葡萄酒酒窖环境智能监测

一、方案介绍

葡萄酒酒窖环境智能监测方案是一套面向葡萄酒生产企业、精品酒庄、地下酒窖、葡萄酒陈酿中心及储酒设施建设的物联网环境监测与智能管理系统。方案以酒窖温度、酒窖相对湿度、二氧化碳（CO₂）浓度、储罐温度、储罐液位及设备运行状态为核心监测参数，综合应用工业传感器、智能数据采集、无线通信、设备状态识别、异常预警及工业物联网管理技术，实现酒窖环境、储酒工艺和设备运行状态的连续监测与集中管理。

葡萄酒生产和储存过程对环境条件具有一定要求。不同葡萄酒类型、酒体状态、陈酿容器、储存周期及生产工艺，对温度控制、环境湿度、通风条件和储罐管理的要求并不相同。环境温度波动可能影响葡萄酒储存稳定性及陈酿变化过程；环境湿度不合理可能影响木桶、软木塞、包装材料及酒窖建筑环境；发酵和部分气体使用工艺产生或释放的二氧化碳，如果在通风不足的空间内积聚，则可能形成严重的人员安全风险。

与此同时，葡萄酒生产企业通常配置不同容积的发酵罐、储酒罐、恒温储罐以及冷却、通风、循环和输送设备。储罐内部温度、液位及配套设备运行状态直接关系到生产过程监控、酒液管理和设备运维。传统依靠人工巡检、现场温度计、机械液位计和分散控制系统的管理方式，难以完整掌握多个酒窖、多个储罐及不同设备之间的运行状态。

本方案采用“环境实时感知—储罐过程监测—设备状态采集—工业数据传输—异常识别分析—智能预警与辅助控制”的技术路线，将酒窖空间环境、酒液温度、储罐液位和关键设备运行信息整合至统一管理平台，建立覆盖日常生产、酒液储存、设备运维和安全管理的数字化监测体系。

系统通过连续监测酒窖温湿度变化，辅助维持适宜的储存与陈酿条件；通过CO₂浓度监测，及时识别人员活动区域可能存在的气体积聚风险；通过储罐温度与液位监测，掌握酒液储存状态及异常变化；通过设备运行监测，识别制冷、通风、循环及输送设备的启停、故障和异常工况。

方案可根据实际项目规模采用独立监测站、分布式采集网络或与现有控制系统集成的建设方式，支持从单个酒庄酒窖扩展至多建筑、多酒窖、多储罐和多生产区域的统一管理。

二、项目背景与行业痛点

2.1 葡萄酒储存陈酿对环境稳定性的要求

葡萄酒在储存和陈酿过程中，温度变化会影响酒液中多种化学和物理过程。对于需要长期陈酿的葡萄酒，维持相对稳定并符合工艺要求的温度环境，有利于提高储存管理的一致性，减少不必要的温度波动。

不同葡萄酒及陈酿方式的适宜温度并不完全一致。采用橡木桶陈酿、密闭不锈钢罐储存以及成品瓶储的场景，应根据实际工艺要求分别确定温度目标和控制策略，而不能简单采用统一固定温度。

2.2 酒窖湿度管理具有差异性

相对湿度是酒窖环境管理的重要参数。对于橡木桶陈酿，空气湿度变化可能影响木桶水分交换和酒液蒸发过程；对于软木塞封瓶储存，包装和储存方式也可能影响湿度管理需求。

环境湿度过高可能促进建筑表面结露、霉菌生长及包装材料受潮。湿度过低则可能增加部分木质储存容器的水分损失。因此，湿度控制应综合考虑酒液容器、储存周期、建筑条件和卫生管理需求。

2.3 发酵过程可能产生CO₂积聚风险

葡萄汁酒精发酵过程中，酵母将糖转化为乙醇和二氧化碳。大量二氧化碳可能通过发酵罐排气、管道、阀门、设备清理或其他工艺过程进入生产空间。

二氧化碳为无色、通常无明显气味的气体，在通风不良的地下空间、低洼区域及局部受限空间内可能出现危险浓度积聚。CO₂浓度升高会对人员健康和生命安全造成威胁，并可能与缺氧风险同时存在。

由于不能依靠嗅觉识别CO₂危险，酒窖及发酵区需要根据实际风险评估设置可靠的气体监测、声光报警及通风安全措施。

2.4 储罐温度监测分散

葡萄酒生产企业可能配置不同容量和用途的储罐。若仅依靠人工读取现场温度计，容易出现数据记录不连续、异常升温发现不及时和不同储罐历史数据无法统一分析的问题。

2.5 储罐液位管理缺少连续记录

储罐液位变化可能与正常灌装、转罐、取样、补液及生产操作有关，也可能与液位仪表故障、异常输送或泄漏有关。

没有连续液位记录和操作关联信息时，管理人员难以快速区分正常生产变化与异常情况。

2.6 设备运行监测不足

酒窖制冷设备、通风设备、循环泵、输送泵及相关控制阀门等设备可能分布在不同区域。传统人工巡检无法连续掌握所有设备的运行时间、启停状态和故障信息，容易延长设备故障发现时间。

2.7 安全监测和生产监测相互独立

部分酒庄的环境温度、储罐液位、制冷设备和CO₂报警系统分别运行，缺少统一的数据展示与管理界面，难以分析环境变化与设备工作状态之间的关系。

三、建设目标与监测目标

3.1 总体建设目标

建设覆盖酒窖环境、储酒容器、关键设备及人员活动区域的综合监测网络，实现温湿度、CO₂浓度、储罐温度、液位及设备运行状态的实时采集、集中存储、趋势分析、异常报警和历史追溯。

