加热器。

本发明的有益效果在于，本发明大体积混凝土双冷凝回路控温设备，一方面，大体积混凝土的表层循环冷却降温系统和内层循环冷却降温系统分开设置，互不干涉，自成一体；另一方面，通过控制器联动调控表层温控装置的第一加热器和内层温控装置的第二加热器来协调大体积混凝土的表层和内层的温差，有效控制大体积混凝土内部的水化热，避免大体积混凝土产生温度裂缝。

附图说明

图1为本发明大体积混凝土双冷凝回路控温设备的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

参照图1所示，图1为本发明大体积混凝土双冷凝回路控温设备的示意图，本发明提供了一种大体积混凝土双冷凝回路控温设备，包括：表层控温装置1、内层控温装置2和控制器3。

具体的，表层控温装置1包括第一储液池11、第一冷凝液12、第一冷凝管13、第一温度传感器14、第二温度传感器15和第一加热器16。

第一冷凝管13和第一温度传感器14分别预埋于大体积混凝土5的表层混凝土中。第一冷凝管13均匀的设置于大体积混凝土5的表层中。第一冷凝管13具有伸至大体积混凝土5的外侧的第一输入口131和第一输出口132。第一储液池11设置于大体积混凝土5的外侧。第一冷凝液12容置于第一储液池11中。

第二温度传感器15和第一加热器16安装于第一储液池11内，并且第二温度传感器15和第一加热器16位于第一储液池11内的第一冷凝液12的液面以下。

第一冷凝管13的第一输入口131和第一输出口132分别连通于第一储液池11。第一冷凝液12通过第一输入口31流经第一冷凝管13并通过第一输出口132流入第一储液池11中，如此循环流通于第一冷凝管13中。第一冷凝液12在流经第一冷凝管中的过程中吸收了大体积混凝土5的表层的水化热，从而使得大体积混凝土5的表层温度降低。第一冷凝液12循环流通于第一冷凝管13中，使得大体积混凝土5的表层的温度下降。

第一温度传感器14主要用于监测大体积混凝土的表层温度、生成携带大体积混凝土的表层温度值的第一信号并向控制器3发送第一信号。

第二温度传感器15主要用于监测第一储液池11中的第一冷凝液12的温度、生成携带第一储液池11中的第一冷凝液12的温度值的第二信号并向控制器3发送第二信号。

内层控温装置2包括第二储液池21、第二冷凝液22、第二冷凝管23、第三温度传感器24、第四温度传感器25和第二加热器26。

第二冷凝管23和第三温度传感器24分别预埋于大体积混凝土5的内层混凝土中。第二冷凝管23具有伸至大体积混凝土5的外侧的第二输入口231和第二输出口232。第二输入口231和第二输出口232分别连通于第二储液池21。

第二储液池21设置于大体积混凝土5的外侧。第二冷凝液22容置于第二储液池21中。第二储液池21中安装有第四温度传感器25和第二加热器26。第四温度传感器25和第二加热器26始终位于第二储液池21的第二冷凝液22的液面以下。第二冷凝液22通过第二输入口231流经第二冷凝管23并通过第二输出口232流入第二储液池21中，如此循环流通于第二冷凝管23中。第二冷凝液22在流经第二冷凝管中的过程中吸收了大体积混凝土5的内层的水化热，从而使得大体积混凝土5的内层温度降低。

第三温度传感器24主要用于监测大体积混凝土的内层温度、生成携带大体积混凝土的内层温度值的第三信号并向控制器3发送第三信号。

第四温度传感器25主要用于监测第二储液池21中的第二冷凝液22的温度、生成携带第二储液池21中的第二冷凝液22的温度值的第四信号并向控制器3发送第四信号。

控制器3信号连接于第一温度传感器14、第二温度传感器15、第三温度传感器24、第四温度传感器25、第一加热器16和第二加热器26。

控制器3主要用于接收第一信号、第二信号、第三信号和第四信号，根据接收的第一信号、第二信号、第三信号和第四信号中的温度值来判断大体积混凝土的表层温度与内层温度的大小及温差、大体积混凝土的表层温度与第一储液池中的第一冷凝液的温度的大小及温差、大体积混凝土的内层温度与第二储液池中的第二冷凝液的温度的大小及温差，根据第一信号、第二信号、第三信号和第四信号的温度值来开启或关闭第一加热器和第二加热器，协同调控表层温控装置和内层温控装置，有效控制大体积混凝土内部的水化热，大体积混凝土的表层和内层的温差，避免大体积混凝土产生温度裂缝。

