CN114324228A - 一种碳排放监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳排放监测系统，包括多个监测站点，监测站点包括底座、气体采集机构和气体检测机构，所述底座上设有竖向转轴，转轴上设有横向的通风筒，通风筒内设有轴流风机，通风筒的一端连接有可伸缩的波纹管，波纹管的远端封闭；所述气体采集机构包括气体采集管，气体采集管连接有气体净化器和气泵，气体采集管设有多个气体采集口，每个气体采集口设有单独的阀门，至少一个气体采集口位于波纹管的远端，至少一个气体采集口位于波纹管的近端或底座上。本发明的碳排放监测系统可以有效识别出区域内的主要碳排放源和隐藏碳排放源。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳排放监测系统及方法，属于测绘和规划技术领域。
背景技术
近年来全球变暖已成为人们公认的地球最大危机之一，而温室气体的排放通常被认为是地球变暖的罪魁祸首。二氧化碳是排放最多的一种主要温室气体，控制和降低碳排放已经是世界各国在保护环境方面的共识。碳排放监测是控制和降低碳排放工作中的一项重要任务，有效的碳排放监测可以识别出主要的以及隐藏的碳排放源，有利于针对性的控制碳排放。同时，有效的碳排放监测可以识别某区域大气中二氧化碳浓度分布，有利于进行城市规划，进行住宅、绿地的合理选址。二氧化碳浓度监测一般采用红外气体检测仪，价格较昂贵，因此站点建设成本较高，限制了区域内站点分布数量。而单一站点的监测值只能反映该站点碳排放情况，在几米范围内二氧化碳浓度差异不大，无法测出浓度梯度，也就无法反映范围内二氧化碳浓度分布情况，更无法识别出区域内的碳排放源分布。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种碳排放监测系统及方法，具体方案为：
一种碳排放监测系统，包括多个监测站点，监测站点包括底座、气体采集机构和气体检测机构，所述底座上设有竖向转轴，转轴上设有横向的通风筒，通风筒内设有轴流风机，通风筒的一端连接有可伸缩的波纹管，波纹管的远端封闭；所述气体采集机构包括气体采集管，气体采集管连接有气体净化器和气泵，气体采集管设有多个气体采集口，每个气体采集口设有单独的阀门，至少一个气体采集口位于波纹管的远端，至少一个气体采集口位于波纹管的近端或底座上；所述气体检测机构包括多个气体检测池和浓度检测头，气体检测池的数量不少于气体采集口的数量，气体采集管与各个气体检测池连接，且每个气体检测池均设有独立的进气阀；所述浓度检测头设有检测仓，检测仓内设有特征气体浓度传感器；气体检测池和浓度检测头设有用于对接的检测接头。
进一步的，所述气体检测机构设有保温箱内，保温箱设有温度控制机构。
进一步的，所述检测接头包括管接头和插接头，管接头和插接头分别与气体检测池和检测仓连接，管接头和插接头用于插连接；各个气体检测池的检测接头位于同一侧，且检测接头沿圆周向排列；所述浓度检测头为转动设置，且检测接头连接有伸缩机构。
进一步的，所述轴流风机由双向电机驱动。
进一步的，所述通风筒与波纹管连接处设有锥形收口段。
进一步的，所述波纹管上沿长度方向等间距设有多个气体采集口。
进一步的，每三个监测站点按三角形分布，相邻两个监测站点的间距为1~10km，波纹管最大伸展长度为5~20m。
根据本发明的碳排放监测系统，本发明还要求保护一种碳排放监测方法，包括以下步骤：
1）轴流风机启动，波纹管完全展开，各个气体采集口依次进行样本气体采集，且各个气体采集口采集的样本气体进入单独的气体检测池；
2）一个角度的样本气体采集完成后，轴流风机反转，波纹管收缩，转座按设定角度转动一次，重复步骤1），获得下一个角度的样本气体；
3）气体检测池的温度达到设定温度以后，浓度检测头与各个气体检测池依次连通，检测每个样本气体的碳排放特征气体浓度。
进一步的，每个气体采集口在每个角度对应一个气体采集点，根据每个气体采集点的碳排放特征气体浓度，对每个站点绘制等浓度曲线，根据浓度梯度确定碳排放特征气体扩散方向；当一个三角形区域的三个站点浓度梯度均向内侧递增时，则该区域存在碳排放源。
