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CN101208563B - 具有公共传感器以提供用于监控和建筑物控制的混合空气质量参数信息的多点空气采样系统 - Google Patents

具有公共传感器以提供用于监控和建筑物控制的混合空气质量参数信息的多点空气采样系统 Download PDF

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CN101208563B
CN101208563B CN 200680014430 CN200680014430A CN101208563B CN 101208563 B CN101208563 B CN 101208563B CN 200680014430 CN200680014430 CN 200680014430 CN 200680014430 A CN200680014430 A CN 200680014430A CN 101208563 B CN101208563 B CN 101208563B
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air
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Inventor
乔丹·P.·夏普
埃里克·M.·德罗切尔斯
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艾尔库伊蒂公司
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Abstract

本发明涉及一种具有公共传感器以提供用于监控和建筑物控制的混合空气质量参数信息的多点空气采样系统,其包括:多点空气监控系统,所述多点空气监控系统包括:多个传感器,用于从多个至少部分被包围的区域收集空气质量数据;一个或多个数据处理单元,基于所述收集的空气质量数据处理一个或多个空气质量参数;以及一个或多个通信设备,用于将所述数据从所述传感器传送到所述处理单元;所述多点空气监控系统还包括信号处理控制器,至少部分地基于所述处理的空气质量参数中的一个或多个,经由所述多点空气监控系统生成一个或多个混合空气质量参数信号,所述处理的空气质量参数表示来自多个所述传感器的数据。

Description

具有公共传感器以提供用于监控和建筑物控制的混合空气质量参数信息的多点空气采样系统

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请是2005年3月10日提交的美国临时专利申请第60/660,245号的部分延续。

技术领域

[0003] 本发明涉及空气监控系统和方法,其包括使用多点空气采样系统,并且在某些情况下使用离散的本地空气质量参数传感器,以感测多个空气质量参数,从而提供混合空气质量信息和/或控制信号,其特别包括感测湿度和/或二氧化碳。所述装置和方法可以应用于监控建筑物以及控制建筑物功能,这些功能通常关于调节环境参数或建筑物通风系统的操作的或某个方面。在空间或房间级别上,具体优选控制实施例涉及控制房间送风或回风空气,以用于空间或房间的稀释通风控制加上空间中的相对湿度的监控和控制。在建筑物或空气处理单元级别上,优选实施例涉及控制进入建筑物的外部空气流,用于降低污染物水平并满足基于占用情况的外部空气流需求;以及使用节能装置类型方法控制外部空气, 用于操作空气处理单元,以使用焓和空气污染物测量来使得能够对外部空气自由制冷。

背景技术

[0004] 在本领域中公知,存在用于监控室内环境或空气质量参数的各种装置。一种方法涉及使用设施监控系统或者也被称为多点空气监控系统。在本发明的上下文中,多点空气监控系统被定义为包括至少一个环境或空气质量参数传感器的监控系统,所述传感器测量用于建筑物内的多个房间、空间、区域、空气管道、或环境、或建筑物或设施周围或附近的周围条件的至少一个空气质量参数。这样,多点空气监控系统可以涉及使用位于被测量的空间或区域中的一个或多个单独、本地、有线、或无线传感器。还可以使用远程或中央空气质量参数传感器,其在多个空间之间被复用或共享,如稍后更加详细描述的那样。最后,多点空气监控系统可以使用上述远程和本地空气质量参数传感器的组合。

[0005] 典型地,将采用多点空气监控系统的这些设施中的很多设施涉及使用空气处理单元,其涉及回风空气,其中,返回到空气处理单元的空气的百分比与外部空气的某种百分比混合,以将送风提供给建筑物内的各个房间或空间。作为替换方案,在某些情况下,建筑物可以包括风险环境,例如实验室或饲养室,它们是单通环境,不使用回风空气,而是排出所有送入风险环境房间的空气。虽然本发明的多个附图针对具有回风空气的建筑物, 但本发明也可以用于单通风险环境。涉及使用多点空气监控系统和混合空气质量参数传感器信号以用于单通风险环境内的稀释通风控制应用的相关的美国专利申请是Siarp和 Desrochers 做出的,题为"Dynamic Control Of Dilution Ventilation InOne-Pass, Critical Enviroments”,并且于2006年3月10日与本申请同时提交,通过引用而将其全文并入本文中。

[0006] 对于使用了远程传感器的多点空气监控系统,为了采样或测量目的而将空气传输通过管子或管道。例如,多点空气监控系统可以具有一个或多个位于中央的空气质量参数传感器,而不是位于所感测的环境的分布式传感器。这样,这种中央空气质量参数传感器可以用于这些系统,以感测若干个或大量的位置。这些中央空气监控系统在本发明上下文中也被称为多点空气采样系统,或者被称为基于复用或共享传感器的设施监控系统。

[0007] 为了本发明的目的而将多点空气采样系统具体定义为使用一个或多个共享或复用传感器的设施监控系统,所述传感器包括单个远程传感器或一组远程位置的传感器,其用于通过将空气的采样或分组从要被监控的空间传输到所述至少一个空气质量参数传感器,来监控建筑物内的多个空间、区域或房间、或邻近设施的外部。

[0008] 对于在本发明上下文中被具体定义为星形配置的多点空气采样系统或仅定义为星形配置的系统的这些多点空气采样系统的一类,可以使用多个管子来将空气采样从多个位置引入(一个或多个)中央传感器。位于中央的空气开关和/或螺线管阀可以用于该方法,以通过不同管子顺序地将空气从这些位置切换到传感器,以测量来自多个远程位置的空气。每一位置可以被感测达到10秒钟到几分钟之间。取决于有多少位置要被感测,每个空间可以被周期性地感测,所述周期的范围可以从5分钟到60分钟。这些星形配置的系统有时被称为章鱼状的系统或家庭运行系统,并可能使用大量的管材。

[0009] 例如,诸如这样的系统已经被用于提供对制冷剂泄漏进行检测的监控功能和其它有毒气体监控应用。与此相似的其他系统,例如Veelenturf等人的美国专利第6,241, 950 号描述的系统(通过引用将该专利并入本文中),公开了一种流体采样系统,包括集气管, 所述集气管具有输入、一般净化和采样路径、以及阀,所述阀耦合/去耦合第一组输入和第二组输入,用于测量穿过采样位置的压力差分。

[0010] 此外,这些类型的星形配置的系统已经用于以单个微粒计数器监控多个区域(例如干净房间区域)中的微粒。该设备的现有技术示例是复用微粒计数器,诸如Lighthouse Worldwide Solutions有限公司制造的通用集气管系统和控制器,与他们的微粒计数器 (例如他们的型号Solair 3100的基于便携式激光器的微粒计数器或基于遮蔽的微粒传感器)華禹合。

[0011] 关于绝对水分或露点温度测量,可以用于测量露点温度的现有技术星形配置的多点空气采样系统的一个示例是AIRxpert 7000多传感器,由Massachusettes的Lexington 的 AIRxpert Sustems 制造的多点监控系统,www. airexpert. com。

[0012] 在本发明的上下文中被定义为网络化的空气采样系统的另一多点空气采样系统使用中央“骨干”管子,具有延伸到各个位置的分支,形成总线配置的或树状的通路,与数据网络的配置相似。空气螺线管典型地远程位于接近于多点采样位置。例如星形配置的系统的每个位置的采样时间可以从大约10秒变化为几分钟之多。每个位置的典型的采样时间将是大约30秒,从而在30个位置被采样的情况下,可以每隔15分钟对每一位置进行采样。网络化的空气采样系统可以潜在地用于建筑物内的采样位置、空气处理单元管道系统、 以及建筑物的排风烟囱、或建筑物外部。Sharp的美国专利第6,125,710号中描述了示例性网络化空气采样系统,通过引用将该专利并入到本文中。Siarp等人的题为“Air Quality Monitoring Systems and Methods”的美国专利申请第09/779,379号提到了不同的多点空气监控系统,包括用于专家系统分析性能的多点空气采样系统,也通过引用而将该专利申请并入本文中。[0013] 最后,可以用于实现本发明的各部分的另一复用形式的设施监控系统在本发明的上下文中被定义为网络化的光子采样系统,其复用光的分组而不是空气的分组,并且可以包括星形配置的布局或网络/总线类型的布局。基本构思使用中央激光发射器和中央激光检测器,所述中央激光检测器发送出激光分组,并对其进行检测,所述激光分组被切换进入房间,以由光学开关来感测。在所感测的区域中定位和使用光纤传感器、红外线吸收单元或传感器、以及其它感测技术,以由于环境的影响而改变光的特性。其后,光分组被切换回到中央检测器,在所述中央检测器中,确定环境对光特性的影响。这种系统的主要优点在于,诸如光纤传感器或开放式单元传感器之类的传感器潜在地成本很低。昂贵的部分是激光器和中央式的检测器系统。与前面的多点空气采样系统相似,可以利用中央设备和电信概念的波分复用来同时进行对来自微粒、气体、和其它污染物、湿度等对光的多种影响,其中波分复用允许多个波长,并且因此多路信号共享同一光纤。该系统的明显优点是具有周期时间非常快速的能力,该时间周期可以是几十毫秒或更短。题为“Networked Photonic Distribution System forSensing Ambient Conditions”的美国专利第6,252,689号详细描述了这种采样系统,通过引用并入本文中。

[0014] 前述的多点空气采样系统和网络化光子采样系统合起来被称为采样系统,其可以应用于监控整个建筑物的广大范围的位置,包括任意类型的房间、过道、大厅、间隙空间、楼顶房间、室外位置、以及管道系统、通风间和空气处理器内的任意数量的位置。为了提供这些不同空间的控制和监控,可以创建虚拟传感器信号或连续的模拟信号或数字信号,所述虚拟传感器信号在本发明的上下文中指的是软件变量或固件变量,所述连续的模拟信号或数字信号可以被传递到其它系统(例如建筑物控制系统或实验室空气流控制系统),并且表示给定空间的空气质量参数值的状态。实际上,这些信号反映了如果使用本地传感器而不是多点空气采样系统或网络化光子采样系统(共同被称为采样系统),则本地传感器将有怎样的读数。

[0015] 多点空气采样系统已经与很大范围的空气质量参数传感器一起使用,以监控建筑物或设施的很大范围的空气质量属性或空气特性。在本发明的上下文中,空气质量参数传感器是可以检测一个或多个空气质量属性或参数的传感器,其将空气质量参数的存在情况的水平或者关于空气质量参数的存在情况的信息转换为连续改变或不连续的气动、电子、 模拟或数字信号,或转换为软件或固件变量,所述软件或固件变量表示在给定空间中的空气质量参数的存在情况的水平或者关于空气质量参数的存在情况的信息。空气质量参数传感器可以基于本领域技术人员所知的各种感测技术中的任何技术,例如电化学、光子或光学、红外吸收、光声、聚合物、可变电导率、火焰离子化、光离子化、固体状态、混合金属氧化物、离子迁移、声表面波、或光纤。空气质量参数传感器可以是有线传感器类型或无线传感器类型,并可以用各种类型的物理硬件(例如基于微电机械系统(MEMS)的硬件、基于纳米技术的硬件、基于微系统的硬件、基于模拟的硬件、或基于数字的硬件)来实现。此外,空气质量参数传感器可以感测多于一个的空气质量参数,并且可以在单个封装的设备中包括多于一个的空气质量参数传感器。

[0016] 此外,为了本专利的目的,空气质量参数被定义为一种空气特性,其可以包括空气污染物、空气舒适度参数、或二氧化碳(C02)。在本发明的上下文中,空气污染物指的是空气的某种潜在有害或刺激性化学、生物、或放射性复合元素或特性,例如C0、各种尺寸的微粒、烟、悬浮物、TVOC(挥发性有机化合物总量)、感兴趣的特定V0C、甲醛、N0、N0X、S0X、S02、 硫化氢、氯、氮氧化合物、甲烷、烃、氨、制冷气体、氡、臭氧、放射物、生物和/或化学恐怖活动制剂、其他有毒气体、霉菌、其他生物物质、以及要被感测的其它污染物。此外,空气污染物具体地说不表示这样的其它空气质量参数,例如温度、二氧化碳、或者对空气中的水分或湿度的多种形式的测量中的任意一个,例如以下参数中的任意一个:比如相对湿度、露点温度、绝对湿度、湿球温度、焓等。

[0017] 此外,空气污染物可以进一步被再划分为两种类型,基于气体的污染物和基于微粒的污染物。基于气体的污染物在本发明的上下文中被定义为作为基于气体或蒸气的空气污染物(例如CO、TV0C、臭氧等)。另一方面,基于微粒的污染物包括任意尺寸的生存和非生存的空气传播微粒物质,但通常微粒大小是直径0.01微米到100微米。这样,这种类型的污染物还包括所有生物微粒物质,例如霉菌孢子、细菌、病毒等。

[0018] 二氧化碳具体指的是作为除了氧和氮之外的组成成分在大气中可自然找到的气体二氧化碳。它在外部空气中的浓度典型地在300PPM和500PPM之间,并且对于正在进行典型办公室工作的人来说以每人0. OlCFM的近似速率由人类呼出。与送入建筑物的外部空气量相比,办公室里的人的数量的变化可以容易地将室内的C02水平改变到500PPM到 2500PPM之间。这样,由于空间中的C02的水平直接与C02从室外水平的增大除以空间中的人数有关,因此C02可以被用作基于每人的合适通风(有时也称为CFM外部空气每人)的极好的指标。虽然高C02水平通常与差的室内空气质量水平关联,但并非是C02自身的水平创建了与差的室内空气质量关联的不舒适和症状,而是关联的空气污染物的增多没有被合适地稀释。人类不受相对高水平的C02 (例如高到5000PPM)的影响,5000PPM在任意普通结构的建筑物中都是及其难被发现的。

[0019] 为了本专利的目的,空气舒适度参数具体地是指温度的测量或空气中的水分或湿度的许多相关的干湿测量中的一种,例如相对湿度、露点温度、绝对湿度、湿球温度、和焓。 空气舒适度参数也不是指二氧化碳或任意空气污染物。此外,在本发明上下文中,空气质量参数、空气污染物、或空气舒适度参数具体不包括以下参数的任何测量:空气流量、速度、或压力,例如以下测量:可以用每分钟立方英尺空气为单位或其它单位来表示的空气量、速度压力、空气速率或速度、静压、差分压力、或绝对压力。

[0020] 过去,现有技术多点空气采样系统已经频繁被使用来对于一个或多个被分别感测的空气质量参数提供监控、数据日志记录、告警、控制、或限制功能,但并未针对混合或复合的空气质量参数信号。

[0021] 在本发明上下文中,混合空气质量参数信号(也称为复合空气质量参数信号)被定义为模拟信号、数字信号、光学信号、软件或固件变量或地址位置或信息的其它基于时间的表示,其受到多个空气质量参数的影响、或与其有关、或以某种方式成为其函数,所述多个空气质量参数与一个或多个位置有关,例如房间、空间、区域、空气管道、或建筑物内的风险环境或建筑物或设施周围或附近的周围条件。这样的混合或复合空气质量参数信号与现有技术相比可以用于实现各种优点,例如简单性、精确度、成本有效性、以及可靠性。混合信号还可以如稍后描述独特地使得能够进行新的空气流控制应用,也能够用于通用IEQ监控、命令空气流控制设备、或用于控制与它们有关的建筑物的操作的任何方面,例如结合其 HVAC以及建筑物控制系统。[0022] 关于现有技术的其它方面,针对来自多点空气采样系统的各个空气质量参数的告警或限制功能输出信号在过去有时已经被传送给其它系统,例如建筑物管理系统(BMS),其基于这些功能的状态可以影响建筑物的操作的各个方面,例如到达由多点空气采样系统监控的区域内的位置的空气流等级,其中,监控系统已经检测到单个感测的空气质量参数已经超过预定极限。例如,基于采样的制冷剂监控系统是多点空气采样系统的一个示例,其提供告警/限制功能,例如针对各个参数的告警/限制功能,其中,一个或多个继电器触点 (relay contact)或模拟输出信号(例如0_10伏特或4_20毫安信号)在安置了一个或多个共享传感器的地方被本地地提供,或者经由通过数字网络与传感器硬件进行通信的远程模块而被提供。由BW Technologies的Vulcain分部所制造的VASQN8X多点制冷剂监控器是例如具有这些性能的监控系统的一个示例。按照该方式,多点空气采样系统已经被用于提供不连续信号,典型地经由继电器触点,其反过来基于单个空气质量参数提供不连续的控制功能。注意,在本发明的上下文中,不连续信号被定义为具有受限的一组值或状态的信号,例如两状态或三状态以及这些值之间没有中间值或中间状态的阶跃。本发明的上下文中的不连续控制功能相似地被定义为具有受限的一组输出值或状态的信号,例如两状态或三状态并且相似地在这些值之间没有中间值或中间状态的阶跃。

[0023] 美国专利第5,292, 280号和第5,267, 897号描述了另一种多点空气采样系统,其在多个位置监控单个示踪气体,典型地是二氧化碳(C02),包括回风空气、外部空气、以及与空气处理器关联的送风排出空气,以便直接计算外部空气流成分,用于控制空气处理器。该方法使用公共C02或示踪气体传感器和阀,它们被分配给每一采样位置,以提供基于正在被采样的当前位置而在时间上改变的来自C02传感器的复用信号。由分离的控制模块来读取来自共享C02传感器的时变信号,在所述分离的控制模块中,基于表示外部空气、回风、 以及送风排出空气C02浓度的序列状态的连续知识来将该时变信号分解为三个分离的C02 或示踪气体信号。

