一種新風機組的智能控制方法及應用該方法的新風機組與流程

2023-12-04 22:36:51

本發明涉及室內空氣品質控制技術領域，特別是涉及一種新風機組的智能控制方法及應用該方法的新風機組。

背景技術：

教室是各年齡段學生長期停留的重要空間，由於教室內人員密度較大，人體呼吸代謝產生的CO2及其他有害氣體極容易在教室內聚集，如果教室通風不暢時會導致CO2濃度過高，引發胸悶、氣短、頭暈、頭疼、嗜睡、學習效率降低等問題。國內外研究表明，教室通風不暢時，CO2濃度將明顯偏高，導致學生的注意力集中程度只有平時的75％，反應速度只有平時的50％，短時記憶能力只有平時的20～40％，極大的影響了學生的學習效率，因此，教室內的空氣環境質量對學生的身心健康及學習效率有極大的影響。

降低教室內CO2濃度、排除人體呼出汙染物的最佳方案是開窗通風，然而由於近年來全國範圍的大氣環境汙染問題，很多時候教室無法開窗通風，甚至影響了正常的教學計劃，在2015年北京市首次發布了霧霾紅色預警，市內中小學和幼兒園等教育機構被迫停課和停止戶外活動。為了降低教室內的PM2.5濃度，很多教室購置了家用型空氣淨化器，通過關閉門窗開啟空氣淨化器的方式來控制教室內PM2.5濃度。後果即是雖然一定程度上能降低PM2.5濃度，但教室內的其他汙染物無法有效排出。

由此可見，上述現有的室內空氣品質改善方法仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。如何能創設一種空氣品質改善全面、效果好的新風機組的智能控制方法及應用該方法的新風機組，成為當前業界極需改進的目標。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種新風機組的智能控制方法，使其高效、全面的改善室內空氣品質，從而克服現有的室內空氣調節的不足。

為解決上述技術問題，本發明提供一種新風機組的智能控制方法，所述新風機組包括新風入口、迴風口和送風口，所述新風入口和迴風口處設置有用於調節新風迴風比例的新風閥，所述控制方法包括如下步驟：

(1)實時監測室內外溫度值、室內CO2濃度值和PM2.5濃度值；

(2)首先根據監測的室內外溫度值和室內溫度優先算法，調節所述新風閥開度，當室外溫度或室內溫度在預設範圍內時，再根據所監測的CO2濃度值和PM2.5濃度值，以及空氣品質平衡算法，計算並執行所述新風閥開度。

作為本發明的一種改進，所述室內溫度優先算法包括：

A、讀取室外溫度值Tout，判斷所述室外溫度值Tout是否在預設範圍[Tout_low，Tout_high]內；

若室外溫度值Tout在[Tout_low，Tout_high]之間，允許所述新風閥最大開度Kmax＝100％，則執行所述空氣品質平衡算法；

若室外溫度值Tout在[Tout_low，Tout_high]範圍之外時，將根據所述室外溫度值Tout數值限定新風閥最大開度Kmax，

Kmax＝C1╳(Tout_low‐Tout),ToutTout_high

其中C1、C2為經驗常數，Tout_low為室外溫度值Tout預設值的最低值，Tout_high為室外溫度值Tout預設值的最高值；

B、讀取室內溫度值Tin，判斷所述室內溫度值Tin是否在預設範圍[Tin_low，Tin_high]之間，

若室內溫度值Tin在[Tin_low，Tin_high]之間時，執行所述空氣品質平衡算法；

若室內溫度值Tin在[Tin_low，Tin_high]範圍之外，不執行或停止執行所述空氣品質平衡算法，減小新風閥開度，持續監測室內溫度值，直至所述室內溫度值Tin在[Tin_low，Tin_high]之間，其中，Tin_low為室內溫度值Tin預設值的最低值，Tin_high為室內溫度值Tin預設值的最高值。

進一步改進，所述空氣品質平衡算法包括：

C、讀取室內CO2濃度值和PM2.5濃度值，根據所述CO2和PM2.5的室內濃度控制標準，計算當前汙染物指數IndexPM2.5、Index_CO2，判斷當前優先去除的汙染物，

