一种地面风机房类型隧道通风系统及控制系统、方法

本发明涉及隧道配套设施，具体涉及一种地面风机房类型隧道通风系统及控制系统、方法。

背景技术：

1、目前纵向通风是我国公路隧道的主流通风方式，长度超过6000m的高速公路隧道几乎均采用通风井送排式分段纵向通风。根据隧道现场实际情况，结合环保、地形、征地、电力等方面，该通风方式风机房类型可分为地下风机房(如图1所示)和地面风机房(如图2所示)两种，从工程施工养护与环保的角度出发，地面风机房施工难度小，费用低，对主洞干扰小，但征地较多，对附近居民生活和生态环境影响大(山岭隧道不考虑该影响因素)；地下风机房控制养护方便，征地小，有利于环境保护，但工程施工难度大，造价高，风机工作环境相对恶劣，设备使用寿命相对较短。从正常运营节能出发，现阶段国内设置地面风机房的长大隧道均采用隔板(包括水平和竖直隔板，如图4所示)分离独立通风，该方法可实现精确向隧道送排风的目的，但隔板的存在会增加施工成本、拖慢施工进度且会进一步占据通风井内部净空；而采用地下风机房的隧道，可将通风井内部的水平隔板取消，如图3所示，由通风井送入两线联络风道内的新鲜风以及两线联络风道排向通风井内的污染风均可共用通风井(包括斜井、横洞等)内部空间，大幅降低了井内隔板施工难度，减小施工成本，同时增大了通风井内部净空。综合考虑施工、运营、安全、养护等方面，国内长大公路隧道大多采用地面风机房形式，从2003年以来，国内也开始设置地下风机房。

2、因此，为了降低施工难度，有必要设计一种新的隧道通风系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种地面风机房类型隧道通风系统，在地上风机房方案的基础上减少隔板的设置，仅仅在风井内设置一个隔板，降低施工难度，且通过设置风量限定装置，在节约运营能耗的同时增加新鲜风利用率。

2、此外，本发明还提高用于控制隧道风量的控制系统和方法，以实现对隧道内各段风量的自动控制。

3、本发明通过下述技术方案实现：

4、一种地面风机房类型隧道通风系统，包括若干设置在地面上的斜井或横洞，斜井或横洞包括风井和联络风道，风井一端与地面风机房连接，另一端对应设置两个联络风道，联络风道用于向主隧道内通入新鲜风和导出主隧道内的污染风；风井内设置一隔板将风井分隔形成送风井和排风井，两个联络风道内分别设置一隔板将联络风道分隔形成送风风道和排风风道，送风风道与送风井连通，排风风道与排风井连通；其中一个联络风道中的送风风道和排风风道分别用于隧道左线和隧道右线的送风和排风；另一个联络风道中的送风风道和排风风道分别用于隧道右线和隧道左线的送风和排风；

5、还包括设置在送风风道的出风口和排风风道的进风口的风量限定装置。

6、现有的地面风机房类型隧道的风井内设置有两个垂直的隔板(竖直隔板和水平隔板)，如图4所示，通过两个垂直设置的隔板将风井分隔为右线排风井、右线送风井、左线排风井、左线送风井，实现了分离独立通风，可实现精确向隧道送排风的目的，但风井内同时设置两个垂直的隔板的存在会增加施工成本、拖慢施工进度且会进一步占据通风井内部净空。

7、本发明在现有技术的基础上，在风井内取消一个隔板，仅仅采用一个隔板将风井分隔形成送风井和排风井，隧道左线和右线共用一个送风井、左线和右线共用一个排风井，简化了风井内的结构，降低了风井施工难度，同时提高了风井内部净空，更利于排风和送风。

8、并且，本发明通过在送风风道的出风口和排风风道的进风口的风量限定装置，该风量限定装置能够对送风风道的送风量和和排风风道的出风量进行调节，实现了在节约运营能耗的同时增加新鲜风利用率。

