CN103759384B - 一种自然通风器及室内实时空气品质监测方法 - Google Patents

Abstract

一种自然通风器及室内实时空气品质监测方法。该自然通风器除含有壳体、室外挡雨板、室内送风口、拦虫网外，还含有调节手柄、弹性幕布、室内空气质量监测传感器模块、数据发送模块、数据接收模块、数据分析处理模块、数据存储模块及显示面板。本发明通过布置在室内的空气质量监测传感器将监测的电信号利用数据发送模块发送至数据接收模块，再通过数据分析处理模块进行数模转换和分析处理后得到各种室内环境参数与房间总体新风量；将所得到的数据通过显示面板进行实时显示并实时存储在数据存储模块中。本发明的自然通风器具有关窗时通风的功能，同时可以实时监测室内各项环境指标及房间总体新风量，使用户对室内环境及通风状况有更加直观的了解。

Description

一种自然通风器及室内实时空气品质监测方法

技术领域

本发明涉及一种建筑内的自然通风设施，尤其涉及一种能够实时监测室内环境参数及新风量，并将监测的数据进行显示的自然通风器，属于自然通风和室内空气品质检测技术领域。

背景技术

现代建筑的密闭性越来越强，很多建筑在关窗时都存在严重的新风不足的问题参见：洪燕峰、戴自祝和陈逊等.人发表的“室内空气自然通风换气次数的估算”.，〖环境与健康杂志〗,2005,22(1):47-49。加上装修装饰材料的大量使用，室内各种污染物超标的现象非常严重：刘汝青、杜德荣和蔡承铿等.人发表的“广州市装修居室室内空气污染状况及其对人群健康的影响”.，〖环境与健康杂志〗,2010,27(4):361-361”，对人的健康有非常不利的影响。因此有必要辅助一些通风设备来增加室内的新风量。另一方面，目前住户对室内的空气品质状况的了解基本局限于委托相关单位进行检测，费用高昂且反应的仅仅是测试时刻的空气品质状况。因此住户对其他不同使用条件下室内的空气品质状况没有直观的了解，对各种治理或通风措施去除污染物的效果也基本未知，这些对室内空气质量监测和显示也提出了广泛的需求。

针对密闭情况下住宅新风量不足的问题，国内相继推出了一些通风设备，大多数的通风器对室内的空气品质参数没有监测与显示，只有极少数专利中提到了监测及自动控制的功能。但是有些专利的传感器直接安装于通风器的中间通风通道中，监测的数据很有可能是引入的室外新风的情况，无法反应实际室内的空气品质状况（申请（专利）号：201210112076.4，一种建筑门窗幕墙感控智能动力通风装置）。还有一些虽然有监测和显示功能（发明专利申请：201110430253.9，幕墙强制通风器），但是仅停留在监测数据的直接显示，没有对数据进行更深层次的处理。并且目前所有的通风器针对反应其通风性能最主要的参数——新风量的实时监测与显示目前基本空白，对室内空气品质参数的显示也不够直观。

发明内容

本发明的目的是针对目前自然通风器存在的不足，提供一种自然通风器及室内实时空气品质监测方法，使用户能够对室内的通风状况有更加直观的感受。

本发明的技术方案如下：

一种室内自然通风器，包括壳体、室外挡雨板、拦虫网、内部气流通道和室内送风口，其特征在于：该自然通风器还含有室内空气质量监测传感器模块、数据发送模块、数据接收模块、数据分析处理模块、数据存储模块及显示面板；室内空气质量监测传感器模块含有CO₂监测传感器，温度监测传感器、湿度监测传感器、PM_2.5监测传感器、甲醛监测传感器和总挥发性有机物监测传感器中的一种或几种的组合；所述的室内空气质量监测传感器模块将监测到的电信号通过数据发送模块发送到数据接收模块，数据接收模块通过内部电路将电信号输送至数据分析处理模块进行处理，将处理后的模拟信号最后通过在显示面板上进行显示，并在数据存储模块中进行储存；