IndexPM2.5＝wpm2.5╳(PM2.5-35μg·m-3)

Index_CO2＝wCO2╳(CO2–1500ppm)

其中wpm2.5、wCO2為經驗常數，用以表徵不同汙染物濃度對用戶感受的定量影響，

若IndexPM2.5>IndexCO2，則減小新風閥開度；

若IndexPM2.5<IndexCO2，則增加新風閥開度，同時新風閥開度不可大於Kmax。

進一步改進，所述新風閥開度的調節值根據新風閥的開度特性曲線計算得到。

進一步改進，所述步驟(2)執行之前還包括運行時間的預設步驟及判斷步驟，若判斷出在預設運行時間表允許的時間段內時，執行步驟(2)，否則不執行步驟(2)，繼續進行運行時間的判斷步驟。

進一步改進，所述運行時間的預設步驟還包括對安裝所述新風機組的室內背景噪音強度與新風機組標準噪音強度進行比較的步驟，若所述室內背景噪音強度大於所述新風機組標準噪音強度，則所述新風機組的運行時間不受所述室內背景噪音影響；若所述室內背景噪音強度小於所述新風機組標準噪音強度的5dB以上，則所述新風機組的運行時間需根據所述室內背景噪音進行調整。

本發明還提供一種應用上述的智能控制方法的新風機組，包括智能控制系統，所述智能控制系統包括環境參數傳感器、控制模塊、顯示與輸入模塊；

所述環境參數傳感器，用於監測室內外溫度、室內CO2濃度和PM2.5濃度參數，並將監測到的數據傳送至所述控制模塊；

所述控制模塊，用於接收所述環境參數傳感器採集的數據，根據預設參數，判斷是否執行和何時執行所述室內溫度優先算法和空氣品質平衡算法的運算，輸出控制信號，以控制所述新風閥的開度；

所述顯示與輸入模塊，用於顯示所述環境參數傳感器監測的數據和所述控制模塊輸出的控制信號，以及向所述控制模塊輸入預設參數。

進一步改進，所述智能控制系統還包括通訊模塊和雲伺服器，所述通訊模塊，用於實現所述控制模塊和雲伺服器之間的數據通訊。

進一步改進，所述新風機組還包括連通所述新風入口、迴風口和送風口的通風管道、依次設置在該通風管道內的初效過濾網、送風機和中高效過濾網，所述迴風口設置在所述初效過濾網與送風機之間的通風管道側壁上，所述新風閥為帶控制反饋功能的連續無級調節風閥。

進一步改進，所述送風機為三速靜音風機；所述中高效過濾網為中高效袋式過濾器，且與所述中高效過濾網相接觸的通風管道的一側壁上設有推拉式櫃門。

本發明還提供一種用於教室的新風機組，所述新風機組為上述的新風機組，所述新風機組採用吊頂式安裝方式，所述新風機組的新風取風口設置於所述教室的外窗玻璃處，所述新風取風口通過風管連接至所述新風入口。

採用這樣的設計後，本發明至少具有以下優點：

本發明新風機組的智能控制方法採用室內溫度優先、空氣品質平衡的算法，任何工況下優先保障室內溫度，在室內外溫度符合預設範圍時，再根據所測量的CO2和PM2.5濃度，計算當前新風閥開度，則在保證教室內溫度合適的情況下，有效控制室內PM2.5濃度和CO2濃度，為教室提供充足的新鮮空氣，保障教室空氣環境品質，提高學生學習環境的舒適感。

本發明還通過結合教室上課日期和時間設置該新風機組的運行時間，確保了該新風機組運行不對上課造成影響，對學生學習產生良好的效果。

本發明還通過設置手動控制和智能控制兩種模式，使其更好地適應教室內新風機組的運行，達到節能環保的目的。

本發明用於教室的新風機組採用吊頂式安裝方式，且新風取風口採用更換教室外窗玻璃的方式安裝，不僅節約了教室空間，而且安裝時不破壞教室牆體，安裝方便，利於推廣。

附圖說明

上述僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，以下結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