[0024] Warden在题为"SuppIy air C02 Control of minimum outside airfor multiple space system"(David Warden,出版于 2004 年 10 月,ASHRAE Journal)的论文中所描述的相似的多点空气采样系统现有技术方法应用了公共的单参数C02传感器,使用三向阀或两个分离的双向阀来交替地切换从空气处理器的送风排出空气以及从室外取得的空气采样。 这样便创建了复用信号,所述复用信号可以由计算机以潜在地直接数字控制模块(或DDC 控制器)的形式进行分解,以便得到送风空气C02浓度关于外部空气C02浓度的读数,这反过来可以用于控制进入空气处理器的外部空气。

[0025] Sharp和Desrochers的美国专利第6,609, 967号和第6,790, 136号公开了方法和装置,用于在受控通风环境中安全地再循环空气,以最小化每个房间的通风和热负荷需求, 并且从而降低所需外部空气的量。特别地,如果在通风环境的房间之一中感测到一种或多种单个的空气污染物,则从该房间再循环的空气量被减少或潜在地被切断,以防止污染通风环境中的其它房间。

[0026] 其它现有技术系统,例如上述AIRxpert 7000多传感器、多点监控系统、或先前在 Sharp的美国专利第6,125,710号中描述的网络化空气采样系统,讨论了测量多个单个的空气质量参数,但仍然没有讨论如何创建或采用来自这些系统的混合空气质量参数信号。

[0027] 此外,迄今为止,使用多个单个的本地传感器来创建来自多个位置的复合信号将涉及用于建筑物管理系统(BNS)或数据获取系统的大量单个的传感器,具有关联的大量先期成本以及大的进行中的校准成本。另一方面,虽然如上所述,多点空气采样系统可以在离散采样和单个的基础上成本有效地感测多个参数,但迄今为止装置一直不能在不连续或连续的基础上合适地组合和混合这些信息使得它能够被有利地应用于适当的监控或控制应用。

[0028] 混合空气质量参数信息可以用于明显优点的一个有关应用涉及基于房间或区域的需求控制稀释(DCV)(例如应用于办公室、教室、生产线、礼堂或可变占用空间),或者基于空气处理单元的控制稀释(例如应用于建筑物的空气处理器)。如上所述Warden在题为 “Supply air C02 Control of minimum outside air for multiple spacesystems,,的论文中所述,可以通过测量作为C02的用于占用情况和稀释的代理测量(proxy measurement), 基于设施或给定区域或房间中的人数来改变进入设施的外部空气以及进入给定房间或区域的送风量。如上所述,空间或建筑物中的人越多,C02增加得越多,这允许在人数增多时 C02的测量驱动和增大进入建筑物的外部空气,如果相反,当空间中人较少时,允许外部空气的量降低。相似地,对于基于房间或区域的需求控制稀释,当区域的C02水平增大时,可以增大进入空间的送风空气,以增大空间中的稀释通风量,反之,当由于空间(例如会议室)中的人减少而C02水平下降时,可以将进入该空间的送风空气降低到处理房间热负荷所需的最小送风空气,以节省能量。

[0029] 虽然基于房间的稀释通风控制和基于空气处理器的外部空气控制的这两个需求控制稀释方法已经被使用了多年,但这些构思的一个问题在于,潜在地存在非人类污染物质,例如微粒、一氧化碳、TVOC(挥发性有机化合物总量)或其它空气污染物,当这些污染物质的源出现并且通风水平很低时,这些污染物质可以累积并且其值增大。如果例如空间是被稀疏地污染的,并且某些强的和潜在地刺激性清洁剂在空间中被使用,则对于那些现有占用者,由于当现实中清洁剂的存在应该需要高得多的通风等级时占用者的低水平可能已将通风等级向下驱动到低水平,因此问题随之而来。如由Kurt X. Roth, JohnDieckmann 和 James Brodrick 所著的 2003 年 7 月发表在 ASHRAEJournal 上的题为 ‘‘Demand Control Ventilation"的文章,虽然“实际上DCV已经将每年的能耗降低了每平方英尺0. 05美元到1美元,...当前,多数建筑物并不使用DCV,因为担心前面所述的非人类室内污染物。(In practice DCV has reduced annual energy cost by$0. 05 to $lper square foot.... Currently, most buildings do not use DCV becauseof concerns about non human indoor pollutants mentionedpreviously·),,。

[0030] 除了先前感测这些非人类室内污染物质或空气质量参数的高成本之外,通风控制领域的技术人员尚不知道应该结合自身并非污染物的二氧化碳信息来使用多么不同的空气污染物(例如TV0C、微粒、一氧化碳、和其它污染物),以通过混合使用C02的需求控制稀释加上基于一种或多种空气污染物的稀释通风控制两者的元素来适当地控制进入建筑物的外部空气。

[0031] 参照另一工业问题,虽然仅使用上述多点空气采样系统以创建复合或组合的空气质量参数信号存在多个优点,但存在不能通过使用这些多点空气采样系统中的至少一些 (若非全部)来被合适地检测到的某些空气质量属性。最值得注意的是,由于穿过空气采样管道或管子的空气采样的温度将快速把温度改变为等于采样管道或管子的温度,因此不能以中央传感器远程感测温度。在很多情况下,在空气温度已经实质上受采样管材的温度影响之前,空气无需传输多于10至20英尺。此外,还存在其它空气质量属性,例如臭氧或微粒,它们取决于所使用的管材类型或传输速度而可能受通过管材传输的影响。关于温度,例如,在使用多点空气采样系统测量与水分有关的特性,例如相对湿度和焓时,基于远程传感器的多点空气采样系统欠缺在空气采样位置测量房间或管道温度的能力而产生问题。这是因为只能通过多点空气采样系统直接测量绝对湿度、以千分之几的空气中的水蒸气量、或者露点温度。因而,在空气采样温度受空气采样管材影响之前获得空气采样温度的测量、其后将该温度测量与绝对湿度测量组合或混合的难度在过去阻止了使用这些多点空气采样系统用于在房间中或空气管道中监控或控制相对湿度和焓的混合空气质量参数。

[0032] 由于所述空气的宽范围的温度及其典型的微粒和灰尘的高浓度,当用作本地传感器时,特别是对于涉及外部空气测量的某些应用,潜在地用于空气处理单元的节能装置中的本地相对湿度和焓传感器难以维持和保持精确性,因此这是潜在地很重要的。例如,New BuildingsInstitute进行的对I^acific Northwest中的节能装置和空气处理单元的的最近的研究表明,大约三分之二的节能装置被评估为没有适当地工作,或在由于传感器故障而导致在很多情况下完全失效。

[0033] 为了更详细地解释该应用,本发明上下文中定义的节能装置是存在作为建筑物空气处理系统的一部分的系统,用于通过引入外部空气代替或辅助机械制冷(例如基于机械设备的空调)来减少制冷成本。节能装置的有效性很大程度上基于当外部空气条件适合从而外部空气可以用于所谓的“自由制冷”以减少压缩机使用时的感测能力。美国专利第 4,182,180号和第4,570,448号公开了使用外部空气来用于制冷的示例性技术,通过引用将这些专利并入本文中。它包括基于干球温度、单个焓、以及差分焓的节能装置。在这些类型的节能装置中,基于焓的类型(具体地说,基于差分焓的节能装置)已经显示出较好性能,尤其在更热的更潮湿的气候中,其中,与制冷外部空气关联的潜热负荷(latent heat load)可以是一个重要因素。对于该应用,焓传感器可用于节能装置,例如Honeywell型号 C7650固态节能装置控制。

[0034] 虽然以基于焓的节能装置的节省潜力可以是显著的,但上述这些系统通常在实践中部分地由于不可靠的传感器技术的问题而导致实现受限的节能,这是本领域所公知的。 ASHRAE(美国采暖、制冷、和空调工程师协会)已经评价了这些传感器的有限的可靠性,例如在ASHRAE标准90. 1用户手册中。已知的焓传感器基于塑料丝,其会随时间而恶化,导致故障或总的校准误差。较新的传感器基于固态设计,但它们仍然遭受漂移和可重复能力的问题。

[0035] 中央远程绝对湿度和冷镜湿度计精确、可靠的多,并且当作为多点空气采样系统的一部分时被成本有效地使用。如果本地温度测量的方面可以被成本有效地解决,则这些传感器可以有利地用于相对湿度和焓的更常用的测量。

[0036] 节能装置的另一问题在于,存在室外条件劣于室内条件的时间,例如在高峰时段期间位于主要公路附近的建筑物。在这些时间段期间,如果节能装置要求自由制冷,则潜在地100%外部空气被抽入建筑物中,这可以节省能量,但是由于建筑物外部的高交通流量, 设施的室内空气质量可能实际上变得更糟。结果,将有助于能够创建混合外部空气污染物信号,其包括多种空气污染物,例如TV0C、C0、以及潜在地包括微粒,它们可以用于空气处理器,以当外部空气“很脏”时,强制覆盖(override)外部空气的节能装置控制。

[0037] 使用空气污染物传感器(例如用于微粒、CO、TV0C、或其他空气污染物的传感器) 的建筑物中的稀释通风的一个已知问题在于,如果外部空气浓度变得足够高,则增大进入受控区域或房间的外部空气或送风空气的空气流量将实际上增大空间、管道、或空气处理器中的所感测的空气污染物水平。当超过内部稀释通风阈值水平时,这可以潜在地创建负反馈情形,迫使外部空气水平和/或房间送风空气流水平达到其最大水平。取决于HVAC系统的设计容量的水平,在这种锁闭情况下,可能超过空气处理系统的容量,导致HVAC系统控制的性能降低。

发明内容

[0038] 因此,本发明的主要目的在于提供一种系统,用于至少部分地使用多点空气采样系统并且在某些情况下还使用本地离散空气质量参数传感器,提供从各个空气质量参数测量推导出的混合空气质量参数测量。

[0039] 本发明的另一目的在于提供一种系统,用于提供精度和成本有效性改进的空气质量参数测量,这在仅使用离散本地传感器或仅使用多点空气采样系统的情况下无法实现。

[0040] 本发明的另一目的在于提供一种系统和方法,用于提供用于控制建筑物HVAC(加热、通风、以及空调)操作和包括控制设备的设备的一种类型的成本有效且精确的混合空气质量参数传感器测量,这在过去一般无法实现。本发明的另一个目的在于使得能够进行具体控制和监控应用,其涉及创建相对湿度和/或焓的混合空气质量参数测量,利用本发明能够更加成本有效且精确地进行上述操作。

[0041] 本发明的另一目的在于使得能够进行改进的和更健康的形式的需求控制稀释,其涉及创建和使用改进的外部空气控制信号和/或送风空气流控制信号。这些控制信号也被称为外部空气命令信号和/或稀释通风命令信号,可以例如使用混合空气质量参数信号来进行创建,所述混合空气质量参数信号可以典型地包括二氧化碳水平信息的各个方面,以实现需求控制稀释的各个方面;以及来自至少一个其它空气质量参数测量(例如TV0C、微粒、一氧化碳、或甚至湿度)的信息,以辅助通过以下操作来保持空间或建筑物中的良好的空气质量:将适当水平的送风空气流提供给空间,和/或提供进入建筑物的外部空气,以将任何这样的所感测的空气污染物稀释下降到安全或推荐的水平。

[0042] 通过以下方式来实现本发明的后者的实施例:使用来自多点空气采样系统的虚拟信号和/或来自本地房间或管道空气质量参数传感器的信号,并使用信号处理控制器或其它装置(例如建筑物控制系统)经由多种方法中的一种或多种来组合它们,从而创建稀释通风命令信号和/或外部空气流命令信号。在本发明的上下文中,稀释通风命令信号被定义为这样一种空气流命令信号,可以用于基于所感测的空气质量参数信息来至少部分地改变进入受监控的房间或空间的送风空气流等级。该控制信号的目的在于,当空间或建筑物中的空气污染物水平太高时,增大通风,典型地用于改进室内空气质量,并且当空间中的占用者的数量减少并且空气对于污染物相对干净时,降低空气流水平,典型地用于节省能量。

[0043] 在本发明的上下文中,外部空气流命令信号被定义为可以用于基于潜在地多个因素而至少部分地改变进入建筑物或空气处理单元的外部空气流的空气流命令信号。所述因素包括例如建筑物内部的所感测的空气质量参数信息、建筑物外部的所感测的空气质量参数信息、内部和外部所感测的空气质量参数的比较水平、用于优化能量效率和舒适度的自由制冷量、以及基于例如由特定空气处理单元所服务的建筑物的整个区域、由空气处理单元所服务的特定风险区域、或由具有变化占用情况的空气处理单元所服务的区域的实时占用或设计占用而满足推荐的指导方案所需的外部空气流的量。这个控制信号的目的在于, 当空气“脏”或具有过度的空气污染物水平时,通过增大的内部污染物的稀释并防止过度使用外部空气来提供增强的室内空气质量,从而平衡来自自由制冷和需求控制通风的能量节省。

[0044] 为了本专利的目的,空气流命令信号是任何气动信号、电信号、模拟信号或数字信号、或软件变量或固件变量,所述软件变量或固件变量工作于在微处理器或计算机上运行的固件程序或软件程序中;由房间空气流控制器、外部空气流控制器、建筑物控制系统来使用,由位于建筑物内的房间或空间中的回风、排风或送风空气流控制设备中的一个来使用, 或由常常与建筑物空气处理单元或HVAC系统关联的外部空气流、再循环空气流、或建筑物排风空气流控制设备或调节封门来使用。这些命令信号用于至少部分地改变或控制运动进入或离开建筑物、空气处理器或建筑物内的区域、空间、房间、或环境的空气流中的任何一个之间的关系或其各方面中的一个或多个。如果空气流命令信号具有连续改变特性,则在此可被称为VAV或可变空气量命令信号。或者,空气流命令信号可以是不连续空气流命令信号,在本发明的上下文中,其被定义为可以仅具有两个水平或状态的信号,为了本专利的目的在此被称为两状态信号,或者它可以具有三个水平或状态,因此在本发明的上下文中可以被称为三状态信号。作为替换方案,不连续空气流命令信号可以具有多个离散水平或状态,因此可以在此被称为多状态信号。

[0045] 为了本发明的目的,上述信号处理控制器指的是模拟电子电路或数字电子电路, 和/或运行软件程序或固件程序的微处理器或计算机,其至少使用来自空气质量参数的各个本地传感器的信息、信号、和/或软件变量或固件变量加上虚拟传感器信号、来自空气质量参数的远程或中央传感器的信息和/或软件变量或固件变量,并按潜在的多种方式来混合、组合或处理这些信息。结果,信号处理控制器创建用于建筑物外部空气流控制、用于稀释通风、偏移空气量的空气流命令信号,或将由房间空气流控制器所使用的其它空气流命令,和/或用于创建可以由其它控制设备(例如建筑物控制系统)使用的信号或信息的空气流命令,用于至少部分地控制建筑物水平空气流,包括进入建筑物的外部空气流以及送风、回风、排风、或偏移空气流的一个或多个房间空气流,和/或用于某些其它控制或监控功能,所述功能以某种方式与上述房间或建筑物空气流中的一个的控制有关。

[0046] 在本发明的上下文中,上述建筑物控制系统或建筑物管理系统被定义为位于建筑物或设施中的控制系统,其用于控制建筑物中的HVAC系统的一个或多个功能,例如控制空间温度、空间相对湿度、空气处理单元空气流和操作、排风机流、冷却操作、节能装置操作、 管道静压、建筑物加压、风险环境空气流。这些系统经常集成有或包括有其它建筑物系统或子系统,例如着火和安全系统、卡访问系统、闭路电视监控系统、烟控制系统、电源监控系统、跟踪空气流控制系统、和风险环境空气流控制系统。建筑物控制系统可以具有气动、电力、电子、微处理器、计算机或基于web的控制,其使用气动信号、模拟信号和/或数字信号输入和输出。这些系统经常具有中央监控功能、中央控制性能或本地控制性能,并可以具有基于因特网或web的访问。它们还可以被称为建筑物管理系统(BMS)、设施控制系统(FCS)、或设施管理系统(FMS)。

[0047] 本发明的另一目的在于提供系统和方法,用于防止稀释通风和外部空气流控制由于高室外空气污染物水平而变成锁闭在高流等级。对于外部空气控制解决该问题的优选实施例涉及使用用于控制的混合空气污染物信号,其从取得室内对室外污染物水平的差分而不是绝对室内水平而被创建。由于以相同传感器来进行室内和室外测量实质上减小了当获取两个不同传感器之间的差时被典型地放大的一般传感器误差,因此使用多点空气采样系统提供了独特的高精确度来使得该应用成为可能。同样,用于对于基于房间的稀释通风控制解决该问题的优选实施例涉及使用用于控制的混合空气污染物信号,其通过使用共享传感器空气采样系统而被创建,所述空气采样系统使用馈送受监控的区域或空间的送风空间中的污染物水平与区域或空间污染物水平的测量之间的差来生成差分空气污染物信号。

[0048] 近来,当由信号处理控制器要使用多个空气质量参数来帮助创建稀释通风或外部空气流命令信号时,尤其在每个空气质量参数具有关注的不同阈值的情况下,每个空气质量参数可以被比例缩放为相对于该阈值的标准比例。例如,0至10伏特范围中的2伏特可以表示空气流应该开始被增大的阈值点,而10伏特表示最大流。于是,可以高选择单个的信号,从而这些信号中的较高的信号控制稀释流。作为替换方案,在信号已经基于每一感测的化合物的健康影响的严重性或基于先前阈值的加权以相对方式被加权之后可以对它们求和。在以下情况下也可以使用非线性加权:例如超过阈值的增大水平的危险污染物要求高得多的空气流例如对于一氧化碳,相对于更良性的但仍然重要的污染物例如微粒。