本发明的技术特征还在于：所述的室内空气质量监测传感器模块和数据发送模块设置在壳体的外部，所述的显示面板、数据接收模块、数据分析处理模块及数据存储模块设置在壳体内部。该自然通风器还含有吸声材料，该吸声材料设置在自然通风器内部的内部气流通道的两侧。该自然通风器还含有弹性幕布和幕布卡槽，并在自然通风器的两端均设有调节手柄和手柄档位，所述的弹性幕布和幕布卡槽设置在室内送风口与壳体之间，弹性幕布的一端固定于壳体上部，弹性幕布的另外一端与调节手柄相连；幕布卡槽固定于壳体下部。

本发明提供的一种自然通风器的室内实时空气品质监测方法，该方法包括如下步骤；

1）在室内设置CO₂监测传感器、温度监测传感器、湿度监测传感器、PM_2.5监测传感器、甲醛监测传感器和总挥发性有机物监测传感器中的一种或几种的组合；将所述传感器采集到的电信号通过数据发送模块和数据接收模块发送到数据分析处理模块中；

2）将所得到的CO₂监测信号、温度监测信号、湿度监测信号、PM_2.5监测信号、甲醛监测信号或总挥发性有机物监测信号经数模转换，分别得到CO₂浓度、温度、湿度、甲醛浓度、PM_2.5浓度和总挥发性有机物的浓度中的一种或几种；将所得到的数据通过显示面板进行实时显示并实时存储在数据存储模块中；

3）将所得到的CO₂浓度利用以下公式计算出实时新风量；计算公式为：

$Q\left(t\right)=\frac{m-V\frac{C\left(t\right)-C(t-\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}}{C\left(t\right)-C_{\mathrm{out}}}$

其中：V为房间体积，单位为m³；C(t)为t时刻室内的CO₂浓度，单位为ppm；C(t-△t)为t-△t时刻室内的CO₂浓度，单位为ppm；△t为CO₂监测时间间隔，单位为s；m为室内人员呼出的CO₂的量，单位为ppm/s；Q(t)为t时刻房间总的新通风量，单位为m³/s；C_out为室外CO₂的浓度，单位为ppm；

将所得到的CO₂浓度、甲醛浓度、PM_2.5浓度和总挥发性有机物的浓度与国家规定的室内空气质量标准中的限定值进行对比后，将对比结果以及计算出的实时新风量通过显示面板进行实时显示并实时存储在数据存储模块中。

本发明具有以下优点及突出性效果：①本发明的室内实时空气品质监测方法能够实时显示室内各项空气质量参数监测结果。②本发明的室内实时空气品质监测方法利用内部的数据分析处理模块，给出室内各污染物浓度的超标水平及室内总的新风量，使用户对自然通风器的通风性能及室内的空气品质状况有更直观的了解。③本发明的自然通风器内部填充有吸声材料，噪音低。④本发明的自然通风器利用调节手柄在手柄档位上的位置变化，实现弹性幕布在初始起点与幕布卡槽终点之间的移动，从而达到调节送风口开度和送风量的目的。⑤本发明的自然通风器利用热压和风压驱动进行室内外换气，相对于动力型通风器而言，不需要额外的动力，在通风的同时还节能。

附图说明

图1为本发明提供的一种自然通风器的正视图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的A-A剖面图。

图4为室内实时空气品质监测方法的硬件框图。

图中各部件表示：1-壳体，2-室外挡雨板，3-拦虫网，4-吸声材料，5-上固定件，6-控制按钮，7-显示面板，8-弹性幕布，9-调节手柄，10-室内送风口，11-幕布卡槽，12-下固定件，13-手柄档位，14-密封条，15-垫片，16-室内空气质量监测传感器模块，17-数据发送模块，18-数据接收模块，19-数据分析处理模块，20-数据存储模块，21-内部气流通道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方式作进一步的说明。

