CN115075593A - 大体积混凝土自动温控系统及其温控方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种大体积混凝土自动温控系统及其温控方法，所述大体积混凝土自动温控系统包括冷却水管、冷却水箱、检测装置及后台云监控装置，冷却水管埋设在混凝土中，冷却水管与所述冷却水箱连通，且冷却水管与冷却水箱之间设有用于控制冷却水的流速及流量的调节装置，检测装置用于采集温度及冷却水的流速、流量，并通过无线传输反馈至后台云监控装置，后台云监控装置根据检测装置反馈的数据以控制调节装置调节冷却水的流速、流量；冷却水管连通有回流水箱，回流水箱与冷却水箱之间设有水箱连通管，水箱连通管上设有与后台云监控装置连接的阀门。将云平台数据传输与控制应用到混凝土温控中，实现现场参数监测及远程控制，反应迅速，施工方便。

Description

大体积混凝土自动温控系统及其温控方法

技术领域

本申请涉及大体积混凝土施工技术领域，尤其涉及一种大体积混凝土自动温控系统及其温控方法。

背景技术

混凝土浇筑后，水化反应会释放大量热量，导致混凝土内部和外部不同程度温升，外部与空气接触本身升温速度较慢，而内部升温明显，因此前期会造成内表温差变大趋势，预先布置金属管，浇筑后通水冷却一方面可以控制内表温差，同时可以防止内部温度过高。在中后期，温升趋势渐趋平缓，直到温度开始下降，这时需要控制降温速度。

目前大体积混凝的温控系统为在混凝土内部埋设冷却管及测温元件，当混凝土开始浇筑时，靠人工持测温仪器进行测温，判断是否需要调节冷却管，冷却管进水口与自来水管相连接，中间通过阀门控制流速流量，过程中需专人负责测量混凝土内部温度，并对测量记录及时分析，再去阀门调节冷却水管的流速、流量，达到控制效果。采用该系统对混凝土降温时，存在自动化程度底，需要人工在现场调节；响应缓慢，需要经过混凝土升温→人工测量→人工调节等流程，降低了工效；工作量大，若同时进行多个大体积混凝土的浇筑施工，仅靠人工难以控制等技术问题。

发明内容

本申请的主要目的旨在提供一种通过无线传输控制来达到自动调节冷却水管流速、流量的大体积混凝土自动温控系统，其能够有效控制大体积混凝土在浇筑过程中的温度。

本申请的另一目的旨在提供一种采用上述大体积混凝土自动温控系统的温控方法。

为了实现上述目的，本申请提供以下技术方案：

一种大体积混凝土自动温控系统，包括冷却水管、冷却水箱、检测装置及后台云监控装置，所述冷却水管埋设在混凝土中，所述冷却水管与所述冷却水箱连通，且所述冷却水管与所述冷却水箱之间设有用于控制冷却水的流速及流量的调节装置，所述检测装置用于采集混凝土的温度及所述冷却水箱流向冷却水管的冷却水的流速、流量，并通过无线传输反馈至所述后台云监控装置，所述后台云监控装置根据所述检测装置反馈的数据以控制所述调节装置调节冷却水的流速、流量；

所述冷却水管的出水口处连通有用于存储高温回流水的回流水箱，所述回流水箱与所述冷却水箱之间设有连通两者的水箱连通管，所述水箱连通管上设有与所述后台云监控装置无线连接的阀门。

进一步设置：所述检测装置包括设于混凝土上的温度传感器及设于所述冷却水管与所述冷却水箱之间的流量计。

进一步设置：所述温度传感器及流量计均连接有无线数据采集器，所述无线数据采集器通过无线传输的方式向所述后台云监控系统发送所采集到的温度信息及流速、流量信息。

进一步设置：所述后台云监控装置包括温度监控模块和流量监控及调节模块，所述温度监控模块用于接收所述温度传感器所采集的温度信息，所述流量监控及调节模块用于接收流量计所采集的流速、流量信息并通过所述调节装置调节冷却水的流速、流量。

进一步设置：所述冷却水管沿混凝土的高度分层设置多根，所述流量计及调节装置一一对应于多根所述冷却水管设置多套，且多条所述冷却水管与所述冷却水箱之间设有进水口分水器。