控制器中设定有用于判断大体积混凝土的表层温度与内层温度的大小及温差的第一设定值和第二设定值。第一设定值为20℃，第二设定值为15℃。

在正常情况下，第一冷凝管11中的第一冷凝液的温度应保持在比大体积混凝土5的表层的混凝土温度低且二者差值小于等于第一设定值(20℃)，使得大体积混凝土的温度与其接触面的外界温度差值小于20℃。第二冷凝管21中的第二冷凝液的温度应保持在比大体积混凝土5的内层的混凝土温度低且二者差值小于第一设定值(20℃)，使得大体积混凝土的温度与其接触面的外界温度差值小于20℃。如此可以使得大体积混凝土的表层和内层的温度逐渐降低。

当第一冷凝管11中的第一冷凝液的温度比大体积混凝土5的表层的混凝土温度低且二者差值大于第一设定值(20℃)时，控制器3则开启第一加热器16，使得第一储液池11中的第一冷凝液12的温度上升，以减小第一冷凝管11中的第一冷凝液的温度与大体积混凝土的表层的混凝土温度的差值；当第一冷凝管11中的第一冷凝液的温度比大体积混凝土5的表层的混凝土温度低且二者差值小于第二设定值(15℃)时，控制器3则关闭第一加热器16。

当第二冷凝管21中的第二冷凝液的温度比大体积混凝土5的内层的混凝土温度低且二者差值大于第一设定值(20℃)时，控制器3则开启第二加热器26，使得第二储液池21中的第二冷凝液22的温度上升，以减小第二冷凝管21中的第二冷凝液的温度与大体积混凝土的内层的混凝土温度的温差；当第二冷凝管21中的第二冷凝液的温度比大体积混凝土5的内层的混凝土温度低且二者差值小于第二设定值(15℃)时，控制器3则关闭第二加热器26。

当大体积混凝土5的内层的混凝土温度比其外层的混凝土温度高且二者差值大于25℃，控制器3开启第一加热器16并关闭第二加热器26，提高第一冷凝液12的温度，使得第一储液池11中的第一冷凝液12的温度比大体积混凝土5的外层的混凝土温度高且二者差值在0℃～5℃内，维持大体积混凝土5的外层的混凝土温度基本不变，而大体积混凝土5的内层的混凝土温度则通过第二冷凝液22逐渐降低温度；当大体积混凝土5的内层的混凝土温度比其外层的混凝土温度高且二者差值小于22℃时，控制器3则同时关闭第一加热器16和第二加热器26。

作为一种较佳的实施方式，第一冷凝管和第二冷凝管为多根管体串联或并联设置的冷凝管网。

第一冷凝管的第一输入口131设有一个输送泵4。输送泵4主要用于将第一储液池11中的第一冷凝液12从第一冷凝管13的第一输入口131泵送到第一冷凝管13中。从第一冷凝管13的第一输入口131泵送到第一冷凝管13中的第一冷凝液在吸收了大体积混凝土5的表层内的水化热后从第一冷凝管13的第一输出口132排入第一储液池11中，如此循环反复形成一个大体积混凝土的表层循环冷却降温系统。

第二冷凝管的第二输入口231同样也设有一个输送泵4。输送泵4主要用于将第二储液池21中的第二冷凝液22从第二冷凝管23的第二输入口231泵送到第二冷凝管23中。从第二冷凝管23的第二输入口231泵送到第二冷凝管23中的第二冷凝液在吸收了大体积混凝土5的内层中的水化热后从第二冷凝管23的第二输出口232排入第二储液池21中，如此循环反复形成一个大体积混凝土的内层循环冷却降温系统。

本发明大体积混凝土双冷凝回路控温设备目的在于控制大体积混凝土中的水化热，第一加热器和第二加热器是为了让第一冷凝管中的第一冷凝液的温度始终保持在比大体积混凝土的表层温度低15℃～20℃，使得大体积混凝土的温度与其接触面的外界温度差值不能大于20℃。

第一加热器用于加热第一储液池中的第一冷凝液的温度；第二加热器用于加热第二储液池中的第二冷凝液的温度。

作为一种较佳的实施方式，第一加热器16和第二加热器26分别为管状电热元件。第一加热器和第二加热器为加热管。

本发明大体积混凝土双冷凝回路控温设备，一方面，大体积混凝土的表层循环冷却降温系统和内层循环冷却降温系统分开设置，互不干涉，自成一体；另一方面，通过控制器联动调控表层温控装置的第一加热器和内层温控装置的第二加热器来协调大体积混凝土的表层和内层的温差，有效控制大体积混凝土内部的水化热，避免大体积混凝土产生温度裂缝。