圖1是本發明新風機組的結構示意圖；

圖2是本發明新風機組的內部結構示意圖；

圖3是本發明新風機組的智能控制系統的結構示意圖；

圖4是本發明新風機組的智能控制方法中室內溫度優先算法的流程圖；

圖5是本發明新風機組的智能控制方法中空氣品質平衡算法的流程圖；

圖6是本發明新風機組的智能控制方法的相關參數關係圖；

圖7是本發明新風機組的智能控制方法的流程圖。

具體實施方式

本實施例新風機組以用於改善教室空氣品質為例，對本發明新風機組的智能控制系統和方法進行詳盡說明，不應理解為是對該發明的任何限制。

參照附圖1和2所示，本實施例中新風機組包括設有新風入口1、迴風口2和送風口3的通風管道4、依次設置在該通風管道4內的初效過濾網11、送風機6和中高效過濾網12。該迴風口3設置在初效過濾網11與送風機6之間的通風管道側壁上，且在該新風入口1和迴風口2處設置有用於調節新風迴風比例的新風閥7。

本實施例中該送風機6為三速靜音風機，用以控制該機組在高檔風速下運行時的噪音不超過45dB。該初效過濾網11為初效金屬過濾網，用以過濾新風中夾雜的灰塵等汙染物，且該迴風口2處也設有該初效金屬過濾網。該中高效過濾網12為中高效袋式過濾器，用以過濾新風及迴風中的PM2.5顆粒。

且為了滿足大量教室統一快速更換該中高效過濾網的需求，該新風機組採用抽拉式濾網更換設計，即在該通風管道側壁上設有濾網更換專用開口，較優結構為推拉式櫃門5，則僅需推開櫃門5，抽出舊濾網插入新濾網即可完成濾網更換。

為了實現該新風機組的智能控制，該新風機組還包括智能控制系統，且該新風閥7為帶控制反饋功能的連續無級調節風閥。

參照附圖3所示，該智能控制系統包括環境參數傳感器、控制模塊、顯示與輸入模塊、通訊模塊和雲伺服器。

該環境參數傳感器，包括溫度傳感器、CO2濃度傳感器和PM2.5濃度傳感器，用於分別實時監測室內外溫度、室內CO2濃度和PM2.5濃度參數，並將監測到的數據傳送至控制模塊。

該控制模塊，用於接收上述環境參數傳感器採集的數據，根據預設參數，判斷是否執行和何時執行該新風機組智能控制算法，並輸出控制信號，以控制該新風閥的開度。

該顯示與輸入模塊，即帶顯示屏的控制面板，用於顯示上述環境參數傳感器監測的數據和該控制模塊輸出的控制信號，以及向該控制模塊輸入預設參數。

該通訊模塊，用於實現該控制模塊和雲伺服器之間的數據通訊。

該新風機組智能控制算法包括室內溫度優先算法和空氣品質平衡算法。

參照附圖4所示，該室內溫度優先算法如下：

A、讀取室外溫度值Tout，判斷該室外溫度值Tout是否在預設範圍[Tout_low，Tout_high]內；

若室外溫度值Tout在[Tout_low，Tout_high]之間，允許該新風閥最大開度Kmax＝100％，則執行空氣品質平衡算法；

若室外溫度值Tout在[Tout_low，Tout_high]範圍之外時，將根據該室外溫度值Tout數值限定新風閥最大開度Kmax，

Kmax＝C1╳(Tout_low‐Tout),ToutTout_high

其中C1、C2為經驗常數，用以限定惡劣天氣下新風機組的最大新風比，以保障新風機組的送風溫度符合國家規範要求。Tout_low為室外溫度值Tout預設值的最低值，Tout_high為室外溫度值Tout預設值的最高值；

B、讀取室內溫度值Tin，判斷該室內溫度值Tin是否在預設範圍[Tin_low，Tin_high]之間，

若室內溫度值Tin在[Tin_low，Tin_high]之間時，執行空氣品質平衡算法；

若室內溫度值Tin在[Tin_low，Tin_high]範圍之外，不執行或停止執行空氣品質平衡算法，減小新風閥開度，持續監測室內溫度值，直至該室內溫度值Tin在[Tin_low，Tin_high]之間，其中，Tin_low為室內溫度值Tin預設值的最低值，Tin_high為室內溫度值Tin預設值的最高值。