3.2 酒窖温湿度监测目标

连续监测不同酒窖、储存区域和陈酿区域的环境温度与相对湿度，记录实时数值、最高最低值、日变化幅度及持续异常时间，为酒窖环境调节提供依据。

3.3 CO₂浓度安全监测目标

对发酵区、储罐区、地下酒窖、低洼区域及其他经风险评估确定的CO₂积聚关注位置实施连续监测，及时识别CO₂浓度升高和潜在人员暴露风险。

CO₂安全监测系统应结合现场风险确定传感器量程、安装高度、数量、报警方式和供电可靠性。对于存在高浓度积聚可能的区域，不得以普通室内空气质量CO₂传感器替代专用安全气体检测设备。

3.4 储罐温度监测目标

连续获取发酵罐、储酒罐和恒温储罐的酒液温度或经验证具有代表性的工艺温度，掌握储存过程的温度波动及异常变化。

3.5 储罐液位监测目标

监测储罐内液位高度或经换算后的酒液体积，记录液位变化趋势，并对异常高液位、低液位及异常液位变化进行提示。

3.6 设备运行状态监测目标

采集制冷设备、通风设备、输送泵、循环泵和关键阀门的运行、停止、故障及反馈状态，建立关键设备运行档案。

3.7 智能预警目标

构建环境异常、气体安全、储罐温度、液位变化和设备故障等多类别预警规则，实现异常事件的及时识别、消息通知和处置记录。

四、监测需求分析

4.1 酒窖温湿度监测需求

酒窖环境温度监测应具有较好的连续性和稳定性，并根据不同储存区域分别配置适宜的工艺目标范围。

相对湿度监测应考虑酒窖长期高湿环境、墙体结露、传感器污染和湿敏元件漂移等因素，选择适合长期运行的工业传感器。

4.2 CO₂浓度监测需求

CO₂安全监测应覆盖经风险评估确定的潜在积聚区域和人员可能暴露位置。固定式检测器应具备适宜的检测范围、响应速度、故障报警功能及必要的现场声光报警能力。

对于可能存在高浓度CO₂的发酵空间，宜使用适用于安全监测的固定式红外CO₂检测设备，传感器量程应覆盖预警与危险浓度范围。

监测点布设不能仅依据CO₂密度高于空气这一特性机械确定。实际气体分布受到排放位置、通风、室内气流、设备布置和空间结构影响，应通过现场风险评估设计监测点。

4.3 储罐温度监测需求

储罐温度监测应明确测量对象是酒液温度、罐壁温度还是夹套介质温度。对于需要反映实际酒液温度的场景，应优先选择适当的卫生型插入式测温结构或经过验证的测量方案。

储罐温度传感器及过程连接材料应符合酒液接触场景的卫生和耐腐蚀要求。

4.4 储罐液位监测需求

液位监测方式应依据储罐结构、罐内压力、酒液性质、泡沫情况及卫生管理要求确定。

对于常压储酒罐，可根据具体条件选用静压式、雷达式或其他适用液位检测技术。对于带压或存在发酵气体的罐体，应核查仪表的压力等级、密封结构及实际安装条件。

4.5 设备状态监测需求

应至少监测关键设备的运行、停止和故障状态。对于需要精细化管理的设备，可增加工作电流、运行时长、启停次数、控制命令及执行反馈等信息。

4.6 多区域统一管理需求

软件平台应支持不同酒窖、储罐编号、设备编号及工艺区域之间的关联管理，并能够按照区域、设备和时间检索历史数据。

五、总体方案设计

5.1 总体技术路线

系统采用“现场传感器—数据采集控制器—工业通信网络—管理服务器—风险分析与预警平台”的技术路线。

酒窖环境区域部署温湿度和CO₂浓度监测设备；储罐区域部署储罐温度、液位传感器；设备间及工艺区域采集制冷机、风机、泵和阀门的运行状态。

各类监测信息通过RS485、模拟量、开关量或适配的工业通信接口接入数据采集系统，经有线工业网络、4G或其他适宜通信方式上传至服务器。

5.2 分层系统架构

现场感知层负责获取环境、储罐及设备原始数据；数据采集层负责信号转换、时间同步与数据缓存；网络层负责数据传输；平台层负责数据存储、计算与预警；应用层面向管理人员提供监测展示、设备管理和报警处置功能。

5.3 环境与工艺分区管理

系统应区分酒窖空间环境参数与储罐内部工艺参数。环境温湿度用于分析储存空间条件，储罐温度用于描述酒液或指定过程部位的温度状态。

不同测量对象不能简单互相代替。例如，酒窖空气温度稳定，并不必然代表所有储罐内酒液温度完全相同。

5.4 安全报警与管理平台协同

CO₂安全报警宜采用能够独立运行的现场安全报警回路，确保管理服务器故障、网络中断或云平台不可用时，必要的现场报警和经安全设计确认的通风联动仍然有效。

统一管理平台可以集中显示CO₂浓度和报警记录，但不应成为关键气体安全保护功能的唯一依赖环节。

5.5 系统核心参数表

监测类别	核心参数	主要输出	应用目的
酒窖环境	环境温度	实时温度、波动幅度、异常持续时间	储存环境管理
酒窖环境	相对湿度	实时湿度、湿度趋势	陈酿及环境维护
气体安全	CO₂浓度	实时浓度、报警事件、浓度变化	人员暴露风险预警
储罐工艺	储罐温度	酒液温度、温度变化、异常记录	工艺温度管理
储罐工艺	液位	液位高度、体积估算、变化趋势	库存及液位异常管理
设备管理	设备运行状态	启停、故障、反馈、运行时长	设备运维及异常分析

