CN105928164A - 一种适用于区域空气净化的正压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于室内通风及空气净化相关领域，其公开了一种适用于区域空气净化的正压控制系统，其包括依次相连接以形成一个闭环空气系统的初效空气净化模块、总风机、中高效空气净化模块、受控区域、电动风阀及单向阀。所述正压控制系统还包括出口与所述单向阀的出口及所述初效空气净化模块的进口相连通的新风风机、设置在所述新风风机的出口处的第二流量传感器、设置在所述单向阀的出口处的第一流量传感器、设置在所述电动风阀的出口的第一压力传感器、设置在所述受控区域的第二压力传感器及控制组件。所述控制组件用于控制所述电动风阀的开度以调节所述受控区域内的正压值，同时还控制所述新风风机的转速，使所述受控区域内的正压值保持稳定。

Description

一种适用于区域空气净化的正压控制系统

技术领域

本发明属于室内通风及空气净化相关领域，更具体地，涉及一种适用于区域空气净化的静压控制系统。

背景技术

理想的工作、居住环境需要合适的温度、湿度及洁净新鲜的空气，然而现实是全国各地普遍受到雾霾天气的困扰，雾霾严重影响人的身心健康，且对人身体的呼吸器官产生危害，同时也影响设备的正常运转。为了净化室内空气，人们普遍使用了空气净化器，而空气净化器需要室内密闭才能正常发挥作用，这样就导致室内各种有毒气体浓度的增加，危害人们的身心健康。为了向室内通入新鲜空气，人们设计了新风系统，但是新风系统的工程量比较大，其管道也占用较大空间。此外，空调系统也有一定的除尘、过滤、换气、控制温度和湿度功能，但空调系统的除尘功能不强、空气净化等级不高，不能控制受控区域的正压值，更不能根据正压值调节新风的流量。为了保证受控区域内的洁净度不会因外界气体倒灌而被污染，需要控制该区域内的压力值为微正压(比外界大气压高100Pa～1000Pa)，然而正压控制势必会导致该区域内的气体外泄，为了保证该区域内气体总量不变，需要从外界补入新风。

本领域相关人员已经做了一些研究，如申请号为201310020344.4的专利公开了一种用于室内的通风和空气净化系统，所述系统包括空气净化机箱体、新风入口、回风口、风机及电动风阀，各部件依次连接在所述空气净化机箱体内，所述系统主要用于解决室内的通风与空气净化的技术问题。但所述系统存在以下不足：由于不同等级空气过滤器对流过的空气最大速度有不同要求，然而，所述系统的空气净化器为矩形方体，通过各个空气过滤器的气体流速相同，这样会使得空气净化器中低等级的过滤器的面积不必要的过大，导致了过滤器材料的浪费和净化器过大的面积；此外，所述系统不能调节室内的空气正压值的大小以满足不同需求，且不能根据不同的正压值控制相应的风机转速以进行合适的新风量补充。又如申请号为201310748134.7的专利提出了一种具有净化细颗粒物及有害气体的正压式新风系统，所述正压式新风系统由进风端、初效过滤模块、风机模块、高效过滤模块、活性炭及硅藻土等吸附模块组成，本发明同样存在不能调节室内正压值的大小以满足不同需求及不能根据正压值的大小控制风机转速的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于区域空气净化的正压控制系统，其对所述正压控制系统的特定部件的结构及各个部件的连接关系进行了设计，所述正压控制系统根据电动风阀的流阻与开度有一一对应的关系，通过所述控制组件控制所述电动风阀的开度与设定的正压值对应的电动风阀开度相一致，以调节所述受控区域内的正压值为设定的正压值；同时，所述控制组件控制所述新风风机的转速，使所述新风风机出口处的风量等于所述总风量与回风风量之差，进而实现所述受控区域内的正压值的稳定。此外，所述初效过滤器的面积、所述中效过滤器的面积及所述高效过滤器的面积依次增大，且满足预定的比例关系，减小了所述初效过滤器及所述中效过滤器的面积，节省了成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于区域空气净化的正压控制系统，其包括新风风机、第二流量传感器、初效空气净化模块、总风机、中高效空气净化模块、受控区域、第二压力传感器、电动风阀、单向阀、第一压力传感器、第一流量传感器及控制组件，其特征在于：