附图说明

[0049] 本领域技术人员将从优选实施例的以下描述以及附图中理解其它目的、特征和优

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[0050] 图1是本发明的系统的优选实施例的示意图,其中,由多点星形配置空气采样系统来监控多个空间和空气管道。

[0051] 图2是本发明的系统的优选实施例的示意图,其中,由多点网络化空气采样系统来监控多个空间和空气管道。

[0052] 图3是房间中的本发明的系统的优选实施例的详细示意图。

[0053] 图4是本发明的可以用于创建稀释通风命令信号的信号处理逻辑的优选实施例的一部分的示意图。

[0054] 图5是用于空间的本发明的房间空气流控制逻辑的实施例的示意图,包括受控房间回风空气流控制设备。

[0055] 图6是本发明的系统的一个优选实施例的示意图,其中,由多点空气监控系统来监控包括回风空气的建筑物空气处理单元。

[0056] 图7A和图7B是与换气率控制序列关联的各个稳态水平的示意图。

[0057] 图8A和图8B是用于使用闭环系统控制空间或建筑物环境中的换气率的示意性策略,以通过改变环境内的送风空气流等级或进入建筑物的外部空气来提供稀释通风或外部空气控制。

[0058] 图9是本发明的外部空气流控制器逻辑的优选实施例的一部分的示意图,其可以用于创建外部空气流命令信号。具体实施方式

[0059] 图1和图2示出典型的一组受监控的环境或房间20A、20B以及20C,其具有进入走廊10的门,该走廊10也被监控。虽然该图示出三个房间和一个走廊,但本发明可以用于仅一个房间或空间或受监控的区域或任意多个房间或空间,其包括同样受到监控的其它邻近空间或走廊,例如两个或更多房间、或一个走廊加一个或多个空间。还要注意,虽然图中所示的环境被环绕在墙内,但本发明上下文中的受监控的环境、空间或区域也可以是没有被墙或隔离物围绕的房间的部分或区域。因此,可以在一个物理房间内具有多个受监控的环境。作为替换方案,多个物理房间也可以构成一个环境或空间。典型地,环境20还将是由一个或多个送风空气流控制设备51进行馈送的区域。潜在地,可以使用回风空气流设备 41A,其受控于房间空气流控制器30,或者,可以没有受控的回风空气流设备,例如在房间 20B和20C中的情况。在后者的两种情况下,送风可以取道经由传送管道40B或顶棚网栅 (ceiling grill)42C回到空气处理器,进入通风空间(plenumspace),所述通风空间典型地在顶棚空间,其最终连接到空气处理单元的回风空气流入口,所述空气处理单元例如为图6 中的空气处理器单元1000,其将送风空气提供进入空间中或空间附近。为了本发明的目的, 房间空气流控制器(例如房间空气流控制器30)是空气流控制装置,其可以是模拟或数字电子设计,或者可以使用微处理器或计算机来构造,所述微处理器或计算机运行软件或固件程序,所述软件或固件程序创建用于一个或多个送风或回风空气流控制设备的空气流命令信号,所述送风或回风空气流控制设备可能使用来自其它设备、系统或控制器的信息、信号和空气流命令。

[0060] 图1和图2中的这些组房间还被描述为具有来自送风管道50A、50B和50C的送风源,所述送风源来源于图6中的空气处理器单元1000,可以通过通风空间或从受控的回风管道40A、非受控回风管道40B或压力通风空间40C作为回风而退出房间。虽然图中未示出,但走廊10经常也具有送风源。送风管道50A、50B和50C还包括空气流控制设备51A、 51B和51C,其分别通过送风流网栅或散流器(diffuser) 52A、52B和52C将空气送入房间或空间。此外,房间回风管道40A包括回风空气流控制设备41A,其控制吸入到回风管道的房间或空间空气的量。回风管道40A、回风传送管道40B、以及通风空间40C分别通过房间回风网栅或通风口(vent opening)42A、42B和42C连接到房间20A、20B和20C。

[0061] 图1和图2还示出存在通过外部空气管道60进入建筑物的外部进风口(outside air intake) 620该管道可以连接到某些类型的空气处理单元,或者是某些类型的空气处理单元的一部分,以将外部空气吸入建筑物,其中所述空气处理单元例如是图6中的空气处理单元1000,它可以是与空气处理器单元1000不关联的进入建筑物的专用外部空气或补充空气的源,或者它可以是外部空气拾取位置,具体地分别用于图1和图2的空气采样系统 100和200,或由它们共享。外部空气流控制设备67还被示出作为用于改变和控制进入建筑物的外部空气的量的装置。

[0062] 本发明的上下文中所使用的空气流控制设备(例如送风空气流控制设备51A、回风空气流控制设备41A、以及外部空气流控制设备67)分别被定义为空气流控制领域的技术人员已知的任何设备,用于通过管道或开孔来控制空气流量和速率。例如,它们可以是恒定量、两状态、多状态、或可变空气量(VAV)箱(box)或终端,例如由TituS、Metal Aire、Enviro-Tec或其它公司制造。这些设备使用某些类型的调节风门(damper)或节流设备, 例如单个圆形、方形、或矩形叶片调节风门、多叶片调节风门、可以用于封锁开口的一组气囊(pneumaticbladder)、或可以用于封锁管道的任何其它类型的节流设备,所述调节风门或节流设备连接到气动执行器(pneumatic actuator)、电力执行器或电子执行器,所述执行器由基于气动、电子、数字或微处理器的控制器控制,所述控制器典型地还依赖于来自流传感器的流的反馈,用于管道的空气量的闭环控制。这些流传感器可以是本领域技术人员已知的各种类型,例如基于单个或多个速度压力传感器、热丝(hotwire)、加热的电热调节器(heated thermistor)、微电子流传感器等的传感器。

[0063] 作为替换方案,常用的另一类型的流控制设备是空气流控制阀,其典型地具有文丘里管(venturi)形状的主体,所述主体带有加载了弹簧的锥体(cone),所述锥体移动通过该设备的文丘里管形状的喉部,以提供对空气量的固有的、与压力无关的控制,所述空气流控制阀例如由Wioenix Controls或其它公司制造。这些阀典型地具有气动激励、电力激励或电子激励,以提供恒定量、两状态、多状态、或可变空气量控制。这些设备常常具有大的弹性(turndown)或流范围,使得它们非常适合于可以具有宽的流范围的稀释通风的动态控制,以实现最佳节能性和安全性。

[0064] 最后,空气流控制设备的另一示例可以简单地是某些形式的单叶片调节风门或多叶片调节风门或其它类型的节流设备,其位于空气处理单元中,例如图6中的空气处理单元1000中的调节风门1003、1006和1067、外部空气管道、或服务于一个或多个区域的管道。 这些节流设备或调节风门设备可以或可以不进一步地与前述空气流测量设备或相似的空气流测量设备中之一共同被使用,所述空气流测量设备或所述相似的空气流测量设备被适配为例如使用传感器网格或感测孔,例如以便跨越大截面管道区域精确测量空气流。作为示例,将空气流提供进入空气处理单元的外部空气流调节风门常常并不与空气流测量设备结合使用。作为替换方案,可以使用感测外部空气流的其它间接装置来提供对外部空气流控制设备的更好的控制。

[0065] 参照图1,该图涉及本发明的优选实施例,其针对使用来自星形配置的多点空气采样系统100的混合空气质量参数信号来控制房间或区域。多点空气采样系统100可以是星形配置的多点空气采样系统,其具有如美国专利第6,241, 950号、美国专利第5,292, 280 号、美国专利第5,293, 771号、或美国专利第5,246, 668号所描述的结构。它还可以是适用于该目的的制冷气体和有毒气体监控器,例如Vulcain有限公司的多点采样抽取气体监控器,型号VASQN8X,在他们的网站mm. vulcaininc. com上可以找到,或可以是复用微粒计数器,例如Lighthouse Worldwide Solution有限公司制造的通用集气管系统和控制器 (Universal Manifold System and Controller),在它们的网站www. golighthouse. com上可以找到,与它们的微粒计数器(例如型号Solair 3100的基于激光器的便携式微粒计数器或基于遮蔽的微粒传感器)之一进行耦合。它还可以是星形配置的多点空气采样系统, 例如 AIRxpert 7000 多传感器,艮口一种由 Lexington,Massachusetts 的 AIRxpert Systems 公司制造的多点监控系统,可以在他们的网站www. airexpert. com上看到。

[0066] 在图1中,一组螺线管阀(solenoid valve) 161至167是多点空气采样系统100 的一部分。这些螺线管161至167可以由其它切换装置等同地代替,例如Washington的 Liberty Lake 的 kanivalve 公司制造的 SSS-48C Single kanivalve 系统,在他们的网站www. scanivalve. com上可以看到,其使用气动选择器开关和步进电机来将多个输入端口中的一个连接到出口端口,该出口端口可以连接到诸如压力传感器之类的传感器。螺线管阀 161至167被控制逻辑110控制为按照一种顺序进行切换。所述顺序可以是一个螺线管接一个螺线管的简单顺序模式,或者是例如通过编程而改变为潜在的多个预设定模式中的一个,或者它可以具有这样的模式:所述模式可以通过手动或远程命令、或通过基于一种或多种感测的空气质量参数的值或信号模式的触发事件,从而被中断并且改变为新的顺序。所述触发事件可以从多点空气采样系统100的外部生成,也可以从信号处理控制器块130所处理的传感器信息创建。

[0067] 螺线管阀161至167通过管材14、24A、44A、44B、54B、24C和64连接到空间中的采样位置13、23A和23C、以及管道感测位置43A、43B、5!3B和63。在图1中,例如,走廊10中的采样位置13通过管材14连接到螺线管161。房间20A和20C中的区域感测位置23A和 23C通过管材24A和24C分别连接到螺线管162和166。回风管道采样位置43A和回风传送管道采样位置4¾通过管材44A和44B分别连接到螺线管163和164。送风管道采样位置5¾通过管材54B连接到螺线管165。最后,外部空气管道采样位置63通过管材64连接到螺线管167。作为替换,管材64可以连接到除了管道60之外的一些其它合适的位置,以获得外部空气采样。

[0068] 上述管材将空气采样从感测位置传输到多点空气采样系统100的螺线管。所述管材在直径上典型地具有八分之一到二分之一英寸的内径,优选的内径是大约四分之一英寸。所述管材可以用标准塑料气管(pneumatic tubing)或本领域技术人员所知的其它合适的管材来制成,所述标准塑料气管材例如NJ的Mirling的ThermoplasticProcesses有限公司制作的,Dekoron TM低密度聚乙烯(LDPE)塑料、聚四氟乙烯、不锈钢的“Bev-A-Line XX”管材。然而,为了在传输TVOC和微粒中的较优性能,对VOC呈惰性而具有很少的吸收和解吸附的、并且导电以防止静电累积的材料是优选的,例如柔性不锈钢管材。在2004年9月 23 日提交的题为“TUBING FORTRANSPORITNG AIR SAMPLES IN AN AIR MONITORINGSYSTEM” 的美国专利申请序列号第10/948,767号以及在2005年6月10日提交的题为“Α^ MONITORING SYSTEM HAVINGTUBING WITH AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE INNERSURFACE FOR TRANSPORTING AIR SAMPLES”的美国专利申请序列号第11/149,941号中描述了其它优选材料和构造。

[0069] 此外,在图1中,真空泵140通过管材将空气从感测位置吸入螺线管161至167以及吸入集气管(manifold) 190,所述集气管190将螺线管的所有输出端口连接在一起,并将它们连接到共享传感器120的入口。共享传感器120的出口由管材141连接到真空泵,所述管材141的构造并不关键,并且可以是不昂贵的塑料管材,例如上述的Dekoron TM或其它管材。所述管材的内直径可以做成与连接到螺线管阀的入口的管材的尺寸相似,或可能为了较少的压降因而做得更大。共享传感器120可以包括一个或多个传感器,用于测量空气舒适参数,例如绝对湿度或露点温度、二氧化碳;非空气质量参数,例如差分静压;或空气污染物,例如C0、微粒、烟、TV0C、感兴趣的特定V0C、甲醛、NO、Ν0Χ, S0X、氮氧化合物、氨、 制冷气体、氡、臭氧、生物和/或化学恐怖活动制剂、霉菌、其它生物制剂、以及待感测的感兴趣的其它空气污染物。这些传感器可以串联、并联、或串联和并联组合连接。

[0070] 共享传感器120的信号输出被传递到多点空气采样系统100的信号处理控制器块130。该块130还从传感器输入块150接受其它传感器信息。该输入块150根据需要或期望从本地房间或管道传感器而不是远程传感器接受传感器信号或信息。例如,由于空气的温度将随着其移动通过管材而快速变化为管材的温度,因此不能远程感测温度。此外,某些区域可能需要对空气质量参数的即时的感测。这在房间20A中示出,其中房间传感器25A 通过电缆26A连接到传感器输入块150,所述房间传感器25A例如可以是温度传感器。如果对于25A使用温度传感器,并且位于采样入口 23A附近,则可以将该位置的共享传感器绝对湿度或露点温度测量与来自传感器25A的温度测量进行组合或混合,以创建非常精确的对相对湿度、焓或其它有关的干湿测量之一的成本有效的测量。类似地,如果外部空气管道传感器65被用于测量温度,则来自采样位置63的共享传感器绝对湿度测量或露点温度测量的组合将允许计算相对湿度或焓的外部空气测量,其中所述采样位置63的位置可以接近于传感器位置65。

[0071] 传感器和传感器输入块可以利用多种信号形式工作,例如模拟电压、模拟电流、或数字。作为替换方案,传感器可以具有其自己的板载(on board)微处理器,并通过数据通信协议与传感器输入块150通信,所述数据通信协议例如是Echelon公司的LonTalk、或 ASHRAE's BACnet通信标准所概述的合适的协议、或实际上任意其它合适的协议,包括各种专有协议和常用于提供建筑物环境内的设备之间的数据通信的其他工业标准协议。然而, 典型地,当使用数字数据通信来连接到离散设备,例如25A时,使用在物理层(例如EIA 485 物理层)上运行的协议来实现这种操作,在所述物理层的顶部将使用合适的上层协议。在这些情况下,例如,电缆26A可以被指定为双绞线屏蔽导线对。尽管如此,可以使用对建筑物控制产业常用的任意数量的电缆类型来实现传感器25A与输入块150之间的连接。此外, 可以省略电缆26A,并且传感器25A可以使用诸如IEEE 802. lla/b/g、Zigbee、Bluetooth、 网状网络(mesh networking)之类的协议和方法,或者用于建筑物和IT(信息技术)工业中的其他无线方法,与输入块150进行无线通信。

[0072] 使用信号处理控制器块130来处理来自共享传感器的传感器信息,以创建反映所感测的位置中的环境状况的虚拟传感器信号。该信息被添加到来自任何本地房间传感器 (例如25A)或管道传感器65的信息,然后可以被进一步处理以创建混合的或复合的空气质量参数信号,然后以各种可能的方式被使用。例如,为了监控和/或控制的目的,可以通过数字网络化的连接181将该信息发送到建筑物控制系统180。例如可以使用BACnet协议、 Lonworks, 0PC、XML数据交换或其它合适的接口信息转换来进行信息交换。物理连接181 可以是以太网连接、EIA 485(也称为RS480连接、或其它类型的数字数据通信连接。数据的另一使用可以是通过内部局域网和/或外部局域网或广域网将其发送,以在远程位置进行监控。此外,数据可以直接地或通过局域网而穿过电话网络或其它合适的连接装置171, 以连接到因特网或专用网络,可以从所述因特网或专用网络使用网站或其它合适的装置来远程访问、显示、和分析来自多点空气采样系统100的数据。

[0073] 最重要的是,信号处理控制器块130还可以提供房间空气流控制器30所使用的控制信号31,以及稀释通风命令信号31A、31B和31C,其中所述房间空气流控制器30在图1 中被示出为块30A、30B和30C。控制信号31用于动态改变空间的最小送风空气流等级,其也等同地控制房间20A、20B和20C的稀释通风的量。由于可以由共享传感器所感测的空气质量参数中的一个是二氧化碳,因此混合稀释通风命令信号还可以包括与给定空间中的二氧化碳水平有关的信息,用于实现对变化的占用情况进行响应的本地房间水平需求控制通风方法。并且,给定与房间空气流控制器30关联的电子器件的柔性特性,可以在房间空气流控制器30内执行由信号处理控制器130执行的部分或全部功能,所述房间空气流控制器 30可以是可编程设备。在此情况下,可以在控制器30内至少部分地创建信号31。

[0074] 参照稀释通风命令信号31A、31B、31C,信号处理控制器块130可以产生这些信号或这些信号的一些部分,或者全部或一部分控制功能可以由建筑物控制系统180产生。例如在图2中示出这种情况,其中稀释通风命令信号31C使用来自图2中的共享传感器220和 /或本地房间传感器(例如^C)的传感器信息,特别是空气质量参数传感器信息。进一步地,应该清楚,图1的信号处理控制器130、图2的信号处理控制器210、或图6的信号处理控制器1130无需分别被物理地封装在块100、200或1100内,并且能够将信号处理控制器 130、210或1130实现为单机模块,或将它们与例如图1、图2或图6内示出的某些其它部分或系统集成在一起。

