CN203310046U - 一种预制式设备舱智能环境控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种预制式设备舱智能环境控制系统，该系统包括舱内状态采集装置、智能控制装置和环境控制执行装置；舱内状态采集装置为若干温湿度传感器，智能控制装置包括环境中央控制器、继电器和接触器，环境控制执行装置包括风机和工业空调；温湿度传感器与环境中央控制器连接，环境中央控制器与继电器和接触器分别连接，风机和工业空调均通过继电器和接触器与环境中央控制器连接。该系统的工作原理为：根据采集到的不同信息，经由中央控制程序通过控制继电器及接触器启停风机或空调。该系统采用以风机为主工业空调为辅的交互运行的控制模式，综合利用风机寿命长、节能和成本低的优点和空调调节效果和能力强的特点。

Description

一种预制式设备舱智能环境控制系统

技术领域

本实用新型属于智能环境控制技术领域，具体涉及一种预制式设备舱智能环境控制系统及其控制方法。 

背景技术

根据国家电网公司提出的“标准化设计、工厂化生产、装配式建设”的核心理念，目前正大力推广户外预制式二次设备舱的使用，这样可以减少工程实际占地面积、方便现场安装、简化现场接线、便于现场检修维护。预制式二次设备舱由工厂整体生产、安装、整体运输，实现二次组合设备安装、二次接线、照明、暖通、火灾报警、安防、图像监控等工厂集成、工厂调试。 

在使用时，如何将舱内的工作环境控制在最佳状态，同时要将舱内环境的状态信息和动作机构的运行状态信息进行综合管理，再将这些信息交互上传以方便运行人员的实时监控，使整个舱内环境控制系统处于智能状态，更为重要的是，由于设备舱长期处于密闭状态，舱内空气中含极有可能会有内部设备及舱体材料挥发出的有毒有害气体，且在某些特殊地区舱内温度在夏季会高于35℃，冬季低于-10℃，在这种温度环境下舱内设备能正常运行，却不适合维护人员施工、调试，这就需要设计一种既能为舱内设备提供长期可靠运行的环境，又能为维护人员提供安全舒适的工作环境。 

目前国内外普遍采用的设备舱环境控制产品主要有以下两种：第一，采用单一的风机方式控制设备舱内的环境，这种方式主要工作原理为当舱内温度上升到某一预设值时，舱内通风风机启动，舱内外空气对流达到控 温的目的；这种方式的制造成本低，且风机的运行功耗低于空调等其它设备。第二，另一种广为采用的设备舱环境控制方案是利用工业空调，这种方式的主要工作原理为预先设定空调的目标控制温度（如25℃），采用这种方案一般情况下不会产生凝露，且能为舱内提供低于舱外环境的工作环境，便于维护人员施工。 

第一种环境控制产品仅限于使得舱内外空气有效对流，这种控制方式不能有效抑制舱内凝露，且不能为舱内提供低于舱外环境温度的工作环境，在舱外温度高于40℃时，舱内设备处于高温运行环境，会降低设备的运行寿命及可靠性，严重情况下会导致舱内设备故障，同时在舱外环境温度高于30℃时无法提供可供维护人员工作的舒适环境。 

而工业空调购置成本和使用成本高，能耗高，有违于节约能源的绿色环保理念。同时空调的故障率高，维护速度慢，不利于长期可靠运行。一般的民用分体式空调可靠性低、不利于长途运输，由于采用的作为制冷剂的氟利昂无法监测，在缺少制冷器时空调处于失效状态，在舱外高温时舱内设备极易发生故障甚至损坏。更为重要的是由于空调运行时设备舱处于密闭状态，舱内设备及舱体材料挥发的有毒有害气体无法及时排出，长时间积累会不利于维护人员在舱内工作。 

目前变电站大部分设备舱的环境控制靠单一的空调或风机来完成，但目前的空调没有自动控制凝露的功能，且平均无故障工作时间短，购置和使用成本高，能耗高，与国家倡导的绿色环保节能的理念相背。如果仅仅采用排风扇又存在极端气候条件下无法达到控制效果情况，且无法为维护人员提供舒适的工作环境。 

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种预制式设备舱智能环境控制系统及其控制方法。该系统的风机和工业空调互为备份，且能在不同环境下交互运行。 

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案如下。 

一种预制式设备舱智能环境控制系统，包括舱内状态采集装置、智能控制装置和环境控制执行装置；所述舱内状态采集装置为若干温湿度传感器，所述智能控制装置包括环境中央控制器、继电器和接触器，所述环境控制执行装置包括风机和工业空调；所述温湿度传感器与所述环境中央控制器连接，所述环境中央控制器与所述继电器和所述接触器分别连接，所述风机和所述工业空调均通过所述继电器和所述接触器与所述环境中央控制器连接。 

