CN117073142A - 一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，属于地下工程通风技术领域，利用设置于地下各洞室的空气质量监测设备采集洞室环境数据；将环境数据传输至复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台，对环境数据进行传输分析后调节设置于各洞室多台风机的启停和变频状态，以及可视化展示地下洞室各位置处空气质量曲线和风机状态的调节；复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台根据空气数据反馈调节空气质量监测设备对洞室环境数据采集的频率。本发明通过上述方法，使地下洞室通风在保证空气质量的同时，不浪费风机效能，实现了绿色节能的目标。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程通风技术领域，尤其是涉及一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法。
背景技术
从一般的地下工程、空气处理和通风系统技术角度来看，在这些领域已经有许多先进的技术得到了悉数应用。例如：
1)空气处理设备：包括冷媒式、换热式、湿式等多种类型的空气处理设备已经被广泛应用，并且配备了数字化控制技术，可以实现更加精准的调节和管理。
2)地下洞室空气质量调节方法：
1.机械通风法：使用额外的风扇和气流技术来强制排出有害气体并循环新鲜空气；
2.化学吸附方式：利用化学吸附剂将气体和粉尘捕获和清除；
3.吸附过滤式：使用高效的过滤和吸附设备来净化空气；
4.氧化分解式：使用有助于将污染物氧化为二氧化碳或水等无害成分的催化剂和光催化剂。
5.自然通风方式：充分利用自然气流负压和正压并根据当前条件开放通风口
3)变频通风：隧道变频通风技术是目前较为成熟、广泛应用的一种通风技术，可以有效解决中的空气问题，提高效率。
4)传感技术：包括温度、湿度、浓度等传感器，以及新型感知技术(如视频监控、人脸识别等)都在地下工程环境监测方面得到了广泛应用。
然而，这些技术仍存在一些问题和缺陷，如设备重量、易用性、系统稳定性、通信受限等。且针对不同阶段难以自动调节风机运行频率，且无法及时根据洞内空气质量调整洞内供风量。因此，有必要提供一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，解决上述问题，使地下洞室通风在保证空气质量的同时，不浪费风机效能，实现绿色节能的目标。
为实现上述目的，本发明提供了一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，包括以下步骤：
S1：在地下各洞室安装有至少一台空气质量监测设备和至少一台风机，并搭建复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台；
S2：利用设置于地下各洞室的所述空气质量监测设备采集洞室环境数据；
S3：将环境数据传输至所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台，对环境数据进行传输分析；
S4：所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台根据所述环境数据调节所述风机的启停和变频状态，以及可视化展示地下洞室各位置处空气质量曲线和风机状态；
S5：所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台根据空气数据反馈调节所述空气质量监测设备对洞室环境数据采集的频率。
优选的，所述空气质量监测设备监测的环境数据数据包括环境中粉尘、TVOC、甲醛、温湿度、一氧化碳、硫化氢的浓度。
优选的，所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台包括感知层、传输层、存储层、分析层、用户层5种模块，所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台的5种模块具体设置为：
所述感知层采集硬件基础收集的空气质量数据；
所述传输层将空气质量数据进行传输；
所述存储层将空气质量数据存储在所述所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台内部；
所述分析层将空气质量数据进行处理，根据处理结果对风机进行调节；
所述用户层可视化展示地下洞室各位置处空气质量曲线和风机运行状态。
优选的，所述空气质量监测设备基于MQTT协议与所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台感知层建立远程通讯连接。
优选的，所述空气质量监测设备监测数据还包括各洞室的供风量，依据供风量与排风量得到风机运行功率。
优选的，每台所述风机处均安装有变频器，并依据公式P1/P2＝(f1/f2)3，得到风机在不同运行功率下对应的电流频率，所述变频器基于MQTT协议与所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台的分析层建立远程通讯连接，所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台通过控制所述变频器实现对所述风机启停和变频状态的调节。
因此，本发明采用上述的一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，具备以下有益效果：
1)变频控制系统可以根据现场实际情况，智能调节通风风量和压力，提高系统的自适应性和响应能力；
2)多机联动控制可有效避免单台风机运行时产生的噪声和振动问题，并在维护过程中保证工程安全性；
3)通过数字化监测和信息化管理，可以实现实时远程监控，及时发现、隔离风险因素，提高工程的安全性和可靠性；
4)节约能源，减少对环境的影响，延长设备使用寿命；
5)变频技术可实现节能降耗，减少对环境的污染和负面影响；
6)系统稳定性高，可以增强设备的运行效率和安全性；
7)多机联动控制可以有效分摊每台风机的负担，提高节能效果并延长设备寿命；
8)远程监测和管理可以提高工作效率、保障人员安全，并为后期评估和调整提供参考信息。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法的流程图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如说明书附图1，一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，包括以下步骤：
S1：在地下各洞室安装有至少一台空气质量监测设备和至少一台风机，并搭建复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台；
S2：利用设置于地下各洞室的空气质量监测设备采集洞室环境数据；
S3：将环境数据传输至复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台，对环境数据进行传输分析；
S4：复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台根据环境数据调节所述风机的启停和变频状态，以及可视化展示地下洞室各位置处空气质量曲线和风机状态；
S5：复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台根据空气数据反馈调节空气质量监测设备对洞室环境数据采集的频率。