[0075] 参照图2,该图涉及本发明的另一优选实施例,其针对于使用网络化空气采样系统 (例如与美国专利第6,125,710号中所描述的相似的空气采样系统)来创建混合或复合空气质量参数测量以及稀释通风空气流命令信号。这种采样系统具有许多种功能,并且与图1 所指示的系统相似,主要差别在于,螺线管开关和一些控制分布在建筑物中的各个地方,而不是位于一个中央单元中。结果,图1所示的中央采样单元100被传感器和控制单元200 连同分布式空气和数据路由器300A、300B、300C和300D有效地替代。由信号处理控制器块 210来处理信号处理功能和系统的序列化控制。块210执行图4中的块510和530的功能, 稍后对其进行描述。共享传感器块220执行与图4的块520或图1的块120相同的功能。

[0076] 块300A、300B、300C和300D是空气和数据路由器,它们容纳螺线管阀361A、362A、 363A、361B、362B、361C和361D,以及被包含在输入/输出块320A和320B中的潜在的某些模拟或数字输入和输出性能。例如,空气采样位置23A经由管材或空气传输导管24A连接到螺线管362A,所述螺线管362A是空气和数据路由器300A的一部分。先前描述了这种管材或空气传输介质244连同44々、14、448、讨8、对(:和64,并且空气传输导管还可以关联以下额外方面:用于添加网络化数据通信的目的额外电导体、低电压功率、信号导线、和其它潜在的功能,如 2004 年 9 月 23 日提交的题为“TUBING FORTRANSPORTING AIR SMAPLES IN AN AIR M0NIT0RINGSYSTEM”的美国专利申请第10/948,767号、以及2005年6月10日提交的题为 “AIR MONITORING SYSTEM HAVING TUBINGffITH AN ELECTRICALLY CONDUCTOR INNER SURFACE FORTRANSPORTING AIR SAMPLES” 的美国专利申请第 11/149,941 号中对其进行了描述,二者通过引用并入到本文中。添加这些导体使得本地传感器能够被更方便地并且更加成本高效地添加到系统中。

[0077] 例如,采样位置23A、以及其它采样位置43A、43B、53B、24C和63也可以包含本地温度传感器,以感测房间或管道温度,所述本地温度传感器与被集成到采样位置中的本地传感器25A相似。可以把来自该温度传感器或来自其它本地传感器(例如湿度传感器、臭氧传感器)的信号,或其它本地空气质量参数特性通过数据通信电缆(例如双绞线、屏蔽双绞线、光纤光缆)或其它数字数据通信介质发送到空气数据路由器300,作为数字数据通信信号。作为替换,可以通过一个或多个信号导体经由模拟信号将传感器信息发送到路由器 300,作为模拟电压或电流信号。其后,可以由路由器300A或300B中的1/0块320A或320B分别将这个模拟信号转换为数字信号。

[0078] 这些I/O块320A和320B还可以监控其它空气质量参数或信号输入,所述信号输入可以与也可以不与空气采样入口直接关联,但将具有数据通信电缆、模拟信号电缆、或对 I/O块的其它连接。这些传感器中的一个的示例是房间传感器27A,其可以是温度传感器、 空气质量参数传感器、或其它类型的传感器,例如光学传感器、差分压力传感器、空气速率传感器、或其它建筑物传感器,例如占用传感器或占用开关,或甚至其他类型的某种类型的开关,比如本地房间开关81。在后者的传感器或房间开关中,占用传感器在本发明的上下文中被定义为这样一种传感器:它可以通过红外线能量装置、运动装置、卡访问装置、或其它装置来检测空间中的人的存在情况,而占用开关在本发明的上下文中被定义为房间开关, 例如手动操作的灯开关或当占用者进入或离开该空间时由他们操作的其它类型的房间开关。房间开关在本发明的上下文中被定义为其它类型的开关,其例如可以是电气开关、机械开关、光开关、或气动开关,其位于环境中或环境附近,可以被手动地操作为将状态变化传送给与其连接的系统。房间开关可以为了方便共享布线而位于同一房间位置中,并可能地与空气采样拾取装置处于同一包围物(enclosure)中。其它类型的房间开关或传感器也可以连接到空气和数据路由器300的I/O块320。

[0079] 在空气数据路由器300内,多个螺线管阀的输出可以和集气管390A和390B集合在一起。这些集气管加上各个螺线管阀(例如空气和数据路由器300C中的361C、或路由器 300D中的361D)的输出与管材或空气传输导管202连接在一起,以随着真空源140移动而将空气采样传输到多点空气采样单元200中的共享传感器220。通过数据通信电缆201进行空气和数据路由器的控制以及把来自路由器内的I/O块或来自空间中的本地传感器的数字感测的信息和空气质量参数数据传送回到多点空气采样单元200。可以使用上述用于管材24A的相同材料以及从空间20到路由器300的其他连接来构建空气传输介质202。可以用任何常用数据通信介质(例如双绞线、屏蔽双绞线、光纤光缆)或其它介质来制成数据通信电缆201。此外,在一个优选实施例中,可以将空气传输介质202和数据通信介质201 组合为一个结构化的电缆,如对房间20和路由器300之间的连接所描述过的那样。

[0080] 如图1中所示,多点空气采样单元200还连接到因特网170,以将关于环境的信息发送到受口令保护的网站以供占用者或设施人员查看。同样如图1中所示,多点采样单元 200也可以通过数据通信介质181与设施的建筑物控制或管理系统180进行接口连接,并将数据往返发送。可以直接地或通过多个接口协议(例如BacNet、OPC、Echelon的Lon、XML 或其它协议)中的一个来进行该操作。

[0081] 除了空气和数据路由器300之外,建筑物控制系统180也可以用于接受各种传感器输入信号,例如来自本地房间传感器28(:的四(:、以及来自房间开关81的信号82,其中所述空气和数据路由器300可以从空间20接受所感测的输入信号并且提供信号输出31以帮助对房间20进行控制。该信息可以由建筑物控制系统来直接使用用于控制,和/或被传送回多点空气采样系统200。例如,如果房间传感器28C是温度信号,则可以由建筑物控制系统180来检测该信息,并且通过建筑物控制系统或多点空气采样系统来将该信息与从多点空气采样系统的共享传感器220推导出的房间20C的绝对湿度或露点温度信息组合,以创建房间20C的相对湿度或焓测量或信号。建筑物控制系统180还可以使用来自多点空气采样系统100或200的共享传感器信息、以及潜在的本地感测到的信号、房间开关信息、以及其它建筑物信息,从而将由信号31示出的用于帮助控制房间20中的空气流的控制信号提供给房间空气流控制器块30C。

[0082] 图3示出其中一个受监控的区域的更详细的图,所述区域受控于房间空气流控制器和一些空气流控制和反馈设备、以及在其中所使用的信号。此外,该图还包括房间回风空气流感测和控制设备41、回风空气流控制信号47、以及房间回风反馈信号48。还指示了一个或多个送风空气流感测和控制设备51、送风空气流控制信号57、以及送风空气流反馈信号58。

[0083] 虽然指示了回风空气流控制设备,但多数建筑物将仅具有受房间空气流控制器所控制的送风空气流控制设备。在这些情况下,回风是不受控的,并且典型地取道经由顶棚或其它通风空间(plenum space),经由蛋篓型格架(egg crate)或顶棚中的其它网栅,或从房间到通风空间的空气流传输管道或回风管道,从房间或区域回到空气处理单元。回风空气流控制设备通常用于这样的房间:房间和周围房间(例如医院里的隔离室或手术室、或清洁室)之间期望某种压力差或空气流量偏置。换句话说,在回风流和送风流之间设定偏置空气流,从而基于应用,房间对于周围区域的空气流总是处于稍微负、中性或正。此外,在某些情况下,如果房间可能包含危险污染物,或由于其它原因,则可能期望将空气流从房间完全排出到外部。在此情况下,房间回风可以通过管道被送入将房间空气完全排出的排气风机,并且通过由房间空气流控制器30通过控制算法来控制示出为房间回风空气流控制设备的设备,使得该设备有效地成为房间排风空气流控制设备,至少对于这种简单情形,与图 5所示的用于房间回风空气流控制设备的控制器相似。

[0084] 如果房间空气流控制器30所控制的房间或区域中不存在回风空气流控制设备, 则图3和相关控制图图5仍可适用,但是房间回风空气流控制设备41及其信号47和48、力口上房间偏置命令32和送风流反馈信号58应该从示出它们的图中被省略。

[0085] 在图3中,本地温度传感器91通过电缆92与温度控制器90通信。所述温度控制器可以是建筑物控制系统180的一部分、单机系统、房间空气流控制器30的一部分、或以回风或排风空气流控制设备来控制空间或房间中的空气流的分立系统的一部分。这样的后者的控制系统包括图3的房间回风或房间排风和送风空气流控制器设备41和51、以及房间空气流控制器30,并通过维持房间和相邻空间之间的给定房间压力或量偏置来至少控制房间加压,所述控制系统在本发明的上下文中被称为跟踪空气流控制系统,其例如还可以用于风险环境、实验室、医院、饲养室以及各种类型的清洁室。在所述后者情况下,房间空气流控制器30在本发明的上下文中还可以被称为跟踪空气流控制器。

[0086] 温度控制块90的目的在于提供对房间温度的调节,所述调节可以包含将热负荷或温度命令93发送给房间空气流控制器30,以增大或减少进入空间20的调节送风空气流的量。温度控制90还可以控制再热盘管,以增大馈送入空间20的送风空气的温度、或空间 20中的作为进一步的温度控制装置的周边(perimeter)加热盘管的温度。

[0087] 图5是房间空气流控制器30的控制图的示例性实施例。由以下信号中较高的一个来设定送风空气流:1)房间温度控制信号,其表示用于维持适当的房间温度的房间送风空气流需求;或2)稀释通风命令信号,其表示基于空间中的污染物水平、的稀释通风的送风空气流需求,在某些情况下加上基于空间二氧化碳水平的测量的为满足空间占用所需的送风空气量。如图5所示,由高选择比较器块34来实现用于这两个信号的最小强制覆盖

22(override)或高选择功能,所述高选择比较器块34用于取得向其提供的两个信号中的较高的一个,在任何给定时间,通过该块34的信号总是这两个信号中较高的信号。进入高选择块34的第一输入是用于改变送风流的比例缩放后的温度命令93。该信号在比例缩放块 38中根据需要被比例缩放,并潜在地被偏置,对于模拟电压信号,使其具有与输入到高选择比较器34的其它空气流命令信号相同的比例因子(例如每伏特特定数量的cfm),或者对于表示空气流的软件变量或固件变量,所述温度命令93被直接比例缩放为给定的一组单位 (例如每秒cfm或公升)。进入块34的第二信号是稀释通风命令信号31,该信号在多点空气采样系统或建筑物控制系统180的辅助下生成,并且同样根据需要由比例缩放块39进行比例缩放和偏置,以使该命令具有与其它信号相同的比例因子。

[0088] 进一步示出通过以下方式来创建的用于送风空气流控制设备51的命令57 :取高选择比较器块34的输出,并通过减法块37从该输出中减去偏置信号32。房间偏置空气流命令32可以是固定偏置设定点,例如最大送风或排风cfm的10%,或其可以是来自建筑物控制系统、多点空气采样系统、或跟踪空气流控制系统的信号,其按照两状态、多状态、或VAV 方式改变。如果使用这种偏置空气流信号或变量32,则该偏置空气流信号或变量32的目的在于创建对采用房间回风或房间排风空气流控制设备的房间来说一般较轻微的负压力、正压力、或中性压力。作为两状态控制信号的房间偏置空气流命令32的一个示例性应用是, 信号32例如是正常房间操作的最大送风量的10%的值。然而,当经由某些传感器、告警系统检测到清洁剂或其他溢出或其它紧急状况(例如着火或烟雾释放)时,或手动地利用房间开关81,可以通过多点空气采样系统100或200、或建筑物控制系统180的控制器中之一来将房间偏置空气流从其正常值增大。将偏置空气流增大到潜在的高得多的值例如将降低送风空气流的量,从而对于房间创建大的负偏置空气流,以提供对增多的污染物的测量,从而防止潜在的溢出蒸汽或烟雾扩散进入其它空间。

[0089] 最后,图5示出如何通过首先以送风流反馈信号58作为开始来创建用于房间回风或房间排风空气流控制设备的命令47的一个实施例。然后由加法块36将信号58加到房间偏置空气流命令32。所得到的信号是房间回风或排风命令信号47,其用于设定和控制房间回风或排风空气流控制设备41的流。

[0090] 如果受房间空气流控制器30控制的空间或房间没有回风或排风控制设备41,则不存在房间偏置命令32或房间回风命令47。此外,送风流命令57简单地等于高选择比较器;34的输出,而不需要减法块37。

[0091] 图6示出应用于监控和/或控制目的的空气处理单元的多点空气采样系统的一个优选实施例。如图6所示,空气处理单元1000的回风空气1001例如来自房间20或其它区域。如所示的那样,回风空气1001来自房间20A的回风管道40A,以及来自通风空间40C, 由来自房间20B的传输管道40B和来自房间20C的顶棚网栅42C对其提供回风空气。回风空气还可以来自建筑物中的其它位置或区域,如回风管道或通风空间40D所示。由空气处理单元1000所提供的送风空气1014通过送风管道50A、50B和50C分别被提供给建筑物中的空间,例如房间20A、20B和20C。虽然未示出,但也可以由空气处理器单元1000对建筑物的其他区域或房间(例如走廊10)进行送风。回风风机1002和送风风机1011用于将空气移动通过建筑物。预过滤器1016典型地用于所示的位置,并且通常是用于外部空气流的粗过滤器。在这之后是典型地更有效和更高等级的过滤器,示出为过滤器1008。可以通过冷却盘管1012和加热盘管1013来控制送风空气的温度和湿度含量的控制。用于满足各种应用的对于空气处理单元或相似的屋顶单元所使用的过滤器以及加热和冷却盘管的其他组合对于设计空气处理单元的领域的技术人员来说是公知的。

[0092] 此外,循环的回风空气1005、排出的回风空气1004、以及外部空气1007的量的控制是通过排气调节风门1003、循环空气调节风门1006、以及外部空气调节风门1067的控制来进行的。这些调节风门也可以是先前对于图1或图2中的诸如设备41A之类所定义的空气流控制设备,尽管图6中的调节风门或空气流控制设备将典型地是由于涉及更大空气量而导致的更大的设备。图6将用于控制这些调节风门的控制信号示出为外部空气调节风门控制信号1068、排气空气调节风门控制信号1070、以及循环空气调节风门控制信号1072。 本领域技术人员知晓多种方法和算法来控制这些调节风门的相对位置。典型地,建筑物控制系统180或空气处理控制单元1015将控制这些调节风门,以满足建筑物的各种需求,例如关于所需的外部空气量、与建筑物的加热和制冷有关的能量效率的问题、以及建筑物加压。

[0093] 在现有技术系统的情况下,尤其是关于所需外部空气的量的控制,已经能够监控空气处理单元1000的操作,和/或有帮助对其进行更精确、可靠、和更加成本高效地进行控制,可以通过使用多点空气采样系统(例如图6中示出为块1000的多点空气采样系统)来监控若干空气处理器位置。为了例示的目的,在图6中,多点空气采样系统1000被示出为星形配置的多点空气采样系统,与图1中的多点空气采样系统100的配置相似。然而,本发明同样可适用于网络化的空气采样系统,例如图2的块200和300所示出的。相似地,本发明可以用于网络化光子采样系统。

[0094] 为了监控空气处理器的操作的多数方面,并更好地控制它,图6所示的其中一个优选感测位置涉及在回流风机之前或之后感测回风1002,并且具有空气采样位置1031和本地管道传感器1021,所述本地管道传感器1021对于大多数应用来说典型地是温度传感器。另一优选感测位置涉及典型地在风机以及各种加热和制冷盘管之后感测送风,以更好地确保送风管道内的温度和空气污染物的更均勻的分布。

[0095] 图6示出该情况,具有采样位置1037和本地管道传感器1027,所述本地管传感器 1027典型地是温度传感器。前述感测位置涉及感测外部空气。在图1和图2中,以采样位置 63和本地管道传感器65来执行该操作。在图6中,在外部空气调节风门1067和预过滤器 1016之前,例如在外部空气管道中由空气采样位置1023和本地管道传感器1033感测外部空气1007,所述本地管道传感器1033典型地是温度传感器。最后,还可能有助于感测的位置在空气处理器的混合空气通风间(plenum)中,其中,存在空气处理器的混合空气1009。 这种空气与送风空气相似,但尚未被空气处理器过滤、加热或冷却,所以它更接近地反映了回风空气1005和外部空气1007的混合空气质量参数特性。由空气采样位置1035和本地管道传感器1025来感测混合空气1009,所述本地管道传感器1025对于大多数应用典型地是温度传感器。注意必须小心地选择混合空气通风间中的空气采样和管道传感器位置是有用的。在很多空气处理器中,在过滤器1008之前的混合空气通风间中可能较差地混合了回风和外部空气,这产生由于出现在回风和外部空气中的不同的值而导致的非均勻空气污染物和温度分布。

[0096] 关于所感测的管道位置,当多点空气采样系统用于对管道系统、通风间、空气处理器进行采样,或者在部分密闭的区域(例如管或管道)中的流动的空气要以远程传感器来采样和测量的任何其它应用中,可以将管子或空心管道探针插入管道或部分密闭的空间中,以取出采样,或可以在管道中制成孔,并从连接到管墙中的开孔的管子从管道提取采样。然而此外,如上所述,还需要一个或多个分立的温度或其它参数或污染物感测探针来搞清楚从这些管道或部分密闭的区域中期望怎样的本地传感器测量。可以在这些位置上采用用于感测流动的空气流、并且用于抽取空气采样的多个分立的探针,或者可以使用唯一的集成采样探针,其使用用于本地空气特性测量并且用于空气采样的一个探针,如题为“DUCT PROBE ASSEMBLY SYSTEM FORMULTIPOINT AIR SAMPING” 的美国专利申请第 11/312,164 号中所描述的,通过引用将该专利申请并入本文中。这种类型的集成管道探针或其它非集成管道探针可以用于感测图1、图2、或图3中所涉及到的任何管道位置。此外,本发明还涉及使用空气采样管道探针,所述探针使用沿着管道的截面扩散的多个感测孔,以获得管道状况的较好的平均值。这种类型的多拾取采样探针加上在后者的专利申请中描述的平均管道温度传感器可以被有利地用于例如测量空气处理器的混合空气1009。

