CN101688678A - 用于空气调节器的控制器的电子室内空气质量板 - Google Patents

用于空气调节器的控制器的电子室内空气质量板 Download PDF

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O·若斯兰
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Abstract

改善室内空气质量(IAQ)的空气调节系统包括接收来自室内空间的室内空气并对该室内空气进行加热或冷却的空气调节器，该空气调节器然后将经过调节的空气返回室内空间。电耦合到空气调节器控制板的IAQ选项板(IOB)被配置成接受来自至少一个IAQ传感器的电输入。新鲜空气风门被电连接到IOB，IOB控制新鲜空气风门阀的位置。空气净化器被定位成使得来自室内空间的空气通过该净化器。净化器工作的工作状态至少部分基于至少一个IAQ传感器的输入以改善室内空间的IAQ。

Description

用于空气调节器的控制器的电子室内空气质量板
技术领域
[0001]本发明一般涉及室内空气质量的控制，更具体地涉及内部建筑物空间的可吸入空气中二氧化碳、挥发性有机化合物及其它气载污染物水平的控制。
背景技术
[0002]室内空气质量(IAQ)是指在室内生活和工作空间中可吸入空气的质量。室内二氧化碳(CO2)水平、挥发性有机化合物(VOC)及其它气载有机物质，包括细菌在内都会恶化给定室内呼吸空间的IAQ。虽然今天空气调节系统(也称为舒适系统，包括加热和冷却功能)普遍用于住宅和办公楼中，但对IAQ有害的各因素的控制还是个问题。尽管大多数内部空间为改善加热及空气调节效率在某种程度上是密封的，但人们还是作了一些努力，以故意将一定量的外部新鲜空气吸入室内空间，从而通过稀释来改善内部可吸入空气的质量。但这是以增加维持舒适的室内空气温度所需的能耗作为代价的。
[0003]通过诸如紫外(UV)灯净化器、电离净化器、离子发生器以及包括静电除尘器(ESP)在内的静电净化器之类的空气净化器也可以降低包括细菌在内的有害的挥发性有机化合物(VOC)和其它气载有机物质的水平。空气净化器可以作为独立的系统放置在房间中，或者附加到新的或已存在的取暖、通风空调(HVAC)系统的管道系统中。UV净化器系统的一个问题是UV灯会消耗能量。而且，由于来自这种净化器的UV光对人的视力是极其有害的，所以人们不能安全地检查工作中的UV灯。因此，很难知道光源何时发生故障致使净化器失效，这对于空气调节器对终端用户不可见的情况尤为如此。
[0004]需要的是一种室内空气质量(IAQ)控制板，这种控制板将对稀释新鲜空气入口和空气净化器功能的控制集成到空气调节器系统中。而且，在采用UV净化器的情况下，需要IAQ板能自动地警告人们UV光源已经发生故障。
发明内容
一种改善室内空气质量(IAQ)的空气调节系统包括从室内空间接收室内空气并对该室内空气进行加热或冷却的空气调节器，该空气调节器然后将经过调节的空气返回室内空间。安装在空气调节器中或安装到其上的电连接到空气调节器的空气调节器控制板控制空气调节器的功能。电耦合到空气调节器控制板的IAQ选项板(IOB)被配置成接受来自至少一个IAQ传感器的电输入。新鲜空气风门电连接到IOB，该新鲜空气风门具有一个阀位置，该阀位置确定了进入室内空间的新鲜空气的流量，IOB控制该阀的位置。空气净化器被定位成使得来自室内空间的空气通过净化器。空气净化器电耦合到IOB并受IOB的控制。IOB接收来自至少一个IAQ传感器的输入，IOB分别控制新鲜空气风门的阀位置。空气净化器的工作至少部分基于来自至少一个IAQ传感器的输入以改善室内空间的IAQ。
附图说明
[0005]为了进一步理解本发明的这些方面和目标，请参考下文结合附图对本发明所作的详细描述。
[0006]图1示出了本发明IAQ系统一个实施例的框图；
[0007]图2示出了采用比例风门的IAQ新鲜空气风门系统的框图；
[0008]图3示出了采用单级双位新鲜空气风门的IAQ新鲜空气风门系统的框图；
[0009]图4示出了采用二级新鲜空气风门的IAQ新鲜空气风门系统的框图；
[0010]图5示出了采用单级新鲜空气风门和排气风门的IAQ新鲜空气风门系统的框图；
[0011]图6示出了IAQ UV净化器系统的框图；
[0012]图6A示出了带无源过滤器的IAQ UV净化器系统的框图；
[0013]图6B示出了带无源过滤器和催化剂蜂窝结构的IAQ UV净化器系统的框图；
[0014]图7示出了示例性IAQ选项板的框图；
[0015]图8示出了包括连接器的示例性IAQ选项印刷电路板的机械图；和
[0016]图9示出了包括安装在空气调节器控制板上的连接器的示例性IAQ选项印刷电路板的机械图。
