一種基于排放速率及濃度的多參數隧道通風控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于排放速率及濃度的多參數隧道通風控制方法，在隧道中從前至后依次分散布置多臺射流風機，并逐段設有多個排風井，在每個排風井上均設有排風機；所述射流風機的控制方法為：采用控制器根據濃度檢測值以及相應的設定值和控制域對射流風機的啟停進行控制；所述排風井的控制方法為：由控制器根據濃度檢測值、風速檢測值、氮氧化物排放速率計算值QNOx以及各自的設定值和控制域θ進行排風機的啟停控制。本發明根據煙霧濃度CVI和CO濃度CCO控制射流風機和集中排風機的啟停順序，定量控制，能夠避免集中排風機和送風機開啟時間過長造成能量浪費。
【專利說明】
一種基于排放速率及濃度的多參數隧道通風控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于隧道通風【技術領域】，特別涉及一種基于排放速率及濃度的多參數隧道通風控制方法。
【背景技術】
[0002]城市道路隧道由于具有不破壞地面景觀、不割裂城市中心、能夠減少機動車尾氣沿途排放對周圍環境的影響等優勢，在城市得到越來越多的應用。
[0003]為了保證隧道的運營安全，有效的通風必不可少。隧道通風包括自然通風和機械通風兩大類，機械通風包括全橫向通風、半橫向通風、縱向式通風和組合式通風。從國際發展趨勢看，隧道通車方式普遍由單洞雙向發展為雙洞單向通車，即隧道分為上行和下行的2個洞體，每個隧道內車輛單向行駛，這種通車方式的變化使得縱向通風成為隧道通風的主流方式。因為采用縱向通風時，車輛運動形成的交通風與縱向通風的風向相同，可以充分利用交通通風力的動力減少機械通風能耗。一般，隧道較短時采用全射流風機式縱向通風，即，利用分散布置于隧道中的射流風機的接力作用和交通風的綜合作用從隧道進峒口引風，稀釋隧道內污染氣體后，從隧道出峒口排出。但是當城市道路隧道較長時，污染物從出峒口集中排出，排放速率過大，會對周邊環境帶來不利影響，不能保證《環境空氣質量標準》的要求，因此，中長隧道通常采用射流風機與通風井相結合的分段式縱向通風，通風井的通風方式主要包括機械排風和機械送排風兩種。
[0004]有效的通風控制是實現隧道正常運營以及通風系統節能運行的重要措施。隧道通風系統的控制方式主要有直接控制法、間接控制法和固定程序控制法三種。直接控制法是根據傳感器直接檢測的煙霧濃度和CO濃度值，利用反饋控制方式控制通風系統的運行；間接控制是根據檢測的交通流狀況計算煙霧和CO排放量，利用預測控制方式控制通風系統的運行；固定程序控制法是按時間區間預先編制程序控制通風系統的運行。
[0005]目前城市道路隧道通風系統的控制方式主要是借鑒公路隧道通風的控制模式發展而來的，但是城市道路隧道與傳統的公路隧道相比，運營階段的衛生要求更為復雜，簡單照搬公路隧道的通風控制方式存在以下兩個主要問題:
[0006]第一，當隧道出口附近有較嚴格的環境要求時，無法保證隧道日常運營下的環境影響在允許的范圍內。目前城市隧道通風系統控制的核心都是以保證洞內衛生標準為目的，而且主要控制參數通常僅為煙霧濃度和CO濃度，而對于城市隧道，不僅要考慮濃度限值的要求，還要為了避免對環境的影響對排放速率進行限制。《大氣污染物綜合排放標準》中對于NOx的排放速率提出了較嚴格的限值，但是目前城市隧道的控制系統中普遍不安裝NOx濃度傳感器，這就造成設計階段環境評價通過后，通風系統實際運行中并沒有實質性的保障措施對NOx的排放速率進彳丁控制。
[0007]第二，當通風井采用機械通風方式時，集中送風和排風的軸流風機何時投入運行沒有科學的定量依據，從一定程度上造成能量的浪費。對于城市隧道而言，設置通風井的主要目的通常是為了避免出峒口 NOx的排放速率過高而進行分流。由于目前隧道通風系統的控制參數通常僅為煙霧濃度(VI)和CO濃度，因此實際運營中，無法根據NOx的排放速率確定集中通風系統應該在哪種工況下投入運行，開啟存在一定的盲目性，而軸流風機的功率遠高于射流風機，這就不可避免地造成能量的浪費。
【發明內容】
