一种基于排放速率及浓度的多参数隧道通风控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于排放速率及浓度的多参数隧道通风控制方法，在隧道中从前至后依次分散布置多台射流风机，并逐段设有多个排风井，在每个排风井上均设有排风机；所述射流风机的控制方法为：采用控制器根据浓度检测值以及相应的设定值和控制域对射流风机的启停进行控制；所述排风井的控制方法为：由控制器根据浓度检测值、风速检测值、氮氧化物排放速率计算值QNOx以及各自的设定值和控制域θ进行排风机的启停控制。本发明根据烟雾浓度CVI和CO浓度CCO控制射流风机和集中排风机的启停顺序，定量控制，能够避免集中排风机和送风机开启时间过长造成能量浪费。
【专利说明】
一种基于排放速率及浓度的多参数隧道通风控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道通风【技术领域】，特别涉及一种基于排放速率及浓度的多参数隧道通风控制方法。
【背景技术】
[0002]城市道路隧道由于具有不破坏地面景观、不割裂城市中心、能够减少机动车尾气沿途排放对周围环境的影响等优势，在城市得到越来越多的应用。
[0003]为了保证隧道的运营安全，有效的通风必不可少。隧道通风包括自然通风和机械通风两大类，机械通风包括全横向通风、半横向通风、纵向式通风和组合式通风。从国际发展趋势看，隧道通车方式普遍由单洞双向发展为双洞单向通车，即隧道分为上行和下行的2个洞体，每个隧道内车辆单向行驶，这种通车方式的变化使得纵向通风成为隧道通风的主流方式。因为采用纵向通风时，车辆运动形成的交通风与纵向通风的风向相同，可以充分利用交通通风力的动力减少机械通风能耗。一般，隧道较短时采用全射流风机式纵向通风，即，利用分散布置于隧道中的射流风机的接力作用和交通风的综合作用从隧道进峒口引风，稀释隧道内污染气体后，从隧道出峒口排出。但是当城市道路隧道较长时，污染物从出峒口集中排出，排放速率过大，会对周边环境带来不利影响，不能保证《环境空气质量标准》的要求，因此，中长隧道通常采用射流风机与通风井相结合的分段式纵向通风，通风井的通风方式主要包括机械排风和机械送排风两种。
[0004]有效的通风控制是实现隧道正常运营以及通风系统节能运行的重要措施。隧道通风系统的控制方式主要有直接控制法、间接控制法和固定程序控制法三种。直接控制法是根据传感器直接检测的烟雾浓度和CO浓度值，利用反馈控制方式控制通风系统的运行；间接控制是根据检测的交通流状况计算烟雾和CO排放量，利用预测控制方式控制通风系统的运行；固定程序控制法是按时间区间预先编制程序控制通风系统的运行。
[0005]目前城市道路隧道通风系统的控制方式主要是借鉴公路隧道通风的控制模式发展而来的，但是城市道路隧道与传统的公路隧道相比，运营阶段的卫生要求更为复杂，简单照搬公路隧道的通风控制方式存在以下两个主要问题:
[0006]第一，当隧道出口附近有较严格的环境要求时，无法保证隧道日常运营下的环境影响在允许的范围内。目前城市隧道通风系统控制的核心都是以保证洞内卫生标准为目的，而且主要控制参数通常仅为烟雾浓度和CO浓度，而对于城市隧道，不仅要考虑浓度限值的要求，还要为了避免对环境的影响对排放速率进行限制。《大气污染物综合排放标准》中对于NOx的排放速率提出了较严格的限值，但是目前城市隧道的控制系统中普遍不安装NOx浓度传感器，这就造成设计阶段环境评价通过后，通风系统实际运行中并没有实质性的保障措施对NOx的排放速率进彳丁控制。
[0007]第二，当通风井采用机械通风方式时，集中送风和排风的轴流风机何时投入运行没有科学的定量依据，从一定程度上造成能量的浪费。对于城市隧道而言，设置通风井的主要目的通常是为了避免出峒口 NOx的排放速率过高而进行分流。由于目前隧道通风系统的控制参数通常仅为烟雾浓度(VI)和CO浓度，因此实际运营中，无法根据NOx的排放速率确定集中通风系统应该在哪种工况下投入运行，开启存在一定的盲目性，而轴流风机的功率远高于射流风机，这就不可避免地造成能量的浪费。
【发明内容】