六、系统组成与技术架构

6.1 酒窖环境温湿度监测子系统

环境温湿度监测子系统由工业温湿度传感器、安装附件和数据采集接口组成，用于监测酒窖内空气温度与相对湿度。

监测点宜布设在具有代表性的储存区域，避免直接紧邻空调出风口、加湿设备喷口、外墙局部冷桥和其他容易造成局部测量偏差的位置。

6.2 CO₂浓度安全监测子系统

CO₂浓度监测子系统由工业级气体检测器、现场声光报警装置、必要的控制与联锁模块及数据通信接口组成。

对于发酵气体聚集风险明显的空间，应通过风险评估确定检测器数量、监测高度、报警阈值、响应时间和故障安全机制。

6.3 储罐温度监测子系统

储罐温度监测可采用卫生型热电阻、温度变送器和适配的罐体过程连接结构，实现对储罐指定测点的温度测量。

对于不同容量、不同结构及不同工艺用途的储罐，可按工艺需要配置单点或多点温度监测。

6.4 储罐液位监测子系统

液位监测子系统可采用卫生型雷达液位计、静压液位变送器或其他适用仪表，并结合罐体几何参数进行液位与体积转换。

系统支持液位实时显示、历史趋势查询和上下限预警。

6.5 设备运行状态监测子系统

通过设备控制柜的运行反馈、故障触点、继电器状态、工业通信接口或适宜的电气测量设备采集设备状态信息。

对已有控制系统的设备，应优先使用经设备制造商支持的通信接口，避免未经评估直接改动原有设备电气回路。

6.6 现场数据采集与通信子系统

现场采集控制器支持RS485、模拟量输入和数字量输入等接口，负责统一采集传感器数据、记录设备时间、执行数据质量检查和上传监测信息。

6.7 软件平台与报警服务

软件平台由实时数据接入、历史数据库、设备管理、预警规则、报表分析和用户权限等模块组成。

七、监测方法与工作原理

7.1 酒窖温度监测原理

酒窖温度监测可采用数字温度传感器或工业热电阻等测温元件，将空气温度转换为电信号或数字测量值。

系统按照预设周期记录温度，并计算最大值、最小值、平均值及相邻时间段的变化量。

温度变化幅度可表示为：

ΔT=Tmax-Tmin

其中，ΔT表示统计时间窗口内温度波动幅度，Tmax为最高温度，Tmin为最低温度。

该指标可用于评价酒窖环境温度的稳定程度。

7.2 酒窖湿度监测原理

相对湿度可采用电容式湿敏元件进行测量。传感器感湿材料的电学特性随空气湿度变化而改变，测量电路将其转换为相对湿度数值。

系统记录湿度变化趋势、超限持续时间及设备调节前后的湿度变化，为环境管理提供依据。

7.3 CO₂浓度监测原理

CO₂浓度检测宜采用适用量程的非分散红外吸收法（NDIR）气体传感技术。该技术利用二氧化碳对特定红外波段辐射的吸收特征进行浓度测量。

在选型时应关注检测范围、准确度、响应时间、长期漂移、温湿度补偿以及气体检测器的安全适用性。

对于可能发生高浓度气体泄漏的空间，应使用适合工业安全用途及相应浓度范围的检测器。

7.4 CO₂浓度变化分析

平台对CO₂浓度进行连续统计，可计算一定时间窗口内的平均浓度、最高浓度及变化速率。

浓度变化率可表示为：

Vco2=(Ccurrent-Cprevious)/Δt

其中，Vco2为CO₂浓度变化率，Ccurrent为当前浓度，Cprevious为上一有效测量浓度，Δt为时间间隔。

浓度增长速度可以作为辅助诊断信息，但现场安全报警必须以经过风险评估确定的安全阈值和检测器可靠性为基础，不能仅依赖变化率。

7.5 储罐温度监测原理

储罐温度测量可采用铂电阻等温度敏感元件，通过适当的卫生型保护套管或直接过程连接结构测量酒液温度。

对于大型储罐，酒液温度可能存在空间差异。单点测温结果应明确其代表的安装位置，不能直接视为整个罐体酒液的完整温度分布。

7.6 储罐液位监测原理

7.6.1 雷达液位测量

雷达液位计通过发射电磁波并接收液面反射信号计算液面位置。该方法可实现非接触式或具有隔离结构的液位测量，但实际适用性与罐体结构、液面泡沫、冷凝、天线结构及工艺条件有关。

7.6.2 静压液位测量

静压液位测量利用液柱产生的压力计算液位。对于密度已知且满足适用条件的液体，可采用以下基本关系：

h=ΔP/(ρg)

