[發明專利]一種高速公路隧道安全節能通風系統的控制方法

有效

• 申請號: 202010196482.8
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111396111B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 丘東元;王兆延;張波;張新斌;魏佳北;李敏;李思琪;臧繼成;邱念領;李阿雷;黃正榮;廖一明;許金雙;余循海;謝家勇;楊奎;陳艷峰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;中鐵建公路運營有限公司;中鐵建蘇州設計研究院有限公司
• 主分類號: E21F1/08
• 分類號: E21F1/08;E21F17/18;F04D25/08;F04D25/16;F04D27/00;F03D9/11;F03D9/46;F03D7/00;G01D21/02;G01N15/06;G01P5/00;G01P13/02;G01N33/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

1.一種高速公路隧道安全節能通風系統的控制方法，所述系統包括檢測器群組、控制中心、風機以及儲能裝置，所述檢測器群組包含煙霧檢測器、有毒氣體檢測器、煙塵濃度檢測器、風速檢測器和風向檢測器，所述風機沿隧道的長度方向均勻布置在隧道的兩側壁上，每個風機均與裝設于隧道側壁的儲能裝置相連接，且兩兩風機之間均布置有一組檢測器群組，其中，所述有毒氣體檢測器和煙塵濃度檢測器設置在隧道的兩側壁上，所述煙霧檢測器和風向檢測器設置在隧道頂部，所述風速檢測器在隧道頂部及兩側各設置有一個；其特征在于，所述控制方法包括以下步驟：

1)控制中心獲取各狀態變量的值，包括煙霧、有毒氣體濃度、煙塵濃度、風速以及風向；

2)控制中心判定各狀態變量是否處于正常范圍，當所有狀態變量處于正常范圍時，控制中心控制風機工作在發電儲能狀態，執行步驟3)；而當有狀態變量不處于正常范圍時，控制中心則控制風機工作在電動狀態，執行步驟4)；

其中，控制中心通過將狀態變量與標準值進行比對，來控制風機工作在發電儲能狀態或電動狀態；其中，各狀態變量的標準值選取為：c(CO+CO₂)≤0.06％，c(CO+CO₂)代表CO和CO₂在隧道內空氣中所占的體積百分比濃度；c(CO)≤100cm³/m³，c(CO)代表隧道內空氣中CO的體積濃度；正常運行時隧道風速v滿足1m/s≤v≤10m/s，發生火災時隧道中的風速滿足v≥2.5m/s；c(煙塵)≤0.0050m^-1，c(煙塵)稱為煙塵濃度，通過測定污染空氣100m距離的煙塵光線透過率來確定，為洞內能見度指標；

當所有狀態變量處于正常范圍時，控制中心控制風機工作在發電儲能狀態，給儲能裝置充電，而當存在狀態變量不處于正常范圍時，控制中心控制風機工作在電動狀態，調節隧道風速；

3)風機工作在發電儲能狀態時，風機將風能轉化為電能給儲能裝置充電，當儲能裝置充滿電后，風機將風能轉化為電能回饋給電網；

4)風機工作在電動狀態時，風機首先通過電網供電，當電網電壓不穩定時通過儲能裝置供電，同時控制中心進行以下操作：當風速處于正常范圍時，控制風機工作在正轉通風狀態，風機正轉增大隧道中當前風速，當風速超出正常范圍時，控制風機工作在反轉減風狀態，風機反轉減小隧道中當前風速。

2.根據權利要求1所述的一種高速公路隧道安全節能通風系統的控制方法，其特征在于：在步驟1)中，各個檢測器擁有與它們在隧道中的位置相對應的地址編號，控制中心通過判別接收到的信號來自于哪一個檢測器，從而獲取隧道中不同位置的環境信息。

3.根據權利要求1所述的一種高速公路隧道安全節能通風系統的控制方法，其特征在于：在步驟3)中，風機工作在發電儲能狀態時，首先將發出的電能存儲在儲能裝置中，作為隧道中照明燈具及風機的備用電源，所述儲能裝置能夠在電網電壓無法達到供電需求時給隧道中的用電設備供電，當儲能裝置充滿電后，風機能夠將發出的電能回饋給電網，減少用電設備向電網索取的電能。

4.根據權利要求1所述的一種高速公路隧道安全節能通風系統的控制方法，其特征在于：在步驟4)中，判斷風速是否超過標準風速，然后控制風機工作在電動正轉通風狀態或電動反轉減風狀態，包括以下步驟：

4.1)控制中心接受到風向信號，定義風機在正轉狀態下產生的風的方向與當前風向一致；

4.2)選定隧道中的期望風速；

當風速超過標準風速時，期望風速v_r＝10m/s；

當風速在標準風速范圍內時，期望風速v_r由隧道中的c(CO)及c(煙塵)的變化率決定，其中c(CO)代表隧道內空氣中CO的體積濃度，c(煙塵)稱為煙塵濃度，通過測定污染空氣100m距離的煙塵光線透過率來確定；通過c(CO)及c(煙塵)的變化率，計算出稀釋隧道中CO的需風量Q_req(CO)和稀釋隧道中煙塵的需風量Q_req(VI)；選取隧道的需風量Q_r為Q_req(CO)和Q_req(VI)的最大值，進而根據式v_r＝Q_r/A_r確定隧道中的期望風速v_r，其中A_r為隧道凈空斷面積；

稀釋隧道中CO的需風量Q_req(CO)通過下式計算：

式中，Q_CO為隧道全長CO的排放量，Q_CO≈Δc(CO)×A_r×L，其中L為隧道長度；δ為隧道中CO的設計濃度；P₀為標準大氣壓；P為隧址大氣壓；T₀為標準氣溫，取273K；T為隧址夏季氣溫；

稀釋隧道中煙塵的需風量Q_req(VI)按照下式選取：

式中，Q_VI為隧道全長煙塵的排放量，Q_VI≈Δc(煙塵)×A_r×L，K為隧道中煙塵的設計濃度；

4.3)根據選定的期望風速，控制風機的啟動臺數；

風機的啟動臺數i按照下式取值：

式中，i為所需風機的臺數，ΔP_r為隧道通風阻力，ΔP_m為自然風力，ΔP_j為每臺風機所能提供的風力；其中ΔP_r與隧道自身的參數以及隧道所需風速v_r有關。