CN103615790A - 一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法及系统，所述方法通过采集本区域大气质量指数数据，对室内、外的空气质量和温湿度以及室外风力进行检测并将检测数据发送给主控系统，主控系统综合各种检测的相关数据以及采集的本区域大气质量指数数据，计算出空气品质控制策略并发送给本地控制器，本地控制器控制全热新风换气机进行通风换气启停操作。系统包括各种空气品质检测装置、通风换气装置、本地控制器、局域网和主控系统，主控系统与大气质量指数发布系统相连。本发明综合考虑了高层建筑室内外空气状况，充分利用高层建筑现有设施，扑捉并采集最佳时段相对理想的空气，用较低的成本实现了大气污染不确定条件下高层建筑空气质量的调节控制。

Description

一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法及系统，属于环境工程技术领域。

背景技术

在自然状态下，理想的空气为干空气和水蒸汽的混合物。干空气的组成基本稳定，其中：氮约占75.55％，氧约占23.10％，二氧化碳约占0.05％，其它稀有气体约占1.30％。然而随着城市建设步伐的不断加快,人类赖以生存的自然环境同时也在发生了很大的改变。一方面由于工业化进程，高层建筑林立，工厂和人口密度加大，交通拥堵，汽车尾气剧增，产生的PM2.5细颗粒物、PM10可吸入颗粒物、一氧化碳（CO）、二氧化氮（ NO2）、二氧化硫等超标排放产生了较大污染，严重影响了城市高层建筑周围的大气质量。另一方面各种建筑装饰材料投放，以及设备、设施、生活用品的大量使用，致使甲醛、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、悬浮颗粒、浮游微生物等空气危害因子大幅增加，室内空气品质明显恶化。因此，在大气污染不确定条件下怎么解决高层建筑空气质量的问题复杂而紧迫。

不顾现实大气污染情况，而单纯采取以往常用的定时通风换气方式，已难以解决复杂环境下高层建筑空气质量问题，必须采用全新的方式，综合思考多种因素进行系统性治理，以满足现代人对绿色节能和办公舒适度的要求。现有的解决方案有两种：一种是常规的通风换气方式，通过开启通风换气机，将室内的空气排出去，将室外的新空气换进来；另一种是利用具有一定智能手段的空调通风来调节室内空气质量。

由于室外大气污染的不确定性，采用第一种方案，以常规的通风换气方式，已无法解决高层建筑空气质量问题，不能判别室外空气质量，没考虑温湿度因素，在做无用功的同时，可能将室外已严重污染的空气换进来，并使室内环境变得更糟。

采用第二种方案，即利用特定功能的空调自动调节室内空气品质，其通过综合分析室内外空气质量、温度和湿度来控制换风通风，从而来实现空气质量的自动调节，但存在三方面缺点：一是使设备结构复杂，变季节性运行为常年性运行，投资加大，且空调并不存在通风换气优势，影响实用性；二是调节室内空气质量依据并限于室内外空气质量数据的实时对比，容易造成误判导致相反的后果，因室内和室外事实上不是一个空气环境，不能用统一得口径衡量空气好坏，如室内主要关注苯类及甲醛，而室外侧重pm2.5等，事实上一般情况下室内空气质量远不如室外，污染成分也复杂的多；三是调节模式和智能手段单一，以不能预知大气质量指数走势，判别、利用室外空气质量相对理想时段。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法及系统，以综合考虑室内外空气状况，充分利用高层建筑现有设施及其周边的自然条件，扑捉并采集最佳时段相对理想的空气，做到合理理想空气的“储备”与“消费”，用较低的成本实现大气污染不确定条件下高层建筑空气质量的调节控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法，其特征是，包括以下过程：

采集高层建筑所处地区的本区域大气质量指数数据；

对高层建筑室内空气质量进行检测，并将检测的室内空气质量数据上传给主控系统；

对高层建筑室内、外温湿度进行检测，并将检测的室内温湿度和室外温湿度数据上传给主控系统；

对高层建筑室外风力进行检测，并将检测的室外风力数据上传给主控系统；

主控系统综合检测的室内空气质量、室内温湿度、室外温湿度和室外风力等数据以及采集的本区域大气质量指数数据，计算出空气品质控制策略并发送给本地控制器；

本地控制器根据空气品质控制策略控制通风换气装置进行通风换气启停操作。

上述方法中，所述的空气品质控制策略包括空气质量控制策略、空气湿度控制策略和空气温度控制策略；

所述空气质量控制策略就是根据国家环保部门发布的本区域大气质量指数和实时检测的高层建筑室内空气质量指标，当本区域大气质量指数处于良好值域时，自动开启通风换气装置供应新风，直到规定时长即完全置换室内空气为止，进行适当“储备”新鲜空气，以备“消费”；在大气持续污染即本区域大气质量指数AQI（Air Quality Index）≥100的情况下，严格控制通风换气装置，按设定的空气质量调节模式进行调节室内空气质量；在室内空气质量低于一定指标且室外大气持续污染情况下，则报请人工处理；