其中，h为液柱高度，ΔP为经过适当压力补偿后的液柱压差，ρ为液体密度，g为重力加速度。

对于带压储罐，应根据罐内气相压力采用适当的差压或压力补偿结构。酒液密度变化也会影响静压液位换算结果。

7.7 储罐液位与体积换算

对于截面积恒定的立式储罐，可根据液位高度和有效横截面积估算酒液体积：

V=A×h

其中，V为液体体积，A为有效横截面积，h为液位高度。

对于锥底罐、卧式圆筒罐及其他非等截面结构，应采用对应几何模型或经过校准的罐容表进行换算，不应直接使用固定截面积公式。

7.8 设备运行状态识别原理

设备运行状态可通过控制器运行位、接触器辅助触点、故障继电器或工业通信寄存器获取。

系统应区分设备控制命令与实际运行反馈。例如，控制器发出启动命令并不必然代表设备已经成功运行。

对于要求较高的设备管理场景，可进一步采集运行电流或电能数据，用于辅助识别空转、过载及其他异常状态。

八、酒窖环境与工艺风险分析模型

8.1 酒窖温度稳定性分析

系统根据工艺设定的温度目标范围，对酒窖环境温度进行实时判断，并计算超限时长及温度波动幅度。

不同储存区域的温度目标应单独配置。橡木桶陈酿区、成品酒瓶储区与正在进行温度控制的工艺罐区，不应未经工艺确认采用相同温度要求。

8.2 湿度适宜性分析

系统根据酒窖的容器类型及建筑环境要求设置湿度目标区间，分析低湿、高湿和长期湿度波动情况。

对于存在建筑结露风险的区域，可结合环境温度、相对湿度及建筑表面温度开展进一步分析。仅依靠空气相对湿度不能完整判断所有墙面和设备表面的实际结露状态。

8.3 CO₂浓度安全风险分析

CO₂风险分析应将瞬时浓度、一定时间内的暴露情况以及安全检测器故障状态分别管理。

在国外职业卫生技术资料中，CO₂职业暴露的8小时平均参考限值为5000ppm，15分钟短时间暴露参考限值为30000ppm，立即危及生命或健康的参考浓度为40000ppm。

上述数值属于特定职业卫生体系下的参考资料，不能未经评估直接作为中国酒窖现场报警设定值，也不能将5000ppm理解为所有情况下安全的浓度。

酒窖CO₂实际报警阈值应根据中国现行适用要求、职业卫生评估、人员暴露特点、空间通风条件及检测设备性能确定，并在人员处于危险环境之前提供足够的风险响应时间。

8.4 储罐温度异常分析

根据储罐类别、酒液状态及工艺温度设定值建立独立监测规则。当温度超出工艺设定范围或出现持续异常波动时，系统产生提示信息。

8.5 储罐液位异常分析

平台根据储罐正常工作液位范围、操作计划和历史变化趋势识别异常高液位、低液位及异常变化。

对于涉及防止溢罐、泵空转等安全相关功能，应优先采用适当的独立高高液位、低低液位保护或经过验证的联锁系统，不应仅以平台软件计算结果作为唯一保护措施。

8.6 设备运行异常分析

通过比较设备启动命令、实际运行反馈、故障状态和运行时间，识别启动失败、意外停止、运行状态不一致以及长时间连续运行等异常。

8.7 多参数综合分析

将酒窖温湿度、CO₂浓度、储罐温度、液位和设备状态进行时间关联，可辅助分析环境异常与设备运行之间的关系。

例如，酒窖环境温度持续升高且制冷设备反馈故障时，可提示管理人员优先检查制冷系统；CO₂浓度持续升高且排风设备未运行时，应触发相应的安全报警和经过安全设计确认的应急通风联动。

九、系统核心功能

9.1 酒窖温度实时监测

支持按照酒窖、区域及监测点实时查看温度数据，并显示最高温度、最低温度、平均温度和历史变化曲线。

9.2 酒窖湿度实时监测

实时显示相对湿度和变化趋势，支持超限报警、湿度稳定性分析及历史报表。

9.3 CO₂浓度安全监测

实时获取固定式CO₂检测设备的浓度数据和故障状态，显示监测区域、当前浓度、报警级别和历史事件。

9.4 储罐温度在线监测

按储罐编号展示实时温度和历史温度曲线，支持不同储罐的温度对比和异常报警。

9.5 储罐液位监测

支持液位高度、液位百分比及经校准换算的体积显示，并可查询液位变化记录。

9.6 设备运行状态监测

实时显示制冷设备、风机、泵及阀门的运行、停止、故障和反馈状态。

9.7 异常预警

支持环境温湿度异常、CO₂浓度异常、储罐温度异常、液位异常、设备故障和通信中断等分类报警。

9.8 多区域集中管理

支持多个酒窖、多个储罐及不同设备区域的统一监测管理。

9.9 历史趋势分析

提供分钟级、小时级、日级及月级数据查询，并可根据不同参数开展统计分析。

9.10 设备运维管理

记录设备编号、安装位置、运行状态、故障事件、检修记录和维护计划。

9.11 数据报表与导出

可按区域、储罐和时间生成监测报表，支持历史数据和异常事件导出。

9.12 多用户权限管理

支持管理人员、生产人员、设备维护人员和安全管理人员采用不同权限查看或操作系统。

十、系统硬件组成与设备配置清单

10.1 核心设备清单

序号	设备名称	主要功能	建议配置方式
1	酒窖温湿度传感器	环境温度和相对湿度监测	按空间分区及代表性布点
2	工业CO₂浓度检测器	气体浓度安全监测	根据气体积聚风险评估布设
3	现场声光报警装置	CO₂等危险状态现场报警	按安全风险区域配置
4	储罐温度传感器	监测储罐酒液或指定工艺温度	按储罐与测温点数量配置
5	储罐液位传感器	监测液位高度和变化	按需监测的储罐配置
6	设备状态采集模块	采集启停、故障及反馈状态	按设备点位配置
7	物联网数据采集控制器	数据采集、缓存与上传	按分区及接口容量配置
8	工业通信设备	有线或无线数据传输	按现场网络条件配置
9	工业控制箱	设备安装、供电及线路保护	按采集站配置
10	应急供电模块	关键安全监测系统备用供电	按安全功能需求配置
11	智能监测管理平台	数据管理、分析、报警及报表	统一部署