图1-3为本发明提供的自然通风器的结构原理示意图，该自然通风器含有壳体1、室外挡雨板2、拦虫网3、内部气流通道21和室内送风口10等。所述的自然通风器由上固定件5、下固定件12、密封条14、垫片15以及螺钉固定于窗框与玻璃之间。壳体的室外侧连接有室外挡雨板2，防止下雨天雨水进入自然通风器。室外挡雨板2底部及自然通风器壳体1之间设有拦虫网3，阻隔昆虫及鸟类进入室内。在室内送风口10与壳体1之间设有弹性幕布8和幕布卡槽11，弹性幕布8的一端固定于壳体1上部，幕布卡槽11固定于壳体1下部。在自然通风器的两端均设有调节手柄9和手柄档位13，弹性幕布8的另外一端与调节手柄9相连。通过调节调节手柄9在手柄档位13上的位置，实现弹性幕布8在初始起点与幕布卡槽11终点之间的移动，从而达到调节送风口开度和送风量的目的。在自然通风器内部气流通道21的两侧，各填充有吸声材料4，该设计能够有效降低室外的噪声对室内的影响。

图4为室内实时空气品质监测方法的硬件框图，该自然通风器含有室内空气质量监测传感器模块16，数据发送模块17，数据接收模块18，数据分析处理模块19、数据存储模块20及显示面板7。室内空气质量监测传感器模块16含有CO₂监测传感器、温度监测传感器、湿度监测传感器、PM_2.5监测传感器、甲醛监测传感器和总挥发性有机物监测传感器中的一种或几种的组合；将所述传感器采集到的电信号通过数据发送模块17和数据接收模块18发送到数据分析处理模块19中；将所得到的CO₂监测信号、温度监测信号、湿度监测信号、PM_2.5监测信号、甲醛监测信号或总挥发性有机物监测信号经数模转换，分别得到CO₂浓度、温度、湿度、甲醛浓度、PM_2.5浓度和总挥发性有机物的浓度中的一种或几种；将所得到的数据通过显示面板7进行实时显示，并实时存储在数据存储模块20中。室内空气质量监测传感器模块16和数据发送模块17是放置在壳体的外部，显示面板7、数据接收模块18、数据分析处理模块19及数据存储模块20设置在壳体1的内部。

新风量的计算方法是通过室内CO₂的质量平衡方程导出的，平衡方程为：

$V\frac{\mathrm{dC}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=m-Q\left(t\right)(C\left(t\right)-C_{\mathrm{out}})$ 公式1

在相邻两个监测点之间，公式1可以近似表示为：

$\frac{C\left(t\right)-C(t-\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}=m-Q\left(t\right)(C\left(t\right)-C_{\mathrm{out}})$ 公式2

因此，该相邻两个监测时间段内的新风量可由以下公式计算：

$Q\left(t\right)=\frac{m-V\frac{C\left(t\right)-C(t-\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}}{C\left(t\right)-C_{\mathrm{out}}}$ 公式3

其中：V为房间体积，单位为m³；C(t)为t时刻室内的CO₂浓度，单位为ppm；C(t-△t)为t-△t时刻室内的CO₂浓度，单位为ppm；△t为CO₂监测时间间隔，单位为s；m为室内人员呼出的CO₂的量，单位为ppm/s；Q(t)为t时刻房间总的新通风量，单位为m³/s；C_out为室外CO₂的浓度，单位为ppm，一般为恒定值。

将所得到的CO₂浓度、甲醛浓度、PM_2.5浓度和总挥发性有机物的浓度与国家规定的室内空气质量标准中的限定值进行对比后，将对比结果以及计算出的实时新风量通过显示面板（7）进行实时显示并实时存储在数据存储模块20中。

当自然通风器工作时，室外新风经由拦虫网，在对新风中的蚊虫进行初步过滤后，新风经过自然通风器内部的内部气流通道21时，被两侧的吸声材料4进行吸声降噪，最后经过室内送风口10送入室内。室内送风口10为可拆卸的，可方便将弹性幕布8取出清洗或更换。室内的空气质量监测与显示则按图4所示的方框图运行。