进一步的，转座每次转动的角度为30°。
本发明的碳排放监测系统可以利用单个站点监测小范围内的碳排放浓度梯度，当多个站点配合使用时，可以有效识别出区域内的主要碳排放源和隐藏碳排放源。使用本发明的系统及方法，可以在不明显增加站点建设密度，以及单个站点的建设成本条件下，实现对区域内碳排放的有效监测。
附图说明
图1为本发明中的监测站点结构示意图；
图2为本发明中气体检测机构的结构示意图；
图3为本发明中气体检测池的布置示意图；
图4为本发明中气体检测仓和检测接头的结构示意图；
图5为本发明中监测站点布置示意图；
图6为本发明中A站点的二氧化碳等浓度曲线图；
图7为本发明中A、B、C三个站点识别的碳排放源示意图。
具体实施方式
下面结合具体实例，详细说明本发明专利的方案。
实施例1
本实施例的碳排放监测系统，包括多个监测站点，如图1-图4，其中监测站点包括底座1、气体采集机构和气体检测机构，底座可以是在平地建造桁架结构的塔体，在塔体上设置箱型的底座，也可以是依托城市高层建筑物设置箱型的底座。底座1上设有竖向转轴2，转轴上设有横向的通风筒3，通风筒内设有轴流风机，通风筒的一端连接有可伸缩的波纹管4，波纹管的远端封闭。在轴流风机工作时，可以向封闭的波纹管内鼓风，在风压作用下，波纹管横向展开。
气体采集机构包括气体采集管5，气体采集管连接有气体净化器6和气泵7，气泵提供采集气体时的动力，气体净化器用于对采集的气体进行粉尘过滤和水分干燥，可以采用活性炭和滤网结合的多级过滤。
气体采集管设有多个气体采集口8，每个气体采集口设有单独的阀门，至少一个气体采集口位于波纹管的远端，至少一个气体采集口位于波纹管的近端或底座上。气体采集管可以只设置一根，一端连接至底座，另一端沿波纹管设置，在气体采集管上设置支管，支管上设置气体采集口和阀门。
气体检测机构包括多个气体检测池9和浓度检测头10，气体检测池的数量不少于气体采集口的数量，气体采集管与各个气体检测池连接，且每个气体检测池均设有独立的进气阀；浓度检测头设有检测仓16，检测仓内设有特征气体浓度传感器11；气体检测池和浓度检测头设有用于对接的检测接头12。特征气体浓度传感器采用红外二氧化碳传感器。
利用NDIR原理检测气体浓度时，气体温度、压力、粉尘、水气等条件均对检测结果有较大影响。本方案采用同一套气泵、气体净化装置，可以减少气体处理条件对样本气体粉尘、水气、气压条件造成的差异。
另外在外界采集样本气体时，同一天不同时段的环境条件可能存在较大波动。本方案的气体检测机构设有保温箱13内，保温箱设有温度控制机构。温度控制机构用于对保温箱进行恒温控制。温度控制机构可选择常用的半导体恒温器。由气体采集口采集的样本气体进入气体检测池以后，不是立即进行二氧化碳浓度检测，而是先在气体检测池内保存一段时间，在该时间内使样本气体温度达到设定的检测温度，再进行检测。气体检测池采用活塞式结构，气体检测池可以设置恒压阀以实现压力恒定。
本方案的检测接头包括管接头和插接头，管接头和插接头分别与气体检测池和检测仓连接，管接头和插接头用于插连接，管接头设有检测阀15；各个气体检测池的检测接头位于同一侧，且检测接头沿圆周向排列；浓度检测头为转动设置，且检测接头连接有伸缩机构，伸缩机构采用气缸14驱动。管接头和插接头对接后，检测阀15打开，样本气体进入检测仓进行二氧化碳浓度检测。
本方案中，轴流风机由双向电机驱动。正向工作时轴流风机向波纹管鼓风，在风压作用下波纹管展开，反向工作时轴流风机产生负压，波纹管在负压下收缩。通风筒与波纹管连接处设有锥形收口段。锥形收口可以增大风机产生的风压。
当波纹管最大伸展长度较大时，波纹管上沿长度方向等间距设置多个气体采集口。如在波纹管最大伸展长度为20m时，可以在10m处再设置1个气体采集口。
在对某区域进行碳排放监测时，可以设置多个站点，每三个监测站点按三角形分布，相邻两个监测站点的间距为1~10km，波纹管最大伸展长度为5~20m。站点间距根据监测面积进行合理设置，监测面积较大时，可以增加站点间距，降低站点建设成本。