10.2 可选扩展设备

根据酒窖安全风险及工艺需求，可选配氧气浓度检测器、储罐压力变送器、冷却水温度传感器、设备电流传感器、能耗计量装置、漏水检测器、通风设备控制模块和独立液位安全开关。

对于发酵及储罐检修等可能涉及受限空间作业的场景，应按照专门作业风险管理要求配置便携式气体检测设备及其他安全保障设施。

十一、核心硬件技术参数

11.1 酒窖温湿度传感器参考参数

参数项目	参考技术指标
空气温度量程	-20～60℃
温度准确度	参考±0.3℃，规定条件下
相对湿度量程	0～100%RH
湿度准确度	参考±3%RH，规定条件下
温度分辨率	0.1℃
湿度分辨率	0.1%RH
采集周期	参考1～10分钟可配置
通信接口	RS485等
供电方式	按实际设备电气规格确定
环境适应性	适用于酒窖潮湿环境

11.2 CO₂浓度检测器参考参数

参数项目	参考技术指标	说明
检测对象	二氧化碳（CO₂）	固定式气体安全监测
检测原理	非分散红外吸收法	NDIR
参考量程	0～5%vol	相当于0～50000ppm
量程配置	按风险评估确定	必要时选更高量程
测量准确度	按工业安全检测器规格确定	需明确量程与规定条件
响应时间	根据安全响应要求选型	需核查T90等指标
输出信号	4～20mA、RS485或继电器	按型号配置
报警功能	分级报警及设备故障报警	按安全设计配置
报警联动	支持现场声光报警及安全联动	采用可靠独立回路
供电可靠性	按安全要求配置	必要时配置备用供电

CO₂检测器用于人员安全保护时，应根据安全需求确定符合相应要求的设备，而不是仅凭测量范围选择普通环境传感器。

11.3 储罐温度传感器参考参数

参数项目	参考技术指标
测量对象	酒液或指定工艺测温位置
传感元件	Pt100等工业温度敏感元件
参考量程	-20～100℃
参考准确度	按元件等级及完整测量链确定
显示分辨率	0.1℃
过程连接	卫生型接口或适宜的保护套管
接液材料	食品接触适用材料
输出方式	Pt100、4～20mA或数字通信
防护要求	适应酒窖清洁和潮湿环境

11.4 储罐液位传感器参考参数

参数项目	参考技术指标
测量对象	储罐酒液液位
测量方式	雷达式、静压式等
参考量程	0～5m或按罐高选型
测量准确度	按测量原理及实际型号确定
输出方式	4～20mA、RS485等
过程连接	与储罐结构及卫生要求匹配
介质适应性	适合葡萄酒及相应清洗条件
压力适应性	按储罐设计压力确定
防护能力	根据安装位置与清洗方式确定

11.5 设备运行状态采集模块参考参数

参数项目	参考技术指标
监测对象	风机、制冷设备、泵、阀门等
输入类型	数字量、模拟量及工业通信数据
采集状态	运行、停止、故障、反馈等
通道数量	按现场设备点位选择
通信方式	RS485等
状态刷新	按设备特性及监测需求配置
隔离保护	按工业控制系统要求配置