[0017]需要说明的是，大多数附图是示意性框图，它们表示本文描述的电气、机械功能及工作。附图不一定是按比例绘制的，机电框图也没有显示出所有的端子连接或绕组连接。
具体实施方式
[0018]在图1系统中所示的室内空气质量(IAQ)板100可以控制至少一个新鲜空气风门101和诸如紫外(UV)光净化器102的至少一个空气净化器。其它适用的空气净化器(未示出)包括电离净化器、离子发生器和包括静电除尘器(ESP)在内的静电净化器。室内空气质量(IAQ)板100可以直接连接到控制空气调节器系统(未示出)的空气调节器控制板103。在此将本文使用的术语“空气调节器”定义为可以调节空气的系统，如HVAC“舒适(comfort)”系统。这种空气调节或舒适系统可以只能冷却，或只能加热，或者包括冷却和加热两种功能。IAQ板100可以由图1所示的代表性连接器112直接插入到空气调节器控制板103。IAQ板100也可以由管脚、导线、带状电缆连接到空气调节器控制板103，或者通过导线连接器或电缆连接器(未示出)来连接。IAQ板100可以接受来自CO2传感器105、总挥发性有机化合物(TVOC)传感器106和/或湿度传感器(未示出)的输入。除了传感器105和传感器106之外，还可以使用其它传感器(未示出)，或者可以使用其它传感器代替传感器105和传感器106。这类传感器可以检测可能对人或动物健康有害的VOC或非VOC气体。这样的气体包括毒气(例如沙林气)和用作化学武器气体的其它气体(包括硅氧烷和聚合碳氢化合物)。危害性很小但仍不希望有的气体(例如臭氧)也可以由用来代替传感器105和传感器106的或另外包括的气体传感器检测。例如，当空气净化器是可以产生臭氧的静电类型或等离子体类型的净化器时，在由臭氧传感器检测的臭氧水平达到超出预定阈值的有害水平时，净化器的工作可由IAQ板100停止一段长短可配置的时间。新鲜空气风门101包括一个活动阀，其通常是一组活动叶片，使得可根据活动阀的位置设定气流。新鲜空气风门101控制允许进入室内可呼吸空气空间116的新鲜空气115的量，以通过稀释作用改善IAQ。新鲜空气风门101在图1中被示为具有电控制信号线路113和电空气流动信号114的比例风门。新鲜空气风门101也可以是不存在比例控制的一级或二级新鲜空气风门。IAQ板100还可以具有控制输出和控制输入，控制输出用于控制包括UV灯107的UV净化器102，控制输入用于接收来自UV净化器电流监控器109的UV灯电流监控信号以远程地检测UV灯107的故障。空气调节器控制板103(主板)还可以包括在IAQ板和空气调节器控制板103之间实现通信的接口110。
[0019]尽管在下文详细描述了本发明的各个实施例，但IAQ一般都是由传感器105和传感器106测量的。基于IAQ测量值，新鲜空气风门101被打开以允许稀释新鲜空气降低室内CO2水平，挥发性有机化合物(VOC)的水平和其它气载有机物质的水平。UV净化器102被开启以降低室内挥发性有机化合物(VOC)的水平和其它气载有机物质的水平。除了改善IAQ之外，在下文更加详细描述的一些实施例中，新鲜空气稀释(由新鲜空气风门的工作产生的)或诸如UV净化之类的净化的相对用量可以以基于室内和室外气温差来降低HVAC能耗的方式受到控制。
[0020]在图2所示的本发明的第一实施例中，使用比例新鲜空气风门101来降低并控制由CO2传感器105测量的CO2水平可以改善IAQ。CO2传感器105监测内部空间中的CO2水平。模拟的或数字的误差放大器或水平比较器202可以对CO2参考水平204和由CO2传感器105测量得到的内部空间中的CO2水平203进行比较。如果内部空间中的CO2水平高于CO2参考水平某个预定量，则可以控制比例新鲜空气风门101打开得更大，从而让更多的新鲜空气进入，将内部空间的CO2水平降低到可接受水平。电子控制装置200可以命令或控制新鲜空气风门101到达一般从完全关闭到完全打开的位置范围内的任何位置。典型地，通过接收范围例如从0伏特到10伏特的模拟信号可以命令或设定新鲜空气风门101到一特定的阀开口，例如0伏特命令进行完全关闭操作，10伏特则是将风门阀设定为完全打开。CO2传感器105通常可以产生模拟信号，使用由信号调节块207代表的标准电子信号调节可以进一步将该模拟信号转换成0-5伏特的模拟信号。调整风门的电子控制装置200可以处于IAQ板上，或者可以部分地处于IAQ板100上以及部分地处于空气调节器控制板103上。还应该说明的是，来自CO2传感器105的模拟信号可以被转换为数字信号，因此CO2传感器105和CO2参考水平之间的比较可以由微型计算机以数字比较的方式进行。电子控制装置可以包括模拟回路滤波器或者硬件或软件形式的数字滤波器，在数字滤波器中，控制回路被实现为数字控制回路。