综上所述，本发明的自然通风器不仅能够补充室内的新风，而且能够实时监测及分析室内的空气品质状况，并且具有非常直观的显示功能，是一款节能且环保的产品，具有广阔的应用前景。

Claims (4)

1.一种室内自然通风器，包括壳体(1)、室外挡雨板(2)、拦虫网(3)、内部气流通道(21)和室内送风口(10)，其特征在于：该自然通风器还含有室内空气质量监测传感器模块(16)、数据发送模块(17)、数据接收模块(18)、数据分析处理模块(19)、数据存储模块(20)及显示面板(7)；室内空气质量监测传感器模块(16)含有CO₂监测传感器、温度监测传感器、湿度监测传感器、PM_2.5监测传感器、甲醛监测传感器和总挥发性有机物监测传感器中的一种或几种的组合；所述的室内空气质量监测传感器模块(16)将监测到的电信号通过数据发送模块(17)发送到数据接收模块(18)，数据接收模块(18)通过内部电路将电信号输送至数据分析处理模块(19)进行处理，将处理后的模拟信号最后通过在显示面板(7)上进行显示，并在数据存储模块(20)中进行储存；

所述自然通风器还含有弹性幕布(8)和幕布卡槽(11)，并在自然通风器的两端均设有调节手柄(9)和手柄档位(13)，所述的弹性幕布(8)和幕布卡槽(11)设置在室内送风口与壳体之间，弹性幕布(8)的一端固定于壳体(1)上部，弹性幕布(8)的另外一端与调节手柄(9)相连；幕布卡槽(11)固定于壳体(1)下部。

2.如权利要求1所述的室内自然通风器，其特征在于：所述的室内空气质量监测传感器模块(16)和数据发送模块(17)设置在壳体(1)的外部，所述的显示面板(7)、数据接收模块(18)、数据分析处理模块(19)及数据存储模块(20)设置在壳体(1)内部。

3.如权利要求1所述的室内自然通风器，其特征在于：该自然通风器还含有吸声材料(4)，该吸声材料设置在内部气流通道(21)的两侧。

4.一种采用如权利要求1所述自然通风器的室内实时空气品质监测方法，其特征在于该方法包括如下步骤；

1)在室内设置CO₂监测传感器、温度监测传感器、湿度监测传感器、PM_2.5监测传感器、甲醛监测传感器和总挥发性有机物监测传感器中的一种或几种的组合；将所述传感器采集到的电信号通过数据发送模块(17)和数据接收模块(18)发送到数据分析处理模块(19)中；

2)将所得到的CO₂监测信号、温度监测信号、湿度监测信号、PM_2.5监测信号、甲醛监测信号或总挥发性有机物监测信号经数模转换，分别得到CO₂浓度、温度、湿度、甲醛浓度、PM_2.5浓度和总挥发性有机物的浓度中的一种或几种；将所得到的数据通过显示面板(7)进行实时显示并实时存储在数据存储模块(20)中；

3)将所得到的CO₂浓度利用以下公式计算出实时新风量；计算公式为：

$Q\left(t\right)=\frac{m-V\frac{C\left(t\right)-C(t-\mathrm{\Δ}t)}{\mathrm{\Δ}t}}{C\left(t\right)-C_{out}}$

其中：V为房间体积，单位为m³；C(t)为t时刻室内的CO₂浓度，单位为ppm；C(t-△t)为t-△t时刻室内的CO₂浓度，单位为ppm；△t为CO₂监测时间间隔，单位为s；m为室内人员呼出的CO₂的量，单位为ppm/s；Q(t)为t时刻房间总的新通风量，单位为m³/s；C_out为室外CO₂的浓度，单位为ppm；

将所得到的CO₂浓度、甲醛浓度、PM_2.5浓度和总挥发性有机物的浓度与国家规定的室内空气质量标准中的限定值进行对比后，将对比结果以及计算出的实时新风量通过显示面板(7)进行实时显示并实时存储在数据存储模块(20)中。