本实施例中，以某城区为例，辖区范围南北跨度15km，东西跨度20km，相邻站点间距设置为4km，站点分布如图5所示。
监测方法包括以下步骤：
1）轴流风机启动，波纹管完全展开，各个气体采集口依次进行样本气体采集，且各个气体采集口采集的样本气体进入单独的气体检测池；
2）一个角度的样本气体采集完成后，轴流风机反转，波纹管收缩，转座按设定角度转动一次，重复步骤1），获得下一个角度的样本气体；转座每次转动的角度为30°。
3）气体检测池的温度达到设定温度以后，浓度检测头与各个气体检测池依次连通，检测每个样本气体的碳排放特征气体浓度。
4）每个气体采集口在每个角度对应一个气体采集点，根据每个气体采集点的碳排放特征气体浓度，对每个站点绘制等浓度曲线。绘制曲线时，可以将±5ppm以内的数据近似看作相等。根据浓度梯度确定碳排放特征气体扩散方向；当一个三角形区域的三个站点浓度梯度均向内侧递增时，则该区域存在碳排放源。
如图6和图7，以A、B、C三个站点为例，得到某时段内得到的二氧化碳浓度梯度分布，可以判断出A、B、C三个站点范围内存在一个明显的碳排放源18。
Claims (10)
1.一种碳排放监测系统，其特征在于：包括多个监测站点，监测站点包括底座、气体采集机构和气体检测机构，所述底座上设有竖向转轴，转轴上设有横向的通风筒，通风筒内设有轴流风机，通风筒的一端连接有可伸缩的波纹管，波纹管的远端封闭；所述气体采集机构包括气体采集管，气体采集管连接有气体净化器和气泵，气体采集管设有多个气体采集口，每个气体采集口设有单独的阀门，至少一个气体采集口位于波纹管的远端，至少一个气体采集口位于波纹管的近端或底座上；所述气体检测机构包括多个气体检测池和浓度检测头，气体检测池的数量不少于气体采集口的数量，气体采集管与各个气体检测池连接，且每个气体检测池均设有独立的进气阀；所述浓度检测头设有检测仓，检测仓内设有特征气体浓度传感器；气体检测池和浓度检测头设有用于对接的检测接头。
2.根据权利要求1所述的碳排放监测系统，其特征在于：所述气体检测机构设有保温箱内，保温箱设有温度控制机构。
3.根据权利要求2所述的碳排放监测系统，其特征在于：所述检测接头包括管接头和插接头，管接头和插接头分别与气体检测池和检测仓连接，管接头和插接头用于插连接；各个气体检测池的检测接头位于同一侧，且检测接头沿圆周向排列；所述浓度检测头为转动设置，且检测接头连接有伸缩机构。
4.根据权利要求3所述的碳排放监测系统，其特征在于：所述轴流风机由双向电机驱动。
5.根据权利要求4所述的碳排放监测系统，其特征在于：所述通风筒与波纹管连接处设有锥形收口段。
6.根据权利要求5所述的碳排放监测系统，其特征在于：所述波纹管上沿长度方向等间距设有多个气体采集口。
7.根据权利要求6所述的碳排放监测系统，其特征在于：每三个监测站点按三角形分布，相邻两个监测站点的间距为1~10km，波纹管最大伸展长度为5~20m。
8.一种碳排放监测方法，其特征在于，是使用如权利要求7所述的碳排放监测系统，并包括以下步骤：
1）轴流风机启动，波纹管完全展开，各个气体采集口依次进行样本气体采集，且各个气体采集口采集的样本气体进入单独的气体检测池；
2）一个角度的样本气体采集完成后，轴流风机反转，波纹管收缩，转座按设定角度转动一次，重复步骤1），获得下一个角度的样本气体；
3）气体检测池的温度达到设定温度以后，浓度检测头与各个气体检测池依次连通，检测每个样本气体的碳排放特征气体浓度。
9.根据权利要求8所述的碳排放监测方法，其特征在于：每个气体采集口在每个角度对应一个气体采集点，根据每个气体采集点的碳排放特征气体浓度，对每个站点绘制等浓度曲线，根据浓度梯度确定碳排放特征气体扩散方向；当一个三角形区域的三个站点浓度梯度均向内侧递增时，则该区域存在碳排放源。
10.根据权利要求9所述的碳排放监测方法，其特征在于：转座每次转动的角度为30°。
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