基于空间消光系数测量的动态排烟系统及方法与流程

1.本发明涉及环境监测和控制技术领域，尤其涉及一种基于空间消光系数测量的动态排烟系统及方法。


背景技术：

2.火灾烟气作为燃烧的主要产物，由于其本身具有的扩散性、毒害性和高温性，如果不能及时予以控制，容易在大范围内导致火灾的进一步扩散和人员的严重伤亡。因此，《建筑设计防火规范》中明确规定在车库、地铁、商场等人员密集场所必须安装固定式机械排烟系统。
3.现有的固定式排烟系统一般是通过已经固放于一定空间位置的烟道、风机、排烟口等设备排除火灾烟气。例如现有的智能诱导风机控制系统的节点分布由相关部门设计，每个诱导风机节点划属为固定的风道，主要通过定点检测环境烟气浓度及温度状况，控制诱导风机的运行。
4.但这样的设备布置形式存在一定的缺陷，对于某些大空间而言，烟气可能蔓延至其拐角、顶棚边缘等位置，由于其结构特点可能会造成烟气运动死角，固定空间位置的排烟口难以排除这些位置的烟气。造成烟气难以排除的根本原因在于，烟气的运动在空间复杂流场的影响下往往呈现一定的随机性，系统的排烟模式较为固定的情况下，难以保证空间内流场的压力场和速度场能够真正符合烟气的运动情况，定点的烟气浓度测试也具有局限性，容易出现排烟死角。
5.有鉴于此，有必要设计一种改进的基于空间消光系数测量的动态排烟系统及方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于空间消光系数测量的动态排烟系统及方法。通过测量空间不同位置的消光系数，全景式的测得不同位置消光系数情况，在此基础上动态改变烟气的排烟口和送风口的风向、风压、送风量等参数，从而实现整个空间内烟气的立体化、无死角清除。
7.为实现上述发明目的，本发明提供了一种基于空间消光系数测量的动态排烟系统，包括集中控制器、消光系数监测系统和动态排烟系统；所述集中控制器分别与所述消光系数监测系统和所述动态排烟系统连接，用于根据所述消光系数监测系统监测的空间不同位置的消光系数，得到动态排烟运行参数，然后发送至所述动态排烟系统以控制其进行动态排烟。
8.作为本发明的进一步改进，所述消光系数监测系统包括分设在空间若干个部位的若干个消光系数监测单元；每个消光系数监测单元对应设有标签单元，用于存储所述消光系数监测单元的空间位置信息，并传送至所述集中控制器，以便所述集中控制器准确获取空间不同位置的消光系数。
9.作为本发明的进一步改进，所述集中控制器获取所述动态排烟运行参数的方法为实时运算获取法或者等级运算调取法；所述实时运算获取法是通过实时监测的所述空间不同位置的消光系数，实时运算得到动态排烟运行参数；所述等级运算调取法是预先将消光系数进行等级划分，并将各个等级对应的动态排烟运行参数进行存储，然后根据实时监测的消光系数对应的等级区间，调取对应的动态排烟运行参数。
10.作为本发明的进一步改进，所述动态排烟系统包括诱导风机模块和用于控制所述诱导风机模块运行的动态排烟控制模块，所述动态排烟控制模块与所述集中控制器连接。
11.作为本发明的进一步改进，所述动态排烟控制模块包括电源模块、处理器模块、驱动模块和通信模块；所述集中控制器通过所述通信模块与所述动态排烟控制模块连接；所述处理器模块用于接收所述动态排烟运行参数以控制所述驱动模块的运行，所述驱动模块用于控制所述诱导风机模块的运行以进行动态排烟。
12.作为本发明的进一步改进，所述驱动模块包括风向驱动模块、风速驱动模块和风量驱动模块，分别用于控制所述诱导风机模块的风向、风速及风量大小，以实现整个空间内的立体化、无死角烟气排除。
13.作为本发明的进一步改进，所述诱导风机模块包括若干个诱导风机机组、排烟口、送风口、排烟管道以及排烟防火阀；所述诱导风机机组布置于空间的若干部位，所述驱动模块控制所述诱导风机机组的风向、风速及风量大小。
14.作为本发明的进一步改进，每个所述诱导风机机组均设有标签单元，用于存储所述诱导风机机组的型号和空间位置信息，并传送至所述集中控制器，以便所述集中控制器分别运算得到每个所述诱导风机机组的动态排烟运行参数，并进行动态排烟控制。
15.作为本发明的进一步改进，所述消光系数监测单元在需要排烟的空间按平行和垂直两个方向交叉布置，以将需要排烟的空间按照与排烟平行方向划分为n个区域，每个区域内布设有若干个诱导风机模块；每个区域内可得与排烟方向相互垂直方向的消光系数ev和相互平行方向的消光系数ed，根据消光系数ev和消光系数ed可得诱导风机模块的风向和风速与消光系数的相关系数；当调节诱导风机模块的风向和风速能够使得消光系数持续下降时，即可认为当前所调节的数值是合理的，否则则动态改变风向和风速。