空气质量监测设备监测的环境数据数据包括环境中粉尘、TVOC、甲醛、温湿度、一氧化碳、硫化氢的浓度。
复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台包括感知层、传输层、存储层、分析层、用户层5种模块，复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台的5种模块具体设置为：
感知层采集硬件基础收集的空气质量数据；
传输层将空气质量数据进行传输；
存储层将空气质量数据存储在复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台内部；
分析层将空气质量数据进行处理，根据处理结果对风机进行调节；
用户层可视化展示地下洞室各位置处空气质量曲线和风机运行状态。
空气质量监测设备基于MQTT协议与复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台感知层建立远程通讯连接。通过数字化监测和信息化管理，可以实现实时远程监控，及时发现、隔离风险因素，提高工程的安全性和可靠性。
空气质量监测设备监测数据还包括各洞室的供风量，依据供风量与排风量得到风机运行功率，其中计算方法为：
①需风量计算：
式中：Qreq(污染物)—地下洞室稀释不同污染物的需风量(m3/s)，污染物包括、硫化氢、一氧化碳、粉尘、甲醛、TVOC等；
Q污染物—隧道各污染物排放量(m3/s)；
δ污染物—各污染物浓度限值；
p0—标准大气压(kN/m2)，取101.325kN/m2；
p—隧址大气压(kN/m2)；
T0—标准气温(K)，取273K；
T—隧址气温(K)；
H0—标准湿度(％)，取50％；
H—洞室湿度(％)。
②供风量计算
考虑到轴流风机通过风管向洞室内提供新风时，风管漏风会造成部分风量损失，因此，风机供风量应大于工作面实际需风量。供风量是在需风量的基础上乘以漏风系数，供风量可按下式计算：
Q供＝η×Qreq
式中，η—漏风系数，η＝1/(1-Lβ/100)；
β—风管百米漏风率，取1.5％；
L—风管长度(m)；
③风压计算
总压计算：
H＝Hd+hf+hj
式中，H—通风总压(Pa)；
Hd为—动压(Pa)；
hf—沿程阻力(Pa)；
hj—局部阻力(Pa)。
动压计算：
式中，ρ—空气密度，取1.05kg/m3；
v—管道断面平均流速(m/s)。
沿程阻力计算：
式中，hf—管道的沿程阻力(Pa)；
λ—管道内沿程阻力系数；
L—空气流过管道的长度(m)；
d—管道直径(m)；
局部阻力计算：
式中，hj—管道的局部阻力(Pa)；
ζ—管道局部阻力系数。
④轴流风机功率计算公式：
W＝Q供HK/(60η)
式中，Q供—风机所提供的风量K—风机功率的储备系数，取1.05；
η—风机的工作效率，取0.9；
射流风机功率计算公式：
式中，Δpj—风机所提供的升压；
W额—射流风机额定功率。
洞室内安装有至少一台风机，每台风机处均安装有变频器，并依据公式P1/P2＝(f1/f2)3，得到风机在不同运行功率下对应的电流频率，变频器基于MQTT协议与复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台的分析层建立远程通讯连接，复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台通过控制变频器实现对风机启停和变频状态的调节。因此变频控制系统可以根据现场实际情况，智能调节通风风量和压力，提高系统的自适应性和响应能力。
因此，本发明采用上述的一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，实现了远程控制洞内空气质量监测设备以及变频风机，可视化各洞室空气质量、风机运行频率，有效的降低污染物浓度，从而达到不同阶段下动态调整风量的目的，降低通风能耗，实现了复杂地下洞室空气智能置换。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在地下各洞室安装有至少一台空气质量监测设备和至少一台风机，并搭建复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台；
S2：利用设置于地下各洞室的所述空气质量监测设备采集洞室环境数据；
S3：将环境数据传输至所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台，对环境数据进行传输分析；
S4：所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台根据所述环境数据调节所述风机的启停和变频状态，以及可视化展示地下洞室各位置处空气质量曲线和风机状态的调节；
S5：所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台根据空气数据反馈调节所述空气质量监测设备对洞室环境数据采集的频率。
2.根据权利要求1所述的一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，其特征在于，所述空气质量监测设备监测的环境数据数据包括环境中粉尘、TVOC、甲醛、温湿度、一氧化碳、硫化氢的浓度。
3.根据权利要求1所述的一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，其特征在于，所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台包括感知层、传输层、存储层、分析层、用户层5种模块，所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台的5种模块具体设置为：
所述感知层采集硬件基础收集的空气质量数据；
所述传输层将空气质量数据进行传输；
所述存储层将空气质量数据存储在所述所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台内部；
所述分析层将空气质量数据进行处理，根据处理结果对风机进行调节；
所述用户层可视化展示地下洞室各位置处空气质量曲线和风机运行状态。
4.根据权利要求3所述的一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，其特征在于：所述空气质量监测设备基于MQTT协议与所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台感知层建立远程通讯连接。
5.根据权利要求4所述的一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，其特征在于：所述空气质量监测设备监测数据还包括各洞室的供风量，依据供风量与排风量得到风机运行功率。
6.根据权利要求5所述的一种复杂地下洞室空气质量动态控制方法，其特征在于：每台所述风机处均安装有变频器，并依据公式P1/P2＝(f1/f2)3，得到风机在不同运行功率下对应的电流频率，所述变频器基于MQTT协议与所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台的分析层建立远程通讯连接，所述复杂地下洞室施工期空气质量实时监控与智能调控系统软件平台通过控制所述变频器实现对所述风机启停和变频状态的调节。
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