[0097] 如图6所示,多点空气采样系统1100接受四个前述的空气采样位置,它们由空气采样管子1032、1034、1036和1038从采样位置1031、1033、1035和1037分别连接到螺线管阀1163、1164、1162和1161。这种管材与前面参照图1和图2所描述的管材24A相似。 这些空气处理器位置处的空气质量参数被共享传感器1120所感测,并被信号处理控制器 1130处理,所述信号处理控制器1130可以实现图4中对于信号处理控制器530所示的全部功能。螺线管161到164也受控制逻辑块1110控制。最后,多点空气采样系统1100可以通过传感器输入块1150接受本地房间或管道传感器信号或信息。这个块分别通过电缆 1032、1034、1036和1038感测本地管道传感器1031、1033、1035和1037。这些电缆与前文中对于图1和图2描述的电缆26A相似。作为替换方案,本地管道传感器1031、1033、1035、 或1037可以通过无线或无线网络装置(例如无线网状网络(mesh network))将它们的空气质量参数信息传递给传感器输入块1150。

[0098] 所图所示可以将信号处理控制器1130的控制或监控信号输出提供给例如建筑物控制系统180,以控制外部空气调节风门1067,或提供给其它建筑物系统或控制器,例如空气处理器控制块1015,或更具体地说,提供给外部空气流控制器块1200,其可以用于生成外部空气流命令信号1075,并且通过图9中对其进行更详细的描述。虽然图6中未示出,但建筑物控制系统180、空气处理器控制块1015、或其他控制器可以用于在来自外部空气流控制器1200的外部空气流命令信号1075的帮助下,通过使用外部空气调节风门1067额外加上其他空气处理器调节风门1003和1005,来控制进入建筑物的外部空气流。

[0099] 此外,图1、图2和图6中提及的控制或感测方法、或控制输入或输出可以应用于其它附图的系统或方法。相似地,这些相同的方法或系统可以应用于与图1、图2或图6相似的设施监控系统实施例,它们不是以多点空气采样系统来实现,而是使用光纤光分组采样和感测系统来实现,例如美国专利第6,252,689号所描述,并且在本专利中被称为网络化的光子采样系统。

[0100] 涉及使用多点空气或光子采样系统的混合空气质量参数信号的创建开始于虚拟空气质量参数信号的创建,通过对图1、图2、图4、或图6的共享传感器块120、220、520、或 1120的传感器流信号解复用来创建所述虚拟空气质量参数信号,分别由图1、图2、图4、或图6中的信号处理控制器块130、210、530、或1100来执行所述解复用操作。在图4的信号处理控制器块530中示出进行所述解复用加上其它功能的信号处理控制器块的信号处理逻辑的一部分的实现。在此图中,所述控制功能可以按照模拟或数字逻辑实现,或者通过计算机软件或固件程序或它们的任何组合来实现。在图4中,共享传感器520创建一个或多个输出信号或变量,其被示出在附图中例如作为传感器信号525、5沈和527,这些信号分别表示各个传感器C02、湿度(例如被测量为露点温度、绝对湿度、或水蒸气浓度)、以及TVOC 的输出。虽然图4示出使用这三个传感器,但可以使用任意数量或类型的传感器。由于已经从多个房间(在该示例中是三个房间)使传感器对于空气采样进行复用,因此如上所述,给定空气质量参数的与传感器信号对应的给定房间的各个或“虚拟”传感器信号、或者该房间或区域中的所表示的软件变量必须从空气质量参数的信号流中被解复用。由解复用器531、 532和533在信号处理控制器530内进行该操作,所述解复用器531、532和533使用来自控制逻辑块510的控制信号511来分别对C02、湿度、以及TVOC传感器信号进行解复用。块 510分别与图1和图6的控制逻辑块110和1100、以及图2中的信号处理控制器块210的一部分和控制逻辑块310A、310B和310C的一部分相对应。解复用器块531、532和533的输出是各个或“虚拟”传感器信号或软件变量,其表示房间20A、20B和20C的所感测的空气质量参数。例如,信号522A、522B和522C分别表示房间20A、20B和20C中的所感测的C02 水平的信号或变量。

[0101] 这些虚拟传感器信号将典型地具有表示最后解复用的值的值,所述最后解复用的值将在该水平保持恒定,直到对该信号的相应位置的下一采样,将基于应用的需要每几分钟或更有可能每10至30分钟进行所述采样。此时,信号将把值改变为等于新的解复用后的值。这种从一个解复用后的值到下一个解复用后的值的状态的转变可以作为快速变化而发生,或近似地作为信号的阶跃变化而发生,或者它可以按照斜坡方式逐渐出现,所述斜坡方式取决于虚拟信号的期望的特性、信号可能正在控制什么、以及对位置进行采样的频率, 而在时间上持续几秒钟到很多分钟。用于控制应用的信号的一种优选方法将具有在5秒到 60秒中发生值的逐渐改变。

[0102] 如果我们再次关注房间20A的变量,则用于C02、湿度和TVOC的信号分别是522A、 523A和524A。如上所述,其后可以根据需要利用偏置和比例缩放因子块534A、535A、和536A 分别来修改这些各个或虚拟传感器信号522A、523A和524A,或者其后可以应用一些其它控制功能。此外,传感器输入块550的输入可以是本地房间或管道传感器,例如其在图1和图 2中被示出为例如25A、27A和27B。来自这些传感器^A、28A和^B的信号被应用于传感器输入块阳0,所述传感器输入块550可以对这些信号进行缓冲,并且其后将这些信号提供给信号处理控制器530。具体地说,对于房间20A,信号551A表示来自本地温度传感器25A 的信号,并且信号552A表示来自本地房间传感器27A的信号。通过虚拟信号,本地传感器信号551A和552A其后可以根据需要而被偏置和比例缩放因子块561A和562A分别修改, 或者除了偏置和比例因子缩放功能之外(还)通过一些其它功能来修改,其中所述偏移和比例缩放功能典型地提供Y = AX+B的功能,其中,Y是输出,X是输入。其后由多输入功能块537A对来自块534A、535A、536A、56IA和562A的修改后的信号进行作用,在本示例中,所述多输入功能块537A通常涉及与房间20A关联的信号。作为替换方案,也可以由例如用于创建其中一些空气质量参数信号的差分信号形式的多输入功能块537A来使用来自其它区

26域或管道位置的空气质量参数信号。此外,虽然图4中未示出,但信号处理控制器可以包含多输入功能块,以硬件、或以固件、软件或其组合来实现这些多输入功能块,以创建其它空间或房间的各种混合空气质量参数信号。来自多输入功能块537A的输出信号(例如稀释通风反馈信号538A)可以进一步由输出控制块MOA来处理或修改,以便例如生成输出命令信号,例如稀释通风命令信号31。例如,如图8所示的控制环路功能、或者图7所示的具有或不具有滞后的阈值水平比较器可以用于输出控制块Μ0Α,而不是功能块537A,以将由多输入功能块537A所产生的混合空气质量参数反馈信号转换为命令信号输出,所述命令信号输出可以用于控制稀释通风的最小送风空气流水平,或用于其它目的。

[0103] 如图4所示,多输入功能块537A还可以具有多个输出,其中,示出第二输出571A, 它是用于相对湿度的混合监控或反馈控制信号。可以使用公知的干湿计(psychrometric) 将绝对湿度或露点输出532A与本地温度传感器输出551A组合,以创建相对湿度信号571A, 或者如果期望,创建其它与含水量有关的信号,例如湿球温度或焓。这种混合相对湿度信号 571A可以用于监控或作为反馈信号,所述反馈信号可以由另一控制器使用,以便控制空间 20A中的相对湿度水平,或由与MOA相似的另一输出控制块使用,以便创建相对湿度命令信号,所有信号都来自信号处理控制器530内。

[0104] 更详细地描述多输入功能块537A,该块例如可以将信号输入相加在一起;获取不同信号之间的差,从而创建微分信号;高选择或取各种信号中较高的那个;低选择或强制覆盖各种信号;将阈值或信号模式触发功能单独地、作为群组、或作为子群组而施加于信号,以修改信号或创建新的信号;应用与图8所示的输出控制块MOA相似的控制环路功能; 应用图7所示的滞后功能;应用任何布尔逻辑、线性、或非线性功能;或者应用任何其它有利的功能或方法来混合或使用这些信号,以创建混合监控信号或控制信号。块537A的结果在于创建以下信号中的一个或多个:可以用作稀释通风反馈的基础的两状态、三状态、或多状态、或连续可变混合空气质量参数信号、稀释通风命令,外部空气命令、以及其它监控信号或控制反馈信号。最终,该命令或反馈信号或控制变量其后可以输出到建筑物控制系统或输出到另一系统,作为数字信号或变量(例如稀释通风反馈信号538A),或者作为空气流命令信号或软件变量(例如由输出控制块^OA所创建的稀释通风空气流命令信号31A),并用作到房间20A的环境空气流控制块30A的输入。

[0105] 可以在多输入功能块537A内或潜在地在输出控制块MOA中实现的另一功能是时间延迟或斜坡功能,当创建用于控制系统的不连续输出信号(例如两状态、三状态、或多状态信号)时,所述时间延迟或斜坡功能非常适用。由于很多控制系统不能以稳定方式来响应快速变化的信号,因此它在某些情况下是有用的,用于从多状态信号有效地创建连续可变信号。例如,当超过了用于给定空气质量参数信号或混合空气质量参数的阈值时,功能块537A或MOA的输出可以被增大到其最大值或净化(purge)值,其例如可以对应于5ACH 至15ACH之间的房间换气水平。这种值的增大可以即刻出现,或者也可以由功能块537A或 MOA命令为逐渐以斜坡倾斜。这样的斜坡倾斜或缓慢增大的信号可以发生一分钟或更长的时间段。该操作还可以有助于防止控制系统或空气流控制设备不成功地试图跟上快速变化的信号所产生的问题,如果送风和回风空气流控制设备没有恰当地跟踪变化的空气流命令信号,则在具有回风或排风空气流控制设备的空间例如在房间20A中的情况下,会导致加压问题。相似地,当稀释通风命令信号表示要从较高水平(例如10ACH)降低到较低水平或最小水平(例如2ACH)时,功能块537A可以创建缓慢斜坡,其在某个时间段(例如一分钟或更长)中逐渐降低输出信号31A。

[0106] 相似地,水平的这种增大或降低斜坡或逐渐改变可以是具有恒定增大或降低速率的线性方式,或者也可以是例如具有指数变化速率的非线性方式,因此斜坡可以更快地开始并逐渐放慢或反之缓慢地开始并逐渐增大其值的变化速率,直到信号达到最终的值。这些斜坡还可以基于信号是增大还是减小而处于不同速率。例如,可能有利的是,如果检测到房间中的空气质量参数水平显著增大,则通过快速增大稀释通风命令31来快速增大房间的通风。例如,可能已经由于清洁剂而发生溢出。然而,具有缓慢向下的斜坡也可能是有帮助的;可能用5分钟到15分钟来逐渐降低稀释通风流,以确保空气质量参数甚至被移除到低于检测阈值的水平。

[0107] 在大信号范围中对变化的流进行斜坡变化的一个替换方案中,出于与上述相同的原因,可能期望不仅改变由块537A或MOA的例如对于稀释通风命令信号31的输出的变化速率,而且还基于例如来自共享的解复用后的传感器信号522A、523A、和/或524A的所感测的空气质量参数的变化来改变可能的阶跃变化量。换句话说,与从一个空气采样测量允许从最小稀释等级到最大稀释等级的完全转换(full slew)相比,可能更加期望限制稀释通风空气流中的最大阶跃变化,或者对块537A或MOA的信号输出的等级能够多快地变化施加转换等级(slew rate)极限。限制输出信号的阶跃大小或转换等级的优点在于,对于信号幅度的一般变化,这种方法产生非常少的延迟,导致更加稳定的控制。作为这种方法的一个示例,可以将最大阶跃变化大小设定成表示在从最小的2ACH到最大的8ACH的可能范围中的2ACH的空气流的增大。例如在将最大阶跃大小设定为2ACH的情况下,可以取三个连续的空气采样,其具有超过触发值的空气质量参数值,以便将稀释通风命令信号31从最小值提升到其最大值。相似地,如果最大降低也被限制为等于2ACH的流等级,则将取低于用于稀释命令水平的触发值的环境空气质量参数的三个连续测量,从对应于8ACH的水平降低到2ACH。

[0108] 按照与上述斜坡方法相似的方式,阶跃高度的增大或降低可以具有不同的大小。 例如,为了快速响应于清洁剂的溢出,对于稀释通风命令31的向上或增大变化,可以没有极限或具有较大的极限。然而,如果源不是溢出而是连续发射,为了确保使大量稀释降为很低的水平并且降低振荡的概率,可能有利的是,具有较小的阶跃变化大小的降低,以将稀释通风保持在较高水平达到较长时间段,从而花费几个空气采样周期来将通风水平充分降低到其最小值。

[0109] 用于设定阶跃高度或也可能是斜坡坡度的另一手段基于所检测的空气质量参数或其变化率的水平。如果自从最后的采样或最近的几个采样以来检测到空气质量参数的较大值和/或其水平的快速上升,则可能有利的是,使用不同的阶跃变化高度或斜坡坡度。例如,在其中突然增大到大的空气质量参数值的溢出中,立即将稀释通风命令信号31标记为其最大值可能是比较谨慎的。当感测的空气质量参数以比较小的阶跃或者更加逐渐的改变来移动时,可以使用值的较小的或更逐渐的增大。另一方面,所感测的空气质量参数或混合信号的急速的向下改变可能不改变向下阶跃水平,以保持较高的通风更长时间,来更好地清洁空气。作为替换方案,出于节能的原因,和/或如果偶然有很多空气质量参数的短暂向上漂移,其可能并不危险,如果空气质量参数水平已经刚刚快速下降到触发水平之下,则将稀释通风命令信号31快速降低到其最低水平可能更有利。这样,可能也会有利的是,使不同阶跃或输出特性与每一空气质量参数相关联。结果,基于哪种(哪些)空气质量参数触发了对更多稀释通风的需要,输出控制特性将会不同。

[0110] 信号处理控制器块530的输出信号还可以被用于基于感兴趣的溢出检测、空气污染物之一的快速上升、或者空气质量参数的水平,来改变采样序列,以更紧密地观察。在这个替换方法中,可以通过控制逻辑块510所用的信号处理控制器块输出信号512来改变从环境20进入共享传感器的空气采样的序列,以便在特定空间20中的所检测到的感兴趣的事件的时间段期间,基于潜在的时间上的基础来修改采样序列。基于看到控制信号或软件变量512的值增大到某个较高的触发水平或表现出某种信号模式,例如幅度的快速上升, 控制逻辑块510可以提高检测到该事件的空间的空气采样的频率。作为替换或者附加地, 受影响的空间周围的区域可以接着被快速采样,或以较高频率被采样,以寻找对其它空间的空气污染物的扩散。在本发明的上下文中,幅度的快速上升可以被定义为,例如由于挥发性有机化合物例如清洁剂的溢出而导致的,值在小于5分钟内突然增大到诸如正常触发水平的许多倍的水平。

[0111] 可以用图1、图2、或图6的采样系统来实现采样或控制序列时的这种改变。如果例如使用了图2的系统,则很有可能由信号处理控制器块210来执行对事件的检测,并且由控制逻辑块310A、310B、310C和310D来执行序列的改变。

[0112] 如果在一个或若干个空间中检测到某种类型的事件,则可以实现的控制序列的另一种改变是:通过一次将若干个空间的空气采样相加以测量若干个房间的混合采样,来改变采样序列。可以通过一次接通一个或多个螺线管接通以收集受影响区域的混合采样或靠近受影响区域的多个区域的混合采样,以快速寻找进入其它区域的潜在溢出,从而实现上述操作。可以用与上述相同的方式来实现该操作,但其将涉及接通多个螺线管阀,例如图1 中的螺线管161、162、263和164,或者图2中的螺线管361A、362A、363A和361B。

[0113] 存在几种不同的方法可以用于创建混合或复合空气质量参数信号,所述混合或复合空气质量参数信号可以仅用于进行监控,或用于控制目的,例如稀释通风命令信号31或外部空气命令信号1075。可以至少部分地通过以下部件来实现这些混合信号:图1、图2、 图4、或图6的相应信号处理控制器块130、210、530、或1130 ;建筑物控制系统180 ;或图4 的输出控制块MOA ;以及图6和图9的外部空气流控制器1200。这些混合信号,尤其是用于控制的信号,具有两个重要的方面。一个组件涉及信号类型,其还影响控制方法,例如两状态、三状态、或多状态、连续变量,或影响涉及不连续和连续功能两者的组合的信号或控制方法。另一个方面涉及信号的组成或多个传感器信号如何被组合或混合以生成空气质量参数反馈、或监控信号,以及通风、外部空气或其它控制和命令信号。