[0008]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于排放速率及浓度的多参数隧道通风控制方法，该方法主要针对城市道路隧道的需求，能够保证通风系统在同时满足洞内卫生标准和环境控制质量标准的前提下实现节能运行。
[0009]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种基于排放速率及浓度的多参数隧道通风控制方法，在隧道中从前至后依次分散布置多台射流风机，并逐段设有多个排风井，在每个排风井上均设有排风机；
[0010]所述射流风机的控制方法为:
[0011]一 )采用烟雾浓度检测仪和CO浓度检测仪检测隧道出峒口内侧的CO浓度值Caj和烟雾浓度值Cvi ；
[0012]二)采用控制器根据浓度检测值以及相应的设定值和控制域对射流风机的启停进行控制:
[0013]I)当出峒口内侧的CO浓度值Ccq彡Cc0jmax或出峒口内侧的烟雾浓度值Cvi彡CVI；max时，由隧道前端至后端顺次开启射流风机；
[0014]2)当出峒口内侧的CO浓度值Ccq < Ccamax- θ ω且出峒口内侧的烟雾浓度值Cvi
<Cvtmax- Θ VI时，由隧道后端至前端顺次关闭射流风机；
[0015]其中:Cc。:C0浓度值；
[0016]Ccaniax:C0浓度最大允许值；
[0017]Cvl:烟雾浓度值；
[0018](:νι，_:烟雾浓度最大允许值；
[0019]0C():CO浓度的控制域；
[0020]θ V1:烟雾浓度的控制域；
[0021]所述排风井的控制方法为:
[0022]一 )在排风井底部布置烟雾浓度检测仪、CO浓度检测仪、NOx浓度检测仪和风速检测仪，在各通风区段布置风速检测仪，在隧道出峒口内侧布置NOx浓度检测仪和风速检测仪；
[0023]二 )采用控制器对检测结果进行数据处理，根据隧道出峒口和各排风井的断面面积Ftj1、检测的NOx浓度Citox和风速V()i，按照公式Qitox = Cn0xX voi XFoi计算隧道出峒口内侧和各排风口氮氧化物排放速率Qitox ;
[0024]三)由控制器根据浓度检测值、风速检测值、氮氧化物排放速率计算值Qn0x以及各自的设定值和控制域Θ进行排风机的启停控制:
[0025]I)当出峒口内侧的Qn0x彡QMx，max，开启隧道最末端排风井的排风机；
[0026]2)当出峒口内侧或已开启排风机的排风井的Qn0x ^ QNOx,fflax时，由隧道后端至前端顺次开启排风井的排风机；当任一通风区段的Vi ^ Vfflax时，开启该通风区段排风井的排风机；当出峒口内侧和所有已开启排风机的排风井的Qitox < Qn0x,max- θ NOx，且任一通风区段Vi<Vfflax- θ ν时，由隧道前端至后端顺次关闭排风井的排风机；
[0027]其中=Ftj1:出峒口或通风井的断面面积；
[0028]v01:出峒口或通风井的风速值；
[0029]V1:隧道内某通风区段风速值；
[0030]Vmax:隧道内风速的最大允许值；
[0031]θ ν:隧道内风速的控制域。
[0032]在隧道上从前至后逐段设有多个送风井，在每个送风井上均设有送风机；所述送风机由控制器根据浓度检测值以及各自的设定值和控制域进行集中送风机的启停控制:当出峒口内侧的Caj彡Ccamax或Cvi彡Cvtfflax时，且当射流风机全部开启后，由隧道前端至后端顺次开启送风机；当出峒口内侧的Caj < Ccamax- Θ co且Cvi < CVI；max- θ VI时，由隧道后端至前端顺次关闭通风井内的送风机。
[0033]本发明具有的优点和积极效果是:根据NOx排放速率和隧道通风速度双参数控制集中通风系统排风机的启停，根据烟雾浓度Cvi和CO浓度Cra控制射流风机和集中排送风机的启停顺序，定量控制，能够避免集中排风机和送风机开启时间过长造成能量浪费。本发明采用V1、CO浓度和NOx排放速率为基准的多参数控制策略实现隧道通风的控制，其控制效果不仅保证隧道内的卫生标准，而且可以保证隧道各个污染物排出口的排放速率满足排放标准，符合室外环境空气质量标准。本发明适用于射流风机和通风井相结合的分段式纵向通风。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本发明实施例1的示意图；
