基于温度自适应的通风柜控制方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及通风设备智能控制，更具体地说，本发明涉及基于温度自适应的通风柜控制方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、通风柜作为实验室中关键的安全防护设备，其核心作用是通过可控排风将实验过程中产生的有毒、有害、刺激性或高温污染物及时排出，防止污染物外溢，保障操作人员人身安全。传统通风柜控制方式多以固定面风速或固定排风量运行，无论柜内是否存在热源、热源大小及热羽流强弱，均维持恒定排风。这种控制方式不仅能耗高、运行成本大，且对柜内动态热工况适应性差，安全裕度设置不合理：热源较强时易出现热羽流外溢、污染物泄漏；热源较弱或无热源时排风过量，造成能源浪费。

2、目前已有的方案主要是基于面风速反馈的变风量（vav）控制，通过实时检测操作口风速调节排风量，维持风速恒定，该方法仅关注操作口气流状态，未对柜内温度场、热源分布及热羽流特征进行感知，在实际使用时，仍旧存在一些缺点：

3、一是单一排风管道温度检测难以反映柜内热源的空间分布特征，热羽流的形成与热源的高度、水平位置以及柜内垂直温度梯度密切相关，仅依赖管道入口温度无法区分热源是位于操作台面还是靠近排风口，也无法识别多热源或非对称热源布局，导致排风量调节缺乏针对性，易出现局部污染物逃逸或过度排风；

4、二是现有温度反馈控制缺乏对热源功率变化趋势的动态预测能力，传统方法仅在温度超过绝对阈值后触发排风量提升，属于滞后响应，对于热源快速升温场景，排风量响应延迟明显，可能在温度超调前污染物已溢出操作口，存在安全风险；

5、三是现有变风量控制方法在视窗开度变化与温度场变化之间缺乏协同优先级管理，当视窗快速向上移动时，操作口面积增大，传统方法仅按比例增加排风量，但未考虑视窗移动前后热羽流强度的动态变化，可能导致热浮力驱动污染物流出；反之，视窗快速下移时排风量骤降，可能破坏热羽流卷吸能力，造成污染物在柜内积聚；

6、四是现有技术中排风量的计算通常基于固定安全系数或经验设定值，未建立基于热羽流卷吸机理的动态排风量模型，对于高温热源，热浮力驱动的羽流会显著改变柜内气流结构，传统vav控制以维持固定面风速为目标，无法直接反映热羽流对污染物抑制的实际需求，造成安全余量不足或能效低下。

7、综上所述，现有通风柜控制方法在热源空间定位、热羽流动态识别、排风量机理建模以及多模式协同调节方面存在明显技术不足，亟需一种基于温度自适应的智能控制方案，以提升通风柜对热源变化的响应速度、污染物抑制能力与运行能效。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供基于温度自适应的通风柜控制方法、系统、设备及介质，通过以下方案，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于温度自适应的通风柜控制方法，包括：

3、s1：在通风柜内部布置多个温度传感器，所述多个温度传感器分布于不同高度层且每层至少包含两个水平位置点，通过采集各传感器的温度值构建通风柜内部的三维温度场模型；

4、s2：根据三维温度场模型计算垂直温度梯度和水平温差，当垂直温度梯度超过预设阈值时判断存在热羽流，并利用水平温差确定热源的位置、利用最大温度梯度所在层确定热源的高度，根据温度随时间的变化率判断热源功率的变化趋势；

5、s3：建立热羽流卷吸模型，根据热源的位置、高度、通风柜视窗开度以及柜内平均温升，计算维持污染物抑制的理论最小安全排风量，并根据热源功率的变化趋势动态修正安全系数，获得动态最小安全排风量；

6、s4：设定安全温度上限和节能温度下限，比较柜内实测温度与所述安全温度上限、节能温度下限的关系：

7、若柜内最大温度低于节能温度下限且持续时间超过预设时间长度，则进入节能模式，降低实际排风量对于动态最小安全排风量的比例；

8、若柜内最大温度大于安全温度上限或温度变化率超过预警阈值，则进入强排模式，增加实际排风量对于动态最小安全排风量的比例；

9、其他情况保持正常模式，以动态最小安全排风量运行，并采用温度变化率作为前馈量，对风机进行调节；

10、s5：实时监测通风柜操作口的风速，当实际风速与设定值的偏差超过预设偏差阈值时，对排风量进行积分校正；当通风柜视窗开度变化时优先响应视窗开度变化调整排风量，再根据三维温度场模型进行微调。