16.作为本发明的进一步改进，所述动态排烟系统还包括数据库，用于存储所述每次动态排烟整个时间节点的动态排烟方案，以便所述动态排烟系统的优化改进。
17.为实现上述发明目的，本发明还提供了一种基于空间消光系数测量的动态排烟方法，采用以上所述的基于空间消光系数测量的动态排烟系统进行动态排烟，包括如下步骤：s1.消光系数监测系统实时采集空间不同位置的消光系数，并发送至集中控制器；s2.集中控制器根据步骤s1采集的所述消光系数，判断是否达到排烟阈值，若达到，则对所述消光系数进行处理，得到动态排烟运行参数；s3.动态排烟系统根据步骤s2得到的所述动态排烟运行参数进行动态排烟。
18.本发明的有益效果是：1.本发明提供的基于空间消光系数测量的动态排烟系统，包括集中控制器、消光系数监测系统和动态排烟系统。集中控制器根据消光系数监测系统监测的空间不同位置的消光系数，得到动态排烟运行参数，然后发送至动态排烟系统以控制其进行动态排烟。本发明通过测量空间不同位置的消光系数，全景式的测得不同位置烟气的分布及运动趋势状
况，在此基础上动态改变烟气的排烟口和送风口的风向、风压、送风量等参数，从而实现整个空间内烟气的立体化、无死角清除。
19.2.本发明提供的基于空间消光系数测量的动态排烟系统，以空间的消光系数为动态排烟的调控指标，相比传统的烟气浓度传感测试以及固定式排烟系统，消光系数能够更加准确的反应空间不同位置的烟气分布状况以及运动趋势状况，从而实现定向定点排烟调控，使得整个烟气场不存在死角。而且，由于烟气分布的不均匀性，导致烟气浓度测试存在空间位置的局限性，出现漏检或延迟感应，导致火灾的蔓延。而消光系数检测的是空间中大气对光的响应性，因此通过不同位置布设消光系数监测单元，能够获得全景式的烟气分布状况，从而全面及时的进行动态排烟。本发明为动态排烟提供了一种行之有效的思路和途径，对环境安全工程具有重要意义。
附图说明
20.图1为本发明基于空间消光系数测量的动态排烟系统的结构框图。
21.图2为本发明基于空间消光系数测量的动态排烟系统的原理示意图。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
23.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
24.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
25.请参阅图1所示，本发明提供的一种基于空间消光系数测量的动态排烟系统，包括集中控制器、消光系数监测系统和动态排烟系统。所述集中控制器分别与所述消光系数监测系统和所述动态排烟系统连接，用于根据所述消光系数监测系统监测的空间不同位置的消光系数，得到动态排烟运行参数，然后发送至所述动态排烟系统以控制其进行动态排烟。
26.在实际应用中，基于待部署空间的结构特点，由相关部门进行烟道设计，布设好动态排烟系统和消光系数监测系统，并将集中控制器分别与动态排烟系统和消光系数监测系统通信连接，即可开启监控模式，进行实时动态调节。
27.其中，所述动态排烟系统包括诱导风机模块和用于控制所述诱导风机模块运行的动态排烟控制模块，所述动态排烟控制模块与所述集中控制器连接。集中控制器将动态排烟运行参数发送至动态排烟控制模块，进而控制诱导风机模块的动态运行。
28.具体地，所述动态排烟控制模块包括电源模块、处理器模块、驱动模块和通信模块。电源模块为处理器模块、驱动模块和通信模块供电；所述集中控制器通过所述通信模块与所述动态排烟控制模块连接，从而将动态排烟运行参数发送至处理器模块，优选采用公网服务器与通信模块连接；所述处理器模块与驱动模块相连，用于接收所述动态排烟运行
参数以控制所述驱动模块的运行；所述驱动模块与诱导风机模块相连，用于控制所述诱导风机模块的运行以进行动态排烟。
29.特别地，所述驱动模块包括风向驱动模块、风速驱动模块和风量驱动模块，分别用于控制所述诱导风机模块的风向、风速及风量大小，以实现整个空间内的立体化、无死角烟气排除。
30.相应地，所述诱导风机模块包括若干个诱导风机机组、排烟口、送风口、排烟管道以及排烟防火阀；所述诱导风机机组布置于空间的若干部位，所述驱动模块控制所述诱导风机机组的风向、风速及风量大小。所述排烟口设置在空间的顶部或靠近顶部的墙面上，所述送风口设置在空间的靠近底部的墙面上，在所述排烟防火阀安装在排烟管道入口处。