十二、软件平台与可视化管理

12.1 酒窖环境总览

平台首页集中展示酒窖数量、在线监测点、温湿度状态、CO₂报警状态、储罐数量、设备运行情况及未处理报警事件。

12.2 酒窖分区监测

按照地下酒窖、陈酿区、瓶储区、储罐区和其他工艺区域分别显示监测信息，支持按空间位置快速定位异常点。

12.3 温湿度趋势分析

提供实时曲线、日变化曲线、周变化曲线和月度统计，支持展示温湿度目标范围、超限时间及历史波动情况。

12.4 CO₂安全监测界面

显示各监测点CO₂实时浓度、检测器状态、报警级别、报警时间及安全联动反馈。

对于存在危险气体浓度的区域，应以明确的现场安全报警和进入限制措施为基础，软件界面不应代替必要的现场安全防护。

12.5 储罐数字化管理

按储罐编号显示酒液温度、液位、体积估算及当前工艺状态，并支持查看不同储罐的历史记录。

12.6 设备运行状态可视化

以设备列表或工艺示意图展示制冷机、风机、循环泵和输送泵的实时运行状态，显示故障信息及运行时间。

12.7 报警事件管理

平台记录异常类型、触发时间、监测点、测量值、确认状态、处理人员及处置记录。

12.8 数据报表

支持生成环境监测日报、CO₂报警记录、储罐温度报表、液位变化记录和设备运行统计报表。

十三、数据分析与异常识别

13.1 环境温度趋势分析

根据历史温度数据分析酒窖温度稳定性、温度变化幅度及持续异常情况，并关联空调或制冷设备运行状态进行辅助诊断。

13.2 环境湿度趋势分析

统计相对湿度超限时长、日变化和长期变化趋势，为环境除湿、加湿及维护工作提供参考。

13.3 CO₂浓度变化分析

分析CO₂实时浓度、变化速率及报警事件发生时间，辅助识别发酵过程、气体释放和通风状态之间的关联。

系统应保留原始测量值、检测器故障状态和报警处理记录。

13.4 储罐温度分析

根据不同储罐的工艺目标温度，计算超限时长和温度波动幅度，为酒液储存管理提供支持。

13.5 储罐液位变化分析

平台可计算相邻有效采样时刻之间的液位变化量：

Δh=hcurrent-hprevious

其中，Δh表示液位变化量，hcurrent为当前液位，hprevious为前一有效采样液位。

液位变化可用于辅助判断液体输入、输出及异常过程，但液位下降并不必然意味着泄漏，需要结合泵、阀门、转罐和生产操作记录综合判断。

13.6 设备运行时长统计

根据设备运行反馈状态，统计有效运行时间及启停次数，为设备维护和运行分析提供依据。

13.7 多参数事件关联

将CO₂浓度与通风设备运行状态关联，可分析高浓度报警期间的排风状态；将环境温度与制冷设备状态关联，可辅助识别制冷能力异常；将储罐液位与输送设备运行记录关联，可辅助核查液位变化。

十四、智能预警与联动控制

14.1 酒窖温度异常预警

当环境温度超出相应工艺区域设定范围，并满足规定的持续时间或变化条件时，系统生成温度异常预警。

14.2 酒窖湿度异常预警

当相对湿度出现长期过高或过低情况时，系统向管理人员发送提示信息，并记录超限过程。

14.3 CO₂安全报警

CO₂报警系统根据经过确认的安全设计阈值执行分级报警。达到预警条件时，可发出现场声光警报、通知安全管理人员，并按照设计要求启动或确认相关通风设施运行。

当环境存在危险气体浓度时，应执行人员撤离、限制进入和安全处置程序。未经培训和授权的人员不得进入危险区域进行检修或施救。

进入储罐或其他受限空间作业时，应按照相应安全管理制度进行作业许可、隔离、通风、气体检测和应急准备。固定式环境CO₂检测结果不能替代受限空间作业前及作业中的专业气体检测。