所述空气湿度控制策略就是在本区域大气质量指数处于理想时段，分别获取高层建筑室内、外空气湿度并予以判别，当室内空气湿度不理想，室外空气湿度较好且两者的差值足够大时，开启通风换气装置供应新风，直到两者的差值接近0为止；

所述空气温度控制策略就是在本区域大气质量指数处于理想时段，分别获取高层建筑室内、外空气温度并予以判别，当室内空气温度不理想，室外空气温度较好且两者的差值足够大时，开启通风换气装置供应新风，直到两者的差值接近0为止。

上述方法中，所述的空气质量控制策略为：

设置预测的本区域大气质量指数理想时段为T和最佳值为A，设置t时段接收的本区域大气质量指数气质量指数值为a，实时检测的室内空气质量指数为a1，则：

当a∈良好，开启通风换气装置供应新风，直到规定时长即完全置换室内空气时为止；

当a∈一般污染，按设定的空气质量调节模式进行调节室内空气质量；

当a∈污染严重且a1未达到警戒值时，关闭通风换气装置，保持其封闭状态，减少外来大气污染影响；

当a∈污染严重且a1达到警戒值时，报请人工处理。

上述方法中，所述的空气湿度控制策略为：

设置实时室外空气湿度值为B，实时室内空气湿度值为b，设置舒适湿度的标准值为b0，则：

当B≥b0>b时，表明室内空气干燥，开启通风换气装置进行加湿，直到b接近b0为止；

当b>b0≥B时，表明室内空气潮湿，开启通风换气装置进行排湿，直到b接近b0为止；

当b0≥B>b时，表明室内外空气都比标准空气湿度干燥，且室内空气比室外空气更干燥，开启通风换气装置进行加湿，直到b接近B为止；

当b>B≥b0时，表明室内外空气都比标准空气湿度潮湿，且室内空气比室外空气更潮湿，开启通风换气装置进行排湿，直到b接近B为止。

上述方法中，所述的空气温度控制策略为：

设置实时室外空气温度值为C，实时室内空气温度值为c，设置舒适温度的标准值为c0，则：

当C≥c0>c时，表明室内温度较低，开启通风换气装置进行升温，直到c接近c0为止；

当c>c0≥C时，表明室内温度较高，而室外温度较低，开启通风换气装置进行降温，直到c接近c0为止；

当c0≥C>c时，表明室内外温度都比标准温度低，且室内温度比室外温度更低，开启通风换气装置进行升温，直到c接近C为止；

当c>C≥c0时，表明室内外温度都比标准温度高，且室内温度比室外温度更高，开启通风换气装置进行降温，直到c接近C为止。

上述方法中，所述的空气质量调节模式包括天气扰动模式、模糊控制模式和波段运行模式；

所述天气扰动模式就是将本区域大气质量指数状况与当地区污染排放及特定的地理形势和大气变化特点进行关联，本地区大气质量指数变化基本符合污染物排放供给与天气扰动扩散的平衡关系，可用模型y=（P-kQ）x+y0推算，在一定大气扰动条件下空气质量达到一定指标所用的时间，进而获得拐点出现前大气质量指数理想时段x=t和最佳值y=A；其中，y为大气质量单项参数，y0为y的初始值，P为本地区某污染物排放平均含量， Q为本地区天气扰动系数，k为量纲转换系数，x为时间变量； 

所述模糊控制模式就是对以往本地区大气质量数据按月分类统计的基础上，得出各类空气质量所占比率及好于该类空气质量天气所能发生的概率， 并选取其中合适的概率值L，作为认可的最低控制目标，实时读取本地区大气质量指数a，当a所处的大气质量分类发生的概率达到L时，开启楼宇通风换气装置，实施通风换气；

所述波段运行模式就是综合分析指定地区大气质量指数曲线变化规律：实时数据总是围绕均线上下波动，一个波段的最小值和最大值能够反映其间大气质量指数的优劣极限，将实时数据曲线的拐点作为调节室内空气质量的重要依据，读取大气质量指数的24小时滑动平均值与实时大气质量指数数据，当两者的差值由小变大直至最大时，说明已到该波段最佳空气质量时点，开启通风换气装置进行通风换气。