第一冷却液和第二冷却液为酒精型冷却液、甘油型冷却液、乙二醇型冷却液中的任一一种。第一冷却液和第二冷却液均包括水、防冻剂、添加剂三部分。

酒精型冷却液是用乙醇(俗称酒精)作防冻剂，具有价格便宜，流动性好，配制工艺简单等优点。

甘油型冷却液具有沸点高、挥发性小、不易着火、无毒、腐蚀性小等优点。

乙二醇型冷却液是用乙二醇作防冻剂，并添加少量抗泡沫、防腐蚀等综合添加剂配制而成。由于乙二醇易溶于水，可以任意配成各种冰点的冷却液，其最低冰点可达-68℃，这种冷却液具有沸点高、泡沫倾向低、粘温性能好、防腐和防垢等特点。

在一些实施例中，控制器3还连接有显示器，显示器用于显示第一温度传感器14、第二温度传感器15、第三温度传感器24、第四温度传感器25获得的温度数据。

第一冷凝管和第二冷凝管为φ50mm的镀锌钢管。第一储液池和第二储液池为内径3m×2m×1.5m的砖砌水池。输送泵采用流量为10-100m3/h的小型水泵。

控制器3采用STM32F105RBT6型号的单片机作为主芯片，该类型单片机具有结构紧凑，运算能力强，功耗低以及程序算法实现简单等优点。

第一温度传感器14、第二温度传感器15、第三温度传感器24、第四温度传感器25为模拟温度传感器，为了防止杂波信号的乱入导致控制器误动作，将第一温度传感器14、第二温度传感器15、第三温度传感器24、第四温度传感器25的数据先经过同比例放大器滤波，再接入ADC转换电路，将数据的模拟量转为数字信号进入控制器3的主芯片的寄存器，以便进行下一步的数据处理运算。

本发明提供了一种基于大体积混凝土双冷凝回路控温设备的控温方法，包括以下步骤：

步骤S1：第一温度传感器14生成第一温度值并向控制器3发送携带所述第一温度值的第一信号、第二温度传感器15生成第二温度值并向控制器3发送携带所述第二温度值的第二信号、第三温度传感器24生成第三温度值并向控制器3发送携带所述第三温度值的第三信号，第四温度传感器25生成第四温度值并向控制器3发送携带所述第四温度值的第四信号。

具体的，第一温度传感器14埋设于大体积混凝土5的表层中，第一温度传感器14获取大体积混凝土5的表层温度的第一温度值、生成携带第一温度值的第一信号并向控制器3第一信号。

第二温度传感器15安装于第一储液池11内，并位于第一储液池11中的第一冷凝液12的液面以下。第二温度传感器15获取第一储液池11中的第一冷凝液12的温度的第二温度值、生成携带第二温度值的第二信号并向控制器3发送第二信号。

第三温度传感器24埋设于大体积混凝土5的内层中，第三温度传感器24获取大体积混凝土5的内层温度的第三温度值、生成携带第三温度值的第三信号并向控制器3发送第三信号。

第四温度传感器25安装于第二储液池21内，并位于第二储液池21中的第二冷凝液22的液面以下。第四温度传感器25获取第二储液池21中的第二冷凝液22的温度的第四温度值、生成携带第四温度值的第四信号并向控制器3发送第四信号。

步骤S2：控制器3接收第一信号、第二信号、第三信号和第四信号。

步骤S3：控制器3根据第一信号中的第一温度值、第二信号中的第二温度值、第三信号中的第三温度值和第四信号中的第四温度值，开启或关闭第一加热器和第二加热器。

控制器3中预先设定有用于判断大体积混凝土的表层温度与内层温度的大小及温差的第一设定值和第二设定值。第一设定值为20℃，第二设定值为15℃。

S31在控制器3接收第一信号和第二信号后，控制器3判断第一信号中的第一温度值与第二信号中的第二温度值的大小以及差值并开启或关闭第一加热器。

具体的，当第一温度值大于第二温度值且二者差值大于第一设定值(20℃)时，控制器3开启第一加热器16；当第一温度值大于第二温度值且二者差值小于第二设定值(15℃)时，控制器3关闭第一加热器16。

在本实施例中，第一冷凝管中的第一冷凝液的温度应保持比大体积混凝土的表层的混凝土温度低。作为一种较佳的实施方式，第一冷凝管中的第一冷凝液的温度应保持比大体积混凝土的表层的混凝土温度低且温差范围为15℃～20℃，使得大体积混凝土的温度与其接触面的外界温度差值不能大于20℃。

S32在控制器3接收第三信号和第四信号后，控制器3判断第三信号中的第三温度值与第四信号中的第四温度值的大小以及差值并开启或关闭第二加热器。

具体的，当第三温度值大于第四温度值且二者差值大于第一设定值(20℃)时，控制器3开启第二加热器26；当第三温度值大于第四温度值且二者差值小于第二设定值(15℃)时，控制器3关闭第二加热器26。