进一步设置：多根所述冷却水管的出水口与所述回流水箱之间设有出水口合流器。

作为第二方面，本申请还涉及一种采用上述的大体积混凝土自动温控系统的温控方法，包括以下步骤：

在混凝土中预埋大体积混凝土自动温控系统的冷却水管，使冷却水管与冷却水箱连通，冷却水箱中储存有冷却水以对冷却水管进行循环通水；

利用温度传感器实时监测混凝土内部及表面温度，当混凝土的内部温度达到预设的第一温度阈值时，调取冷却水箱中的冷却水作为循环冷却水，并根据实施获取的各温度传感器处获取的温度值来调控冷却水的流量及流速，直至混凝土内部温度低于预设的第二温度阈值。

进一步设置：在调取冷却水箱中的冷却水进入冷却水管前，检测冷却水箱中冷却水的温度；当冷却水温度高于第三温度阈值时，接入外部冷却水以降温至第三温度阈值以下；当冷却水温度低于第四温度阈值时，后台云监控装置控制水箱连通管上的阀门打开，使存储在回流水箱中的高温回流水进入冷却水箱中混合以提高冷却水的温度至第四温度阈值以上；所述第三温度阈值大于第四温度阈值。

进一步设置：所述根据实施获取的各点温度值来调控冷却水的流量及流速，包括：

基于预先建立的所述大体积混凝土结构的有限元分析模型，计算得到各温度测点的温度变化规律；

基于各温度测点的温度变化规律，结合实测温度值，计算所述冷却水管各时段的水流量；

根据所述水流量，控制冷却水的流速。

进一步设置：混凝土内部温度与表面温度的温差值低于25℃。

相比现有技术，本申请的方案具有以下优点：

1.在本申请的大体积混凝土自动温控系统中，将云平台数据传输与控制应用到混凝土温控中，实现现场参数监测及远程控制，反应迅速，施工方便，同时配合无线流量调节阀、无线流量计来实现自动调节冷却水的流速及流量，提高了劳动效率。并且通过对冷却水、高温回流水的合理调蓄、输送和分配，能够实现混凝土内部的水循环降温，提高水资源的利用率，确保工程施工的质量和效率，从而达到节能环保的文明施工要求。

2.在本申请的大体积混凝土自动温控系统中，通过冷却水箱和进水口分水器实现对冷却水的分流，然后对应在每根冷却水管上设置检测装置及调节装置，实现混凝土各层的分别调节，能够针对不同位置的混凝土位置进行调节，继而确保混凝土降温过程中的一致性。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请大体积混凝土自动温控系统的一个实施例的示意图；

图2为本申请大体积混凝土自动温控系统的温控方法的工艺流程图。

图中，1、冷却水管；2、冷却水箱；21、进水口分水器；3、温度传感器；4、流量计；5、无线数据采集器；6、后台云监控装置；61、温度监控模块；62、流量监控及调节模块；7、无线流量调节阀；8、回流水箱；81、出水口集水器；9、水箱连通管；91、阀门。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

针对目前混凝土测温需要人工持测温仪器来判断其是否需要调节冷却管，整体自动化程度低、响应缓慢、工作量大的问题，本申请提供了一种大体积混凝土自动温控系统，请结合图1，通过各个测温元件配合控制器和水箱，来实现自动调节冷却水管1流量流速，从而达到控制大体积混凝土在浇筑过程的温度的目的。

所述大体积混凝土自动温控系统包括冷却水管1、冷却水箱2、检测装置及后台云监控装置6，所述冷却水管1埋设在混凝土中，所述冷却水管1与所述冷却水箱2连通，所述冷却水箱2中储存有冷却水，冷却水从所述冷却水箱2流向所述冷却水管1，以通过热交换来对混凝土内部进行降温，且在所述冷却水管1与所述冷却水箱2之间设有用于控制冷却水的流速及流量的调节装置，该检测装置用于采集混凝土的温度及所述冷却水箱2流向冷却水管1的冷却水的流速、流量，并同时将采集到的数据通过无线传输至所述后台云监控装置6，所述后台云监控装置6根据所述检测装置反馈的数据来控制所述调节装置以调节冷却水的流速和流量。此外，所述后台云监控装置6亦同步监测所述冷却水箱2内冷却水的温度，所述冷却水管1的出水口连通有储存经过热交换后的高温水的回流水箱8，所述回流水箱8与所述冷却水箱2之间设有水箱连通管9，所述水箱流通管上设有用于控制所述回流水箱8内的高温回流水流入到所述冷却水箱2中的阀门91。