[0008]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種基于排放速率及濃度的多參數隧道通風控制方法，該方法主要針對城市道路隧道的需求，能夠保證通風系統在同時滿足洞內衛生標準和環境控制質量標準的前提下實現節能運行。
[0009]本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:一種基于排放速率及濃度的多參數隧道通風控制方法，在隧道中從前至后依次分散布置多臺射流風機，并逐段設有多個排風井，在每個排風井上均設有排風機；
[0010]所述射流風機的控制方法為:
[0011]一 )采用煙霧濃度檢測儀和CO濃度檢測儀檢測隧道出峒口內側的CO濃度值Caj和煙霧濃度值Cvi ；
[0012]二)采用控制器根據濃度檢測值以及相應的設定值和控制域對射流風機的啟停進行控制:
[0013]I)當出峒口內側的CO濃度值Ccq彡Cc0jmax或出峒口內側的煙霧濃度值Cvi彡CVI；max時，由隧道前端至后端順次開啟射流風機；
[0014]2)當出峒口內側的CO濃度值Ccq < Ccamax- θ ω且出峒口內側的煙霧濃度值Cvi
<Cvtmax- Θ VI時，由隧道后端至前端順次關閉射流風機；
[0015]其中:Cc。:C0濃度值；
[0016]Ccaniax:C0濃度最大允許值；
[0017]Cvl:煙霧濃度值；
[0018](:νι，_:煙霧濃度最大允許值；
[0019]0C():CO濃度的控制域；
[0020]θ V1:煙霧濃度的控制域；
[0021]所述排風井的控制方法為:
[0022]一 )在排風井底部布置煙霧濃度檢測儀、CO濃度檢測儀、NOx濃度檢測儀和風速檢測儀，在各通風區段布置風速檢測儀，在隧道出峒口內側布置NOx濃度檢測儀和風速檢測儀；
[0023]二 )采用控制器對檢測結果進行數據處理，根據隧道出峒口和各排風井的斷面面積Ftj1、檢測的NOx濃度Citox和風速V()i，按照公式Qitox = Cn0xX voi XFoi計算隧道出峒口內側和各排風口氮氧化物排放速率Qitox ;
[0024]三)由控制器根據濃度檢測值、風速檢測值、氮氧化物排放速率計算值Qn0x以及各自的設定值和控制域Θ進行排風機的啟停控制:
[0025]I)當出峒口內側的Qn0x彡QMx，max，開啟隧道最末端排風井的排風機；
[0026]2)當出峒口內側或已開啟排風機的排風井的Qn0x ^ QNOx,fflax時，由隧道后端至前端順次開啟排風井的排風機；當任一通風區段的Vi ^ Vfflax時，開啟該通風區段排風井的排風機；當出峒口內側和所有已開啟排風機的排風井的Qitox < Qn0x,max- θ NOx，且任一通風區段Vi<Vfflax- θ ν時，由隧道前端至后端順次關閉排風井的排風機；
[0027]其中=Ftj1:出峒口或通風井的斷面面積；
[0028]v01:出峒口或通風井的風速值；
[0029]V1:隧道內某通風區段風速值；
[0030]Vmax:隧道內風速的最大允許值；
[0031]θ ν:隧道內風速的控制域。
[0032]在隧道上從前至后逐段設有多個送風井，在每個送風井上均設有送風機；所述送風機由控制器根據濃度檢測值以及各自的設定值和控制域進行集中送風機的啟停控制:當出峒口內側的Caj彡Ccamax或Cvi彡Cvtfflax時，且當射流風機全部開啟后，由隧道前端至后端順次開啟送風機；當出峒口內側的Caj < Ccamax- Θ co且Cvi < CVI；max- θ VI時，由隧道后端至前端順次關閉通風井內的送風機。
[0033]本發明具有的優點和積極效果是:根據NOx排放速率和隧道通風速度雙參數控制集中通風系統排風機的啟停，根據煙霧濃度Cvi和CO濃度Cra控制射流風機和集中排送風機的啟停順序，定量控制，能夠避免集中排風機和送風機開啟時間過長造成能量浪費。本發明采用V1、CO濃度和NOx排放速率為基準的多參數控制策略實現隧道通風的控制，其控制效果不僅保證隧道內的衛生標準，而且可以保證隧道各個污染物排出口的排放速率滿足排放標準，符合室外環境空氣質量標準。本發明適用于射流風機和通風井相結合的分段式縱向通風。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明實施例1的示意圖；