上述所述的方法还包括对高层建筑室外空气质量进行检测，并将检测的室外空气质量数据上传给主控系统的过程，所述主控系统将检测的室外空气质量数据对采集的本区域大气质量指数数据进行校对，如果检测的室外空气质量比本区域大气质量指数低，则以本区域大气质量指数数据为依据计算通风换气装置的空气品质控制策略；否则，以检测的室外空气质量数据为依据计算通风换气装置的空气品质控制策略。

本发明还提供了一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的系统，其特征是，包括室内空气质量检测装置、室外空气质量检测装置、室内温湿度检测装置、室外温湿度检测装置、室外风力检测装置、通风换气装置、本地控制器、局域网和主控系统，所述的室内空气质量检测装置、室外空气质量检测装置、室内温湿度检测装置、室外温湿度检测装置、室外风力检测装置和通风换气装置分别与本地控制器相连，所述本地控制器通过局域网与主控系统相连，所述主控系统通过internet网络与国家环保部门的大气质量指数发布系统相连；

所述室内空气质量检测装置包括设置在高层建筑各个楼层室内的空气质量传感器或空气质量检测仪，用于检测室内空气质量并将室内空气质量数据发送给本地控制器；

所述室外空气质量检测装置包括设置在高层建筑室外的无线空气质量传感器，用于检测室外空气质量并将检测的室外空气质量数据发送给本地控制器；

所述室内温湿度检测装置包括设置在高层建筑各个楼层室内的温湿度传感器，用于检测室内温湿度并将室内温湿度数据发送给本地控制器；

所述室外温湿度检测装置包括设置在高层建筑室外的温湿度传感器，用于检测室外温湿度并将室外温湿度数据发送给本地控制器；

所述室外风力检测装置包括设置在高层建筑室外的风力传感器，用于检测室外风力并将室外风力数据发送给本地控制器；

所述通风换气装置包括设置在高层建筑各个楼层的全热新风换气机，用于执行本地控制器的操作指令对高层建筑室内进行送风、排风、加湿、除湿、升温和降温操作；

所述本地控制器通过局域网将接收到各种检测数据和通风换气装置的运行状态参数发送给主控系统，并根据接收主控系统的空气品质控制策略控制通风换气装置进行通风换气工作；

所述主控系统从国家环保部门的大气质量指数发布系统中获取高层建筑所处地区的本区域大气质量指数数据，并结合本地控制器发来的各种检测数据对高层建筑室内外环境参数进行分析，并判别通风换气装置的运行状态，向本地控制器下达相应的气品质控制策略。 

上述系统中，所述的主控系统包括中央处理单元和云平台服务器，所述中央处理单元和云平台服务器分别接入局域网，所述中央处理单元通过internet网络与国家环保部门的大气质量指数发布系统相连；所述中央处理单元包括空气质量控制模块、空气湿度调节模块、空气温度调节模块和空气质量调节指令发送模块，所述空气质量控制模块用于根据国家环保部门发布的本区域大气质量指数和实时检测的高层建筑室内、外的空气质量指标，制定室内空气质量调节策略，所述空气湿度调节模块用于在本区域大气质量指数处于理想时段情况下，根据获取的高层建筑室内、外空气湿度数据制定室内空气湿度调节策略，所述空气温度调节模块用于在本区域大气质量指数处于理想时段情况下，根据获取的高层建筑室内、外空气温度数据制定室内空气温度调节策略，所述空气质量调节指令发送模块用于将空气质量控制模块、空气湿度调节模块和空气温度调节模块制定的空气品质控制策略发送给本地控制器执行相应的空气品质控制策略工作。

上述系统中，所述的本地控制器采用DDC控制器(Direct Digital Control,直接数字控制)，通风换气装置采用全热新风换气机。

本发明具有以下突出的有益效果：

本发明基于智能控制技术，提供一种空气质量、温湿度控制调节的方法，综合考虑了高层建筑室内外空气状况，充分利用高层建筑现有设施及条件，扑捉并采集最佳时段相对理想的空气，做到合理“储备”与“消费”，用较低的成本实现了大气污染不确定条件下高层建筑空气质量的调节控制，具有以下优点：

1、基本利用高层建筑现有设施及条件，充分发挥通风换气系统的优势，结构简单，可常年运行，投资小，易维护，实用性强。

2、不刻意对比高层建筑室内外空气质量实时数据，而是重点研判大气质量指数走势，以利用室外空气质量相对理想时段。

3、能够按照国家环保部公布的AQI数据准确把握大气质量状况，在机理上保证了在大气质量良好时更长时间的运行，充分利用天然条件，以更多地采集、“储备”并“消费”理想品质的空气。