9、在一种可实现方式中，风井中的隔板为竖直隔板，竖直隔板用于将风井分隔形成呈左右设置的送风井和排风井，隧道左线和右线共用一个送风井，左线和右线共用一个排风井。

10、在一种可实现方式中，联络风道内中的隔板为水平隔板，水平隔板用于将联络风道分隔形成呈上下设置的送风风道和排风风道。

11、进一步地，风量限定装置包括风门或风窗。

12、用于上述地面风机房类型隧道通风系统的控制系统，包括：

13、etc门架系统，用于监测当前时段进入隧道的交通量和交通组成；交通量指的是某一时段隧道内车辆总数，交通组成分为：小车、中车、大车、拖挂车，这些车中又分为汽油车和柴油车，汽油车尾气中产生的co(一氧化碳)较多，柴油车尾气中产生的vi(烟雾)较多；

14、污染物浓度传感器，用于监测隧道内污染物浓度，污染物包括一氧化碳和烟雾；

15、主隧道风速传感器，用于监测隧道各分段的实时风速；

16、联络风道风速传感器，用于监测联络风道的实时风速；

17、理论需风量计算模块，用于根据公路隧道通风设计细则，结合特定工程的基本信息计算理论需风量；

18、隧道内检测需风量计算模块，与污染物浓度传感器通信连接，用于根据隧道内污染物浓度监测结果计算隧道内检测需风量；

19、修正模块，对比理论需风量和检测需风量对设计细则公式进行修正得到适用于特定隧道的需风量计算修正系数，所述修正系数用于修正隧道总需风量；

20、分段需风量计算模块，基于修正后的隧道总需风量，按照隧道各分段长度和纵坡计算出各分段需风量；

21、实时通风量计算模块，基于联络风道的实时风速，计算联络风道内的实时通风量，通风量包括送风量和排风量；

22、分段新鲜风量计算模块，基于联络风道内的实时通风量，计算隧道各分段的新鲜风量；

23、控制单元，通过比较各分段的需风量和新鲜风量，判断时是否调整风量限定装置；以及用于控制调整风量限定装置使各分段的新鲜风量满足要求。

24、本发明所述控制系统能根据隧道内的实时状况自动调节输隧道内的风量。

25、进一步地，特定工程的基本信息包括隧道所在高速公路等级、隧道夏季平均气温、隧道设计海拔高度和隧道长度。

26、进一步地，分段新鲜风量计算模块的计算过程为：

27、先基于联络风道的排风量和上游段总风量计算当前段的排风比；基于上游段新鲜风量、上游段污染风量、当前段的联络风道的送风量和排风比计算隧道当前段的新鲜风量，当前段的新鲜风量等于上游段新鲜风量与上游段污染风量的差值与排风比的权重的乘积再加上当前段的联络风道的送风量，其中，排风比的权重为1与排风比的差值。

28、进一步地，还包括：

29、存储模块，用于存储基础数据，基础数据包括公路隧道通风设计细则和特定工程的基本信息。

30、进一步地，还包括：

31、显示模块，用于显示隧道内各分段的新鲜风量和需风量。

32、基于上述控制系统的控制方法，包括以下步骤：

33、s1、基于控制系统计算出隧道内各分段的新鲜风量和需风量；

34、s2、当控制系统判断出某段的新鲜风量小于需风量时，控制单元控制当前段对应的风量限定装置进行调整，直到当前段的新鲜风量等于或略大于实时需风量后停止调整，循环进入下一通风时段。

35、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

36、1、本发明地上风机房方案的基础上取消通风井水平隔板，采用一个竖直隔板将风井分隔形成呈左右设置的送风井和排风井，隧道左线和右线共用一个送风井，左线和右线共用一个排风井，降低了风井的施工难度，同时提高了风井的净空间，且通过设置风量限定装置，在节约运营能耗的同时增加新鲜风利用率。

37、2、本发明所设置控制系统能根据隧道内的实时状况自动调节输隧道内的风量，确保隧道内的新鲜风量符合要求。