CN115977714A - 一种隧道环境调控装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道环境调控装置和方法，装置包括射流风机，所述射流风机的吸入口处设有温度传感器和一氧化碳传感器，射流风机内部设有连接的变频电机和可逆叶轮，射流风机的风机外壳的底部设有能见度传感器和烟雾传感器，射流风机上还设有控制器，所述控制器分别连接变频电机、一氧化碳传感器、温度传感器、能见度传感器和烟雾传感器，所述可逆叶轮的运行状态包括正转和反转。与现有技术相比，本发明突破隧道传统控制系统内部实时调节的困难，兼备“测量”和“控制”功能，具有小型的控制系统，通过对数据的分析，实现快速、实时、智能调节的目的。

Description

一种隧道环境调控装置和方法

技术领域

本发明涉及隧道环境，尤其是涉及一种隧道环境调控装置和方法。

背景技术

隧道的通风系统用于隧道环境的调控。现有隧道的通风系统运营分为常规阶段与事故阶段。常规运营阶段，射流风机产生纵向气流，实现隧道内的气体通风换气。而隧道内部的通风量在初期设计好后，运营阶段一般不会随着实际的车况而进行改变，因此出现实际通风需求量远低于设计风量的现象，导致运营阶段出现通风能力过剩的情况，消耗更多的通风能耗。事故阶段，隧道内部通过设置的视频图像型火灾探测器或光纤光栅探测器对隧道内部的情况进行判断，然后将报警信号经火灾报警控制器上传至监控管理站，监控管理人员进行确认，现有的传感器无法获取隧道内空气的综合实时情况，容易误判、漏判，难以快速、实时、智能调节隧道环境。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种实现测控一体，快速、实时、智能调节隧道环境的隧道环境调控装置和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种隧道环境调控装置，装置包括射流风机，所述射流风机的吸入口处设有温度传感器和一氧化碳传感器，射流风机内部设有连接的变频电机和可逆叶轮，射流风机的风机外壳的底部设有能见度传感器和烟雾传感器，射流风机上还设有控制器，所述控制器分别连接变频电机、一氧化碳传感器、温度传感器、能见度传感器和烟雾传感器，所述可逆叶轮的运行状态包括正转和反转。

进一步地，所述隧道环境调控装置安装于隧道上侧空间。

采用上述的隧道环境调控装置的一种隧道环境调控方法，方法包括：

控制器基于温度传感器获取温度信息，基于烟雾传感器获取火灾判断信息，基于一氧化碳传感器获取一氧化碳信息，基于能见度传感器获取能见度信息，运营阶段中，若一氧化碳信息超过一氧化碳阈值，温度信息超过温度阈值或能见度信息超过能见度阈值，则根据信息与阈值之间的偏差，控制器增大射流风机的风量；事故阶段中，若温度信息超过温度阈值或火灾判断信息为发生火灾，则控制器控制射流风机启动事故阶段的运行模式。

进一步地，针对有烟道的隧道，控制器控制射流风机启动事故阶段的运行模式为：控制器基于预设的烟道信息，控制射流风机协助烟道排烟，针对无烟道的隧道，控制器控制射流风机启动事故阶段的运行模式为：控制器基于预设的排烟路径，控制射流风机以满功率运行，向特定预设方向将烟气排出隧道。

进一步地，方法还包括：运营阶段中，若一氧化碳信息不超过一氧化碳阈值，温度信息不超过温度阈值且能见度信息不超过能见度阈值，则控制器控制射流风机保持最小风量运行。

进一步地，所述一氧化碳阈值为150cm³/m³。

进一步地，所述一氧化碳阈值根据隧道长度不同而不同，根据隧道长度和线性内插法确定一氧化碳阈值。

进一步地，所述能见度阈值根据实际车流工况设置。

进一步地，所述温度阈值为45℃或高于隧道内背景温度15℃。

采用多个上述的隧道环境调控装置的一种隧道环境调控方法，多个隧道环境调控装置在不同隧道区域运行，所述方法包括：

运营阶段中，当某个隧道区域中的射流风机的风量增大时，其他区域的射流风机根据预定补风路线辅助转动；事故阶段中，处于事故阶段的运行模式的射流风机周围的射流风机根据风机位置调整可逆叶轮的运行状态，防止烟气逆流。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明采用了多传感器的联合控制，可获取隧道内空气的综合实时情况，减少现阶段传感器的误判、漏判等情况。在运营阶段，通过对多种参数的监测，获取隧道内空气的综合实时情况，从而采取不同的风机转速进行控制，可实现在不同车况下的快速、实时、智能调节，节约能源；针对事故阶段，综合多传感器的数据，可减少火灾事故的单传感器故障或阻挡等造成的误报、漏报，更快速准确响应，实现对事故的早期控制，优化紧急处理过程。

