特长隧道通风节能智能控制及配置优化方法与流程

本发明涉及隧道通风节能智能控制及配置优化方法，具体为特长隧道通风节能智能控制及配置优化方法。

背景技术：

1、随着我国经济蓬勃发展及国家对高等级公路建设事业的支持，目前，公路隧道越修越多，越修越长。我国已然成为世界上拥有公路隧道座数最多的国家。对于这些公路隧道而言，尤其是特长隧道，复杂的通风系统不仅导致工程造价急剧增加，而且还使隧道的运营费用大幅上升。国内外建设经验表明，长大公路隧道通风设备投资及土建费用占到整个工程造价的30％～40％。并且，在隧道运营阶段，通风费用亦是一笔巨大的开支。另外，就费用支出形式而言，土建投资是静态投资，而运营费用却是动态累积的。因此，如何科学合理地设计隧道运营后的通风体系，充分发挥其安全高效的服务功能，获取最大的社会经济效益，俨然已成为隧道建设管理部门的一个重要课题。

2、隧道作为道路不可或缺的部分，不仅加快了往来旅客的速度，而且大大地缩短了两地之间的距离，并且联系了两地而之间的人际往来、文化交流，推动了社会的文明以及经济的发展。我国是个幅员辽阔的大国且多山脉，很多地区的交通主要是依靠公路，因此隧道的快速发展必不可少。

3、对于隧道内部环境通风按照原理大致可分为自然通风和智能通风两种。自然通风是在不借助通风设备的前提下，完全依靠汽车行驶过程中带来的交通活塞风和自然风的共同作用，将隧道内的污染气体排出洞外。智能通风控制是根据隧道交通流、交通工况的实际情况，通过提高通风机的效率与合理使用，达到安全与节能的目的

4、就隧道通风的意义而言，因为隧道相对于公路其他路段，是一个相对闭塞的系统，汽车在穿过隧道过程中，会排放出co和微小固体燃烧颗粒等污染物。这些污染物若不及时排除隧道，经过长时间的累积，会达到一定的浓度，从而影响甚至危及着乘车人员的身体安全。所以有必要设置通风，将这些污染物排除隧道。然而通风系统在维持一个健康、清洁的隧道环境的同时，却消耗着巨大的电能。由于隧道通风一般采用大功率的射流风机(功率为30kw左右)，在保证隧道清洁指标的基础上，采取怎样的控制策略来减少风机开启时间和频繁次数，同时使得控制系统有很好的可靠性和自动化水平，成为当今隧道通风控制系统设计和研究的热点和难点。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了特长隧道通风节能智能控制及配置优化方法，在满足隧道的安全运营的要求下，对特长高速公路隧道的自然风通风节能控制技术进行了研究，同时利用智能控制监控平台有效、智能调节风机运行以达到节能减排目的。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：特长隧道通风节能智能控制终端，包括机箱，所述机箱内部中心位置固定设置有换风机芯，所述换风机芯输入端和输出端分别固定设置有进气涡扇和出风涡扇，所述进气涡扇输入端固定设置有进气流量计，所述出风涡扇输出端位置固定设置有出风流量计。

5、优选的，所述机箱两侧均固定设置有固定架。

6、优选的，所述机箱内部靠前侧中心位置固定设置有控制中心。

7、特长隧道通风节能智能控制及配置优化系统，包括co传感器、vi传感器、风速传感器和车辆检测器，所述co传感器、vi传感器、风速传感器和车辆检测器连接有中心计算机，所述中心计算机连接有可编程控制器plc，所述可编程控制器plc连接有一号控制器、二号控制器和n#控制器，所述一号控制器、二号控制器和n#控制器分别连接有一号电机、二号电机和n#电机，所述一号电机、二号电机和n#电机分别连接有一号风机、二号风机和n#风机。

8、特长隧道通风节能智能控制及配置优化方法，具体包括以下步骤：

9、s1.长期监测

10、通过对隧道内全年自然风进行检测，获得隧道内全年自然风风速风向规律，进而获取全年的自然风风速风向数据；

11、s2.获取设计风速

12、根据s1检测获得的隧道内全年的自然风风速风向数据，设置合适的设计风速；

13、s3.风机选用

14、根据s2获取设计风速选择较为适宜的风机型号，避免过度追求高性能的风机，导致控制终端产生不必要的能耗损失；

15、s4.控制终端布置位置分析

16、对具体控制终端的布置进行全方位分析，确保各组控制终端的布置协调有序，尤其是在纵向间距上，形成较为理想的协调性，避免可能出现的设置过密导致机组运行压力过大问题；

17、s4.检测污染物浓度

18、通过多个控制终端的多个co传感器和多个vi传感器检测隧道空间内污染物含量指数；

19、s5.控制终端开启控制

20、采用前馈式模糊控制方式，将污染物浓度采用检测数值盒与设定值进行比较，通过一定的计算，直接控制开启风机

21、s6.车流量数据获得

22、利用多个控制终端的多个车辆检测器对经过车辆单位时间通过量进行检测，并采集经过车辆型号；

23、s7.车流量数据预先反馈

24、将交通流量作为co浓度和vi值的干扰量，系统将根据检测到的车流量，来预报下一时刻的co浓度和vi值，并确定风机开启数。

25、优选的，利用自然风进行节能通风的控制方式可以根据气象资料，按时段控制，或通过隧道内风速进行实时精确控制。

26、优选的，s2和s4通过数值模拟确定最为有效的风机布置方案以及通过模拟通过实现智能控制系统智能、有效、节能的控制风机启停。

27、优选的，s5前馈式控制的基本思想就是根据进入过程的扰动量(包括外界扰动和设定值的变化)，产生合适的控制作用，控制被控量不发生偏差。

28、(三)有益效果

29、本发明提供了特长隧道通风节能智能控制及配置优化方法。具备以下有益效果：

30、1、本发明提供了特长隧道通风节能智能控制及配置优化方法，在自然风速确定方法方面，考虑风速和风向的逐渐变化过程，基于隧道内自然风速加权值和保证率双因素，提出了综合考虑随机性的隧道内自然风设计风速概率计算方法。

31、2、本发明提供了特长隧道通风节能智能控制及配置优化方法，在自然风计算方法方面，考虑了不同交通流量、不同车型占比下产生的交通风对长大隧道运营通风的风力补偿效果，研究了倾斜角度和截面形状对通风井排风效果的影响，并基于此建立了自然风－交通风－竖井耦合互补风量计算方法。

32、3、本发明提供了特长隧道通风节能智能控制及配置优化方法，在智能控制监控平台改造方面，运用互联网技术建立基于数据驱动的隧道通风系统输入－输出模型，结合深度学习技术和python可视化编程语言，通过图形元素映射数据信息，为隧道通风系统控制数据信息提供探索、分析和推理，完成数据的实现显示、统计分析、报表打印、数据存储等工作，利用隧道内风速、风向、co、vi、车流量等核心指标实时监控和动态显示，实现了通风系统智能远程精准控制；对风机耗能情况进行统计分析，形成月、季度和年度报表，并根据统计数据进行控制算法优化，另可实现风机的运行情况、失速失灵控制和预警预报的监控，以及其他所需功能的嵌套和并行。