具体地，所述检测装置包括温度传感器3及流量计4，所述温度传感器3分贝在大体积混凝土结构的模板内的各测温点设置多个，以用于将各测温点的实时温度信息通过无线信息传输的方式发送至所述后台云监控装置6；所述流量计4设于所述冷却水箱2与所述冷却水管1之间，以用于采集所述冷却水箱2流向所述冷却水管1的冷却水的流量及流速，并将采集到的相应数据亦通过无线信息传输的方法发送至所述后台云监控装置6。

所述后台云监控装置6包括用于接收包括温度监控模块61和流量监控及调节模块62，所述温度监控模块61用于接收所述温度传感器3所采集到的温度信息，所述流量监控及调节模块62用于接收流量计4所采集的流速、流量信息并通过所述调节装置调节冷却水的流速、流量，所述后台云监控装置6能够结合混凝土的实时温度信息及冷却水的流速、流量来控制所述调节装置以进一步调节冷却水的流量及流速，从而达到精准调节混凝土温度的目的。

此外，所述后台云监控装置6与所述检测装置、调节装置之间均通过无线传输进行连接，位于混凝土处设置有无线数据采集器5，所述检测装置与所述无线数据采集器5的输入端连接以进行数据的输入采集，通过所述无线数据采集器5向苏所述后台云监控系统发送无线信号，由所述后台云监控系统接收相应信号后，并作出相应的调节控制信号反馈至所述调节装置以完成冷却水流速、流量的调节。本申请将云平台数据传输与控制的方式应用到混凝土的温控中，可实现快速响应，调节冷却水的流量及流速。同时，采用无线传输的方式，能够实现现场参数的实时监测及远程控制，反应速度快、施工方便，提高了劳动效率，对比传统的人工控制阀门91的调节精度更高。

进一步地，本实施例的混凝土浇筑采用分层浇筑法，每层浇筑厚度不超过30cm，分层的混凝土是为了增加混凝土表面系数，有利于混凝土内部的散热。则为了确保各层混凝土的温度控制，可对应每层混凝土设置一根所述冷却水管1，即在本实施例中，沿混凝土的高度方向设置有多根所述冷却水管1，且每根所述冷却水管1在其对应的混凝土层内呈波形设置，以扩大所述冷却水管1降温的面积。

由于每层的混凝土均埋设一根所述冷却水管1，则对应每根所述冷却水管1上均设有流量计4及所述调节装置，所述调节装置包括无线流量调节阀7，所述无线流量调节阀7能够接受由所述后台云监控装置6发出的控制信号，并根据该控制信号来调节流向所述冷却水管1的流量、流速。此外，所述调节装置还可设置为水泵流量调节的其他流量方式。

需要说明的是，上述实施方式仅是一个混凝土水平层设置一根所述冷却水管1的示例，本领域技术人员可根据上述技术内容及实际施工需要，可在同一混凝土水平层设置多根所述冷却水管1。

同时，多根所述冷却水管1与所述冷却水箱2之间设有进水口分水器21，通过所述进水口分水器21来实现单管多路的分流作业，能够减少管理领域的漏洞，节约管路材料与时间，提升了效率。

经过混凝土内部热交换回流高温水由所述冷却水管1的出水口流出，并回流到所述回流水箱8中进行储存，由于回流高温水温度较高，温度过低的冷却水在通入所述冷却水管1进行热交换时，低温容易造成混凝土水化严重，甚至还会造成假凝现象而影响混凝土的浇筑施工，则可将所述回流水箱8中的高温回流高温水加入到所述冷却水箱2中的冷却水混合，以调节冷却水的温度。所述冷却水箱2中亦设有无线温度传感器3，可用于实时检测所述冷却水箱2中冷却水的温度，并将温度数据通过无线传输的方式发送到所述后台云监控装置6。所述回流水箱8与冷却水箱2之间通过水箱连通管9连通，所述水箱连通管9上设有用于控制所述回流水箱8内的回流高温水流入到冷却水箱2中的无线阀门91，该无线阀门91能够接受所述后台云监控装置6发送的控制信号，并根据该控制信号来完成无线阀门91的启闭以及回流高温水的流量、流速的调节。

进一步地，多根所述冷却水管1的出水口与所述回流水箱8之间设有出水口集水器81，通过所述出水口集水器81可将多根所述冷却水管1流出的回流高温水合流后一同回流到所述回流水箱8中进行储存，从而将高温回流水再利用，从而达到节能的效果。