(2)本发明解决了隧道内部实时调节的困难，兼备“测量”和“控制”功能，具有小型的控制系统，通过对数据的分析，实现快速、实时、智能调节的目的。

附图说明

图1为本发明的隧道环境调控装置的第一结构图；

图2为本发明的隧道环境调控装置的第二结构图；

图3为本发明的隧道环境调控方法流程图；

图4为本发明实施例的隧道环境调控装置协作运行图；

图中，1一氧化碳传感器，2温度传感器，3能见度传感器，4可逆叶轮，5烟雾传感器，6控制器，7变频电机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供一种隧道环境调控装置，装置结构图如图1和如2所示。装置包括射流风机，所述射流风机的吸入口处设有温度传感器2和一氧化碳传感器1，射流风机内部设有连接的变频电机7和可逆叶轮4，射流风机的风机外壳8的底部设有能见度传感器3和烟雾传感器5，射流风机上还设有控制器6，所述控制器6分别连接变频电机7、一氧化碳传感器1、温度传感器2、能见度传感器3和烟雾传感器5，所述可逆叶轮4的运行状态包括正转和反转，从而对隧道内气流进行不同方向的引导。变频电机7可实现对可逆叶轮4的转速调节，达到风机的风量和风速调节目的。温度传感器2监测射流风机出入口的环境温度。一氧化碳传感器1监测射流风机入口气流的一氧化碳浓度。烟雾传感器5监测隧道内的烟气情况。能见度传感器3监测隧道内部的能见度情况。控制器6内置可升级软件实现对单个射流风机的控制，控制器6内含外部参数输入等功能，控制器6接收一氧化碳传感器1、温度传感器2、能见度传感器3和烟雾传感器5的信息，并控制变频电机7，进一步控制可逆叶轮4，对射流风机展开控制。

本发明的隧道环境调控装置安装于隧道上侧空间，减少其他障碍物对探测视线的阻挡

本发明还提供采用上述的隧道环境调控装置的一种隧道环境调控方法，方法流程图如图3所示。方法包括：

控制器6基于温度传感器2获取温度信息，基于烟雾传感器5获取火灾判断信息，基于一氧化碳传感器1获取一氧化碳信息，基于能见度传感器3获取能见度信息。

运营阶段中，若一氧化碳信息超过一氧化碳阈值，温度信息超过温度阈值或能见度信息超过能见度阈值，则根据信息与阈值之间的偏差，控制器6增大射流风机的风量，实现对隧道内的实时调节。此外，当一氧化碳信息不超过一氧化碳阈值，温度信息不超过温度阈值且能见度信息不超过能见度阈值，则控制器6控制射流风机保持最小风量运行。由于不同隧道内部的需风量不同，对射流风机的选型也存在差异，故针对具有不同额定功率、不同转速、不同射流风机，射流风机的选型可根据需要自行选择。通过调节射流风机的转子转速实现风量的调节，实现转速在可调变化范围内变化，实现风量在最大值的50％至100％之间变化。

事故阶段中，若温度信息超过温度阈值或火灾判断信息为发生火灾，则控制器6控制射流风机启动事故阶段的运行模式。控制系统利用射流风机对隧道内的烟气进行引导，帮助延长逃生时间。针对有烟道的隧道，控制器6控制射流风机启动事故阶段的运行模式为：控制器6基于预设的烟道信息，控制射流风机协助烟道排烟，针对无烟道的隧道，控制器6控制射流风机启动事故阶段的运行模式为：控制器6基于预设的排烟路径，控制射流风机以满功率运行，向特定预设方向将烟气排出隧道。

控制器6可实现隧道基本参数预设功能，针对所使用的隧道，输入隧道的长度，对不同监测参数设置合适的阈值，当状态发生变化后，启动或调节射流风机进行通风调控或引导烟气的流动与排除，从而实现在运营状态实时通风、应需通风。根据现阶段的规范要求《公路隧道通风设计细则》(JTG/T D70/2-02-2014)，一氧化碳阈值设置为：当隧道长度小于1000m时，CO浓度不高于150cm³/m³；当隧道长度大于3000m，CO浓度不高于100cm³/m³时；隧道长度位于其间时，利用线性内插法取值。能见度阈值设置为：针对能见度根据隧道内部的实际车流工况设置，若速度大于90km/h，能见度为0.0065m^-1，若小于30km/h，能见度为0.012m^-1。温度阈值设置为：针对隧道内部的温度，依据上海市工程建设规范《道路隧道设计标准》(DG/TJ 08-2033-2017J11197-2017)运营阶段隧道内部的温度不宜超过45℃，隧道内部的温度阈值设置为45℃。温度阈值也可以设置为高于隧道内背景温度15℃。