[0114] 例如可以用于稀释通风命令信号31的混合空气质量参数信号的一个实施例是两状态控制信号,通过该信号,稀释通风命令信号31被维持在其最小水平,例如对应于2ACH 或4ACH的稀释通风值(或者某些其它合适的较低值,这取决于什么适合于被监控的环境), 除非发生触发事件,其中所述触发事件可以包括传感器信号,尤其是诸如TVOC、CO、或微粒之类的空气污染物传感器的信号超过阈值或触发值。如果传感器信号仅包括一种空气质量参数,则可以定义简单的阈值或触发值(与要对其采取某种行动的所感测的空气质量参数的值相对应)。作为替换方案,所述触发事件可以包括信号以某种方式与指定的信号模式匹配,诸如水平快速增大,即使没有达到所指定的阈值水平。触发事件还可以由一组或多组阈值和信号模式的对的组合构成,上述中的任何一个都可以构成触发事件。

[0115] 更典型地,如果采用多种传感器空气质量参数(例如来自共享传感器120和/或本地房间传感器25A),则可以将触发事件定义为以下中的任何一个:所采用的传感器信号超过阈值、与一个信号模式匹配、或满足潜在的多组阈值水平和信号模式的对中之一的条件。每个传感器信号很可能具有不同阈值水平和/或信号模式,所述不同阈值水平和/或信号模式对应于所感测的空气质量参数的合适值,其中所述合适值基于该信号的被接受的水平,此水平与对于所述感测的空气质量参数来说的健康、舒适度、或其他重要性准则之一或组合有关。例如,PIDTV0C传感器可能具有大约0. 5PPM至2PPM的阈值水平。该范围内的水平感测其OSHA TLV(阈值极限值)之下的多种材料,同时仍然通过停留在不那么有害的材料(例如酒精蒸汽)的正常水平之上而不生成很多错误告警。如果使用在0. 3至2. 5 微米范围内进行测量的微粒计数器,则可以设定这样的水平,所述水平在正常情况下不会被超过(例如在每立方英尺1. 0至5百万个微粒的范围中),而仍然拾取通过被监控的空间中的某种事件产生的烟或某种类型的悬浮物的发展。可以基于对空间的过滤的水平来设定具体的水平,即,过滤越多,可能被使用的水平就越低。其它传感器,例如一氧化碳、氨、氮氧化合物、臭氧、或其它有毒气体传感器可以直接被设定为用于感测化合物的TLV或者在典型的操作中通常将不会被达到的较低水平。

[0116] 虽然以连续动作或可变信号来典型地进行基于C02的需求控制通风,但也可以通过以下方式来实现更简单的控制形式:当房间中的C02水平超过某个阈值水平(例如 1000PPM)、或超过C02的800PPM至1500PPM范围内的值、或高于C02的周围室外浓度400PPM 至1000PPM的值时,增大通风。由于C02在几乎所有情况下都不被认为是有害空气污染物, 因此C02的这些阈值不以任何方式涉及C02的健康极限,但是C02是每人充足的外部空气等级的代理,这是由于空间中的C02对室外水平的微分值也涉及空间中的外部空气通风量除以人数,有时也被称为cfm外部空气每人。工程师组织ASHRAE(采暖、制冷、和空调工程师协会)已经设定了用于外部空气通风值的各种指导方案,其可以对于不同类型的设施而改变,但通常期望在每人12cfm到每人15cfm的范围内,这对应于高于建筑物外部的环境水平的大约425PPM至大约875PPM,其中建筑物外部的环境水平典型地可以在300PPM到500PPM 之间。

[0117] 作为替换方案,触发条件可以包括两个或更多感测的空气质量参数的组合,每一空气质量参数均达到或超过对于该化合物的给定水平或满足某种信号模式条件。例如,个别地,精细微粒的适中水平(例如每立方英尺1.5百万个微粒)、TVOC的适中水平(例如 0. 5PPM)、或漂移到大于85度的温度的适中水平本身可能不会触发对于增大稀释通风的需要。然而,满足前面条件的全部这三种空气质量参数的组合可以指示着火或爆炸,这将明确地需要增大通风水平。

[0118] 涉及多个感测的空气质量参数的触发条件的另一种实施方式可以包括加性的触发条件。这种情况的一个好的示例与对危险材料的暴露有关。OSHA表明,可以通过相加每种单个化合物的水平对其TLV的分数来计算混合气体的有效TLV,以取得组合后的混合物对组合后的TLV的分数。例如,如果系统检测到一氧化碳处于阈值限制值的65%,并且感测到二氧化硫处于其TLV值的70 %,则虽然单独来看没有化合物会触发该系统,但它们二者

30的组合将处于组合后的TLV的135%,这样将组成触发条件。为了实施该方法,每一感测的感兴趣的空气质量参数将基于其阈值而被个别地比例缩放,然后加在一起,并且为加和后的结果设定阈值触发。

[0119] 例如,可以通过以下操作来实现上述方案:首先选择主导参数来执行(例如C02) 的通风控制关闭,其后基于主导参数的触发水平与附加参数的触发水平的比率对其它参数 (微粒、TVOC等)进行比例缩放而将其包括在复合反馈信号中。例如,如果C02是主导参数,具有IOOOppm的触发水平(设定点),TVOC是次要参数,具有30ppm的触发水平,则在此情况下将TVOC对C02进行“归一化”或比例缩放的乘数是:

[0120] 在这些条件下,将TVOC读取乘以33. 33,其后将其加到C02信号上,从而用于C02 的设定点或触发点为IOOOppm的控制器可以用于将TVOC限制到30ppm。作为替换,可以对这两个信号彼此之间进行高选择,以创建混合空气质量参数信号,该信号其后可以与信号阈值水平或控制设定点进行比较,用于更简单的操作。

[0121] 关于可以如何设定触发条件的另一种变化方案是,使一个或多个所感测的空气质量参数的触发条件基于某些其它空气质量参数或空间的某些其它条件而变化或改变。例如,触发条件可以基于占用情况而改变,如果空间中没有人,则可以将用于某些空气质量参数的触发条件稍微增大,以通过对于非占用时间段允许较低的通风等级和较高的污染物水平来节省更多的能量。其后,当例如通过占用存储器或光开关、卡访问系统、或其它手段 (例如在空间中检测C02的变化)以某种方式检测或确定有人在空间中时,可以降低触发水平。还可以基于例如关于房间或空间中的空气质量参数的增大或减小的关注而对触发水平进行手动本地改变、或远程强制覆盖改变。作为替换方案,可以分别由图1、图2、图4、或图 6的相应信号处理控制器130、210、530、或1130、某些其它系统(例如建筑物自动化或建筑物控制系统180、或跟踪空气流控制系统)来自动改变该水平。

[0122] 最后,受任何其它组条件影响的、或被其它系统作用的、作用于任意数量的所感测的空气质量参数的、所感测的空气质量参数值或传感器信号模式条件的任意数量的不同逻辑或布尔组合可以用于创建混合空气质量参数信号,所述混合空气质量参数信号可以与合适的触发条件一起使用,以创建两状态混合反馈信号,其可以通过增大稀释通风命令31来要求增大的稀释通风。

[0123] 存在大量控制技术,其可以例如使用输出控制块MOA来生成命令31,以便改变所监控的环境20内的通风量,从而充分稀释感测到的空气质量参数,以防止空气传播的空气质量参数的浓度超过特定水平。从控制逻辑或算法的角度来说,人们可以使用的任意方法都被看作是本发明的各个方面,无论该方法是涉及连续或不连续控制功能、模糊逻辑、比 ί列一禾只分一微分功能(proportional-integral-derivativefunction)、前馈功能、自适应控制的开环或闭环策略,或是控制系统设计领域中的技术人员所知的其它技术。

[0124] 图7A示出当信号处理控制器130被配置为提供两状态控制功能时,与命令31相关联的稳态(steady state)水平的一种可能的情形,提供所述两状态控制功能使得当例如与环境20有关的由功能块537A所创建的一个或多个混合或复合空气质量参数信号转变为高于一个或多个所建立的触发值时,稀释通风命令信号31从正常水平或ACH(每小时换气次数)值增大到增强的稀释模式水平。反之,当一个或多个混合空气质量参数信号的值从合适的触发值之上的水平转变为该值之下的水平时,命令31将降回到其正常稳态空气流或ACH值。图7A没有涉及在命令31从正常ACH值转变为增强的稀释模式、或从增强的稀释模式转变为正常ACH值时所述命令31的时间响应,因为这是一种特定控制技术的功能, 所述特定控制技术用于在确保在系统内维持了稳定性的同时进行这样的转变。作为本发明的一个实施例,图7A的两状态方法对于在许多应用中使用来说是可接受的。然而,在某些情况下,将通过包括防止命令31或其他命令诸如外部空气命令信号1075震荡的措施而使图7A所描绘的用简单切换机制所实现的系统稳定性受益。

[0125] 作为本发明的一个实施例,当命令31从正常ACH值(例如1ACH-4ACH)转变为增强的稀释模式(例如10ACH-15ACH)时,命令31将例如被输出控制块MOA锁存或者成为被固定在该较高的值,从而如果在该转变之后,所测量的空气质量参数降低到触发值之下,则换气率将仍然保持是高的。这种方法可以伴随某种形式的通知机制,所述通知机制来自建筑物控制系统180、或采样系统100、300、400、1100、或经由互联网连接171、或来自空气流控制器30或空气流控制器30所连接的该系统的某些其它部件,所述通知机制将向维护人员或其它员工告警:已经超过了触发值,从而可以手动重置该信号处理控制器。

[0126] 作为替换实施例,替代锁存命令31,当所感测的或混合的空气质量参数的值超过所建立的触发值时,人们可以应用图7B所示的滞后功能,其描述了例如与命令31相关联的稳态水平的另一情形,其中,提供了两个不同的触发或转变点(输入低触发和输入高触发)。在此,当命令31处于与正常ACH值对应的水平时使用输入高触发,而当命令31处于与增强的稀释模式对应的水平时使用输入低触发。

[0127] 用于稀释通风命令信号31或推导自空气质量参数信号的其它混合监控或控制信号的优选信号类型和所得的控制方法涉及使用三状态信号来实现三状态控制方法。与具有两个输出水平(例如典型地用于净化(purge)的高水平、以及低正常操作水平)的前述信号类型和控制方法不同,本方法具有三个输出水平。这三种水平的一个典型应用是,与前述相同的两个水平,并且添加中间水平,所述中间水平不是用于溢出(所感测的空气质量参数的水平中的极度越界),而是用于控制期望被降低的所感测的空气质量参数的更适中的水平。例如,如果感测到来自TVOC检测器的IPPM和10PPM之间的水平,则系统将增大适中的水平,例如从3ACH的最小水平增大到6ACH的水平。然而,如果TVOC检测器感测到 10PPM之上的水平,则系统将进入净化模式,该净化模式可能具有10ACH至15ACH的稀释通风。这种方法限制了用于适中空气质量参数水平的能耗,并且降低了以下情况发生的机会: 如果多个房间处于这种适中水平,则过多的房间被命令为最大换气率(ACH)值使得超过建筑物的总系统空气流容量。三水平方法或其它多水平方法(或者VAV方法)的另一优点在于,其减少了实现不稳定状况的机会,在所述不稳定状况中,由于随着系统通过超过稳定操作状况所需的量而交替地增大并超调(overshoot)、然后降低并欠调(undershoot)所期望的稀释空气流命令水平,所述空气质量参数的稳态释放被交替地净化为低的值、然后缓慢往回增进,导致房间空气流会上下变化。

[0128] 可以将所述三状态控制方法从三个输出状态扩展到用于稀释通风命令信号31的任意数量的输出状态,以提供用于空间的稀释通风的不同水平。最终,使用诸如来自共享传感器120和/或本地房间传感器25A之类的多个感测信号的方法中的任何方法都可以如上所述用于所述的两状态的方法,并且还可以通过添加用于中间或其他输出信号状态的另一组或另外的多组触发水平和比较器而用于三状态或其它多状态控制方法。此外,可以把来自多个参数的比较器的输出加在一起,从而例如如果越过了用于两个空气质量参数的第一阈值或中间阈值,则将输出信号索引(index)到三状态信号的最大流或信号状态,或将其索引到多个流或多个状态空气质量参数信号中的第三流水平或信号状态,而不是仅索引到第二或中间水平。此外,可以存在这样一些空气质量参数,由于这些空气质量参数的危险级另IJ,它们不需要或仅需要很少的其它中间阈值或触发级别,甚至越过“第一”阈值水平就要求使用高的多的或潜在的最大流或信号状态。作为替换方案,在一个优选实施例中,可以将空气质量参数对于彼此之间比例缩放,其后将它们如上所述相加在一起,以创建混合空气质量参数信号,其可以仅与两个或更多阈值水平中的一组进行比较。后者的方法对于多个输出状态或当期望改变阈值水平时是方便的,仅需要修改一组阈值。

[0129] 用于创建和使用混合空气质量参数信号(例如稀释通风命令信号31)的另一优选类型的信号和有关的控制方法是,使用连续可变的信号,其可以用于实现可变空气量或VAV 控制方法。利用这种信号类型和控制方法,一旦所感测的空气质量参数信号达到某个触发水平或与某种信号模式匹配时,稀释通风命令信号31或对应的稀释通风反馈信号538A就可以用连续方式从最小水平一路增大到最大水平,所述最小水平将与两状态或多状态方法的最小状态输出相匹配,所述最大级别将对应于两状态或多状态方法的最大水平。可以用如上所述的控制方法通过以下操作来实现这种有效“无限状态”的方法:从例如来自共享传感器120和/或本地房间传感器(例如25A)的多个所感测的空气质量信号创建混合空气质量参数信号,所述多个所感测的空气质量参数可以按照任何方式被混合或组合。如前所述, 各个空气质量参数信号可以分别被作用,其后相加或被高选择,以形成混合的所得信号。然而,采用连续可变信号,通常优选的是,在利用图4的输出控制块MOA将控制环路、滞后、或其它功能应用于例如混合的反馈信号538A之前,首先例如利用多输入功能块537A对例如来自图4的比例缩放和偏置块561A、562A、534A、535A、或536A的输出的被比例缩放、偏置、 或以其他方式被修改的空气质量参数信号进行相加或高选择。此外,多输入功能块537A还可以在组合各自被比例缩放的信号之前或之后,将输入的空气质量参数信号之间的强制覆盖或低选择功能应用于这些信号,或者将其它线性、非线性或布尔逻辑功能应用于这些信号。

[0130] 输出控制块MOA还可以将线性或非线性功能应用于混合空气质量参数信号,例如538A。例如,在线性关系的情况下,可以使用偏置和简单比例缩放或增益因子以及最小和最大箝位,从而稀释通风反馈信号538A增大超过最小命令信号值,稀释通风命令信号31 也将增大,直到其达到所允许的最大命令信号值。使用连续可变信号状态的其中另一原因在于创建受监控的空间或建筑物内的室内环境质量的闭环控制,从而防止可能在某些情况下由两状态或甚至多状态方法生成的振荡控制模式。采用连续可变信号状态,可以实现可变空气量(VAV)控制方法,从而增大的通风水平可以以稳定方式被维持在最小命令信号水平和最大命令信号水平之间,特别是在存在空气质量参数的粗略恒定发射水平的情况下。 该方法可以用于调节空气质量参数的水平(例如TV0C、微粒、或处于某种设定点的其它参数),而不是将其驱动到最小级别,所述最小级别被证明就运行在高通风达到很长时间段的能量消耗而言是昂贵的。当空气质量参数不是特别危险的参数并且可以被设定为被维持在不会产生健康影响的水平时(例如对于微粒),该方法也是适合的。更具体地说,通过使用包括多个空气质量参数的混合空气质量参数信号,可以将空间中的质量维持为“清洁水

33平”,其包括一个系统或甚至一个控制环路内的对很多空气质量参数的控制。在该方法中, 可以将混合空气质量反馈信号控制到设定点,所述设定点表示空间中的空气的组合状态或清洁度的测量。

[0131] 图8A和8B示出输出控制块MOA的控制逻辑和功能的潜在实施例,所述输出控制块MOA包括闭环系统900,以便通过以下方式提供稀释通风控制:在规定的极限内以连续 (或VAV)方式改变环境内的换气率或有效地改变送风空气流等级,以如上所述防止所感测的空气质量参数(例如TV0C)的水平或混合空气质量参数信号超过所规定的值。在此,从空气质量参数设定点901减去传感器反馈908,以便(由误差级902)来创建误差信号914, 其中所述空气质量参数设定点901表示系统900所要控制的混合的一组参数或所感测的空气质量参数的水平,所述传感器反馈908可以是图4的稀释通风反馈信号538A。控制时钟 903作用于误差信号914,以便创建由最小ACH箝位块904和最大ACH箝位块905限定的项,从而产生命令信号920。取决于所感测的空气质量参数信号908和设定点901的特性和源,命令信号920可以表示图4的稀释通风命令信号31,或其它相关的空气流命令或控制信号,例如外部空气流命令信号1075。图8中的命令信号920还被命令到空气流块906,其可以包括图1、图2和图3中的空气流控制器30以及其所控制的回风和送风流(42和52)。 作为替换方案,空气流块906可以是另一控制块,例如图9中的空气处理器调节风门控制器 1213以及图6的相关联的调节风门或空气流控制设备1068、1070和1072,其表示用于外部空气1007、排风空气1004、和循环空气1005的关联于空气处理器1000的空气流的控制设备。图8A还描述了块907,其表示环境的稀释特性。对于熟悉控制系统设计领域的技术人员,907表示环境的传输特性,其在此情况下定义了受控环境的空气流等级如何与所感测的空气质量参数908的值有关。在此,可以在图6和图9的输出控制块MOA或外部空气流控制器块1200内,或潜在地或部分地分别在图1、图2、图4、或图6的信号处理控制器块130、 210、530、或1130内,或在建筑物控制系统180内实现误差级902、反作用控制块903、最小 ACH箝位904、以及最大ACH箝位905。