综上，本申请的大体积混凝土自动温控系统将云平台数据传输与控制应用到混凝土温控中，实现现场参数监测及远程控制，反应迅速，施工方便，同时配合无线流量调节阀7、无线流量计4来实现自动调节冷却水的流速及流量，提高了劳动效率。并且通过对冷却水、高温回流水的合理调蓄、输送和分配，能够实现混凝土内部的水循环降温，提高水资源的利用率，确保工程施工的质量和效率，从而达到节能环保的文明施工要求。

本申请还涉及一种采用上述大体积混凝土自动温控系统的温控方法，请结合图2，具体包括以下步骤：

首先，在混凝土施工时，在混凝土中埋设所述大体积混凝土自动温控系统的冷水水管，并使冷却水管1与冷却水箱2连通，冷却水箱2中储存有冷却水以对冷却水管1进行循环通水。

混凝土在施工时，需控制混凝土的入模温度不高于30℃，混凝土采用分层浇筑法，并在浇筑每层混凝土过程中将冷却水管1对应埋设到每层混凝土当中，在下层混凝土初凝前或能重塑前次浇筑混凝土的基础上完成上层混凝土的浇筑。混凝土覆盖埋设的冷却水管1之后，将冷水水管与冷却水箱2进行连接，且多根所述冷却水管1通过进水口分水器21与冷却水箱2连接，能够实现一个容器分成几路输出，优化本申请的管路布置，方便管路控制。

所述冷却水箱2中存储有冷却水，该冷却水可利用混凝土施工周围的天然水资源，能够降低供水设备的投入。同时，冷却水箱2内设有用于实时监测其内部冷却水温度的温度传感器3，则在调取冷却水箱2中的冷却水进入冷却水管1循环前，温度传感器3将采集到冷却水温度发送至后台云监控系统。当冷却水温度高于第三温度阈值时，冷却水箱2接入外部水资源以进行降温，例如该混凝土结构所在位置附近的河道、水库、湖泊等。而当冷却水温度低于第四温度阈值时，后台云监控系统控制水箱连通管9上的阀门91打开，使存储在回流水箱8中的高温回流水进入到冷却水箱2中，与低温的冷却水混合以提高冷却水的温度，避免进入冷却水管1中的冷却水温度过高，无法起到降温的作用，或温度过低，造成混凝土凝固过程开裂的情况。优选地，本实施例的第三温度阈值为25℃，第四温度阈值为10℃。

进一步地，除了混凝土水化热作用影响外，外界气温也会导致混凝土表现与内部产生温差，为尽量降低内外温差，在混凝土内部水化热峰值出现之前，利用冷却水对混凝土进行循环养护，此时需控制冷却水的温度与混凝土内部温度的温差不超过25℃。

随后，利用温度传感器3实时监测混凝土内部及表面温度，当混凝土的内部温度达到预设的第一温度阈值时，调取冷却水箱2中的冷却水作为循环冷却水，并根据实施获取的各温度传感器3处获取的温度值来调控冷却水的流量及流速，直至混凝土内部温度低于预设的第二温度阈值。

所述第一温度阈值可以为混凝土水化热峰值，或者接近化热峰值的某一温度值，由于混凝土的水化热峰值受水泥品种、用量、混凝土入模温度等影响，因此，所述预设的第一温度阈值可根据实际施工要求进行设置，在此不作限定。所述第二温度阈值为40℃，且混凝土内部去温度与表面温度的温差值低于25℃。

本申请在根据实施获取的各温度传感器3处获取的温度值来调控冷却水的流量及流速时，首先基于预先建立的所述大体积混凝土结构的有限元分析模型，计算得到各温度测点的温度变化规律，随后基于各温度测点的温度变化规律，结合实测温度值，计算所述冷却水管1各时段的水流量，然后根据所述水流量，控制所述冷却水管1内的水流速。本申请的方法中通过建立所述大体积混凝土结构有限元分析模型，进行网格划分，并进行水热化分析得到各温度测点处的最高温度及温度分布规律，进而判定最高温度及温度梯度；根据热能交换原理，以有效控制温度梯度为目的，结合各温度测点处的实测温度值，计算所述冷却水管1各时段的水流量，并根据所述水流量，有效控制所述冷却水管1内的水流速，从而减小大体积混凝土结构内部温度差异，实现有效均匀控温的目的。