[0021]比例风门101的叶片设定或位置使得经计量的新鲜空气量流入内部活动空间中。使用比例风门101的一个额外的好处是比例风门101还可以提供空气流动信号114，该空气流动信号是由比例风门101的任何给定的叶片设定产生的新鲜空气流量的测量值。空气流动信号114可以通信地连接到建筑物管理系统(BMS)，使得建筑物管理者可以有利地知道被带入内部空间的外部空气的量，计划由于引入与内部空间中已存在的经过调节的空气相比具有不同温度和湿度的新鲜空气量增加的耗能。建筑物管理者利用该信息能够估计引入新鲜空气调节建筑物空间的额外能量费用。尽管这类计算和估计对住宅或中小型办公楼并不重要，但引入新鲜空气到大的建筑物空间中给承租人带来的额外花费则会引起承租人和建筑物管理者二者的极大兴趣。
[0022]图3示出了使用单级新鲜空气风门301控制内部空间的CO2水平的另一个实施例的框图。其中，风门301具有两种工作状态，使得叶片在具有受控输出303的块305的控制下被打开或关闭。块305可以完全位于IAQ板100内，或者部分位于IAQ板100上以及部分位于空气调节控制板103上。受控输出303通常(但不局限于)是标准电子开关元件提供的可开关AC电源输出，其中标准电子开关元件如继电器、硅控整流器(SCR)或TRIAC(未示出)。在此实施例中，可以用比较器306对来自CO2传感器的模拟信号与CO2参考水平304进行比较，以确定新鲜空气风门301应该被打开还是应该被关闭。该比较器可以进一步使用滞后或延迟来避免新鲜空气风门301的过度操作。应该进一步说明的是，来自CO2传感器105的模拟信号可以被转换成数字信号，CO2传感器105和CO2参考水平之间的比较可以由微型计算机进行的数字比较来完成。控制回路可以是模块电路或者是数字电路，在数字比较的情况下可以在硬件或者软件中来实现。
[0023]图4示出了使用二级新鲜空气风门控制内部空间CO2水平的另一实施例的框图，二级新鲜空气风门被示为第一级新鲜空气风门301和第二级新鲜空气风门401。这两个级是由块305，405控制的。块305，405可以完全存在于IAQ板100中，或者部分在IAQ板100上以及部分在空气调节器控制板103上。在此实施例中，来自CO2传感器105的模拟信号可以与第一CO2参考水平304和第二CO2参考水平404比较以确定新鲜空气风门301和/或401应该被打开还是应该被关闭。比较器306和比较器406还可以使用滞后或延迟来防止新鲜空气风门301或401的过度操作。在此实施例中，第二CO2参考水平404控制第二级风门401，一般用于提供第二较高水平的气流以针对较高的CO2水平更快地降低内部空间中的CO2水平。图4实施例的比较器306，406和控制电子装置305，405可以部分存在于IAQ板100上和部分存在于控制板103上。如图4所示，来自CO2传感器105的模拟信号可以被转换成数字信号，CO2传感器105和CO2参考水平之间的比较可以由微型计算机进行的数字比较来完成。在使用滞后或延迟功能的情况下，滞后或延迟功能可以在模块电路或数字电路中实现，在进行数字比较的情况下可以以硬件或软件方式来完成。
[0024]图5示出了使用二级新鲜空气风门控制内部空间的CO2水平的另一个实施例的框图，二级新鲜空气风门包括作为第一级的新鲜空气风门301和作为第二级的排出空气风门501。其中在图3中示出了仅仅一个CO2参考水平304和一个新鲜空气风门301，但当风门301被打开时，可操作第二级风门501。在此实施例中，第二级风门501可以用作排气风门以阻止在风门301打开时产生的由于引入额外的新鲜空气流量而使内部空间压力增大。图5的实施例的模拟和/或数字电子控制装置可以部分存在于IAQ板100上以及部分存在于空气调节器控制板103上。
[0025]应该说明的是，排气风门501也可以与图1的系统一起使用。在这种情况下，除了比例风门控制线113之外，电子控制装置200会有一个附加的打开/关闭输出以控制排气风门501。尽管不太常用，也可以使用比例排气风门。在这种情况下，排气风门控制会是类似于新鲜空气风门的控制线路113的第二模拟输出。替代性地，可提供不由IAQ板100或控制板103控制的另一个排气系统或机构以防止由于引入新鲜空气而使内部空间的压力增加，从而控制内部空间中的CO2水平。
[0026]图6示出了根据本发明的UV净化器系统600的一个实施例。UV净化器102包括可由受控输出605接通或关断的UV灯107。UV净化器102可以是两种形式中的一种。图6A和图6B示出了UV净化器102的两个实施例。在图6A中，待清洁的空气通过无源(或被动式)过滤器666(如屏蔽、筛孔或纤维)被引入到UV净化器102中，并通过UV灯107。在此情况中，大多数生物气胶是没有活性的，对VOC水平改善很小或无改善。图6B示出UV净化器102的另一个实施例，UV净化器102进一步包括减少包括VOC在内的生物气胶和气体的光催化剂667。催化剂667通常是用二氧化钛(TiO2)涂敷支撑结构(例如蜂窝结构)制成的。