14.4 储罐温度异常预警

当储罐温度超出工艺设定范围或出现异常波动时，平台生成报警并提供对应的储罐编号与温度曲线。

14.5 液位上下限预警

针对不同储罐配置上限、下限及变化异常规则，并按照储罐用途设置报警优先级。

14.6 设备运行故障预警

当设备故障输入有效、运行命令与反馈不一致或通信异常时，平台生成设备故障事件。

14.7 环境设备辅助控制

对于具备适当控制接口的环境调节设备，可根据温湿度目标范围进行经过验证的联动控制。

控制设计应设置合理回差、最短启停时间和设备保护措施，避免因测量值短时间波动造成设备频繁启停。

14.8 安全联锁独立性

CO₂高浓度报警、紧急通风和其他涉及人员安全的功能应根据风险评估采用适当的独立安全回路。

远程管理平台可以记录和显示联锁状态，但不应在网络或服务器故障时影响必要的本地安全保护功能。

十五、安装部署与工程实施

15.1 现场勘察

项目实施前应调查酒窖建筑结构、地下空间、通风系统、发酵和储酒工艺、储罐分布、人员活动区域、电源条件及既有设备控制接口。

15.2 酒窖温湿度监测点布设

根据酒窖面积、空间结构、空气流动方式及不同储存区域，布设具有代表性的温湿度监测点。

对于面积较大或分区明显的酒窖，应采用多点布设，避免使用单个温湿度传感器代表整个空间。

15.3 CO₂检测器布设

CO₂检测器布点应基于气体释放源、通风气流、人员可能暴露位置、低洼区域及设备维护通道进行风险评估。

对于经评估可能形成局部气体积聚的区域，应适当增加检测点。检测器应安装在便于维护、校准且能够有效响应目标风险的位置。

15.4 储罐温度传感器安装

应优先利用储罐已有的适当过程连接接口，安装符合卫生和耐腐蚀要求的测温元件。

对于在用储罐，不应在未完成工艺、安全和结构评估的情况下随意开孔、焊接或改动罐体。

15.5 储罐液位传感器安装

根据储罐形状、工艺压力、液面条件及清洗要求选择适当的液位仪表和安装位置。

设备安装后应进行零点、满量程及液位与体积换算校核。

15.6 设备状态接口接入

优先采用现有控制系统提供的状态输出或通信接口采集信息，并对控制信号和反馈信号分别建立数据点。

15.7 通信网络部署

地下酒窖和金属储罐密集区域可能影响无线信号传播。对于通信条件复杂的场景，宜采用工业有线通信与集中网关相结合的方式。

15.8 系统调试与验收

完成安装后，应分别验证温湿度测量、CO₂检测器报警及故障状态、储罐温度、液位变化、设备状态采集和平台数据一致性。

对于CO₂安全报警及联动，应按照安全设计要求由具备相应能力的人员实施专门测试，不应通过人为制造危险CO₂环境进行简单功能验证。

十六、运行维护与数据质量保障

16.1 温湿度传感器维护

定期检查传感器表面污染、冷凝及安装状态，并按照产品要求开展校准或比对。

16.2 CO₂检测器维护

按照设备说明书和安全管理要求执行功能测试、校准、故障检查和维护记录。

应特别关注检测器长期漂移、传感器失效、进气口堵塞及安全报警回路故障。

16.3 储罐温度仪表维护

检查测温元件、保护套管、过程连接和密封结构，并在适当条件下开展温度校核。

16.4 液位仪表维护

定期检查液位计零点、测量稳定性、过程连接密封及罐容换算参数。

16.5 设备状态采集维护

检查运行反馈、故障触点、通信接口和数据状态映射关系，避免因设备改造后数据点定义不一致导致错误显示。

16.6 数据质量控制

系统应识别异常跳变、数据长时间不变化、无效数值及通信缺失，并对异常数据进行质量标记。

16.7 数据备份

对环境数据、储罐数据、报警事件和设备运行记录进行定期备份，并根据管理要求设置访问权限和保存周期。

十七、方案技术特点与优势

17.1 环境与储罐工艺统一监测

将酒窖温湿度、CO₂浓度、储罐温度、液位及设备状态整合管理，避免各类监测信息长期分散。

17.2 提高CO₂积聚风险识别能力

通过连续气体浓度检测、现场报警与必要的通风安全措施，提高对潜在CO₂积聚危险的发现和响应能力。

17.3 支持酒窖环境精细化管理

按不同储存区域配置温湿度目标范围，辅助保持符合工艺要求的环境条件。

17.4 提高储罐状态可视化程度

通过储罐温度和液位实时监测，减少对分散人工记录的依赖，提高过程状态的可追溯性。

17.5 支持设备故障快速定位

通过设备运行反馈和故障状态监测，辅助识别异常设备及相关影响区域。

17.6 支持多区域集中管理

适用于多个酒窖、多个储罐和多类生产设备统一管理的应用环境。

17.7 支持长期数据积累

建立连续监测数据库，为环境管理优化、设备运行分析及生产过程追溯提供基础资料。

17.8 便于现有系统扩展

可根据实际接口条件与既有生产控制、设备管理及酒庄综合管理平台进行数据集成。

十八、典型应用场景与适用行业

18.1 宁夏贺兰山东麓葡萄酒庄

针对宁夏酿酒葡萄产区的酒庄，可在地下酒窖、橡木桶陈酿区、不锈钢储酒罐区和发酵生产区域部署监测设备，实现环境、储罐与设备状态的集中管理。

18.2 葡萄酒发酵车间

重点关注CO₂气体浓度、发酵罐温度、储罐液位及通风设备运行状态，为生产过程监控和人员安全管理提供支持。

18.3 橡木桶陈酿酒窖

重点监测环境温湿度及空气流动相关设备状态，辅助维持符合橡木桶储存和酒庄工艺要求的环境条件。

18.4 不锈钢储酒罐区

重点监测储罐内部温度、液位及相关制冷和输送设备状态，提高储罐管理和异常识别效率。

18.5 成品葡萄酒储存仓库

重点监测环境温湿度和相关设备运行状态，为成品葡萄酒储存条件管理提供依据。

18.6 地下酒窖及封闭式储存空间

对于人员需要进入且存在CO₂积聚可能的空间，应根据风险评估设置必要的气体检测、通风及现场报警措施。

18.7 大型葡萄酒生产企业

通过多区域、多储罐和多设备数据接入，实现统一生产环境监测、运行状态分析和异常事件管理。

十九、项目效益分析

19.1 储存环境管理效益

通过连续温湿度监测，管理人员能够及时发现环境偏离工艺目标的情况，为环境调节和储存管理提供数据依据。

19.2 人员安全管理效益

规范配置的CO₂安全监测和报警系统，有助于及时发现潜在气体积聚风险，提高现场安全信息的可获得性。

实际安全效果还依赖风险评估、通风设计、人员培训、报警维护和应急管理体系的有效运行。

19.3 储罐管理效益

通过液位和温度连续监测，减少部分人工抄表工作，提高储罐温度记录和液位变化的可追溯性。

19.4 设备运维效益

集中采集设备启停和故障状态，有助于及时发现设备异常，并形成运行与检修记录。

19.5 能源管理效益

通过环境温度与制冷设备运行状态的关联分析，可为设备运行优化提供依据。若需要准确评估能耗，应进一步增加电能计量及相关设备负载信息。

19.6 生产管理数字化效益

将酒窖环境、储罐工艺和设备运行数据统一存储，可形成生产过程监测档案，为运营分析、维护管理及工艺改进提供数据支持。

19.7 经济效益评价

项目实际经济效益可从人工巡检工作量、设备故障处理效率、能源消耗、异常处置时间及酒液储存管理情况等方面进行统计。

具体收益受到酒庄规模、工艺流程、设备配置及管理方式影响，不宜在缺少运行数据的情况下直接承诺固定节能比例或经济收益。

二十、典型应用设计示例

20.1 应用场景设定

以下以宁夏某中型葡萄酒庄作为假设场景，说明酒窖环境智能监测系统的设计方法。本示例属于工程应用设计，不代表已经实施的实际成功案例。

假设酒庄设有1个地下橡木桶陈酿区、1个成品酒储存区、1个不锈钢储酒罐区和1个发酵相关工艺区域，其中需要重点监测的储罐共10座。

20.2 系统布设方案

在橡木桶陈酿区和成品酒储存区分别布设具有代表性的温湿度监测点，在储罐区域配置环境监测及相应工艺传感器。

对于发酵工艺区域和其他存在CO₂积聚可能的位置，根据现场风险评估确定CO₂检测器数量及安装位置。

在10座需要监测的储罐上配置温度和液位监测设备，并通过设备控制柜或工业通信接口采集相关制冷、通风和泵类设备运行状态。

20.3 参考硬件配置

设备名称	示例数量	配置说明
酒窖温湿度传感器	6套	覆盖主要储存和工艺区域
工业CO₂检测器	4套（暂估）	最终根据气体风险评估确定
现场声光报警装置	按安全分区配置	与气体报警系统配套
储罐温度传感器	10套	每座储罐1个测温点的初步设计
储罐液位传感器	10套	每座储罐1套
设备运行状态采集模块	4套（暂估）	按实际设备点位和接口确定
物联网采集控制器	4套（暂估）	按区域划分和通道容量配置
工业通信网关	2套（暂估）	按网络架构配置
工业控制箱及供电附件	4套（暂估）	按监测分区配置
智能监测管理平台	1套	统一监测、报警及分析