进一步地，所述舱内状态采集装置还包括若干有毒有害气体探测器，所述有毒有害气体探测器与所述环境中央控制器连接。 

进一步地，所述有毒有害气体探测器检测CO₂、O₂、CO、SO₂和H₂S。 

进一步地，所述风机和所述工业空调的数目均为1个。 

进一步地，所述环境中央控制器与后台监控系统远程连接。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型的预制式设备舱智能环境控制系统采用以风机为主工业空调为辅的交互运行的控制模式，风机运行能耗低，符合节约能源的绿色环保理念。风机的采购价格低，维护速度快，成本低，风机运行能置换舱内外空气，抑制舱内有毒有害气体的积累；同时空调长期处于断电备用状态也大大延长了空调的维护周期及使用寿命。本实用新型综合利用风机寿命长、节能和成本低的优点和空调调节效果和能力强的特点，在降低设备舱环境控制成本的同时又保证了良好的环境控制效果。 

附图说明

图1为本实用新型的预制式设备舱智能环境控制系统的结构示意图。 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

本实用新型的预制式设备舱智能环境控制系统如图1所示，包括舱内状态采集装置、智能控制装置和环境控制执行装置；舱内状态采集装置为若干温湿度传感器，智能控制装置包括环境中央控制器、继电器和接触器，环境控制执行装置包括一台风机和一台工业空调，两者互为备份，且在不同环境下交互使用；温湿度传感器与环境中央控制器连接，环境中央控制器与继电器和所述接触器分别连接，风机和工业空调均通过继电器和接触器与所述环境中央控制器连接；环境中央控制器与后台监控系统（未图示）远程连接。 

智能控制装置的主要工作原理为：根据所采集信息的不同信息，经由中央控制程序通过控制继电器及接触器来启停风机或空调。智能控制装置分析采集到的环境信息，根据预设逻辑来控制风机和工业空调的运行，并将舱内环境信息与环境控制执行装置的运行状态信息与后台监控系统交互上送。 

舱内状态采集装置还包括若干有毒有害气体探测器，所述有毒有害气体探测器与所述环境中央控制器连接。有毒有害气体探测器可检测CO₂、O₂、CO、SO₂和H₂S等。 

使用本实用新型的预制式设备舱智能环境控制系统控制舱内环境，可采取如下步骤： 

1）将多个温湿度传感器分别设置在预制式设备舱中的多个位置处，进行该位置附近的温湿度检测，得到温湿度检测值； 

2）将多个有毒有害气体探测器与所述多个温湿度传感器的位置相对应地设置在预制式设备舱中的多个位置处，进行该位置附近的气体检测，得到被检测气体的含量值； 

3）将环境中央控制器设置为与所述温湿度传感器、所述有毒有害气体探测器通讯连接； 

4）所述环境中央控制器接收所述温湿度传感器和所述有毒有害气体探测器的检测值； 

5)根据所采集到的不同信息，所述环境中央控制器经由中央控制程序通过控制继电器和接触器来启停风机或工业空调。 

环境中央控制器通过控制继电器和接触器启停风机和工业空调的模式包括： 

1)在监测到环境温度高于预设值时启动风机进行舱内温度控制，工业空调作为备份； 

2)在监测到环境湿度高于预设值时，风机运行时切断风机电源并关闭进出风口，风机关闭时检查并确认风机电源及进出风口均处于关闭状态时，启动空调除湿； 

3)在监测到正在运行的环境控制执行装置(一般为风机)发生故障时启动另一设备； 

4)在预制式设备舱的维护需要工作人员进入时，启动风机进行舱内空气置换，然后根据预设温度开启工业空调制冷或加热设备，确保人员舒适，体现人文关怀。 

下面的实施例只是用于详细说明本实用新型，并不以任何方式限制本实用新型的范围。 

实施例：预制式设备舱所处外部环境温度为39.4℃时，采用一台风机或一台工业空调能满足舱内温度控制要求

在该环境条件下，舱内满配设备及太阳辐照产生的总共热耗可由以下方法计算： 

以40英尺设备舱为例，其外形尺寸为12192(长)×2438(宽)×2896(高)，舱壁为三层，其分别参数为： 

导热率：λ₁=16.2W／m-k、厚度：δ₁=0.0015m； 

导热率：λ₂=0.03W／m-k、厚度：δ₂=0.08m； 

导热率：λ₃=0.041W／m-k、厚度：δ₃=0.0015； 

舱内总功耗由以下三个部分组成： 

舱内主要设备热耗Q2＝100W×32(柜)＝3200W 

舱内辅助设备热耗Q₃=800W； 

太阳辐照所产生的热量Q₁。 

在风机模式下舱内环境温度控制目标为45℃，柜外侧不锈钢板温度为80℃，可不考虑其对流换热对热量传递的影响，那么我们可以将由日照侧传导至柜内壁的热流密度计算公式确定为： 

$q_{\mathrm{in}}=\frac{T_w-T_f}{\frac{{\mathrm{\δ}}_1}{{\mathrm{\λ}}_1}+\frac{{\mathrm{\δ}}_2}{{\mathrm{\λ}}_2}+\frac{{\mathrm{\δ}}_3}{{\mathrm{\λ}}_3}}=\frac{80-45}{\frac{0.0015}{16.2}+\frac{0.03}{0.03}+\frac{0.0015}{0.041}}=12.93W/m^2$