[0035]图2为本发明实施例2的示意图；
[0036]图3为本发明的流程框图。
[0037]图中:1、射流风机；2、烟雾浓度检测仪、CO浓度检测仪、NOx浓度检测仪和风速检测仅；3、控制器；4、排风井；5、排风机；6、送风井；7送风机。
【具体实施方式】
[0038]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0039]实施例1:
[0040]请参阅图1和图3，一种基于排放速率及浓度的多参数隧道通风控制方法，在隧道中从前至后依次分散布置多台射流风机1，在隧道中从前至后逐段设有多个排风井4，在每个排风井4上均设有排风机5。隧道采用射流风机和排风井相结合的分段式纵向通风。射流风机I和排风机5的控制方法为:
[0041]一)在隧道出峒口内侧和各排风井底部布置烟雾浓度检测仪、CO浓度检测仪、NOx浓度检测仪和风速检测仪2，在各通风区段布置风速检测仪。
[0042]二)利用控制器对检测结果进行数据处理，根据隧道出峒口和各排风井的断面面积Ftj1、检测的NOx浓度Citox和风速V()i，按照公式Qitox = Cn0xX voi XFoi计算隧道出峒口内侧和各排风口氮氧化物排放速率QNft￡。
[0043]三)由控制器根据浓度检测值、风速检测值、氮氧化物排放速率计算值Qmx以及各自的设定值和控制域Θ进行排风机的启停控制:当出峒口内侧的Qn0x ^ QNOx；max时，开启隧道最末端排风井的排风机；当出順口内侧或已开启的排风井的Qjtox >Qirox，max时，由險道后端至前端顺次开启排风井的排风机；任一通风区段的Vi ^ Vfflax时，开启该通风区段排风井的排风机；出_口内侧和所有已开启排风机的排风井的Qn0x < QN0x,fflax- Θ ■，且任一通风区段Vi < Vfflax- Θ v时，由隧道前端至后端顺次关闭排风井的排风机。
[0044]四)由控制器对浓度检测值以及各自的设定值和控制域Θ进行射流风机的启停控制:当出峒口内侧的Caj彡Ccamax或Cvi彡Cviifflax时，由隧道前端至后端顺次开启射流风机；当出峒口内侧的Ccq < Ccamax- Θ co且Cvi < CVI；max- θ VI时，由隧道后端至前端顺次关闭射流风机。
[0045]其中:
[0046]Cco:C0 浓度值；
[0047]Cco；max:C0浓度最大允许值；
[0048]Cv1:烟雾浓度值；
[0049]Cvijlliax:烟雾浓度最大允许值；
[0050]0CQ:CO浓度的控制域；
[0051]θ V1:烟雾浓度的控制域；
[0052]Ftj1:出峒口或通风井的断面面积；
[0053]v01:出峒口或通风井的风速值；
[0054]V1:隧道内某通风区段风速值；
[0055]Vmax:隧道内风速的最大允许值；
[0056]θ v:隧道内风速的控制域。
[0057]实施例2:
[0058]请参阅图2和图3，一种基于排放速率及浓度的多参数隧道通风控制方法，在隧道中从前至后依次分散布置多台射流风机1，在隧道中从前至后逐段设有多个排风井4，在每个排风井4上均设有排风机5，在隧道中从前至后逐段设有多个送风井6，在每个送风井6上均设有送风机7。隧道采用射流风机和送排风井相结合的分段式纵向通风。射流风机1、排风机5和送风机7的控制方法为:
[0059]一 )在隧道出峒口内侧和各排风井底部布置烟雾浓度检测仪、CO浓度检测仪、NOx浓度检测仪和风速检测仪2，在各通风区段布置风速检测仪。
[0060]二)利用控制器对检测结果进行数据处理，根据隧道出峒口和各排风井的断面面积Ftj1、检测的NOx浓度Citox和风速V()i，按照公式Qitox = Cn0x X voi X Foi计算隧道出峒口和各排风口氮氧化物排放速率QNft￡。