所述初效空气净化模块、所述总风机、所述中高效空气净化模块、所述受控区域、所述电动风阀及所述单向阀依次相连接以形成一个闭环空气系统；

所述新风机的出口与所述单向阀的出口及所述初效空气净化模块的进口相连通，其用于为所述正压控制系统送风；所述空气进化模块用于对所述新风风机的出口流出的新风及自所述单向阀排出的空气进行初效过滤及净化；所述总风机用于将自所述初效空气净化模块出来的空气排送到所述中高效空气净化模块；所述中高效空气净化模块用于对流入其的空气进行中高效过滤净化；所述第二流量传感器设置在所述新风风机的出口处，其用于测量所述新风风机的新风风量；所述第一流量传感器设置在所述单向阀的出口处，其用于测量回风量；所述第一压力传感器设置在所述电动风阀的出口，其用于感测所述电动风阀出口处的正压值；所述第二压力传感器设置在所述受控区域，其用于感测所述受控区域内的正压值；所述控制组件用于采集所述第一流量传感器及所述第二流量传感器感测的流量信号、所述第一压力传感器及所述第二压力传感器感测的压力信号，并依据采集到的信息相应地控制所述电动风阀的开度，以调节所述受控区域内的正压值为设定的正压值，同时所述控制组件还用于控制所述新风风机的转速，使所述受控区域内的正压值保持稳定。

进一步的，所述初效空气净化模块内设置有初效过滤器；所述中高效空气净化模块内设置有中效过滤器及高效过滤器；所述初效过滤器的面积、所述中效过滤器的面积及所述高效过滤器的面积依次增大，且满足预定的比例关系。

进一步的，所述初效过滤器的面积与所述中效过滤器的面积之比为1:1.4～1:1.1；所述初效过滤器的面积与所述高效过滤器的面积之比为1:4～1:2.5。

进一步的，所述初效过滤器的面积、所述中效过滤器的面积及所述高效过滤器的面积之比为1:1.25:2.5。

进一步的，所述正压控制系统还包括分别设置在所述初效空气净化模块的进口处及出口处的第三压力传感器及第四压力传感器，所述控制组件采集所述第三压力传感器感测的压力信号及所述第四压力传感器感测的压力信号，并判断所述第三压力传感器及所述第四压力传感器感测到的压力之差是否在允许范围内，进而判断所述初效空气净化模块是否需要更换。

进一步的，所述正压控制系统还包括分别设置在所述中高效空气净化模块的入口处及出口处的第五压力传感器及第六压力传感器；所述控制组件采集所述第五压力传感器感测的压力信号及所述第六压力传感器感测的压力信号，并判断所述第五压力传感器及所述第六压力传感器感测到压力之差是否在一允许范围内，进而判断所述中高效空气净化模块是否需要更换。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于区域空气净化的正压控制系统，根据电动风阀的流阻与开度有一一对应的关系，所述控制组件采集所述第一压力传感器及所述第二压力传感器的压力信号，并相应地控制所述电动风阀的开度与设定的正压值对应的电动风阀开度相一致，使所述第一流量传感器测量的所述电动风阀出口处的回风风量等于预设的总风量与设定的正压值对应的泄露风量之差，进而调节所述受控区域的正压值为设定的正压值；同时，所述控制组件控制所述新风风机的转速，使所述第二流量传感器测得的所述新风风机出口处的风量等于所述总风量与回风风量之差，进而实现所述受控区域内的正压值的稳定。此外，所述初效过滤器的面积、所述中效过滤器的面积及所述高效过滤器的面积依次增大，且满足预定的比例关系，减小了所述初效过滤器及所述中效过滤器的面积，节省了成本。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的适用于区域空气净化的正压控制系统的结构原理图。