[0027]为了检测无源过滤器666的堵塞，产生要求维修的信号或警告，可以测量过滤器666的入口和出口之间的压力差。可以由两个压力传感器(未示出)或由单个差分压力传感器(未示出)测量过滤器666的入口和出口之间的压力来进行这种空气压力测量。压力读数可以被输入到IOB。当检测到压力差超过一预定的压力差阈值时，可以向BMS发送警告，使BMS通过如下方式生成过滤器变化指示，如通过在BMS显示器上文本显示或图形指示和/或通过其它视觉或听觉的“过滤器变化”信号，包括光、声音警报和预先录制的声音警告。
[0028]回到图6，包括气体传感器611和光传感器612的传感器可以用来确定挥发性有机化合物(VOC)和包括悬浮在空气中的细菌的其它有机物质的水平。通过使用已知的信号调节技术，信号调节器207可以将传感器输出转换成标准的模拟范围，如0-5V。可以由模拟功能块613通过求和、平均、加权平均来对传感器信号进行组合，或者传感器信号可以是控制UV净化灯107的可选择输入。比较器604将来自模拟传感器的水平和参考水平604进行比较。当传感器水平指示了不希望的物质水平时，UV净化器中的UV灯可以被接通，从而开始将污染物水平降低。
[0029]UV净化器600的一个附加特征是可以通过监测输出电流检测变换器109来远程地测量UV灯的电源电流。对于电学领域的技术人员，可以注意到，来自变换器109的单条线614代表了连接到模拟接收电路的至少两个变换器连接点，例如其可位于IAQ板100上。在UV灯故障模式下，UV灯107电流降低到低于某个阈值水平以下，或降低到0，表示UV净化器102故障。
[0030]还应该注意，除了UV净化系统之外或作为UV净化系统的补充，还可以使用其它类型的净化器。例如，电离净化器、离子发生器和包括静电除尘器(ESP)的静电净化器可以用来代替或补充UV净化系统。等离子体净化器在电极上产生放电，将气体加热到上千度使气体电离并产生等离子体云。在空气通过等离子体净化器时通过在链式反应中将生物气胶和其它气态分子最终还原为CO2和H2O分子来杀灭它们。
[0031]还应该注意，上面所述的任何一个实施例都可以用来控制多个新鲜空气风门或空气净化系统。若干个风门或净化系统可以由一个或多个控制系统控制，或者若干控制系统可以控制若干新鲜空气风门和/或净化器。另外应该注意，在如图6所示的控制系统中，除了将两个或多个传感器输入集成到单个控制系统外，若干控制系统可以控制一个或多个风门或净化器，以控制气载污染物水平。
[0032]还应该理解，本文描述的任何传感器和控制系统可被实现为模拟系统或实现为数字系统，或者可被实现为更常用的混合信号(模拟和数字)电路。例如，传感器输出可以是模拟信号，并可以进一步由模拟信号调节块调节以引入模拟功能，最典型的模拟功能是比例和偏置。或者，可以考虑让一些传感器具有与内部模数转换器相结合的内部信号调节，并向IAQ板100输出数字信号。同样，一些控制系统可以被实现为模拟控制回路或采用模拟比较器的模拟控制系统。在一些实施例中，模拟控制或模拟比较的输出然后可以被转换成数字信号以集成到包括在空气调节器控制板103上的数字空气调节器控制中。替代性地，考虑到了在其它实施例中，可以让IAQ板100的大多数功能或全部功能主要由数字电路实现。
[0033]IAQ板100也可以是IAQ选项板(IOB)的形式，以安装在空气调节器控制板103中或安装到空气调节器控制板103附近。IOB可以包括接收来自一个或多个IAQ传感器的电学值并对该电学值进行调节的电路，并且IOB可以包括多个输出电路以设置新鲜空气风门阀101的位置和空气净化器(例如UV净化器102)的状态。然后电路或计算机程序确定新鲜空气风门位置和UV净化器的状态。该电路或计算机程序可以位于空气调节器控制板上。IOB也可以发送一个或多个IAQ传感器(经调节的信号)的电学表示给空气调节器控制板103。空气调节器控制板上运行包括IAQ算法的程序的微处理器可以确定新鲜空气风门的经计算的阀位置和UV净化器的工作状态，并将经计算的阀位置和UV净化器状态发送到IOB。IOB然后可以设定新鲜空气风门的阀位置和空气净化器状态。