此外，本申请的大体积混凝土自动温控系统的温控方法采用了无线通信的方式，将检测装置实时监测到的数据由无线数据采集器5将数据通过无线传输至后台云监控装置6，从而实现现场参数的监测，并便于工人远程控制，反应迅速，施工方便。同时，本申请采用无线流量调节阀7、无线流量计4实现冷却水的流速、流量的调节，对比传统人工测温并进行调节的方式，大大提升了劳动效率，有效解决了人工调节不记事且浪费人力的问题。并且通过本申请的大体积混凝土自动温控系统及其温控方法进行施工，能够将大体积混凝土内部最高温峰基本控制在65℃～70℃的范围内，混凝土的内表温差在25℃以内，降温速率满足2℃/d的要求，冷却水的进出口温度≤10℃等指标，均符合混凝土施工要求。

需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种大体积混凝土自动温控系统，其特征在于，包括冷却水管、冷却水箱、检测装置及后台云监控装置，所述冷却水管埋设在混凝土中，所述冷却水管与所述冷却水箱连通，且所述冷却水管与所述冷却水箱之间设有用于控制冷却水的流速及流量的调节装置，所述检测装置用于采集混凝土的温度及所述冷却水箱流向冷却水管的冷却水的流速、流量，并通过无线传输反馈至所述后台云监控装置，所述后台云监控装置根据所述检测装置反馈的数据以控制所述调节装置调节冷却水的流速、流量；

所述冷却水管的出水口处连通有用于存储高温回流水的回流水箱，所述回流水箱与所述冷却水箱之间设有连通两者的水箱连通管，所述水箱连通管上设有与所述后台云监控装置无线连接的阀门。

2.根据权利要求1所述的大体积混凝土自动温控系统，其特征在于，所述检测装置包括设于混凝土上的温度传感器及设于所述冷却水管与所述冷却水箱之间的流量计。

3.根据权利要求2所述的大体积混凝土自动温控系统，其特征在于，所述温度传感器及流量计均连接有无线数据采集器，所述无线数据采集器通过无线传输的方式向所述后台云监控系统发送所采集到的温度信息及流速、流量信息。

4.根据权利要求2所述的大体积混凝土自动温控系统，其特征在于，所述后台云监控装置包括温度监控模块和流量监控及调节模块，所述温度监控模块用于接收所述温度传感器所采集的温度信息，所述流量监控及调节模块用于接收流量计所采集的流速、流量信息并通过所述调节装置调节冷却水的流速、流量。

5.根据权利要求2所述的大体积混凝土自动温控系统，其特征在于，所述冷却水管沿混凝土的高度分层设置多根，所述流量计及调节装置一一对应于多根所述冷却水管设置多套，且多条所述冷却水管与所述冷却水箱之间设有进水口分水器。

6.根据权利要求5所述的大体积混凝土自动温控系统，其特征在于，多根所述冷却水管的出水口与所述回流水箱之间设有出水口合流器。

7.一种采用如权利要求1-6任一项所述的大体积混凝土自动温控系统的温控方法，其特征在于，包括以下步骤：

在混凝土中预埋大体积混凝土自动温控系统的冷却水管，并使冷却水管与冷却水箱连通，冷却水箱中储存有冷却水以对冷却水管进行循环通水；

利用温度传感器实时监测混凝土内部及表面温度，当混凝土的内部温度达到预设的第一温度阈值时，调取冷却水箱中的冷却水作为循环冷却水，并根据实施获取的各温度传感器处获取的温度值来调控冷却水的流量及流速，直至混凝土内部温度低于预设的第二温度阈值。

8.根据权利要求7所述的大体积混凝土自动温控系统的温控方法，其特征在于，在调取冷却水箱中的冷却水进入冷却水管前，检测冷却水箱中冷却水的温度；当冷却水温度高于第三温度阈值时，接入外部冷却水以降温至第三温度阈值以下；当冷却水温度低于第四温度阈值时，后台云监控装置控制水箱连通管上的阀门打开，使存储在回流水箱中的高温回流水进入冷却水箱中混合以提高冷却水的温度至第四温度阈值以上；所述第三温度阈值大于第四温度阈值。

9.根据权利要求6所述的大体积混凝土自动温控系统的温控方法，其特征在于，所述根据实施获取的各点温度值来调控冷却水的流量及流速，包括：

基于预先建立的所述大体积混凝土结构的有限元分析模型，计算得到各温度测点的温度变化规律；

基于各温度测点的温度变化规律，结合实测温度值，计算所述冷却水管各时段的水流量；

根据所述水流量，控制冷却水的流速。

10.根据权利要求6所述的大体积混凝土自动温控系统的温控方法，其特征在于，混凝土内部温度与表面温度的温差值低于25℃。

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