[0061]三)由控制器对浓度检测值、风速检测值、氮氧化物排放速率计算值Qn0x以及各自的设定值和控制域Θ进行排风机的启停控制:当出峒口内侧的Qitox >QN&，max时，开启隧道最末端排风井的排风机；出順口内侧或已开启排风机的排风井的Qnc1x ^ QNOx； max时，由險道后端至前端顺次开启排风井的排风机；当任一通风区段Vi ^ Vfflax时，开启该通风区段排风井的排风机；出峒口内侧和所有已开启排风机的排风井的Qitox < Qn0x,max- Θ職，且任一通风区段Vi < Vfflax- Θ v时，由隧道前端至后端顺次关闭排风井的排风机。
[0062]四)由控制器对浓度检测值以及各自的设定值和控制域Θ进行集中送风机和射流风机的启停控制:当出峒口内侧Cro彡Cco,fflax或Cvi彡Cviifflax时，由隧道前端至后端顺次开启射流风机、当射流风机全部开启后，由隧道前端至后端顺次开启送风机；当出峒口内侧Cco < Ccamax- θ coJ.CVI < cVI,fflax- θ VI时，由隧道后端至前端顺次关闭通风井内的送风机以及射流风机。
[0063]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于排放速率及浓度的多参数隧道通风控制方法，其特征在于，在隧道中从前至后依次分散布置多台射流风机，并逐段设有多个排风井，在每个排风井上均设有排风机； 所述射流风机的控制方法为: 一)采用烟雾浓度检测仪和CO浓度检测仪检测隧道出峒口内侧的CO浓度值Caj和烟雾浓度值Cvi ； 二)采用控制器根据浓度检测值以及相应的设定值和控制域对射流风机的启停进行控制: 1)当出峒口内侧的CO浓度值Caj彡Cc0jmax或出峒口内侧的烟雾浓度值Cvi彡CVI；max时，由隧道前端至后端顺次开启射流风机； 2)当出峒口内侧的CO浓度值Cro< Cro，■-且出峒口内侧的烟雾浓度值CVi<Cvtmax- Θ VI时，由隧道后端至前端顺次关闭射流风机； 其中=Ca^CO浓度值； Cc0jmax =CO浓度最大允许值； Cv1:烟雾浓度值； Cvijmax:烟雾浓度最大允许值； Qcq=CO浓度的控制域； θν?:烟雾浓度的控制域； 所述排风井的控制方法为: 一)在排风井底部布置烟雾浓度检测仪、CO浓度检测仪、NOx浓度检测仪和风速检测仪，在各通风区段布置风速检测仪，在隧道出峒口内侧布置NOx浓度检测仪和风速检测仪； 二)采用控制器对检测结果进行数据处理，根据隧道出峒口和各排风井的断面面积Ftj1、检测的NOx浓度Cmjx和风速Vtji，按照公式Qn& = CNOx X voi X Foi计算隧道出峒口内侧和各排风口氮氧化物排放速率Qitox ; 三)由控制器根据浓度检测值、风速检测值、氮氧化物排放速率计算值Qn0x以及各自的设定值和控制域Θ进行排风机的启停控制: 1)当出峒口内侧的Qitox^ Qn0x,max,开启隧道最末端排风井的排风机； 2)当出峒口内侧或已开启排风机的排风井的Qn0x^ QNOx,max时，由隧道后端至前端顺次开启排风井的排风机；当任一通风区段的Vi ^ Vfflax时，开启该通风区段排风井的排风机；当出峒口内侧和所有已开启排风机的排风井的Qitox < Qn0x,max- Θ職，且任一通风区段Vi<Vfflax- Θ v时，由隧道前端至后端顺次关闭排风井的排风机； 其中=Ftj1:出?同口或通风井的断面面积； V01:出峒口或通风井的风速值； V1:隧道内某通风区段风速值； Vmax:隧道内风速的最大允许值； θν:隧道内风速的控制域。
2.根据权利要求1所述的基于排放速率及浓度的多参数隧道通风控制方法，其特征在于，在隧道上从前至后逐段设有多个送风井，在每个送风井上均设有送风机；所述送风机由控制器根据浓度检测值以及各自的设定值和控制域进行集中送风机的启停控制:当出峒口内侧的彡Cco,fflax或CVI彡CVI，max时，且当射流风机全部开启后，由隧道前端至后端顺次开启送风机；当出峒口内侧的C? < cC0；max- Θ co且CVI < cVI；max- Θ VI时，由隧道后端至前端顺次关闭通风井内的送风机。
【文档编号】E21F1/00GK104265347SQ201410360861
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】李建兴, 李晨 申请人:天津市市政工程设计研究院