4、提供了多种智能化模式调节控制室内空气品质，如天气扰动模式、模糊控制模式、波段运行模式，充分利用空气质量调节来改善高层建筑室内的空气品质。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明的方法示意图；

图2是本发明的系统框图；

图3是本发明的空气质量调节方法流程图；

图4是本发明的空气湿度调节方法流程图；

图5是本发明的空气温度调节方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法，它包括以下过程：

主控系统通过标准API接口与国家环保部门的大气质量指数发布系统相连，采集高层建筑所处地区的本区域大气质量指数数据，本区域大气质量指数数据包括pm2.5 、pm10 、co、so2、 o3 、no2 等大气环境参数；

通过设置在高层建筑各个楼层室内的空气质量传感器和空气质量检测仪对高层建筑室内空气质量进行检测，并将检测的室内空气质量数据上传给主控系统；

通过设置在高层建筑室外的无线空气质量传感器对高层建筑室外空气质量进行检测，并将检测的室外空气质量数据上传给主控系统，所述主控系统将检测的室外空气质量数据对采集的本区域大气质量指数数据进行校对，如果检测的室外空气质量比本区域大气质量指数低，则以本区域大气质量指数数据为依据计算全热新风换气机的空气品质控制策略，否则，以检测的室外空气质量数据为依据计算全热新风换气机的空气品质控制策略；

通过设置在高层建筑各个楼层室内、外的温湿度传感器，对高层建筑室内、外温湿度进行检测，并将检测的室内温湿度和室外温湿度数据上传给主控系统；

通过设置在高层建筑室外的风力传感器对高层建筑室外风力进行检测，并将检测的室外风力数据上传给主控系统；

主控系统综合各种检测的室内空气质量、室外空气质量、室内温湿度、室外温湿度和室外风力等数据以及采集的本区域大气质量指数数据，计算出空气品质控制策略并发送给本地控制器；

本地控制器根据空气品质控制策略控制设置在高层建筑各个楼层的全热全热新风换气机进行通风换气启停操作。

上述方法中，所述的空气品质控制策略包括空气质量控制策略、空气湿度控制策略和空气温度控制策略。

其中，所述空气质量控制策略就是根据国家环保部门发布的本区域大气质量指数和实时检测的高层建筑室内空气质量指标，当本区域大气质量指数处于良好值域时，自动开启全热新风换气机供应新风，直到规定时长即完全置换室内空气为止，进行适当“储备”新鲜空气，以备“消费”；在大气持续污染即本区域大气质量指数AQI（Air Quality Index）≥100的情况下，严格控制全热新风换气机，按设定的空气质量调节模式进行调节室内空气质量；在室内空气质量低于一定指标且室外大气持续污染情况下，则报请人工处理。具体的空气质量控制策略如下：

设置预测的本区域大气质量指数理想时段为T和最佳值为A，设置t时段接收的本区域大气质量指数气质量指数值为a，实时检测的室内空气质量指数为a1，则：

当a∈良好，开启全热新风换气机供应新风，直到规定时长即完全置换室内空气时为止；

当a∈一般污染，按设定的空气质量调节模式进行调节室内空气质量；

当a∈污染严重且a1未达到警戒值时，关闭全热新风换气机，保持其封闭状态，减少外来大气污染影响；

当a∈污染严重且a1达到警戒值时，报请人工处理。

所述空气湿度控制策略就是在本区域大气质量指数处于理想时段，分别获取高层建筑室内、外空气湿度并予以判别，当室内空气湿度不理想，室外空气湿度较好且两者的差值足够大时，开启全热新风换气机供应新风，直到两者的差值接近0为止。具体的空气湿度控制策略如下：

设置实时室外空气湿度值为B，实时室内空气湿度值为b，设置舒适湿度的标准值为b0，则：

当B≥b0>b时，表明室内空气干燥，开启全热新风换气机进行加湿，直到b接近b0为止；

当b>b0≥B时，表明室内空气潮湿，开启全热新风换气机进行排湿，直到b接近b0为止；

当b0≥B>b时，表明室内外空气都比标准空气湿度干燥，且室内空气比室外空气更干燥，开启全热新风换气机进行加湿，直到b接近B为止；

当b>B≥b0时，表明室内外空气都比标准空气湿度潮湿，且室内空气比室外空气更潮湿，开启全热新风换气机进行排湿，直到b接近B为止。

所述空气温度控制策略就是在本区域大气质量指数处于理想时段，分别获取高层建筑室内、外空气温度并予以判别，当室内空气温度不理想，室外空气温度较好且两者的差值足够大时，开启全热新风换气机供应新风，直到两者的差值接近0为止。具体的空气温度控制策略如下：