[0034]在如图1所示的优选实施例中，可以被与空气调节器和通用算法共存的通用IAQ控制电路100可以集成和控制新鲜空气风门和UV净化器的控制，其中部分控制系统是数字的。包括新鲜空气风门系统120和诸如UV净化器系统600的空气净化器二者的组合系统是特别有利的，原因是对所有IAQ因素的控制在新鲜空气和净化系统之间可能存在一些重叠。例如，将新鲜空气引入室内空气空间中还可以降低VOC或其它气载污染物的水平，特别是那些源自室内源或者那些从室内源放气出来的污染物。因此，在一些情况下，可以通过引入更多的新鲜空气来节省运行净化器所需的能量。同样，减少净化器的工作可以延长UV净化器情况下UV灯的寿命，或者静电净化器或等离子体净化器的高压电源的寿命。当室外气温相对接近期望的室内气温时，或者室外气温在有助于提供所需的冷却或加热以达到所需的室内气温的方向上变化时，这种操作方法可能是特别有效的。相反，American Society of Heating，Refrigerating and Air-ConditioningEngineers，Inc.(ASHRAE)Standard 62-89，“Ventilation for Acceptable IndoorAir Quality”在HVAC系统包括空气净化系统来改善IAQ时允许进行较少量的新鲜空气流动。例如，在经历温暖的日间室外温度后，凉爽的夜晚空气可能有助于降低内部温度。类似地，在室外气温非常低或非常高的情况下，运行净化器更长时间可能是有利的。在这种情况下，虽然引入大量的外部空气可以改善IAQ，但是使新鲜空气达到期望的室内气温所需的额外加热或空气调节将导致大量的能量花费。因此，可以看出，能够控制新鲜空气风门系统和净化器二者的IAQ板可以有利地用来改善IAQ，同时用来降低加热或冷却过程中产生的能量花费。
[0035]许多HVAC系统能够将控制信息和传感器信息集成到通常称作建筑物管理系统(BMS)的数字HVAC计算机系统中。BMS可以帮助最优化包括空气调节器的HVAC工作和IAQ系统工作，以及为各种HVAC组件提供能耗报告。更复杂的BMS计算机可以为较大的办公空间中的各个承租人生成这种报告。IAQ板和/或电耦合到其上的空气调节器控制板可以通过网络连接进一步与BMS通信。尽管这种网络连接可以由传统的计算机联网方法实现，但该连接也可以有利地由HVAC网络连接或由任何其它合适的“开放式协议”系统来实现，其中HVAC网络连接例如可以是由Carrier Corporation制造的专有传送通信网络(Carrier CommunicationsNetwork)系统。
[0036]空气质量传感器也可以位于建筑物外部以检测并传送室外空气质量(OAQ)信息。OAQ传感器可以是采用另外信号调节的模拟传感器，如可以在IAQ板上实现，或者OAQ传感器可以包括板上信号调节，或者“智能”OAQ传感器可以具有板上信号调节和模数转换器(ADC)及适于将数字OAQ读数发送到IAQ板、空气调节器控制板或直接发送到BMS的数字电子装置。如果由OAQ传感器检测的外部污染水平变得有害，如当检测到OAQ水平超过预定的OAQ水平时，BMS可以通过建筑物网络发送命令给一个或多个建筑物空气处理机单元(AHU)以停止新鲜空气流动。作为第二安全等级，IAQ板(例如IOB)然后也可以关闭新鲜空气风门。当OAQ传感器通过IAQ板连接时，典型地在空气调节器控制板上运行的与算法结合的IAQ板可以独立于BMS命令新鲜空气风门关闭。IAQ板还可以接收来自BMS(直接或经过调节器控制板)的信号以关闭新鲜风门来响应高的OAQ读数。当通过一个或多个传感器(如一个或多个OAQ传感器、一个或多个IAQ传感器或IAQ传感器和OAQ传感器的组合)检测到高的污染水平时，BMS可以生成视觉和/或听觉警告。视觉和/或听觉警告可以包括但不局限于远程HVAC状态屏幕、BMS屏幕上的视觉警告，在HVAC或建筑物状态终端处的听觉警告、灯、汽笛和/或预先记录的声音警告。
[0037]实例：
[0038]现在使用框图和示例性印刷电路板更详细地描述优选实施例中IAQ板100的一个实例，该IAQ板100作为IAQ选项(IOB)印刷电路板(PCB)700中的插件插入到空气调节器板103。图7的框图显示IOB 700的输入和输出(I/O)。24V交流(AC)电源经过电连接器提供给IOB印刷电路板以给例如比例新鲜空气风门、CO2传感器和TVOC/湿度传感器这类的装置供电。230V的交流电源通过另一个连接器提供给IOB以给例如二级新鲜空气风门和UV灯的这类外部装置供电。此处，传感器和受控装置的大多数输入输出功能在IOB印刷电路板700上提供，比较和控制功能在空气调节器控制板103(图7中未示出)上提供。IOB印刷电路板700对主板和外部装置之间的输入和输出信号进行转换。IOB印刷电路板700一般通过输入连接器接收来自IAQ传感器(包括CO2传感器(一个或多个)，VOC(挥发性有机化合物)传感器(一个或多个)和湿度传感器(一个或多个))的信息。IOB印刷电路板700进一步包括以下功能：UV灯的可关断电源、UV灯电流监控、二级新鲜空气风门的可关断电源，包括二级新鲜空气风门一级和二级的可关断电源、模拟比例新鲜空气风门命令、比例新鲜空气风门空气流动监控信号、CO2传感器监控、TVOC或湿度传感器监控和信号调节。因此可以看出，IOB印刷电路板700包括足够数量和类型的I/O以实现在图1-图6中描述的任何功能性。