本发明还提供采用多个上述的隧道环境调控装置的一种隧道环境调控方法。多个上述的隧道环境调控装置进行群智能的调节。运营阶段中，当某个隧道区域中的射流风机的风量增大时，其他区域的射流风机根据预定补风路线辅助转动；事故阶段中，处于事故阶段的运行模式的射流风机周围的射流风机根据风机位置调整可逆叶轮4的运行状态，防止烟气逆流。在一些实施例中，以多匝道隧道为例，对于多匝道隧道而言，在运营阶段不同时段存在不同实时需风量，故需要实时的风量分配；而在事故阶段，需要对烟气进行特定的引导，而射流风机的具体选型等均可根据隧道的实际情况调整。如图4所示，针对运营阶段，射流风机通过联合运行，当某个区域的环境不满足条件时，该区域的射流风机的转速增加，辅助污染物的排除，而周围的风机会根据预定补风路线辅助转动，实现需风量的分配和补充。例如针对图4所示路口，运营阶段，当支路2的污染物严重、需风量增大时，风机4的增速需要增大，此外，由于群智能的结合，风机1、风机2、风机3的风量增大，输送更多的风量，而风机5的风量减小，以便风量朝着支路2倾斜，实现污染物的稀释。而针对事故阶段，支路2发生火灾，则风机4切换为事故模式，推动烟气的流动。此外，在群智能的联合下，为了防止烟气的逆流，风机1、风机2、风机3正转而风机5逆转，防止烟气逆流，便于烟气的排除。

本发明中的控制单元平等、标准化，通过控制系统的软件升级，实现后续的无中心、自组织、自识别的组网和控制方式。通过局部信息交换，实现全局的协调优化控制，使隧道后续的发展具有通用行，不再依赖case by case的设置方法而具有普遍性。在群智能基础上，不同阶段射流风机的具体调控和组合有所不同，针对隧道运营阶段和事故阶段的测控一体射流风机的调控策略可帮助节约通风能耗、实现隧道内部的快速、准确、实时和智能调节，实现隧道的智慧化发展。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道环境调控装置，其特征在于，装置包括射流风机，所述射流风机的吸入口处设有温度传感器(2)和一氧化碳传感器(1)，射流风机内部设有连接的变频电机(7)和可逆叶轮(4)，射流风机的风机外壳(8)的底部设有能见度传感器(3)和烟雾传感器(5)，射流风机上还设有控制器(6)，所述控制器(6)分别连接变频电机(7)、一氧化碳传感器(1)、温度传感器(2)、能见度传感器(3)和烟雾传感器(5)，所述可逆叶轮(4)的运行状态包括正转和反转。

2.根据权利要求1所述的一种隧道环境调控装置，其特征在于，所述隧道环境调控装置安装于隧道上侧空间。

3.采用如权利要求1-2中任一项所述的隧道环境调控装置的一种隧道环境调控方法，其特征在于，方法包括：

控制器(6)基于温度传感器(2)获取温度信息，基于烟雾传感器(5)获取火灾判断信息，基于一氧化碳传感器(1)获取一氧化碳信息，基于能见度传感器(3)获取能见度信息，运营阶段中，若一氧化碳信息超过一氧化碳阈值，温度信息超过温度阈值或能见度信息超过能见度阈值，则根据信息与阈值之间的偏差，控制器(6)增大射流风机的风量；事故阶段中，若温度信息超过温度阈值或火灾判断信息为发生火灾，则控制器(6)控制射流风机启动事故阶段的运行模式。

4.根据权利要求3所述的一种隧道环境调控方法，其特征在于，针对有烟道的隧道，控制器(6)控制射流风机启动事故阶段的运行模式为：控制器(6)基于预设的烟道信息，控制射流风机协助烟道排烟，针对无烟道的隧道，控制器(6)控制射流风机启动事故阶段的运行模式为：控制器(6)基于预设的排烟路径，控制射流风机以满功率运行，向特定预设方向将烟气排出隧道。

5.根据权利要求3所述的一种隧道环境调控方法，其特征在于，方法还包括：运营阶段中，若一氧化碳信息不超过一氧化碳阈值，温度信息不超过温度阈值且能见度信息不超过能见度阈值，则控制器(6)控制射流风机保持最小风量运行。

6.根据权利要求3所述的一种隧道环境调控方法，其特征在于，所述一氧化碳阈值为150cm³/m³。

7.根据权利要求3所述的一种隧道环境调控方法，其特征在于，所述一氧化碳阈值根据隧道长度不同而不同，根据隧道长度和线性内插法确定一氧化碳阈值。

8.根据权利要求3所述的一种隧道环境调控方法，其特征在于，所述能见度阈值根据实际车流工况设置。

9.根据权利要求3所述的一种隧道环境调控方法，其特征在于，所述温度阈值为45℃或高于隧道内背景温度15℃。

10.采用多个如权利要求1-2中任一项所述的隧道环境调控装置的一种隧道环境调控方法，其特征在于，多个隧道环境调控装置在不同隧道区域运行，所述方法包括：

运营阶段中，当某个隧道区域中的射流风机的风量增大时，其他区域的射流风机根据预定补风路线辅助转动；事故阶段中，处于事故阶段的运行模式的射流风机周围的射流风机根据风机位置调整可逆叶轮(4)的运行状态，防止烟气逆流。

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