[0132] 可以使用控制系统设计领域技术人员已知的大量控制策略中的任何策略来实现控制块903,并且控制块903作为示例可以包括以下控制的任意组合:比例控制、比例-积分控制、比例-积分-微分控制、前向反馈技术、自适应和预测控制、以及模糊逻辑策略。控制块903的本质要素之一在于,它提供必要的反作用以及电平转换(levelshifting)功能, 从而它可以合适地作用于误差信号914(给出对误差级902示出的减法逻辑),以便创建命令信号920,至少对于传感器反馈908超过空气质量参数设定点901的情况,所述命令信号 920可以产生环境的空气流等级的增大。(作为替换方案,可以改变902的逻辑,从而使908 减去901)。举例来说,质量参数设定点901可以被设定为1. 5ppm,并且所感测的空气质量参数例如可以是从感测TVOC (例如使用光离子化检测器或PID传感器)和二氧化碳而创建的混合信号。控制块903将被配置成使得当传感器反馈908小于设定点901时,903的输出将小于或等于由最小ACH箝位块904所建立的最小箝位值。904是“高-选择(high-select),, 土夬,即它将比较903的输出值与某个最小箝位值(例如4ACH),并将两个值中较大的值呈递给下一个块905。例如,如果903的输出是2ACH,并且904中设定的最小箝位值是4ACH,则 904的输出将是4ACH。904的输出被呈递给最大ACH箝位905,其中所述最大ACH箝位905 提供“低-选择(low-select) ”功能,即它将比较904的输出值和规定的“最大箝位”值(例如12ACH),并将这两个值中较小的值输出到空气流块906。系统900的工作方式是:如果所感测到的空气质量参数的水平突然增大(例如由于清洁剂的溢出)到空气质量参数设定点901 (例如设定为1. 5ppm TV0C)之上,则控制块将(在例如设定为12ACH的最大箝位905 的限制内)把命令信号920增大到将受控环境内的TVOC浓度限制到1.5ppm所必需的值。 在实践中,可以将设定点901设定为小于用于要被感测的空气质量参数或混合参数的TLV 的值,以确保所维持的浓度将被限制为安全的稳态值。作为替换方案,空气质量参数设定点 901可以具有基于由908监控的空气质量参数的持久性而进行调节的动态值。

[0133] 图8B示出提供与图8A相同的控制功能的系统900的可选实施例,但用于任意数量“η”的空气质量参数,其使用各个空气质量参数反馈信号,例如图4的561Α、562Α、534Α、 535Α或536Α的输出,而不是使用混合空气质量参数反馈信号(例如图4的538Α)的图8Α 的方法。采用本方法,为每一感测的空气质量参数(1至“η”)提供专用误差级902和控制功能块903,其中,信号909所示的第η个感测的空气质量参数的设定点进入误差级910,其中所述误差级910具有输出915,所述输出915由功能块912来处理。来自每一控制块(例如来自控制块903至91¾的输出被呈递给高选择块913,所述高选择块913将各控制项中的最大的一个从控制块传递到空气流块906,作为命令信号920。通过使用该方法,我们可以基于通过使用用于每一受监控的空气质量参数的各个设定点(例如901至909)以及各个感测的空气质量参数反馈信号908或911而从多个空气质量参数(例如TV0C、微粒、以及其它空气质量参数的宿主(host))创建的混合命令信号920,将稀释通风控制提供给环境 (例如20)。有效地,图8B允许为每一空气质量参数来个别化各个控制功能块912,在某些情况下这是有利的,因为特定空气质量反馈信号潜在地需要可以基于各个控制环路来最佳处理的不同的控制增益和稳定性设定,而不是使用一个控制环路和增益设定以及混合反馈信号。采用图8的实现,在高选择块913处的控制环路的积分创建混合命令信号920。此夕卜,对于某些情况,块913可以被实现为求和,而不是高选择块,其中,根据需要来比例缩放对块913的输入中的每一个,以允许信号关于彼此被适当地加权以及求和。

[0134] 通过使用图1、图2、图6的系统或网络化的光子采样系统,存在若干有利的控制实现和方法,其可以被实现为解决当尝试创建并使用基于混合或复合的空气质量参数的信号以用于建筑物系统(例如HVAC系统)的监控和控制时出现的问题。这些信号的一个应用是在控制进入建筑物的外部空气时,或相似地控制被提供进入空间的稀释通风或外部空气的量。例如,被引入建筑物的外部空气可能变得被一种或多种空气污染物轻微污染或严重污染。这样的污染物可以包括来自汽车或卡车排气装置或来自熔炉或锅炉排风装置的再次飞散的一氧化碳、高水平的室外微粒、可能从附近的排风烟囱(exhaust stack)再次飞散的 TV0C、或其它室外空气污染物源。如果这些空气污染物没有被滤清并且进入到正被馈送入房间的送风空气中,则可能触发稀释通风控制,以不适当地增大来自外部空气入口的外部空气流和/或送风空气流。相似地,送风空气污染物的增多可能没有高得足以通过其本身来触发增大的送风空气流或外部空气流命令,而是被加到房间或建筑物中的现有空气污染物水平中,这可能使系统对发源于房间或建筑物内的低的或中等的空气污染物水平过度敏感。由于增大包含空气污染物的送风或外部空气的控制操作仅增大了房间或建筑物内的特定的空气污染物的水平,因此这两个问题都可能潜在地产生失控的结果。这可能驱使送风空气流或外部空气流水平甚至更高,直到无论是使用两状态、三状态、还是VAV方法,如果外部空气或送风系统污染物足够高,则进入房间的送风空气流或进入建筑物的外部空气流将最终被命令到其最大值。由于送风系统空气流潜在地馈送多个房间,因此潜在地所有这些房间将被推到其最大流,或者被抽入建筑物中的外部空气的量可能潜在地达到100%之多的外部空气。这会导致超过送风系统的空气流容量和/或加热和制冷容量,其潜在的结果是进入房间空间的流减少,并且如果由于过量外部空气被吸入建筑物而导致被调节的送风空气的温度不能被合适地控制,则这可能导致这些空间的温度控制的潜在损失。

[0135] 作为替换方案,在使用回风的建筑物中(例如以图6中的空气处理单元100来实现和示出的系统),可能会将一个空间中的高水平的污染物通过回风及其后的送风空气而循环进入其它空间。在这种情况下的正确行动不应是增大各个房间中的房间送风空气,而是反之适当地增大外部空气,以稀释包括作为污染物源的空间的整个建筑物。

[0136] 解决这些问题的一种示例性控制方法是使用差分测量技术。在该方法中,从房间空气测量中减去外部空气或送风空气测量,以创建感兴趣的各种空气污染物对外部空气或送风空气的差分测量。因此,如果外部空气或送风空气的微粒、CO、TVOC等增多,则由于将减去送风源的效果,因此将仅对于房间中的空气污染物源来评估房间空气的空气质量。有效地,由于如果送风空气或外部空气是空气污染物源,则增多送风空气或外部空气将不会使房间更干净,因此我们在此不关注房间空气的绝对空气质量,而是仅关注空气质量是否由于房间或空间中的源而恶化。

[0137] 例如,如前文所述,我们首先开始于使用例如图1和图2中的房间采样位置23A、 回风管道采样位置43A、和/或房间传感器27A进行例如空间20A中的空气的空气污染物测量。作为替换方案,如图6所示,还可以使用建筑物水平测量(例如被选择为感测空气污染物对温度的回风管道传感器1021、和/或来自空气处理单元1000的回风管道空气采样位置1031)。在该示例性方法中,接下来基于下述情况来进行空气污染物的基准测量:1)外部空气使用例如图1或图2中的空气采样位置63、或图6中的空气采样位置1033 ;或2)送风空气使用例如图1或图2中的送风管道空气采样位置53B,或图6中的空气处理器1000 送风管道空气采样位置1037。测量外部空气或测量送风空气的要被感测的具体位置基于感兴趣的空气处理系统和参数而改变。例如,如果空间正在直接从室外接收100%外部空气,而没有回风空气,则来自图1的外部空气管道60之内、或来自图6的外部空气管道采样位置1033的送风空气或外部空气的测量将至少对于气体或VOC测量提供精确的结果。然而,当至少微粒测量是所感测的感兴趣的空气污染物时,重要的是,要在从空气处理单元的所有风机系统和所有空气过滤器下游的位置(例如在上述送风管道采样位置1037或53B) 进行空气污染物的基准测量。这种需求是由于送风处理单元过滤器(例如图6中的预过滤器1016和过滤器1008)改变直接外部空气测量和其中一个过滤器之后的送风空气之间的微粒读数所造成的影响而导致的。因此,由于后者的情况和这些原因,应该从外部空气测量直接采取基准测量。

[0138] 此外,如果来自其它区域的回风与外部空气混合以产生送风空气,如图6中的空气处理单元1000示出,则至少对于外部空气和回风空气变得充分混合之后的位置,使用下游送风管道空气流基准测量而不是直接外部空气基准测量作为对空间或区域污染物测量的基准也是必要的。由于外部空气和回风空气的混合将潜在地产生送风管道中与外部直接可见的污染物水平不同水平的污染物,因此对于涉及回风系统甚至气体的任何空气污染物测量都是如此的情况。由于从同一空气系统流入这些空间的所有送风空气应该具有相似的特性和空气污染物值,因此对于从单个空气处理器或主送风管道馈送的所有空间,仅使用一个送风或外部空气管道测量应该就足够了。

[0139] 另一方面,如果使用建筑物送风空气或建筑物回风空气的空气污染物测量来帮助控制被引入建筑物的外部空气的量,则应该从外部空气测量而不是从送风空气测量来获取合适的基准测量。

[0140] 此示例性方法中的下一步骤涉及取每一对空气污染物测量(空间或建筑物空气、 和外部空气或送风空气),以及通过以下方式将它们转换为一组差分测量:从空间空气污染物测量减去基准外部空气污染物测量或送风空气污染物测量,如果更方便反过来进行操作,则也可以反过来进行操作。执行该操作的实施例的示例是图5的减法块37,其中,例如 TVOC的送风或外部空气测量将施加到减法块的负(-)输入端,TVOC的空间或回风管道空气污染物测量则将被施加到正(+)输入端。其后,输出将是该空间的TVOC的差分测量。本领域技术人员将知道减去这些空气污染物测量的其它方法,例如在计算机化的控制系统中的软件变量、或者其它实施方式。

[0141] 于是将以前述对于非差分房间空气测量的相同方式来处理单个的差分空气污染物测量,并且因而将例如被单独使用或组合,然后由图1、图2、图4、或图6的信号处理控制器块130、210、530、或1130分别比较和分析,以创建空气质量参数反馈信号538或1075,其中所述信号538或1075例如可以由输出命令块MOA或外部空气流控制器1200分别进一步作用,以产生用于改变进入空间20的送风空气流的命令信号31、以及用于进入建筑物的外部空气流的命令信号1075。

[0142] 由于可以在合理短的时间段内(例如5到30分钟)用同一传感器来执行送风空气或外部空气的测量以及空间空气测量,因此对于所述差分测量控制构思,图1、图2或图6 的共享传感器多点空气采样系统实施例是优选实施例。结果,由于当相减这两个测量时抵消了很多传感器误差,因此消除了这些传感器误差。因此,即使在与外部空气或送风空气污染物的潜在高的源水平相比,房间中的很重要的空气污染物的增大非常少时,也可以进行十分精确的差分测量。结果,这些高的室外或送风背景水平实质上没有降低环境空间内的任何污染物源的测量的分辨率和精度。

[0143] 可以用于图1、图2或图6的实现的另一优选控制方法与可能出现高水平的送风或外部空气污染物的情况有关,但上述差分房间空气信号指示在空间中不存在实质的空气污染物源。在此情况下,空间中的空气污染物的绝对水平可以高得足以触发增大的稀释水平, 但差分信号正确地指示增大送风不合适。在此情况下,由于空气污染源是送风空气,因此有利的是,减小经由送风控制设备51的送风空气和/或通过外部空气控制调节风门1067的外部空气,直到外部或源空气包含较低水平的空气污染物。

[0144] 这种控制方法的一个实施例包括如上所述在送风管道50B、外部进风口管道60、 或空气处理器外部空气管道采样位置1033进行一个或多个空气污染物测量。于是,所述一个或多个空气污染物测量可以被组合或单独使用,其后分别由图1、图2、图4、或图6的信号处理控制器块130、210、530、或1130进行比较和分析,以确定这些信号是否超过合适的触发水平(例如用于环境空间20的水平)。如果满足了这些触发水平或合适的触发条件,则可以由若干种方法中的一种来使用块130、210、或1130,以减小送风和/或外部空气流。例如,为了减小房间送风流,可以通过从信号处理控制器块130或210输出的命令来完全不考虑并且有效禁用温度控制块90的图3中的温度控制输出93,从而送风流将变得仅由将被减小到低水平的稀释通风命令31所命令的流来控制。例如,为了减小建筑物外部空气流, 可以由信号处理器控制器1130来将空气处理器单元1000的外部空气调节风门1067命令到与用于以节能装置(economizer)来进行自由制冷的潜在地更高流等级相比的更低流等级,所述更低流等级表示用于占用的最小所需流等级。

[0145] 可以在本发明中执行的一个特别有用的混合空气质量参数测量涉及焓测量。参照该方法,湿度计是用于进行水分测量的设备,并且典型地提供电压、电流、或数字输出,所述输出表示被采样的空气或其他气体的水分含量。湿度计所进行的基本测量典型地是露点 (或冷凝)温度,或者可以通过浓度来呈现,例如百万分之几-ppm、或千分之几-ppt、或一些其它合适的单位的系统。此外,对于可商业上获得的湿度计十分平常的是计算其它干湿特性,所述干湿特性可能需要同时测量所感测的气体的第二属性(例如温度),以便获得期望的特性(例如焓和相对湿度)以及其它特性。此外,如果已知绝对压力,则可以将湿度计的水分测量用于推导湿度比率,某些可商业上获得的湿度计也提供上述功能。为了本发明的目的,湿度计可以基于熟悉水分测量领域的技术人员所知的各种技术中的任何技术。这些技术包括但不限于:冷镜湿度计(chilled mirror hygrometer)、基于红外线的水分分析仪、声表面波(SAW)技术、氧化铝传感器、以及将RH感测设备与温度传感器组合以从所感测的空气或被感测的其它气体推导出露点温度、水分浓度、或水分含量的其它合适的测量。例如,这些类型的仪器中的一些的源例如包括可以由Marlborough,MA的Edgetech Moisure and Humidity Systems提供的冷镜湿度计、或者基于红外线的水分分析仪,例如可以从 LICOR Biosciences 公司获得的 LICOR 840 单元。

[0146] 当由这样的湿度计设备来测量所推导的干湿特性(例如焓、RH、以及其它依赖于温度或压力的特性)时,所推导出的参数(RH、焓等)的精度高度依赖于由设备同时进行的温度或压力的本地测量的精度。因此,当将这些湿度计设备应用于多点采样系统时,例如由于采样的位置和共享传感器位置220之间的温度差,多数所推导出的干湿特性(例如RH和焓)将实际上随着空气采样从采样位置被传输到多点采样系统的共享传感器位置220(图 2)而被改变,因此仅可以使用基本露点温度或其所提供的水分浓度测量。

[0147] 还可以从本领域公知的干湿表来推导焓或其它干湿特性信号的公式。作为示例, 美国专利第4,672,560号公开了一种示例性焓计算器,通过引用而将该专利的全部内容并入到本文中。

[0148] 从露点温度和周围温度计算RH的一种常用方法例如涉及Clausius-Clapeyron方程的解释,该方程用于在下面的式(1)中所阐述的蒸气压力:

[0149]式 1

[0150] 其中,E =蒸气压力,ES =饱和蒸气压力,TA =周围温度,单位是开尔文,TD =饱和或露点温度,单位是开尔文。此外,如对干湿测量领域熟悉的技术人员所知道的,存在多种其它近似,当温度和露点温度已知时,这些近似可以用于计算蒸气压力和饱和蒸气压力, 从所述蒸气压力和饱和蒸气压力中,可以计算RH和其它干湿特性,例如焓。

[0151] 通过检查式(1)可以看出,相对湿度不仅取决于露点温度TD,而且还取决于周围温度TA。例如通过使用该式我们可以看出,(例如)对于给定露点温度51华氏度,如果由

38空气采样系统从处于70华氏度的位置取空气采样,并且在传输到包含湿度计的共享传感器220(图2、的过程中,采样的温度增大到75华氏度,则该采样的RH将从大约51% RH改变到大约43% RH,当进行这样的测量时,上述情况是举足轻重的。当进行其它干湿特性的远程测量时存在相似的问题。

[0152] 在本发明的一个方面中,多点空气采样系统包括湿度计,其被包括作为公共传感器组中的其共享传感器220(图幻中的一个,其中所述传感器的用于每个采样位置(例如 20A、20B和20C)的水分测量与从每一采样空间进行的本地温度测量(例如25A)进行组合, 以生成信号(例如连接到BAS的181,或信号571A),其表示依赖温度的干湿特性,例如每一采样空间20A、20B、20C的焓或相对湿度。