20.4 日常运行流程

系统按照设定周期采集温湿度、储罐温度、液位和设备运行状态，并持续接收CO₂安全检测器的浓度与报警信息。

平台对监测数据进行实时显示和历史记录，发现环境异常、储罐温度异常及液位变化异常时，按照对应规则通知管理人员。

当CO₂检测器达到经过确认的安全报警条件时，现场独立报警系统执行相应声光报警和安全联动，平台同步记录报警信息与联动反馈。

20.5 项目运行评价

项目可从监测有效数据率、CO₂检测器维护合规情况、报警响应及时性、储罐数据完整性、设备故障发现情况和人工巡检效率等方面开展评价。

对于安全联动系统，应另外按照适用的安全设计和验收要求进行功能测试，不宜仅以平台能够接收到报警数据作为完整验收依据。

二十一、标准规范与参考文献

21.1 主要技术标准与规范

标准或规范	主要参考内容	应用说明
GB 12696—2016《食品安全国家标准 发酵酒及其配制酒生产卫生规范》	葡萄酒生产场所、酒窖通风、卫生及温湿度控制要求	酒窖及生产设施设计参考
GB 14881《食品安全国家标准 食品生产通用卫生规范》	食品生产环境、设施和卫生管理	按现行有效版本及适用范围执行
GB 50019—2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》	工业建筑通风及空气调节系统设计	酒窖通风与温湿度环境设计参考
GB 50058《爆炸危险环境电力装置设计规范》	爆炸危险环境电气设计	仅在相应危险区域判定结果要求时适用
GB/T 15037《葡萄酒》	葡萄酒产品及相关要求	按实际产品及现行版本参考
DB11/T 1322.26—2019《安全生产等级评定技术规范 第26部分：酒类制造企业》	酒类生产设施及设备安全管理	地方标准，可作为相应技术参考
适用的有限空间作业安全管理要求	作业许可、通风、气体检测及应急管理	按企业所在地现行法规与标准执行

21.2 CO₂安全技术参考

职业卫生资料中，CO₂的8小时平均暴露参考限值为5000ppm，15分钟短时间暴露参考限值为30000ppm，立即危及生命或健康参考浓度为40000ppm。

上述数据用于说明CO₂在不同浓度水平下的职业卫生风险背景，不是本方案直接规定的报警阈值。酒窖项目必须根据适用的中国现行法规、标准和具体风险评估确定报警条件。

对于地下酒窖、发酵车间和储罐清洗等作业，应同时评估缺氧及其他可能存在的气体危害，不能认为CO₂浓度监测能够代替所有气体安全检测。

21.3 参考文献与资料

（1）GB 12696—2016：《食品安全国家标准 发酵酒及其配制酒生产卫生规范》。参考葡萄酒生产区、陈酿区和酒窖的卫生、通风及环境管理要求。

（2）GB 50019—2015：《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》。参考工业建筑的通风、空气调节和相关系统设计原则。

（3）World Bank Group：《Environmental, Health, and Safety Guidelines for Breweries》。参考发酵与熟化工艺中的CO₂积聚、通风、职业健康和受限空间安全管理原则。

（4）National Institute for Occupational Safety and Health：NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards—Carbon dioxide。参考CO₂职业暴露及危险浓度技术资料。

（5）Occupational Safety and Health Administration：Carbon Dioxide Chemical Data。参考CO₂暴露限值及工业环境安全技术资料。

21.4 主要参考资料链接

NIOSH二氧化碳职业安全技术资料：https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0103.html

OSHA二氧化碳职业安全技术资料：https://www.osha.gov/chemicaldata/183

工业建筑通风与空调技术规范信息：https://std.nscmi.com/pages/StdDataMore.aspx?id=4af3d9a8442d456a87bd1318950eb7be

21.5 技术应用说明

本方案为葡萄酒酒窖环境智能监测系统的工程技术设计方案，所列硬件参数、示例数量及监测方法为参考内容，正式实施时应根据酒窖建筑结构、生产工艺、储罐形式、环境条件和安全风险评估进行深化设计。

酒窖温湿度的控制目标应由实际葡萄酒储存和陈酿工艺确定；储罐液位测量应结合罐体结构和工艺压力选择适当的测量方式；CO₂检测和报警系统应按照人员安全要求进行独立设计与验证。

对于存在CO₂积聚、缺氧或受限空间作业风险的区域，应按照现行安全管理要求设置必要的安全设施、报警联锁和应急管理措施，不得将普通物联网监测平台视为完整的人员安全保护系统。

通过持续监测和数据分析，本方案能够为酒窖环境管理、储罐状态监控、设备运维和安全风险识别提供数字化技术支撑，推动葡萄酒生产与储存管理向实时化、精细化和可追溯方向发展。