同理由舱内壁传导至日荫侧外壁的热流密度为： 

$q_{\mathrm{out}}=\frac{50-39.4}{\frac{0.0015}{16.2}+\frac{0.03}{0.03}+\frac{0.0015}{0.041}}=1.85W/m^2$

综上所述： 

Q₁=q_in(S1+S2)-q_out(S1+S2+S3×2)=638.5W， 

得出总热量：Q=Q₁+Q₂+Q₃=4638.5W。 

在空调运行模式下舱内环境温度控制目标为25℃，柜外侧不锈钢板温度为80℃，可不考虑其对流换热对热量传递的影响，那么我们可以将由日照侧传导至柜内壁的热流密度计算公式确定为： 

$q_{\mathrm{in}1}=\frac{T_w-T_f}{\frac{{\mathrm{\δ}}_1}{{\mathrm{\λ}}_1}+\frac{{\mathrm{\δ}}_2}{{\mathrm{\λ}}_2}+\frac{{\mathrm{\δ}}_3}{{\mathrm{\λ}}_3}}=\frac{80-25}{\frac{0.0015}{16.2}+\frac{0.03}{0.03}+\frac{0.0015}{0.041}}=20.32W/m^2$

同理由日荫侧外壁壁传导至舱内的热流密度为： 

$q_{\mathrm{in}2}=\frac{39.4-25}{\frac{0.0015}{16.2}+\frac{0.03}{0.03}+\frac{0.0015}{0.041}}=2.29W/m^2$

综上所述： 

Q₁=q_in1(S1+S2)+q_in2(S1+S2+S3×2)=1350W 

得出总热量：Q=Q₁+Q₂+Q₃=5350W 

通过上述计算方法得到的舱内所有热耗来选型风机及空调，并将选型后的风机及空调加入到系统中进行以下散热仿真分析： 

在单风机运行时，可算得舱内温度分布，舱内空间温度低于40℃，该环境温度能保证舱内设备正常可靠运行。本实用新型所选用风机能满足使用要求。 

在单空调运行时，可算得舱内环境温度分布情况，舱内空间温度低于25℃，该环境温度能保证舱内设备正常可靠运行，且能为维护人员提供舒适环境。本实用新型所选用工业空调能满足使用要求。 

通过以上计算，确保在舱外高温状态下单风机或单工业空调能有效提供舱内设备可靠运行的环境条件，且在工业空调模式下能提供适于维护人员工作的环境温度。证明本实用新型选用的环境控制执行设备均能满足设备舱使用要求，两者可以互为备份。 

相比较，本实用新型采用了风机与空调交互使用，大多数情况下通过运行风机对流舱内外空气来控制舱内温度，但在以下情况下可通过智能控制装置的设定的控制模式调节风机与空调的交互功能：由于舱外温度过高，风机无法提供40℃以下的舱内环境温度及需要为舱内维护人员提供舒适环境时关闭风机及进出风口，启动空调模式进行降温。待舱内温湿度低于预设值或工作人员撤离后关闭空调，重启风扇及进出风口重回风机控制模式。既解决了风机无法提供低于舱外空气温度的弊端，同时还能提供人员工作环境，体现人文关怀。 

由于现代电气设备应用范围的扩大，对用于不同场合的电气设备运行环境提出了更高的要求。本实用新型就是将现代电子技术和高可靠的冗余设计融合绿色低碳的环保理念应用到变电站的环境控制设计中，除了对环境控制的更高的要求外，还人性化的考虑为工人作业提供良好的操作环境，使操作环境更安全，疲劳程度降低。在综合成本和控制可靠性上取得最优性价比。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；如果不脱离本实用新型的精神和范围，对本实用新型进行修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型权利要求的保护范围当中。 

Claims (5)

1.一种预制式设备舱智能环境控制系统，其特征在于，该系统包括舱内状态采集装置、智能控制装置和环境控制执行装置；

所述舱内状态采集装置为若干温湿度传感器，所述智能控制装置包括环境中央控制器、继电器和接触器，所述环境控制执行装置包括风机和工业空调；

所述温湿度传感器与所述环境中央控制器连接，所述环境中央控制器与所述继电器和所述接触器分别连接，所述风机和所述工业空调均通过所述继电器和所述接触器与所述环境中央控制器连接。

2.根据权利要求1所述的预制式设备舱智能环境控制系统，其特征在于，所述舱内状态采集装置还包括若干有毒有害气体探测器，所述有毒有害气体探测器与所述环境中央控制器连接。

3.根据权利要求2所述的预制式设备舱智能环境控制系统，其特征在于，所述有毒有害气体探测器检测CO₂、O₂、CO、SO₂和H₂S。

4.根据权利要求1-3任一项所述的预制式设备舱智能环境控制系统，其特征在于，所述风机和所述工业空调的数目均为1个。

5.根据权利要求4所述的预制式设备舱智能环境控制系统，其特征在于，所述环境中央控制器与后台监控系统远程连接。

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