[0153] 多点空气采样系统可以包括传感器组中的湿度计,其可以被用于与所感测的位置的本地离散温度传感器甚至和压力传感器组合,以确定所感测的位置的绝对湿度和温度两者,从而计算混合空气质量参数信号,该信号表示相对湿度、焓、湿度比率、以及其它干湿特性。当应用于RH感测时,这种布置的一个重要的优点在于,与使用倾向于随时间而明显漂移的分布式RH传感器的常规系统相比,这种布置提供了相当可观的改善。当在用于建筑物通风系统的管道系统或通风间内进行RH测量时,尤其如此。例如,如果湿度计被并入到共享传感器220(图2),则位于管道50B中的输出温度传感器27B(图2、可以与从所感测的位置5¾获得的水分测量组合,以便提供来自管道50B的对RH的高度精确且漂移稳定的测量,以及其他依赖于温度的干湿特性。这与可商业获得的管道安装的RH传感器相比具有很大的优势,至少由于当被放置在空气流中时与这些传感器对微粒物质的暴露有关的捕获 (fowl ing)而导致这些传感器不可靠。此外,这些离散传感器倾向于由于传感器元件的成本以及所需的电源和机械外壳而导致价格昂贵。

[0154] 相似地,可以根据本发明的教导来进行高精度和稳定的焓测量,其与进行这种测量的常规装置相比提供了实质的改进。这对于与外部空气的控制(例如节能装置应用)有关的应用、以及其它空气处理器控制应用是尤其重要的。

[0155] 图9示出这些混合焓测量加上用于外部空气控制目的的其它混合空气质量参数测量的创建和使用的示例,其中图9示出用于来自图6的外部空气流控制器块1200的逻辑和功能的一种潜在实现。在该图中,由回风焓块1205通过使用上述干湿关系以及回风空气露点或绝对湿度1201加上回风空气温度1202的空气质量参数测量中的一些来执行回风空气1001的焓计算。这些测量分别从采样位置1031和管道传感器1021取得,并由来自图6 的信号处理控制器块1130来处理。相似地,由外部空气焓块10¾通过使用外部空气露点或绝对湿度信号1203以及外部空气温度信号1204来进行外部空气焓测量。这些测量分别从空气采样位置1033和管道传感器1023取得。由减法块1207使块1025和10¾输出的两个焓信号彼此相减,如所示的那样,或者从外部空气焓信号减去回风空气焓。得到的差分焓信号用于节能装置控制器1208,其是可商业获得的,并且为空气领域技术人员所知,当与对回风制冷相比引入更多外部空气则成本会更低时,它可以生成外部空气流命令,以便引入更多外部空气。可商业获得的节能装置控制器的一个制造商是Honeywell。

[0156] 于是可以由功能块1209对来自节能装置控制器1208的自由制冷外部空气流命令进一步进行比例缩放和偏置,然后,由低选择比较器或强制覆盖块1210对其进行作用。 这个块的目的在于,当外部空气被污染到的水平使得如果可能的话最好不要增大外部空气时,强制覆盖并降低来自节能装置1208的自由制冷外部空气命令。为了实现该功能,可以进行外部空气污染物测量并组合该测量,并由低选择比较器来使用。例如以室外空气质量参数信号1221、1223和1225来示出该操作,空气质量参数信号1221、1223和1225分别表示微粒、一氧化碳、TVOC的室外水平。其后,将这些信号与它们各自的阈值信号或设定点 1220、1222和12¾进行比较。比较器1231、1233和1235分别比较这些室外空气污染物信号,并基于所述阈值与空气质量参数信号的差,在两状态、多状态、或连续可变方式中产生变高的输出信号。其后,将这些比较后的信号提供给功能块1232、1234、和1236,所述功能块1232、1234、和1236可以对这些信号进行比例缩放和偏置或应用任何其它适当的处理, 从而它们可以被低选择比较器1210使用,以完全或部分强制覆盖(override)节能装置的经过比例缩放的输出。同等地,室外空气质量参数信号可以被组合和混合为混合室外空气质量参数信号,并且可以使用一个比较器来创建强制覆盖信号。否则,低选择比较器1210 组合并使用各个信号。然后,比较器块1201的输出由另一功能块来比例缩放或修改,从而它可以处于与其他信号相同的比例、或适合于以其他信号一起来进行高选择,其中所述其它信号表示基于C02测量而对建筑物中的占用的量进行供给所需的外部空气的量,以及合适地稀释在建筑物中偶然生成的任何空气污染物的足够外部空气。

[0157] 创建这种基于组合的稀释和占用情况的外部空气命令信号开始于来自信号处理控制器1130的空气质量参数测量,这种测量可以基于解复用的共享传感器测量或本地传感器读数。例如,附图示出使用来自两个房间20A和20B的测量、以及用于每个房间的两个空气质量参数测量的潜在设置,所述两个空气质量参数测量即C02和TVOC,C02用于确定占用情况的外部空气量需求,TVOC表示空气污染物测量,以确定稀释这些空气污染物所需的外部空气的量。作为替换方案,可以使用其它空气污染物,以及可以使用多种空气污染物来创建混合空气污染物信号。此外,如上所述,优选地,使用空气污染物对合适的基准的差分测量。当使用房间空气测量用于控制进入建筑物的外部空气时,合适的基准是外部空气测量。因此,通过减法块1237从房间20A TVOC信号1227减去室外TVOC信号1225。相似地, 通过减法块1239从房间20B TVOC信号12¾减去外部TVOC基准1225。如前文所述,任何这些减法或用于C02的减法可以被反过来执行,即从一个信号中间去另一个信号,或者从该另一个信号中间去该一个信号。这些差分测量产生房间20A的差分空气污染物信号1241 和来自房间20B的1M3,由比例缩放和偏置块1245和1247分别对其进一步处理。典型地, 对这些房间或为空气污染物测量或C02占用测量而选择的其它房间进行选择,因为它们被看作“风险区域”,其具有高占用情况或高水平的空气污染物的潜在可能。

[0158] 对于关于外部空气的占用需求的信息,C02被用作测量占用情况和传送到空间的外部空气的量的装置,如前文所述。为了执行合适的测量,由于对空间中的C02的绝对水平的差是占用情况所直接基于的,因此还期望C02的差分测量。因此,在减法块1238中从房间20AC02信号12¾减去室外空气C02信号1226,以生成差分C02信号1M2,其被比例缩放块1246进行比例缩放和偏置。相似地,在减法块1240中从房间20B C02信号1230减去外部空气C02信号1226,以生成差分C02信号1M4,其被比例缩放块1248进行比例缩放和偏置。现在可以基于期望的控制需求以多种方式来组合或混合各个比例缩放之后的差分空气污染物信号。例如,可以对这些信号进行高选择,这是优选的,或可以将它们加在一起。 以房间20B示出一个示例,其中,由混合功能块1249来组合差分C02和TVOC信号,以生成用于该房间的一个混合空气质量参数信号。房间20A的信号被示出是单独使用的,但其后在特殊功能控制1250中与来自房间20B的混合信号一起被高选择或组合。特殊功能控制 1250的输出是流命令信号,其对于修改后的自由制冷信号被高选择,以生成用于外部空气的最终命令信号1075。此外,空气处理器调节风门控制器块1213可以用于创建实际调节风门控制信号1068、1070和1072,它们分别与外部空气、排风空气、和循环空气对应,用于空气处理器1000,其潜在地使用来自外部空气流测量信号1080的外部空气流量的反馈。

[0159] 虽然本发明的一些具体特征示出在一些附图中而未在其它附图中示出,但仅这是为了方便,因为根据本发明,一些特征可以与其它特征中的任何特征或全部特征进行组合。

[0160] 本领域技术人员可以想出其它实施例,这些实施例包含在所附的权利要求之内。

Claims (41)

1. 一种用于监控环境中的空气质量状况的系统,所述环境包括至少一个空气流控制设备以控制至少一个空气流量,所述系统包括:多点空气采样系统,其包括:一个或多个传感器,每个传感器各自检测空气舒适度参数或空气污染物中的一个或多个,所述传感器中的至少一个是共享传感器,其感测两个或更多分立位置处的空气的相同的一个或多个空气舒适度参数或空气污染物,所述分立位置包括至少一个部分被包围的区域和至少一个包含外部空气或送风空气的位置;信号处理控制器,与所述传感器通信,生成一个或多个混合空气质量参数信号,所述混合空气质量参数信号中的至少一个表示由所述传感器所检测的空气舒适度参数或空气污染物中的至少一个在所述分立位置处的水平之间的差;以及空气流控制器,使用所述混合空气质量参数信号,并且与所述空气流控制设备通信,以至少部分地控制所述至少一个空气流量。
2.如权利要求1所述的系统,其中,从包括星形配置的系统和网络化空气采样系统的一组系统中选择所述多点空气采样系统。
3.如权利要求1所述的系统,其中,所述多点空气采样系统包括光子采样系统,其使用光来检测空气质量参数。
4.如权利要求1所述的系统,其中,从一组传感器中选择所述传感器中的一个或多个, 其中所述一组传感器包括:电化学传感器、光学传感器、红外吸收传感器、光声传感器、聚合物传感器、可变电导率传感器、火焰离子化传感器、光离子化传感器、固态传感器、混合金属氧化物传感器、离子迁移传感器、声表面波传感器以及光纤传感器。
5.如权利要求1所述的系统,其中,从包括有线传感器和无线传感器的一组传感器中选择所述传感器。
6.如权利要求1所述的系统,其中,所述空气污染物包括从一组中选择的一种或多种气体污染物,所述一组包括:一氧化碳;甲醛;氮的氧化物;硫的氧化物;硫化氢;氯;烃; 氨;制冷气体;氡;臭氧;挥发性有机化合物。
7.如权利要求1所述的系统,其中,所述空气舒适度参数包括从一组中选择的一个或多个参数,所述一组包括:温度、湿度、相对湿度、露点温度、绝对湿度、湿球温度、以及焓。
8.如权利要求1所述的系统,其中,所述传感器中的至少一个是共享传感器,并且所述传感器中的至少一个是本地传感器。
9.如权利要求8所述的系统,其中,所述本地传感器包括从一组中选择的一个或多个传感器,所述一组包括温度传感器和房间占用传感器。
10.如权利要求8所述的系统,其中,所述本地传感器中的至少一个感测温度,并且其中,所述共享传感器中的至少一个感测包括绝对湿度和露点温度的一组参数中的一个,并在所述本地温度传感器所位于的区域中进行感测,以创建至少一个混合空气质量参数信号,所述混合空气质量参数信号表示所感测的区域的相对湿度、湿球温度、或焓值。
11.如权利要求10所述的系统,还包括:空气处理单元,在所述空气处理单元中,来自至少一个部分被包围的区域的回风空气的百分比与外部空气的百分比混合,以创建用于提供给至少一个部分被包围的区域的送风空气;以及其中,所述信号处理控制器使用所述本地温度传感器的温度值来感测所述空气处理单元的回风空气温度和外部空气温度,还使用所述共享传感器中的一个来生成差分焓信号, 所述差分焓信号等于由空气处理器的回风空气和外部空气的焓值之间的差所表示的混合空气质量参数信号。
12.如权利要求11所述的系统,还包括:用于所述空气处理单元的节能装置控制器,当外部空气的焓值小于回风空气的焓值时,所述节能装置控制器使用所述差分焓信号,以至少部分地增大外部空气流;以及其中,所述空气流控制器包括外部空气流控制器,其用于当所述外部空气中的至少一种所感测的空气污染物的值大于阈值信号值或表现出预定信号模式时,强制覆盖所述节能装置控制器的操作。
13.如权利要求12所述的系统,其中,当差分信号的值大于阈值信号值或表现出预定信号模式时,所述外部空气流控制器还用于增大外部空气量,其中所述差分信号等于至少一个所述部分被包围的区域中的至少一种空气污染物的所感测的值减去一组空气处理单元的外部空气或送风空气的其中之一中的所述空气污染物的所感测的值。
14.如权利要求1所述的系统,其中,所述空气流控制器用于至少部分地控制进入所述部分被包围的区域中的一个或多个区域的送风空气流量。
15.如权利要求14所述的系统,其中,当差分空气质量参数信号大于阈值信号值或表现出预定信号模式时,所述空气流控制器至少部分地增大所述送风空气量,其中所述差分空气质量参数信号等于由送风空气量所馈送的区域中的至少一种空气污染物的所感测的值减去送风空气中的所述空气污染物的所感测的值。
16.如权利要求15所述的系统,其中,所述传感器中的至少一个是共享传感器,并且所述传感器中的至少一个是本地传感器,并且其中,本地传感器或共享传感器的值用于至少部分地改变所述阈值信号值或所述预定信号模式。
17.如权利要求16所述的系统,其中,所述本地传感器或共享传感器是本地占用传感
18.如权利要求14所述的系统,其中,当所述送风空气中的至少一种所感测的空气污染物的水平大于阈值或表现出预定信号模式时,所述空气流控制器至少部分地降低所述送风空气量。
19.如权利要求14所述的系统,还包括:空气流控制设备,在所述空气流控制器的控制之下,至少部分地控制离开所述区域中的所述一个或多个区域的空气流量。
20.如权利要求1所述的系统,其中,所述空气流控制器用于至少部分地控制进入建筑物的外部空气。
21.如权利要求20所述的系统,其中,当差分空气质量参数信号大于阈值信号值或表现出预定信号模式时,所述空气流控制器至少部分地增大进入建筑物的所述外部空气量, 其中所述差分空气质量参数信号等于所述部分被包围的区域中至少之一中的至少一种空气污染物的所感测的值减去外部空气中的所述空气污染物的所感测的值。
22.如权利要求21所述的系统,其中,所述传感器中的至少一个是共享传感器,并且所述传感器中的至少一个是本地传感器,并且其中,本地传感器或共享传感器的值用于至少部分地改变所述阈值信号值或所述预定信号模式。
23.如权利要求22所述的系统,其中,所述本地传感器或共享传感器是本地占用传感ο
24.如权利要求20所述的系统,还包括:空气处理单元,在所述空气处理单元中,下降到并且包括0 %的来自至少一个部分被包围的区域的回风空气的百分比与上升到并且包括100%的进入建筑物的外部空气的百分比混合,以创建用于提供给至少一个部分被包围的区域的送风空气;以及其中,当差分空气质量参数信号大于阈值信号值或表现出预定信号模式时,所述空气流控制器通过所述空气处理单元至少部分地增大进入建筑物的所述外部空气量,其中所述差分空气质量参数信号等于所述空气处理单元的所述送风空气或回风空气中至少之一中的至少一种空气污染物的所感测的值减去外部空气中的所述空气污染物的所感测的值。
25.如权利要求20所述的系统,其中,当所述外部空气中的至少一种所感测的空气污染物的值大于阈值信号值或表现出预定信号模式时,所述空气流控制器至少部分地降低进入建筑物的所述外部空气量。
26.如权利要求20所述的系统,其中,当差分空气质量参数信号大于阈值信号值或表现出预定信号模式时,所述空气流控制器至少部分地增大进入建筑物的所述外部空气量, 其中所述差分空气质量参数信号等于所述部分被包围的区域中至少之一中的至少一种空气污染物的所感测的值减去送风空气中的所述空气污染物的所感测的值。
27.如权利要求沈所述的系统,其中,所述空气污染物的所述测量发生在为所述部分被包围的区域送风的空气处理单元中的至少一组过滤器之后,并且其中,所述空气污染物是微粒的测量。
28.如权利要求沈所述的系统,还包括:空气处理单元,在所述空气处理单元中,来自至少一个部分被包围的区域的回风空气的百分比与进入建筑物的外部空气的百分比混合,以创建用于提供给至少一个部分被包围的区域的送风空气;以及其中,用于感测所述送风空气的所述空气污染物的所述位置在回风空气已经至少部分地与外部空气混合之后。
29.如权利要求20所述的系统,其中,所述传感器中的至少一个是共享传感器,所述传感器中的至少一个是本地传感器,并且其中,本地传感器或共享传感器的值用于至少部分地改变所述阈值信号值或所述预定信号模式。
30.如权利要求四所述的系统,其中,所述本地传感器或共享传感器是本地占用传感ο
31.如权利要求1所述的系统,其中,所述控制器包括一个或多个解复用器,其展开各分立的信号,其中所述各分立的信号表示每个所感测的位置中的每个所感测的空气质量参数。
32.如权利要求1所述的系统,其中,所述控制器对所述空气质量参数信号进行比例缩放,从而它们处于相同的相对比例。
33.如权利要求32所述的系统,其中,所述控制器比较比例缩放后的空气质量参数信号,并选择最高的信号或最低的信号。
34.如权利要求32所述的系统,其中,所述控制器以基于关于所感测的空气质量参数的预定准则的相对方式来加权比例缩放后的信号。
35.如权利要求1所述的系统,其中,所述控制器创建稀释通风命令信号。
36.如权利要求35所述的系统,其中,从一组中选择所述稀释通风命令信号,所述一组包括两状态、三状态、多状态、连续可变、和斜坡信号。
37.如权利要求1所述的系统,其中,所述采样系统以采样速率进行采样,并且其中,所述采样速率基于所述混合空气质量参数信号而改变。
38.如权利要求1所述的系统,其中,所述传感器中的至少一个感测二氧化碳,并且连同至少一个空气污染物信号被一起使用,以创建至少一个混合空气质量参数信号,并且其中,所述空气流控制器使用所述混合空气质量参数信号来创建稀释通风命令信号,并与所述空气流控制设备通信,以至少部分地控制所述至少一个空气流量。
39.如权利要求1所述的系统,其中,从一组中选择所述位置,所述一组包括:建筑物内的位置、包含外部空气的位置、包含回风空气的位置、以及包含送风空气的位置。
40.如权利要求1所述的系统,其中,所述空气污染物包括一种或多种基于微粒的污染物,所述基于微粒的污染物包括直径在0.01微米到100微米之间的微粒。
41.如权利要求40所述的系统,其中,所述基于微粒的污染物包括从以下组中选择的生物微粒物质,所述组包括霉菌孢子、细菌和病毒。
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