设置实时室外空气温度值为C，实时室内空气温度值为c，设置舒适温度的标准值为c0，则：

当C≥c0>c时，表明室内温度较低，开启全热新风换气机进行升温，直到c接近c0为止；

当c>c0≥C时，表明室内温度较高，而室外温度较低，开启全热新风换气机进行降温，直到c接近c0为止；

当c0≥C>c时，表明室内外温度都比标准温度低，且室内温度比室外温度更低，开启全热新风换气机进行升温，直到c接近C为止；

当c>C≥c0时，表明室内外温度都比标准温度高，且室内温度比室外温度更高，开启全热新风换气机进行降温，直到c接近C为止。

上述方法中，所述的空气质量调节模式包括天气扰动模式、模糊控制模式和波段运行模式。

所述天气扰动模式就是将本区域大气质量指数状况与当地区污染排放及特定的地理形势和大气变化特点进行关联，本地区大气质量指数变化基本符合污染物排放供给与天气扰动扩散的平衡关系，可用模型y=（P-kQ）x+y0推算，在一定大气扰动条件下空气质量达到一定指标所用的时间，进而获得拐点出现前大气质量指数理想时段x=t和最佳值y=A；其中，y为大气质量单项参数，y0为y的初始值，P为本地区某污染物排放平均含量， Q为本地区天气扰动系数，k为量纲转换系数，x为时间变量； 

所述模糊控制模式就是对以往本地区大气质量数据按月分类统计的基础上，得出各类空气质量所占比率及好于该类空气质量天气所能发生的概率， 并选取其中合适的概率值L，作为认可的最低控制目标，实时读取本地区大气质量指数a，当a所处的大气质量分类发生的概率达到L时，开启全热新风换气机，实施通风换气；

所述波段运行模式就是综合分析指定地区大气质量指数曲线变化规律：实时数据总是围绕均线上下波动，一个波段的最小值和最大值能够反映其间大气质量指数的优劣极限，将实时数据曲线的拐点作为调节室内空气质量的重要依据，读取大气质量指数的24小时滑动平均值与实时大气质量指数数据，当两者的差值由小变大直至最大时，说明已到该波段最佳空气质量时点，开启全热新风换气机进行通风换气。

如图2所示，本发明的一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的系统，它包括室内空气质量检测装置、室外空气质量检测装置、室内温湿度检测装置、室外温湿度检测装置、室外风力检测装置、全热新风换气机、DDC控制器、局域网和主控系统，所述的室内空气质量检测装置、室外空气质量检测装置、室内温湿度检测装置、室外温湿度检测装置、室外风力检测装置和全热新风换气机分别与DDC控制器相连，所述DDC控制器通过局域网与主控系统相连，所述主控系统通过internet网络与国家环保部门的大气质量指数发布系统相连。所述室内空气质量检测装置包括设置在高层建筑各个楼层室内的空气质量传感器或空气质量检测仪，用于检测室内空气质量并将室内空气质量数据发送给DDC控制器；所述室外空气质量检测装置包括设置在高层建筑室外的无线空气质量传感器，用于检测室外空气质量并将检测的室外空气质量数据并通过无线通讯方式发送给DDC控制器；所述室内温湿度检测装置包括设置在高层建筑各个楼层室内的温湿度传感器，用于检测室内温湿度并将室内温湿度数据发送给DDC控制器；所述室外温湿度检测装置包括设置在高层建筑室外的温湿度传感器，用于检测室外温湿度并将室外温湿度数据发送给DDC控制器；所述室外风力检测装置包括设置在高层建筑室外的风力传感器，用于检测室外风力并将室外风力数据发送给DDC控制器；所述全热新风换气机包括设置在高层建筑各个楼层的全热新风换气机，用于执行DDC控制器的操作指令对高层建筑室内进行送风、排风、加湿、除湿、升温和降温操作；所述DDC控制器通过局域网将接收到各种检测数据和全热新风换气机的运行状态参数发送给主控系统，并根据接收主控系统的空气品质控制策略控制全热新风换气机进行通风换气工作；所述主控系统从国家环保部门的大气质量指数发布系统中获取高层建筑所处地区的本区域大气质量指数数据，并结合DDC控制器发来的各种检测数据对高层建筑室内外环境参数进行分析，并判别全热新风换气机的运行状态，向DDC控制器下达相应的气品质控制策略。 