[0035]圖2為本發明實施例2的示意圖；
[0036]圖3為本發明的流程框圖。
[0037]圖中:1、射流風機；2、煙霧濃度檢測儀、CO濃度檢測儀、NOx濃度檢測儀和風速檢測僅；3、控制器；4、排風井；5、排風機；6、送風井；7送風機。
【具體實施方式】
[0038]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0039]實施例1:
[0040]請參閱圖1和圖3，一種基于排放速率及濃度的多參數隧道通風控制方法，在隧道中從前至后依次分散布置多臺射流風機1，在隧道中從前至后逐段設有多個排風井4，在每個排風井4上均設有排風機5。隧道采用射流風機和排風井相結合的分段式縱向通風。射流風機I和排風機5的控制方法為:
[0041]一)在隧道出峒口內側和各排風井底部布置煙霧濃度檢測儀、CO濃度檢測儀、NOx濃度檢測儀和風速檢測儀2，在各通風區段布置風速檢測儀。
[0042]二)利用控制器對檢測結果進行數據處理，根據隧道出峒口和各排風井的斷面面積Ftj1、檢測的NOx濃度Citox和風速V()i，按照公式Qitox = Cn0xX voi XFoi計算隧道出峒口內側和各排風口氮氧化物排放速率QNft￡。
[0043]三)由控制器根據濃度檢測值、風速檢測值、氮氧化物排放速率計算值Qmx以及各自的設定值和控制域Θ進行排風機的啟停控制:當出峒口內側的Qn0x ^ QNOx；max時，開啟隧道最末端排風井的排風機；當出順口內側或已開啟的排風井的Qjtox >Qirox，max時，由險道后端至前端順次開啟排風井的排風機；任一通風區段的Vi ^ Vfflax時，開啟該通風區段排風井的排風機；出_口內側和所有已開啟排風機的排風井的Qn0x < QN0x,fflax- Θ ■，且任一通風區段Vi < Vfflax- Θ v時，由隧道前端至后端順次關閉排風井的排風機。
[0044]四)由控制器對濃度檢測值以及各自的設定值和控制域Θ進行射流風機的啟停控制:當出峒口內側的Caj彡Ccamax或Cvi彡Cviifflax時，由隧道前端至后端順次開啟射流風機；當出峒口內側的Ccq < Ccamax- Θ co且Cvi < CVI；max- θ VI時，由隧道后端至前端順次關閉射流風機。
[0045]其中:
[0046]Cco:C0 濃度值；
[0047]Cco；max:C0濃度最大允許值；
[0048]Cv1:煙霧濃度值；
[0049]Cvijlliax:煙霧濃度最大允許值；
[0050]0CQ:CO濃度的控制域；
[0051]θ V1:煙霧濃度的控制域；
[0052]Ftj1:出峒口或通風井的斷面面積；
[0053]v01:出峒口或通風井的風速值；
[0054]V1:隧道內某通風區段風速值；
[0055]Vmax:隧道內風速的最大允許值；
[0056]θ v:隧道內風速的控制域。
[0057]實施例2:
[0058]請參閱圖2和圖3，一種基于排放速率及濃度的多參數隧道通風控制方法，在隧道中從前至后依次分散布置多臺射流風機1，在隧道中從前至后逐段設有多個排風井4，在每個排風井4上均設有排風機5，在隧道中從前至后逐段設有多個送風井6，在每個送風井6上均設有送風機7。隧道采用射流風機和送排風井相結合的分段式縱向通風。射流風機1、排風機5和送風機7的控制方法為:
[0059]一 )在隧道出峒口內側和各排風井底部布置煙霧濃度檢測儀、CO濃度檢測儀、NOx濃度檢測儀和風速檢測儀2，在各通風區段布置風速檢測儀。
[0060]二)利用控制器對檢測結果進行數據處理，根據隧道出峒口和各排風井的斷面面積Ftj1、檢測的NOx濃度Citox和風速V()i，按照公式Qitox = Cn0x X voi X Foi計算隧道出峒口和各排風口氮氧化物排放速率QNft￡。
