基于超长实验隧道内的空调温度控制系统及方法与流程

本发明涉及温度控制，尤其涉及一种基于超长实验隧道内的空调温度控制系统及方法。

背景技术：

1、实验隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。实验隧道是一种专门用于科学实验、技术验证和工程研究的隧道结构。它通常是一个地下通道，由坚固的材料(如混凝土或岩石)构建而成，并具有一定的长度和横断面形状。实验隧道通常用于研究和测试各种工程问题，如气流和水流行为、防洪和排水系统、交通运输和隧道工程、地下排水和岩土力学等，它还可以用于测试新材料、高端仪器和设备的性能，研究和提供解决实际问题的工程技术方案。实验隧道的设计和使用需要严格遵守相关安全标准和规范。

2、公开号为cn218763758u的中国专利公开了一种地铁盾构环境分区控制空调系统，通过新风系统向新风送风总管道内输送地表新风，并利用第一送风支管向盾构实验隧道的一般控制区输送一部分地表新风，采用新风送风的方式承担一般控制区内设备的散热负荷，以保证设备正常运行，同时利用降温型管道除湿机对另一部分地表新风进行降温除湿处理后输送至盾构实验隧道内严格控制区的多个岗位空调送风口，采用岗位空调系统对严格控制区的环境进行降温除湿处理，以满足工作人员的热舒适性需求。通过对盾构实验隧道的一般控制区采取新风送风方式降温、对严格控制区采取岗位空调系统进行降温除湿处理，上述专利虽然解决了实验隧道温度控制的问题，但是在实际操作中还存在以下问题：

3、1.实验隧道内设置的单个空调箱无法满足满负荷的要求，从而使制冷或制热难实现实验隧道均匀恒温；

4、2.对实验隧道温度采集时，没有精准的对实验隧道各个区域温度的实时情况进行获取，从而导致后期温度控制不稳定；

5、3.测温装置的性能没有进行有效的获取，从而使测温装置失灵后无法进行测温导致温度无法进行控制；

6、4.对空调送风温度进行控制时，没有根据实际实验隧道的温度进行具体温度的控制，从而导致温度控制不精准，且稳态控制精度较低。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于超长实验隧道内的空调温度控制系统及方法，以解决上述技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于超长实验隧道内的空调温度控制系统，实验隧道的两端分别设置有工作井，两个所述工作井内分别设置有空调箱，

3、所述实验隧道内设有两个挡板，两个挡板之间的隧道空间为封闭试验区；所述空调箱的送风总管伸入所述封闭试验区内，所述封闭试验区内的送风总管上设有多个均匀分布的送风口，每个送风口对应安装一个末端送风风阀；所述空调箱的回风总管连通至所述挡板上的开口；所述送风总管和回风总管内以及所述封闭试验区内分别设有多个温度传感器；

4、所述送风总管内设置有冷盘管水阀和热盘管水阀，所述冷盘管水阀和热盘管水阀分别与冷水管和热水管连接；

5、该系统包括控制器、交换机、服务器以及客户端，所述服务器和客户端通过所述交换机与所述控制器连接，所述控制器基于所述温度传感器的检测结果控制所述冷盘管水阀、热盘管水阀以及末端送风风阀的开度。

6、较佳地，所述封闭试验区内还设有多个电加热装置，多个所述电加热装置分别与所述控制器的输出端连接。

7、较佳地，所述空调箱采用定风量空调系统。

8、本发明还提供了一种基于超长实验隧道内的空调温度控制方法，应用于如上所述的基于超长实验隧道内的空调温度控制系统中，包括如下步骤：

9、步骤1：所述温度传感器采集所述送风总管和回风总管的风管温度数据，和所述封闭试验区内的环境温度数据；

10、步骤2：基于误差大小，选择模糊控制方式或串级pid控制方式，控制所述冷盘管水阀和热盘管水阀的开度；

11、步骤3：计算所述封闭试验区内的实时环境温度梯度，与所述目标温度进行对比反馈，调节所述末端送风风阀的开度。

12、较佳地，步骤1还包括对采集完成后对温度数据进行评估分析，判断所述温度数据是否为合格数据，包括：

13、步骤s111：将实时监测出的温度数据进行a/d转换，得到温度模拟信号；

14、步骤s112：将温度模拟信号的信号频率选择对应的投放频域，并获得温度模拟信号对应的高精度估计结果；

15、步骤s113：确认高精度估计结果是否符合实验隧道中温度监测区域的发热规律，若是，则确认温度模拟信号初步符合标准；若否，则确认温度模拟信号不符合标准。

16、较佳地，判断所述温度数据是否为合格数据的过程还包括：

17、步骤s114：将确认初步符合的温度模拟信号划分为多个信号帧；对每个信号帧进行奇异谱分解获得该信号帧对应的奇异谱分量；计算每个信号帧对应的奇异谱分量的样本熵；