11、优选的，所述基于温度自适应的通风柜控制系统，其特征在于，包括：

12、温度传感器阵列模块：在通风柜内部布置多个温度传感器，温度传感器分布于不同高度层且每层至少包含两个水平位置点，通过采集各传感器的温度值构建通风柜内部的三维温度场模型；

13、热源特征识别模块：根据三维温度场模型计算垂直温度梯度和水平温差，当垂直温度梯度超过预设阈值时判断存在热羽流，并利用水平温差确定热源的位置、利用最大温度梯度所在层确定热源的高度，根据温度随时间的变化率判断热源功率的变化趋势；

14、热羽流模型计算模块：根据热源的位置、高度、通风柜视窗开度以及柜内平均温升，计算维持污染物抑制的理论最小安全排风量，并根据热源功率的变化趋势动态修正安全系数，获得动态最小安全排风量；

15、模式切换与前馈控制模块：设定安全温度上限和节能温度下限，比较柜内实测温度与所述安全温度上限、节能温度下限的关系：

16、d401：若柜内最大温度低于节能温度下限且持续时间超过预设时间长度，则进入节能模式，降低实际排风量对于动态最小安全排风量的比例；

17、d402：若柜内最大温度大于安全温度上限或温度变化率超过预警阈值，则进入强排模式，增加实际排风量对于动态最小安全排风量的比例；

18、d403：其他情况保持正常模式，以动态最小安全排风量运行，并采用温度变化率作为前馈量，对风机进行调节；

19、面风速反馈与视窗协同模块：当实际风速与设定值的偏差超过预设偏差阈值时，对排风量进行积分校正；当通风柜视窗开度变化时优先响应视窗开度变化调整排风量，并根据三维温度场模型进行微调；

20、可视化无人自控模块：实时显示三维温度场、热源位置及动态排风量，提供参数阈值设置、模式状态指示，支持历史数据回溯与异常预警。

21、优选的，一种电子设备，包括处理器、通信总线、用户接口、网络接口以及存储器，处理器执行存储器存储的计算机可执行指令，以使所述电子设备执行上述基于温度自适应的通风柜控制方法的计算机程序。

22、优选的，一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行上述基于温度自适应的通风柜控制方法的计算机程序。

23、本发明的技术效果和优点：

24、1、本发明通过多层多点温度传感器阵列构建通风柜内部实时三维温度场模型，能够完整还原柜内温度分布，精确计算垂直温度梯度与水平温差，实现热羽流识别、热源水平定位、热源高度精确定位及热源功率趋势判断，相比传统单点或少量温度检测方式，解决了热源位置不准、热羽流漏判、温度波动误判等问题；

25、2、本发明建立热羽流卷吸模型，综合热源位置、高度、柜内平均温升、视窗开度等多参数，计算维持污染物抑制的理论最小安全排风量；并基于热源功率趋势、热羽流强度、视窗变化率等动态修正安全系数，获得动态最小安全排风量，避免了传统固定安全系数导致的安全冗余不足或过度排风浪费；

26、3、本发明设置正常、节能、强排三种运行模式，依据柜内最大温度、温度变化率与预设阈值自动切换：高温热异常时进入强排模式快速抑制污染物；低温稳定工况时进入节能模式降低排风量；常规工况以动态最小安全排风量运行，同时引入温度变化率前馈控制，提前预判热源变化、抑制温度超调，解决了传统控制响应滞后、能耗偏高、极端工况安全性不足的问题；

27、4、本发明实时监测操作口风速，通过积分校正消除风速偏差，保证操作口气流稳定；对视窗开度变化采取最高优先级前馈响应，开度突变时快速调整排风量，移动结束后再结合三维温度场微调，明确强排模式、视窗前馈、温度模式的优先级逻辑，解决了传统控制视窗变化响应慢、风速波动大、多控制逻辑冲突的缺陷。