上述系统中，所述主控系统包括中央处理单元和云平台服务器，所述中央处理单元和云平台服务器分别接入局域网，所述中央处理单元通过internet网络与国家环保部门的大气质量指数发布系统相连；所述中央处理单元包括空气质量控制模块、空气湿度调节模块、空气温度调节模块和空气质量调节指令发送模块，所述空气质量控制模块用于根据国家环保部门发布的本区域大气质量指数和实时检测的高层建筑室内、外的空气质量指标，制定室内空气质量调节策略，所述空气湿度调节模块用于在本区域大气质量指数处于理想时段情况下，根据获取的高层建筑室内、外空气湿度数据制定室内空气湿度调节策略，所述空气温度调节模块用于在本区域大气质量指数处于理想时段情况下，根据获取的高层建筑室内、外空气温度数据制定室内空气温度调节策略，所述空气质量调节指令发送模块用于将空气质量控制模块、空气湿度调节模块和空气温度调节模块制定的空气品质控制策略发送给DDC控制器执行相应的空气品质控制策略工作。

本发明的空气质量处理程序如图3所示，设置t时段获取的本区域大气质量指数气质量指数值为a，实时检测获取的室内空气质量指数为a1，如果当a∈良好，软件写标志换风，开启全热新风换气机供应新风，直到规定时长即完全置换室内空气时为止；如果a∈一般污染，按设定的相应空气质量调节模式进行调节室内空气质量；如果a∈污染严重且a1未达到警戒值时，软件写标志不换风，关闭全热新风换气机，保持其封闭状态，减少外来大气污染影响；如果a∈污染严重且a1达到警戒值时，则报请人工处理。

本发明的空气湿度调节程序如图4所示，通过读取当地室外空气湿度值B，读取室内空气湿度值b，设定舒适湿度的标准值为b0。当B≥b0>b时，表明室内干燥，软件写标志换风，开启全热新风换气机加湿，直到b接近b0。当b>b0≥B时，表明室内潮湿，软件写标志换风，开启全热新风换气机排湿，直到b接近b0。当b0≥B>b时，表明室内外均比标准干燥，且室内比室外更干燥，软件写标志换风，开启全热新风换气机加湿，直到b接近B。当b>B≥b0时，表明室内外均比标准潮湿，且室内比室外更潮湿，软件写标志换风，开启全热新风换气机排湿，直到b接近B。否则，软件写标志不换风。

本发明的空气温度调节程序如图5所示，通过读取当地室外空气温度值C，读取室内空气温度值c，设定舒适温度的标准值为c0。当C≥c0>c时，表明室内温度较低，软件写标志换风，开启全热新风换气机升温，直到c接近c0。当c>c0≥C时，表明室内温度较高，而室外温度较低，软件写标志换风，开启全热新风换气机降温，直到c接近c0。当c0≥C>c时，表明室内外均比标准温度低，且室内比室外更低，软件写标志换风，开启全热新风换气机升温，直到c接近C。当c>C≥c0时，表明室内外均比标准温度高，且室内比室外更高，软件写标志换风，开启全热新风换气机降温，直到c接近C。否则，软件写标志不换风。

本发明所述的全热新风换气机是现有设备，在本申请中不再对其结构进行详细描述，全热新风换气机的安装根据高层建筑的结构布局进行合适安装即可。全热新风换气机的核心器件是全热交换器，室内排出的污浊空气和室外送入的新鲜空气既通过传热板交换温度，同时又通过传热板上的微孔交换湿度，从而达到既通风换气又保持室内温、湿度稳定的效果，这就是全热交换过程。当全热交换器在夏季制冷期运行时，新风从排风中获得冷量，使温度降低，同时被排风干燥，使新风湿度降低；在冬季运行时，新风从排风中获得热量，使温度升高，同时被排风加湿。其中，传热板是由薄膜状纳米合成材料制成，经过特殊工艺处理，具有导热透湿率高、气密性好、不易着尘、能满足高风压下长期连续运行等特点。传热板上的微孔直径为0.29-0.30nm(纳米)，分子直径小的水蒸气（0.288nm）很容易通过，但是分子直径大的有毒有害气体、异味气体（均大于0.30nm）根本无法通过。这种特殊性能既保证了新风的洁净，又同时实现温度和湿度的全热交换，使新风换气机的换热率和整体功能达到最佳水平。

本发明改变了过去“定时启动通风换气，不问周边大气质量”的操作惯例,借助于物联网并运用模型控制技术，实现了高层建筑空气品质的优化控制，通过扑捉并利用理想情况下的自然空气来调节室内的温湿度和空气质量，有效排除室内混浊空气，减少有害气体浓度，有效减少了室内的危害因子，改善了室内空气品质，改善了生存环境，提高了办公舒适度，有利于促进绿色节能和健康的生态环境发展。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法，其特征是，包括以下过程：