[0039]图8显示IOB印刷电路板700的一个实施例，以实现关于图7显示和描述的功能。IOB印刷电路板700可以通过安装孔705被固定到空气调节器板103(图8中未示出)。尼龙紧固件(未示出)可以与安装孔705结合用作到空气调节器板103的机械连接，使得没有工具或螺丝时通过使用卡扣式紧固件来安装IOB印刷电路板700。诸如J10的塑料连接器可以用来将IOB印刷电路板700电连接到空气调节器板103。诸如F22和F21的保险丝可以用来保护输入电源线和开关的电源输出。这种保护对230V交流输入和输出通常是特别有利的。塑料印刷电路板连接器J22，J25，J26，J23，J24和J21可以被配置为电源输入、输出连接器。这种塑料连接器可以从Molex Corporation和其它连接器制造商处购买。连接器在IOB印刷电路板700上的典型配置如下：J21用于230V交流电源以对外部UV灯和二级新鲜空气风门供电；J22用于24V交流电源以对比例新鲜空气风门、CO2传感器、TVOC和湿度传感器供电。J10给IOB印刷电路板700提供到主板的电接口连接。这里IOB印刷电路板700的I/O由位于空气调节器板103上的微处理器直接控制，IOB印刷电路板700转换主板和如下所述的外部装置之间的信号：管脚1，UV灯命令；管脚2，UV灯电流；管脚4，新鲜空气风门第一级命令；管脚4，新鲜空气风门第二级命令；管脚5，比例空气风门命令；管脚6，比例新鲜空气风门空气流动；管脚7，CO2传感器；管脚8，TVOC/湿度传感器；管脚9，12V电源；管脚10，接地。连接器J23用来控制UV灯。IOB印刷电路板700将来自主板的0-5V数字信号转换成230V交流离散输出以照亮UV灯。为了实现UV灯故障检测，电流变换器(CT)(未示出)可以安装在IOB印刷电路板700上，使得UV灯输出电流通过该CT。该CT将测量流过UL灯(管脚1)的电流，并将该信号转换成0-5V模拟信号以用于空气调节器板103。IOB印刷电路板700的J24提供二级命令以控制二级新鲜空气风门。对于第一级和第二级，IOB印刷电路板700将来自主板的0-5V数字信号转换成230V交流离散输出以提供电源来分别给级第一级和第二级单独供电。提供给IOB印刷电路板700的5V信号(逻辑1)接通离散输出，0V信号(逻辑0)关闭离散输出。J26用于比例新鲜空气风门。IOB印刷电路板700向比例新鲜空气风门提供命令和监控功能。IOB印刷电路板700将来自主板的0-5V模拟信号转换成0-10V模拟输出，该模拟输出与所需的阀开口的大小成比例。比例新鲜空气风门向IOB印刷电路板700提供0-10V气流信号以用于比例新鲜空气风门监控功能，比例新鲜空气风门可以将该信号转换成0-5V模拟信号以用于空气调节器板103。通常比例新鲜空气风门气流信号具有下列特征：0-10V直流(DC)，与阀校正时最大压力设定成比例。J25用于CO2传感器。IOB印刷电路板700可以监控CO2传感器。CO2传感器信号通常被转换成0-5V信号以用于空气调节器板103。J27用于TVOC或湿度传感器。IOB印刷电路板700可以监控连接到J27的TVOC和/或湿度传感器，IOB印刷电路板700可以进一步将TVOC或湿度传感器信号转换成0-5V信号以用在空气调节器板103上。
[0040]图9显示通过连接器J10和安装孔705，优选通过尼龙紧固件(未示出)插入到空气调节器控制板103中的IOB印刷电路板700。调节器控制板103上J10的匹配插头在图9中不可见。尽管在调节器控制板103的下面部分可见的剩余电连接通常用来接收电力并控制空气调节器功能，但在一些实施例中，通过合适的连接器和电缆，这些连接器可以用来给IOB印刷电路板700供电。类似地，在受IOB印刷电路板700控制的装置已经直接连接到空气调节器板103的实施例中，具有适当连接器的电缆可以从IOB印刷电路板700连接器连接到空气调节器板103的连接器，以利于由向空气调节器系统加入IOB印刷电路板700而引入的额外选项板能力的所提供的输入或控制功能。在大多数实施例中，在模-数混合实现方式中，IOB印刷电路板700提供额外的输入/输出能力，并受微控制器(未示出)和驻存在空气调节器板103中的软件的控制。通常IOB印刷电路板700和空气调节器板103被安装在控制箱(未示出)内，控制箱本身被安装在空气调节器系统内或安装到其上。在其它实施例中，如果空气调节器板103的现有外壳没有足够的空间，则IOB印刷电路板700可位于别处，并由一个或多个专用电缆连接。空气调节器板103可以进一步包括小时计数器(未示出)。小时计数器可以由A/C系统管理员使用以监控过滤器维修周期。当过滤器被更换时，该计数器可以被重新设定为0小时。经过一定的小时数(被定义为过滤器寿命的函数)之后，可以通过BMS向A/C系统管理员发送警告。