31.诱导风机是无风道射流诱导通风系统的一部分，它与送风风机、排风风机组成整个系统。其原理是由以系统设计、适当布置的多台诱导风机喷嘴射出的定向高速气流，诱导室外的新鲜空气或经过处理的空气，在无风管的条件下将其送到所要求的区域，实现最佳的室内气流组织，以达到高效经济的通风换气效果。通过改变诱导风机机组的送风口角度和方向，还可以调整冷、热气流的落差，防止了冷风过早进入工作区，导致人体不舒适，也解决了热风难以下送的难题，同时还可以使主气流转向，避免了送风死区的出现，减少了区域温差。
32.特别地，每个所述诱导风机机组均设有标签单元，用于存储所述诱导风机机组的型号和空间位置等信息，并传送至所述集中控制器，以便所述集中控制器分别运算得到每个所述诱导风机机组的动态排烟运行参数，并进行动态排烟控制。集中控制器中预存储有所属空间的整个空间布局信息，如空间结构信息、空间内部部署信息，当遇到火灾等需要排烟场景时，集中控制器根据所属空间的空间布局信息以及实时监测的空间不同位置的消光系数，进行风道规划运算，从而定点得到各个位置的诱导风机机组的动态运行参数，进而实现整个空间的动态排烟。
33.消光系数是大气光学性质的重要参量，它与气溶胶的物理特性有着密切联系，是气溶胶消光系数和气体分子消光系数之和。在低层大气中，气溶胶粒子的消光效应远大于空气分子的消光系数，因而一般情况下可忽略空气分子的消光系数。消光系数的空间分布在一定程度上能够反映大气运动和状态的变化。在火灾过程中，燃烧产物主要包括co2、co、碳氢化合物、炭粒等，燃烧热解也会析出燃料单体、部分氧化产物、聚合链，在蒸气压的作用下，它们会凝结为微小的液相颗粒（二次粒子）。所有这些产物中，炭黑、二次粒子是烟气的主要成分，也是火灾环境下构成pm2.5的主要成分，这部分颗粒对所在空间的消光系数具有重要影响。因此，通过监测空间不同位置的消光系数，能够全景式的获得所在空间的烟气运动和状态的变化状况，集中控制器根据烟气分布及变化趋势，结合火灾烟气运动相关知识和算法，进行风道规划算法，得到最佳的动态排烟运行参数（包括风向、风压、风量等参数），从而控制动态排烟系统改变烟气的排烟口和送风口的角度、送风压力、送风量等参数，最终实现整个空间内的立体化、无死角烟气清除。
34.空间不同位置的烟气浓度增加会降低相应位置的可见度，进而带来消光系数的增加。因此，利用这一效应可以作为排烟系统不同通风模式启动的指标参数，但由于建筑结构的复杂性，烟气的运动呈现复杂多变的形态，包括卷吸、回旋、浓度跃升等。因此，只对空间内单点测量或者个别位置的测量并不能真实反映此时排烟系统的有效性，必须建立整体的
空间测量系统。
35.具体地，所述消光系数监测系统包括分设在空间若干个部位的若干个消光系数监测单元。每个消光系数监测单元对应设有标签单元，用于存储所述消光系数监测单元的空间位置信息，并传送至所述集中控制器，以便所述集中控制器准确获取空间不同位置的消光系数。消光系数监测单元的布设位置由相关技术人员根据待部署空间的结构特点，合理的在相应位置布设；与此同时，获取各消光系数监测单元的空间位置信息，以便定点确定空间不同位置的消光系数，从而更准确的掌握烟气在空间的分布和运动趋势。
36.所述集中控制器获取所述动态排烟运行参数的方法为实时运算获取法或者等级运算调取法。
37.其中，所述实时运算获取法是通过实时监测的所述空间不同位置的消光系数，实时运算得到动态排烟运行参数。此种运算方法对集中控制器的数据处理和运算能力较高，可基于所属空间的结构特点及消防排烟相关理论知识，构建排烟参数与消光系数的关系模型，并对模型进行训练学习，从而得到优化模型，实现实时动态调节。
38.具体地，对于排烟系统而言，整体的目标是引导烟气朝着排烟方向运动，随着烟气浓度减少，消光系数会逐渐降低，但由于烟气运动的复杂性，单个位置所测量得到的消光系数降低并不能代表该位置区域的烟气朝着排烟方向运动。因此，需要将测量结果作为目标函数，动态调节排烟系统中诱导风机的送风压力和送风角度。请参阅图2所示，为保证空间的覆盖性，应当依据送风口和排烟口方向，平行和垂直两个方向布置消光系数测量装置（如图2中的sd1，sd2，
…
，sd
n
及sv1，sv2，
…
，sv
m
），当空间尺寸较大时，可在中间位置增加测量系统。