參照附圖5所示，該空氣品質平衡算法如下：

C、讀取室內CO2濃度值和PM2.5濃度值，根據該CO2和PM2.5的室內濃度控制標準，計算當前汙染物指數IndexPM2.5、Index_CO2，判斷當前優先去除的汙染物，

IndexPM2.5＝wpm2.5╳(PM2.5-35μg·m-3)

Index_CO2＝wCO2╳(CO2–1500ppm)

其中wpm2.5、wCO2為經驗常數，用以表徵不同汙染物濃度對用戶感受的定量影響，

若IndexPM2.5>IndexCO2，則減小新風閥開度ΔK；

若IndexPM2.5<IndexCO2，則增加新風閥開度ΔK，同時新風閥開度不可大於Kmax。

該新風閥開度ΔK的調節值根據新風閥的開度特性曲線計算得到。

參照附圖6和7所示，上述新風機組的智能控制方法包括如下步驟：

(1)實時監測室內外溫度值、室內CO2濃度值和PM2.5濃度值；

(2)運行時間的預設和判斷步驟，通過顯示與輸入模塊即控制面板預設教室的正常上課日期和時間表，若在運行時間表允許的時間段內則啟動該新風機組運行。

較優實施例為該新風機組的控制模式包括手動控制和智能控制兩種模式，可在控制面板選擇。在智能控制系統中預設正常的上課日期及時間，在工作日的正常上下課時間內採取智能控制模式，特殊情況如周末、考試等為手動控制模式，通過智能控制系統內部時鐘實現工作日自動切換為智能控制模式、周末自動切換為手動控制模式。

在手動控制模式時，控制面板上提供風速高中低三檔控制，以及新風換氣模式、內循環淨化模式、節能模式三種模式控制。

在智能控制模式時，新風機組的定時啟停、風機轉速調整、新風閥開度調整均由智能控制系統自控實現。控制流程分為啟動和正常運轉兩個階段：

a.啟動階段將按照啟動預設值對所有執行器進行初始化控制，啟動階段將持續一段時間，結束後進入正常運轉階段；

b.正常運轉階段通過環境參數傳感器所測量的環境參數、用戶通過控制面板預設的參數、以及系統內設的控制算法，實現對各執行器狀態的控制調整。

本實施例為了確保該新風機組運行不對上課造成影響，該控制算法還包括對教室內背景噪音強度與新風機組標準噪音強度比較的算法。具體做法為：現場安裝該智能型教室新風系統時，在教室現場實測背景噪音強度，通過控制面板根據教室背景噪音強度改變控制算法中的時間表預設值；若背景噪音強度低於機組標稱噪音5dB以上，則在控制面板中設定僅在下課期間進行機組運行狀態的調整；若背景噪音高於上述數值，則在控制面板中設定允許機組在上課期間進行多次運行狀態的調整。

(3)首先根據監測的室內外溫度值和室內溫度優先算法，調節新風閥開度，當室外溫度或室內溫度在預設範圍內時，再根據所監測的CO2濃度值和PM2.5濃度值，以及空氣品質平衡算法，計算並執行所述新風閥開度。

本發明新風機組的智能控制方法採用室內溫度優先、空氣品質智能平衡的算法，任何工況下優先保障室內溫度，根據環境參數傳感器所測量的室內外溫度計算當前新風閥開度，控制進入室內的冷/熱空氣量。在室內外溫度符合預設範圍時，再根據環境參數傳感器所測量的CO2和PM2.5濃度，計算當前新風閥開度，保障教室合適溫度的情況下調節空氣環境品質，提高學生學習環境的舒適感。

另外，本發明新風機組為了不佔用教室空間，以及不對教室牆體造成破壞，該新風機組的安裝方式採用吊頂式安裝，新風取風口採用更換教室外窗玻璃的方式安裝，在原玻璃位置安裝帶防護網的新風取風口，通過風管連接至新風入口以獲取室外新風，再結合上述智能控制系統和方法，實現高效全面的改善室內空氣品質。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發明的保護範圍內。