[0041]IOB印刷电路板700还能够将受控系统上的信息通过主板发送到BMS，允许A/C系统管理员检查每个空气调节器的TAQ参数。IOB印刷电路板700另外还能够通过主板、BMS并使用诸如传送通信网络(CCN)系统之类的通信总线向其它IOB广播信息。这类通信允许建筑物管理者在开放的空间中达到安装花费节省，例如在开放空间中的一个空气调节器中通常只安装一个CO2传感器。这里，IOB印刷电路板700还能够将CO2浓度信息通过CCN发送给此开放空间中安装的其它空气调节器。
[0042]尽管已经参照如附图所示的优选模式具体显示和描述了本发明，但本领域技术人员应理解其中可以实现细节上的各种改动，而不偏离如权利要求中定义的本发明的精神和范围。

Claims (32)

1.一种改善室内空气质量(IAQ)的空气调节系统，包括：
接收来自室内空间的室内空气以对所述室内空气进行加热或冷却的空气调节器，该空气调节器然后将经过调节的空气返回到所述室内空间；
空气调节器控制板，该空气调节器控制板安装在所述空气调节器中或安装到所述空气调节器上，所述空气调节器控制板电连接到所述空气调节器以控制所述空气调节器的功能；
室内空气质量选项板(IOB)，其电耦合到所述空气调节器控制板，该IOB被配置成接受来自至少一个IAQ传感器的电输入；
电连接到所述IOB的新鲜空气风门，该新鲜空气风门具有阀位置，该阀位置确定流进所述室内空间的新鲜空气流量，所述IOB控制所述阀的位置；和
空气净化器，该空气净化器被定位成使来自所述室内空间的空气通过该净化器，所述空气净化器电耦合到所述IOB并受所述IOB控制，其中所述IOB接收来自所述至少一个IAQ传感器的输入，所述IOB至少部分地基于来自所述至少一个IAQ传感器的所述输入分别控制所述新鲜空气风门的所述阀位置和所述空气净化器的工作以改善所述室内空间的所述IAQ。
2.根据权利要求1所述的空气调节系统，其中所述新鲜空气风门是比例新鲜空气风门。
3.根据权利要求1所述的空气调节系统，其中所述新鲜空气风门是二级风门。
4.根据权利要求1所述的空气调节系统，其中所述新鲜空气风门是二级风门，第一级空气风门提供新鲜空气的第一空气流动，第二新鲜空气风门提供新鲜空气的第二空气流动。
5.所述空气调节系统进一步包括排气风门，其中当所述新鲜空气风门被所述IOB打开时，该排气风门被打开。
6.根据权利要求1所述的空气调节系统，其中所述净化器是UV净化器，该UV净化器具有带开/关状态的UV净化灯，所述UV净化器被定位成使得来自所述室内空间的空气经过并靠近所述UV净化灯。
7.根据权利要求6所述的空气调节系统，进一步包括电流检测变换器(CT)，以测量流进所述UV净化器的电流流量，其中该CT的电输出被电耦合到所述IOB，所述IOB远程地检测所述UV净化灯的故障。
8.根据权利要求1所述的空气调节器系统，其中所述至少一个IAQ传感器是从由二氧化碳传感器、挥发性有机化合物(VOC)传感器、总挥发性有机化合物(TVOC)传感器、温度传感器、湿度传感器、臭氧传感器、沙林气传感器、生物武器制剂传感器和气体传感器构成的IAQ传感器组中选择的。
9.根据权利要求1所述的空气调节器系统，其中所述空气调节系统包括至少一个IAQ传感器、测量室外气温的室外气温传感器和测量室内气温的室内气温传感器，所述IOB设定所述新鲜空气风门位置和所述净化器的状态，使得在室外温度充分高于或低于所述室内温度的情况下，这种操作通过降低调节室内气温所需的能量大小来降低能量用量时，所述净化器不只是被用来通过新鲜空气风门进行空气稀释而且还用来改善IAQ。
10.根据权利要求1所述的空气调节器系统，其中所述空气调节系统包括至少一个IAQ传感器、测量室外气温的室外气温传感器和测量室内气温的室内气温传感器，所述IOB设定所述新鲜空气风门位置和所述净化器的状态，使得在室外温度基本类似于室内温度，或者室外温度与室内温度不同但使得室外空气的引入会使室内温度朝着期望的室内气温变化的情况下，这种操作通过降低调节室内气温所需的能量大小来降低能量用量时，所述净化器用来进行的IAQ改善相比于通过新鲜空气风门进行的空气稀释更少。
11.根据权利要求1所述的空气调节器系统，其中所述IOB包括接收并调节来自所述至少一个IAQ传感器的电学值的电路和多个输出电路以设定所述新鲜空气风门的阀位置和所述净化器的状态，其中确定所述新鲜空气风门位置和所述净化器状态的电路或计算机程序位于所述空气调节器控制板上。