39.设与排烟方向相垂直布置的测量系统编号依次为sv1，sv2，
……
，sv
m
，所得到的消光系数依次为ev1，ev2，
…
，ev
m
，与排烟方向水平的测量系统编号依次为sd1，sd2，
……
，sd
n
，所得到的消光系数依次为ed1，ed2，
…
，ed
n
。
40.将需要排烟的空间按照与排烟平行方向划分为n个区域，每个区域内对应一个平行消光系数测量系统sd
k
，和一个垂直消光系数测量系统sv
r
，该区域内共有p台诱导风机，每台对应的调节角度为，每台对应的调节风速为，选取任意某一时刻t1，选定第q号诱导风机，可得：式中、为q号诱导风机调节角度和调节风速与消光系数的相关系数，通过上式可以解算出t1时刻对应的相关系数。按照火灾烟气蔓延的基本规律，在空间固定和火源特征固定的情况下，相关系数应当具有稳定性，再选取两个时刻t2、t3，同样可以解算得出相关系数，取平均值，可得：
将上式得出的结果作为第q号风机调节角度和调节风速与消光系数的相关系数。
41.当调节角度和调节风速能够使得消光系数持续下降，即可认为当前所调节的数值是合理的，否则则改变调节角度和调节风速。
42.其中，所述等级运算调取法是预先将消光系数进行等级划分，并将各个等级对应的动态排烟运行参数进行存储，每组动态排烟运行参数及其对应的消光系数等级区间作为一个完整的动态排烟方案进行存储，然后根据实时监测的消光系数对应的等级区间，调取对应的动态排烟方案中的动态排烟运行参数。当监测的消光系数为空间多个位置的消光系数时，每个位置的消光系数均有若干个等级区间，则动态排烟方案的个数应为各个位置的消光系数的等级区间进行排列组合后的总数。等级运算调取法的运算量小一些，缺点是调控准确度低于实时运算获取法。
43.具体地，例如仍按上述技术方案，将需要排烟的空间按照与排烟平行方向划分为n个区域，每个区域k内对应一个平行消光系数测量系统sd
k
和一个垂直消光系数测量系统sv
k
，对应测得的消光系数为ed
k
和ev
k
，每个区域内共有p台诱导风机。在此种空间布设下，对于区域k，将其消光系数ed
k
和ev
k
分别划分为i个等级[ed
k1
,ed
k2
,
…
ed
ki
]和[ev
k1
,ev
k2
,
…
ev
ki
]，等级的下限阈值ed
k1
和ev
k1
为需要开始进行排烟的消光系数阈值。将两组等级进行排列组合，根据上述诱导风机的调节角度和调节风速与消光系数的相关系数的导向关系及理论运算，得到每两组消光系数对应的动态排烟运行参数（包括区域k内p台诱导风机的风向和风速），将其进行存储。当监测到消光系数大于消光系数下限阈值时，即开始调取预存储的方案，进行动态排烟。
[0044]
特别地，所述动态排烟系统还包括数据库，用于存储所述每次动态排烟整个时间节点的动态排烟方案，以便所述动态排烟系统的优化改进。每次排烟完成后，可人工对排烟效果进行评分，并输入集中控制器，集中控制器根据存储的该动态排烟方案，对动态排烟运行参数的运算进行优化升级，从而不断提高动态排烟效果。
[0045]
本发明还一种基于空间消光系数测量的动态排烟方法，采用上述技术方案所述的基于空间消光系数测量的动态排烟系统进行动态排烟，包括如下步骤：s1.消光系数监测系统实时采集空间不同位置的消光系数，并发送至集中控制器；s2.集中控制器根据步骤s1采集的所述消光系数，判断是否达到排烟阈值，若未达到，则不开启动态排烟系统；若达到，则开启动态排烟系统，并对所述消光系数进行处理，得到动态排烟运行参数；当采用等级运算调取法时，根据消光系数等级区间，调取相应的动态排烟方案中的动态排烟运行参数；其中，任一处的消光系数达到排烟阈值，则均需启动动态排烟系统；s3.动态排烟系统根据步骤s2得到的所述动态排烟运行参数进行动态排烟，直至消光系数低于排烟阈值。
[0046]
综上所述，本发明提供的基于空间消光系数测量的动态排烟系统，通过测量空间
不同位置的消光系数，全景式的测得不同位置烟气的分布及运动趋势状况，在此基础上动态改变烟气的排烟口和送风口的风向、风压、送风量等参数，从而实现整个空间内烟气的立体化、无死角清除。相比传统的烟气浓度传感测试以及固定式排烟系统，消光系数能够更加准确的反应空间不同位置的烟气分布状况以及运动趋势状况，从而实现定向定点排烟调控，使得整个烟气场不存在死角。
[0047]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。