在本实施例中，第二冷凝管中的第二冷凝液的温度应保持比大体积混凝土的内层的混凝土温度低。作为一种较佳的实施方式，第二冷凝管中的第二冷凝液的温度应保持比大体积混凝土的内层的混凝土温度低且温差范围为15℃～20℃，使得大体积混凝土的温度与其接触面的外界温度差值不能大于20℃。

S33在控制器3接收第一信号和第三信号后，控制器3判断第一信号中的第一温度值与第三信号中的第三温度值的大小以及差值并联动控制第一加热器和第二加热器。

具体的，当第三温度值大于第一温度值且二者差值＞25℃时，控制器3开启第一加热器16并关闭第二加热器26，使得第二温度值大于第一温度值且差值为0℃～5℃；当第三温度值大于第一温度值且二者差值＜22℃时，控制器3关闭第一加热器16。

当混凝土内圈温度比外圈温度高25度时，通过控制器联动控制第一加热器和第二加热器，第一冷凝管中的第一冷凝液的温度比大体积混凝土的表层混凝土温度高且二者温差范围为0℃～5℃，来对大体积混凝土的表层混凝土进行保温以维持温度恒定；对于大体积混凝土的内层混凝土则通过第二冷凝管中循环的第二冷凝液持续、逐步稳定的降温，从而使得让大体积混凝土的表层和内层的温差差值不至于太大、或温差急剧增大而产生温度裂缝。当大体积混凝土的表层和内层的温差的差值小于＜22℃时，则同时关闭第一加热器和第二加热器，使得大体积混凝土的表层和内层同时降温。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。

Claims (6)

1.一种大体积混凝土双冷凝回路控温设备，其特征在于，包括：

表层控温装置，包括第一储液池、容置于所述第一储液池中的第一冷凝液、埋设于大体积混凝土的表层中的第一冷凝管和第一温度传感器，所述第一储液池的所述第一冷凝液中设有第二温度传感器和第一加热器，所述第一冷凝管具有分别连通于所述第一储液池的第一输入口和第一输出口，并使所述第一冷凝液循环流通于所述第一冷凝管中；

内层控温装置，包括第二储液池、容置于所述第二储液池中的第二冷凝液、埋设于所述大体积混凝土的内层中的第二冷凝管和第三温度传感器，所述第二储液池的所述第二冷凝液中设有第四温度传感器和第二加热器，所述第二冷凝管具有分别连通于所述第二储液池的第二输入口和第二输出口，并使所述第二冷凝液循环流通于所述第二冷凝管中；以及

控制器，所述控制器分别连接于所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第四温度传感器、所述第一加热器和所述第二加热器。

2.根据权利要求1所述的大体积混凝土双冷凝回路控温设备，其特征在于，所述第一输入口和所述第二输入口分别设有输送泵。

3.根据权利要求2所述的大体积混凝土双冷凝回路控温设备，其特征在于，所述第一加热器和所述第二加热器分别为管状电热元件。

4.一种利用如权利要求1～3的任意一项的大体积混凝土双冷凝回路控温设备的控温方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一温度传感器生成第一温度值并向控制器发送携带所述第一温度值的第一信号、第二温度传感器生成第二温度值并向所述控制器发送携带所述第二温度值的第二信号、第三温度传感器生成第三温度值并向所述控制器发送携带所述第三温度值的第三信号，第四温度传感器生成第四温度值并向所述控制器发送携带所述第四温度值的第四信号；

所述控制器接收所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号和所述第三信号；

在所述控制器接收所述第一信号和所述第二信号后，所述控制器判断所述第一温度值与所述第二温度值的大小以及差值，当所述第一温度值大于所述第二温度值且差值大于第一设定值时，所述控制器开启所述第一加热器，当所述第一温度值大于所述第二温度值且差值小于第二设定值时，所述控制器关闭所述第一加热器，且所述第一设定值大于所述第二设定值；

在所述控制器接收所述第三信号和所述第四信号后，所述控制器判断所述第三温度值与所述第四温度值的大小以及差值，当所述第三温度值大于所述第四温度值且差值大于第一设定值时，所述控制器开启所述第二加热器，当所述第三温度值大于所述第四温度值且差值小于第二设定值时，所述控制器关闭所述第二加热器。

5.根据权利要求4所述的控温方法，其特征在于，所述第一设定值为20℃，所述第二设定值为15℃。

6.根据权利要求5所述的控温方法，其特征在于，在所述控制器接收所述第一信号和所述第三信号后，所述控制器判断所述第一温度值与所述第三温度值的大小以及差值，当所述第三温度值大于所述第一温度值且差值大于25℃时，所述控制器开启所述第一加热器并关闭所述第二加热器，使得第二温度值大于所述第一温度值且差值范围为0℃～5℃，当所述第三温度值大于所述第一温度值且差值小于22℃时，所述控制器关闭所述第一加热器和第二加热器。