12.根据权利要求11所述的空气调节系统，其中所述IOB将所述至少一个IAQ传感器的电学表示，即经过调节的信号发送到所述空气调节器控制板，所述空气调节器控制板上运行包括IAQ算法的程序的微处理器确定所述新鲜空气风门的经计算的阀位置和所述净化器的工作状态，并将所述经计算的阀位置和净化器状态发送到所述IOB，其中所述IOB设定所述新鲜空气风门的阀位置和所述净化器状态。
13.根据权利要求1所述的空气调节器系统，其中所述IOB通信耦合到建筑物管理系统(BMS)。
14.根据权利要求13所述的空气调节器系统，进一步包括至少一个室外空气质量传感器(OAQ)传感器，其中当检测到OAQ水平高于预定的OAQ水平时，所述BMS关闭空气处理机单元(AHU)，所述IOB关闭所述新鲜空气风门。
15.根据权利要求14所述的空气调节器系统，进一步包括听觉或视觉警告以指示已经检测到OAQ水平高于预定的警戒OAQ水平。
16.根据权利要求1所述的空气调节器系统，其中所述至少一个IAQ传感器是位于臭氧生成净化器的下游的臭氧传感器，当所述臭氧传感器指示臭氧浓度高于臭氧参考水平(阈值)时，所述IOB停止所述臭氧生成净化器一段可配置的时间量。
17.根据权利要求1所述的空气调节器系统，其中所述净化器是包括无源过滤器或者包括无源过滤器和光催化剂的UV净化器。
18.根据权利要求18所述的空气调节器系统，其中所述无源过滤器的入口和出口之间的压力差被测量，并且当该压力差超过阈值时，产生过滤器变化警告。
19.一种室内空气质量(IAQ)选项板(IOB)，包括：
IOB印刷电路板(PCB)，其具有多个电连接，这些电连接包括：
至空气调节器控制板的电连接，所述空气调节器控制板安装在所述空气调节器中或安装于所述空气调节器上，所述空气调节器控制板电连接到空气调节器以控制所述空气调节器的功能；
来自至少一个IAQ传感器的电输入；
至新鲜空气风门的电连接，该新鲜空气风门具有阀位置，所述阀位置确定进入室内空间的新鲜空气的流量，所述IOB控制所述阀的位置；和
至空气净化器的电连接，所述空气净化器被定位成使来自所述室内空间的空气通过所述空气净化器，所述空气净化器电耦合到所述IOB并由所述IOB控制，其中所述IOB接收来自所述至少一个IAQ传感器的输入，所述IOB至少部分地基于所述至少一个IAQ传感器的所述输入分别控制所述新鲜空气风门的所述阀位置和所述空气净化器的工作以改善所述室内空间的所述IAQ。
20.根据权利要求19所述的IOB，其中所述IOB以机械方式安装到所述空气调节器控制板。
21.根据权利要求20所述的IOB，其中所述IOB通过尼龙支架以机械方式安装到所述空气调节器控制板。
22.根据权利要求19所述的IOB，其中所述空气净化器是UV净化器，该UV净化器具有带开/关状态的UV净化灯，该UV净化器被定位成使得来自所述室内空间的空气经过并靠近所述UV净化灯。
23.根据权利要求22所述的IOB，进一步包括电流检测变换器(CT)，以测量流进所述UV净化器的电流流量，其中所述CT的电输出被电耦合到所述IOB，所述IOB远程地检测所述UV净化灯的故障。
24.根据权利要求19所述的IOB，其中所述至少一个IAQ传感器是从由二氧化碳传感器、挥发性有机化合物(VOC)传感器、总挥发性有机化合物(TVOC)传感器、温度传感器、湿度传感器、臭氧传感器、沙林气传感器、生物武器制剂传感器和气体传感器构成的IAQ传感器组中选择的。
25.根据权利要求19所述的IOB，其中所述IOB通信地耦合到建筑物管理系统(BM8)。
26.根据权利要求25所述的IOB，进一步包括至少一个室外空气质量(OAQ)传感器，其中当检测到OAQ水平高于预定的OAQ水平时，所述BMS关闭空气处理机单元(AHU)，所述IOB关闭所述新鲜空气风门。
27.根据权利要求26所述的IOB，进一步包括听觉或视觉警告以指示已经检测到OAQ水平高于预定的警戒OAQ水平。
28.根据权利要求19所述的IOB，其中所述IOB由传送通信网络(CCN)通信耦合到建筑物管理系统(BMS)。
29.根据权利要求19所述的IOB，其中所述IOB包括接收并调节来自所述至少一个IAQ传感器的信号的电路和输出电路以设定所述新鲜空气风门的阀位置和所述空气净化器的状态，确定所述新鲜空气风门位置和所述空气净化器状态的电路或计算机程序至少部分位于所述空气调节器控制板上。
30.根据权利要求19所述的IOB，其中所述至少一个IAQ传感器是位于臭氧生成净化器的下游的臭氧传感器，当该臭氧传感器指示臭氧浓度高于臭氧参考水平(阈值)时，所述IOB停止所述臭氧生成净化器一段可配置的时间量。
31.根据权利要求19所述的IOB，其中所述净化器是包括无源过滤器或无源过滤器和光催化剂的UV净化器。
32.根据权利要求31所述的IOB，其中所述无源过滤器的入口和出口之间的压力差被测量，并且当该压力差超过阈值时，产生过滤器变化警告。
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