采集高层建筑所处地区的本区域大气质量指数数据；

对高层建筑室内空气质量进行检测，并将检测的室内空气质量数据上传给主控系统；

对高层建筑室内、外温湿度进行检测，并将检测的室内温湿度和室外温湿度数据上传给主控系统；

对高层建筑室外风力进行检测，并将检测的室外风力数据上传给主控系统；

主控系统综合检测的室内空气质量、室内温湿度、室外温湿度和室外风力等数据以及采集的本区域大气质量指数数据，计算出空气品质控制策略并发送给本地控制器；

本地控制器根据空气品质控制策略控制通风换气装置进行通风换气启停操作。

2.根据权利要求1所述的一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法，其特征是，所述空气品质控制策略包括空气质量控制策略、空气湿度控制策略和空气温度控制策略；

所述空气质量控制策略就是根据国家环保部门发布的本区域大气质量指数和实时检测的高层建筑室内空气质量指标，当本区域大气质量指数处于良好值域时，自动开启通风换气装置供应新风，直到规定时长即完全置换室内空气为止；在大气持续污染即本区域大气质量指数≥100的情况下，严格控制通风换气装置，按设定的空气质量调节模式进行调节室内空气质量；在室内空气质量低于一定指标且室外大气持续污染情况下，则报请人工处理；

所述空气湿度控制策略就是在本区域大气质量指数处于理想时段，分别获取高层建筑室内、外空气湿度并予以判别，当室内空气湿度不理想，室外空气湿度较好且两者的差值足够大时，开启通风换气装置供应新风，直到两者的差值接近0为止；

所述空气温度控制策略就是在本区域大气质量指数处于理想时段，分别获取高层建筑室内、外空气温度并予以判别，当室内空气温度不理想，室外空气温度较好且两者的差值足够大时，开启通风换气装置供应新风，直到两者的差值接近0为止。

3.根据权利要求2所述的一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法，其特征是，所述空气质量控制策略为：

设置预测的本区域大气质量指数理想时段为T和最佳值为A，设置t时段接收的本区域大气质量指数气质量指数值为a，实时检测的室内空气质量指数为a1，则：

当a∈良好，开启通风换气装置供应新风，直到规定时长即完全置换室内空气时为止；

当a∈一般污染，按设定的空气质量调节模式进行调节室内空气质量；

当a∈污染严重且a1未达到警戒值时，关闭通风换气装置，保持其封闭状态，减少外来大气污染影响；

当a∈污染严重且a1达到警戒值时，报请人工处理。

4.根据权利要求2所述的一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法，其特征是，所述空气湿度控制策略为：

设置实时室外空气湿度值为B，实时室内空气湿度值为b，设置舒适湿度的标准值为b0，则：

当B≥b0>b时，表明室内空气干燥，开启通风换气装置进行加湿，直到b接近b0为止；

当b>b0≥B时，表明室内空气潮湿，开启通风换气装置进行排湿，直到b接近b0为止；

当b0≥B>b时，表明室内外空气都比标准空气湿度干燥，且室内空气比室外空气更干燥，开启通风换气装置进行加湿，直到b接近B为止；

当b>B≥b0时，表明室内外空气都比标准空气湿度潮湿，且室内空气比室外空气更潮湿，开启通风换气装置进行排湿，直到b接近B为止。

5.根据权利要求2所述的一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法，其特征是，所述空气温度控制策略为：

设置实时室外空气温度值为C，实时室内空气温度值为c，设置舒适温度的标准值为c0，则：

当C≥c0>c时，表明室内温度较低，开启通风换气装置进行升温，直到c接近c0为止；

当c>c0≥C时，表明室内温度较高，而室外温度较低，开启通风换气装置进行降温，直到c接近c0为止；

当c0≥C>c时，表明室内外温度都比标准温度低，且室内温度比室外温度更低，开启通风换气装置进行升温，直到c接近C为止；

当c>C≥c0时，表明室内外温度都比标准温度高，且室内温度比室外温度更高，开启通风换气装置进行降温，直到c接近C为止。

6.根据权利要求2所述的一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法，其特征是，所述空气质量调节模式包括天气扰动模式、模糊控制模式和波段运行模式；

所述天气扰动模式就是将本区域大气质量指数状况与当地区污染排放及特定的地理形势和大气变化特点进行关联，本地区大气质量指数变化基本符合污染物排放供给与天气扰动扩散的平衡关系，可用模型y=（P-kQ）x+y0推算，在一定大气扰动条件下空气质量达到一定指标所用的时间，进而获得拐点出现前大气质量指数理想时段x=t和最佳值y=A；其中，y为大气质量单项参数，y0为y的初始值，P为本地区某污染物排放平均含量， Q为本地区天气扰动系数，k为量纲转换系数，x为时间变量； 