18、步骤s115：根据每个信号帧对应的奇异谱分量的样本熵对每个信号帧进行特征点检测，获取检测结果；

19、步骤s116：根据检测结果确认每个信号帧对应的温度特征相关参数；将每个信号帧对应的温度特征相关参数进行排列组合以获得温度模拟信号对应的温度特征相关参数集；

20、步骤s117：获取温度特征相关参数集对应的特征矢量；利用特征矢量进行模型构建，获取温度参数估计模型；利用温度参数估计模型对温度模拟信号进行温度参数追踪，获取追踪结果；

21、步骤s118：根据追踪结果确认温度模拟信号中温度参数的相关性指数；基于相关性指数筛选出温度模拟信号中的温度参数相关信号值；确定温度参数相关信号值的时序变化情况，根据时序变化情况判断温度参数相关信号值的稳定性；

22、步骤s119：确认稳定性是否大于等于预设阈值，若是，则确认温度模拟信号进一步符合标准；否则，确认温度模拟信号不符合标准，并将不符合标准的温度模拟信号与温度监测区域进行对应，将该区域进行异常标注。

23、较佳地，获取温度数据的方法包括：

24、步骤s121：定义所述送风总管与所述回风总管之间的区域为温度监测区域，将所述温度监测区域划分为多个等面积的子区域，获取每个子区域对应的实验隧道的厚度和密度参数；

25、步骤s122：根据获取的实验隧道的厚度和密度参数确认该子区域中实验隧道的放热系数和吸热系数；

26、步骤s123：根据每个子区域的密度参数确认该子区域中的最大吸热温度，将最大吸热温度与实验隧道厚度进行参数计算，获取该子区域中实验隧道内部的空间温度。

27、较佳地，针对每个所述温度传感器，基于其物理参数调整其安装位置，包括：

28、步骤s131：获取每个温度传感器的物理参数，根据物理参数确认温度传感器的每个温度阈值内的灵敏度；

29、步骤s132：根据每个子区域的热量辐射率和该子区域的最大吸热温度计算出该子区域的最大辐射热量；所述热量辐射率为实验隧道构建时获取的参数数据，并且通过所述实验隧道内的工况变化进行实时调整；

30、步骤s133：将每个温度传感器对应的子区域中的最大辐射热量进行确认，根据最大辐射热量确定该子区域中温度传感器的目标灵敏度；

31、步骤s134：根据温度传感器的目标灵敏度计算出每个温度传感器在子区域中的工作性能指数；

32、步骤s135：根据每个温度传感器的体积和温度传感器安装的子区域面积，确定该温度传感器的安装位置，并将确认完成位置的温度传感器进行唯一编号标注。

33、较佳地，步骤2包括：响应于误差大小在预设的大误差范围内，则采用模糊控制；响应于误差大小在预设的小误差范围内，则采用串级pid控制。

34、较佳地，步骤3包括：

35、步骤311：获取实验隧道内表面的传热系数、实验隧道流体温度以及实验隧道壁面温度，并根据实验隧道内表面的传热系数、实验隧道流体温度以及实验隧道壁面温度计算实验隧道当前的实际温度梯度；

36、步骤312：获取实验隧道中的需求温度梯度，并根据实验隧道中的需求温度梯度与实验隧道当前的实际温度梯度之间的差值，对实验隧道进行风口送风量的评估，获得目标风口送风量；

37、步骤313：获取预设送风时长，并根据目标风口送风量确定对实验隧道风口进行送风时的送风速率；

38、步骤314：根据送风速率，计算对实验隧道口进行送风的目标推力；

39、步骤315：基于目标推力生成控制指令，所述控制器根据控制指令控制所述空调温度控制系统进行送风操作。

40、与现有技术相比，本发明提供的基于超长实验隧道内的空调温度控制系统及方法具有如下优点：

41、1、本发明提供的空调温度控制方法，采用左右两个空调箱，能够满足满负荷的要求，通过风口送风量以及送风温度的调整能够优化实现实验隧道的封闭试验区内波动为±0.1℃的恒温效果，进一步精细化调整温度的控制精度；

42、2、本发明通过在风管内加入电加热装置，用于辅助提高实验隧道环境温度的稳定度，减小了实验隧道内风量波动的影响；

43、3、本发明中，空调送风温度的控制采用模糊-串级pid控制方式，将实验隧道平均温度与送风温度作为系统反馈因素，调控冷热盘管水阀，能使系统精确控温的动作更灵敏、反应速度加快、调节更为及时，有效改善控制质量；

44、4、本发明通过计算实验隧道当前的温度梯度，从而可以有效实现对风口送风量的评估，进而确定对实验隧道风口进行送风时的送风速率，从而有效计算得出对实验隧道口进行送风的目标推力，有效实现对实验隧道空调设备的智能控制，提高了实验隧道空调设备的智能性以及有效性。