[0061]三)由控制器對濃度檢測值、風速檢測值、氮氧化物排放速率計算值Qn0x以及各自的設定值和控制域Θ進行排風機的啟停控制:當出峒口內側的Qitox >QN&，max時，開啟隧道最末端排風井的排風機；出順口內側或已開啟排風機的排風井的Qnc1x ^ QNOx； max時，由險道后端至前端順次開啟排風井的排風機；當任一通風區段Vi ^ Vfflax時，開啟該通風區段排風井的排風機；出峒口內側和所有已開啟排風機的排風井的Qitox < Qn0x,max- Θ職，且任一通風區段Vi < Vfflax- Θ v時，由隧道前端至后端順次關閉排風井的排風機。
[0062]四)由控制器對濃度檢測值以及各自的設定值和控制域Θ進行集中送風機和射流風機的啟停控制:當出峒口內側Cro彡Cco,fflax或Cvi彡Cviifflax時，由隧道前端至后端順次開啟射流風機、當射流風機全部開啟后，由隧道前端至后端順次開啟送風機；當出峒口內側Cco < Ccamax- θ coJ.CVI < cVI,fflax- θ VI時，由隧道后端至前端順次關閉通風井內的送風機以及射流風機。
[0063]盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于排放速率及濃度的多參數隧道通風控制方法，其特征在于，在隧道中從前至后依次分散布置多臺射流風機，并逐段設有多個排風井，在每個排風井上均設有排風機； 所述射流風機的控制方法為: 一)采用煙霧濃度檢測儀和CO濃度檢測儀檢測隧道出峒口內側的CO濃度值Caj和煙霧濃度值Cvi ； 二)采用控制器根據濃度檢測值以及相應的設定值和控制域對射流風機的啟停進行控制: 1)當出峒口內側的CO濃度值Caj彡Cc0jmax或出峒口內側的煙霧濃度值Cvi彡CVI；max時，由隧道前端至后端順次開啟射流風機； 2)當出峒口內側的CO濃度值Cro< Cro，■-且出峒口內側的煙霧濃度值CVi<Cvtmax- Θ VI時，由隧道后端至前端順次關閉射流風機； 其中=Ca^CO濃度值； Cc0jmax =CO濃度最大允許值； Cv1:煙霧濃度值； Cvijmax:煙霧濃度最大允許值； Qcq=CO濃度的控制域； θν?:煙霧濃度的控制域； 所述排風井的控制方法為: 一)在排風井底部布置煙霧濃度檢測儀、CO濃度檢測儀、NOx濃度檢測儀和風速檢測儀，在各通風區段布置風速檢測儀，在隧道出峒口內側布置NOx濃度檢測儀和風速檢測儀； 二)采用控制器對檢測結果進行數據處理，根據隧道出峒口和各排風井的斷面面積Ftj1、檢測的NOx濃度Cmjx和風速Vtji，按照公式Qn& = CNOx X voi X Foi計算隧道出峒口內側和各排風口氮氧化物排放速率Qitox ; 三)由控制器根據濃度檢測值、風速檢測值、氮氧化物排放速率計算值Qn0x以及各自的設定值和控制域Θ進行排風機的啟停控制: 1)當出峒口內側的Qitox^ Qn0x,max,開啟隧道最末端排風井的排風機； 2)當出峒口內側或已開啟排風機的排風井的Qn0x^ QNOx,max時，由隧道后端至前端順次開啟排風井的排風機；當任一通風區段的Vi ^ Vfflax時，開啟該通風區段排風井的排風機；當出峒口內側和所有已開啟排風機的排風井的Qitox < Qn0x,max- Θ職，且任一通風區段Vi<Vfflax- Θ v時，由隧道前端至后端順次關閉排風井的排風機； 其中=Ftj1:出?同口或通風井的斷面面積； V01:出峒口或通風井的風速值； V1:隧道內某通風區段風速值； Vmax:隧道內風速的最大允許值； θν:隧道內風速的控制域。
2.根據權利要求1所述的基于排放速率及濃度的多參數隧道通風控制方法，其特征在于，在隧道上從前至后逐段設有多個送風井，在每個送風井上均設有送風機；所述送風機由控制器根據濃度檢測值以及各自的設定值和控制域進行集中送風機的啟停控制:當出峒口內側的彡Cco,fflax或CVI彡CVI，max時，且當射流風機全部開啟后，由隧道前端至后端順次開啟送風機；當出峒口內側的C? < cC0；max- Θ co且CVI < cVI；max- Θ VI時，由隧道后端至前端順次關閉通風井內的送風機。
【文檔編號】E21F1/00GK104265347SQ201410360861
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】李建興, 李晨 申請人:天津市市政工程設計研究院