所述模糊控制模式就是对以往本地区大气质量数据按月分类统计的基础上，得出各类空气质量所占比率及好于该类空气质量天气所能发生的概率， 并选取其中合适的概率值L，作为认可的最低控制目标，实时读取本地区大气质量指数a，当a所处的大气质量分类发生的概率达到L时，开启楼宇通风换气装置，实施通风换气；

所述波段运行模式就是综合分析指定地区大气质量指数曲线变化规律：实时数据总是围绕均线上下波动，一个波段的最小值和最大值能够反映其间大气质量指数的优劣极限，将实时数据曲线的拐点作为调节室内空气质量的重要依据，读取大气质量指数的24小时滑动平均值与实时大气质量指数数据，当两者的差值由小变大直至最大时，说明已到该波段最佳空气质量时点，开启通风换气装置进行通风换气。

7.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的方法，其特征是，所述方法还包括对高层建筑室外空气质量进行检测，并将检测的室外空气质量数据上传给主控系统的过程，所述主控系统将检测的室外空气质量数据对采集的本区域大气质量指数数据进行校对，如果检测的室外空气质量比本区域大气质量指数低，则以本区域大气质量指数数据为依据计算通风换气装置的空气品质控制策略；否则，以检测的室外空气质量数据为依据计算通风换气装置的空气品质控制策略。

8.一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的系统，其特征是，包括室内空气质量检测装置、室外空气质量检测装置、室内温湿度检测装置、室外温湿度检测装置、室外风力检测装置、通风换气装置、本地控制器、局域网和主控系统，所述的室内空气质量检测装置、室外空气质量检测装置、室内温湿度检测装置、室外温湿度检测装置、室外风力检测装置和通风换气装置分别与本地控制器相连，所述本地控制器通过局域网与主控系统相连，所述主控系统通过internet网络与国家环保部门的大气质量指数发布系统相连；

所述室内空气质量检测装置包括设置在高层建筑各个楼层室内的空气质量传感器或空气质量检测仪，用于检测室内空气质量并将室内空气质量数据发送给本地控制器；

所述室外空气质量检测装置包括设置在高层建筑室外的无线空气质量传感器，用于检测室外空气质量并将检测的室外空气质量数据发送给本地控制器；

所述室内温湿度检测装置包括设置在高层建筑各个楼层室内的温湿度传感器，用于检测室内温湿度并将室内温湿度数据发送给本地控制器；

所述室外温湿度检测装置包括设置在高层建筑室外的温湿度传感器，用于检测室外温湿度并将室外温湿度数据发送给本地控制器；

所述室外风力检测装置包括设置在高层建筑室外的风力传感器，用于检测室外风力并将室外风力数据发送给本地控制器；

所述通风换气装置包括设置在高层建筑各个楼层的全热新风换气机，用于执行本地控制器的操作指令对高层建筑室内进行送风、排风、加湿、除湿、升温和降温操作；

所述本地控制器通过局域网将接收到各种检测数据和通风换气装置的运行状态参数发送给主控系统，并根据接收主控系统的空气品质控制策略控制通风换气装置进行通风换气工作；

所述主控系统从国家环保部门的大气质量指数发布系统中获取高层建筑所处地区的本区域大气质量指数数据，并结合本地控制器发来的各种检测数据对高层建筑室内外环境参数进行分析，并判别通风换气装置的运行状态，向本地控制器下达相应的气品质控制策略。 

9.根据权利要求8所述的一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的系统，其特征是，所述主控系统包括中央处理单元和云平台服务器，所述中央处理单元和云平台服务器分别接入局域网，所述中央处理单元通过internet网络与国家环保部门的大气质量指数发布系统相连；所述中央处理单元包括空气质量控制模块、空气湿度调节模块、空气温度调节模块和空气质量调节指令发送模块，所述空气质量控制模块用于根据国家环保部门发布的本区域大气质量指数和实时检测的高层建筑室内、外的空气质量指标，制定室内空气质量调节策略，所述空气湿度调节模块用于在本区域大气质量指数处于理想时段情况下，根据获取的高层建筑室内、外空气湿度数据制定室内空气湿度调节策略，所述空气温度调节模块用于在本区域大气质量指数处于理想时段情况下，根据获取的高层建筑室内、外空气温度数据制定室内空气温度调节策略，所述空气质量调节指令发送模块用于将空气质量控制模块、空气湿度调节模块和空气温度调节模块制定的空气品质控制策略发送给本地控制器执行相应的空气品质控制策略工作。

10.根据权利要求8或9所述的一种利用自然条件调节高层建筑空气品质的系统，其特征是，所述本地控制器采用DDC控制器，所述通风换气装置采用全热新风换气机。

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