图2是图1中的正压控制系统的空气净化模块的结构示意图。

图3是图2中的空气净化模块的设计流程图。

图4是图1中的正压控制系统的正压控制模块的结构原理图。

图5是图4中的正压控制模块的控制流程图。

图6是图1中的正压控制系统的架构图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-第一流量传感器，2-第二流量传感器，3-单向阀，4-第一压力传感器，5-新风风机，6-电动风阀，7-受控区域，8-第二压力传感器，9-湿度传感器，10-温度传感器，11-第三压力传感器，12-初效空气净化模块，13-第四压力传感器，14-总风机，15-控制器，16-第五压力传感器，17-中高效空气净化模块，18-第六压力传感器，19-初效过滤器，20-壳体，21-中效过滤器，22-高效过滤器，23-定位挡块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1至图4，本发明较佳实施方式提供的适用于区域空气净化的正压控制系统，其通过紧凑的空气净化模块对进入受控区域的气体进行净化处理、控制受控区域内的洁净度，所述系统还可调节受控区域的正压值以满足不同的使用要求。

所述正压控制系统包括新风风机5、第二流量传感器2、第三压力传感器11、初效空气净化模块12、第四压力传感器13、总风机14、第五压力传感器16、中高效空气净化模块17、第六压力传感器18、受控区域7、第二压力传感器8、湿度传感器9、温度传感器10、电动风阀6、第一压力传感器4、第一流量传感器1及控制组件15。

所述初效空气净化模块12、所述总风机14、中高效空气净化模块17、所述受控区域7、所述电动风阀6及所述单向阀3依次相连接以形成一个闭环空气系统。所述新风风机5的出口与所述单向阀3的出口及所述初效空气净化模块12的进口相连通，其用于为所述正压控制系统送风。自所述新风风机5的出口流出的新风进入所述初效空气净化模块12，所述空气进化模块12对所述新风及自所述单向阀3排出的空气进行初效过滤及净化。所述总风机14用于将自所述初效空气净化模块12出来的空气排送到所述中高效空气净化模块17。所述中高效空气净化模块17用于对流入其的空气进行中高效过滤净化，保证进入所述受控区域7的空气的洁净度。所述电动风阀6用于调节自所述受控区域7的出口流出的空气的量(即调节回风量)，进而调节所述受控区域7的正压值。所述单向阀3允许自所述电动风阀6出来的回风通过以进行再次循环，阻止自所述新风风机5排送的新风未经过滤净化而直接进入所述受控区域7。

所述第二流量传感器2设置在所述新风风机5的出口处，其用于测量所述新风风机5的新风风量。所述第一流量传感器1设置在所述单向阀3的出口处，其用于测量回风量。所述控制组件15采集所述第一流量传感器1及所述第二流量传感器2的流量信号，以进行相应的控制。所述控制组件15包括显示器及PLC控制器，所述显示器用于显示所述控制组件15采集到的模拟输入量(压力信号或者流量信号)信息。所述PLC控制器依据接收到的信息发出模拟输出量以相应的控制所述电动风阀6的开度及所述新风风机5的转速。

所述第一压力传感器4设置在所述电动风阀6的出口处，其用于感测所述电动风阀6出口处的正压值。所述第二压力传感器8设置在所述受控区域7，其用于感测所述受控区域7内的正压值。所述控制组件15采集所述第一压力传感器4及所述第二压力传感器8的压力信号，以协助控制所述电动风阀6的开度，进而调节所述受控区域7的正压值为预定的正压值。

所述第三压力传感器11及所述第四压力传感器13分别设置在所述初效空气净化模块12的进口处及出口处，以分别感测所述初效空气净化模块12的进口处及出口处的压力值。所述控制组件15采集所述第三压力传感器11的压力信号及所述第四压力传感器13的压力信号，并判断所述第三压力传感器11及所述第四压力传感器13感测到的压力之差是否在允许范围内，进而判断所述初效空气净化模块12是否需要更换。所述第五压力传感器16及所述第六压力传感器18分别设置在所述中高效空气净化模块17的入口处及出口处，以分别感测所述中高效空气净化模块17的入口处及出口处的压力值。所述控制组件15采集所述第五压力传感器16的压力信号及所述第六压力传感器18的压力信号，并判断所述第五压力传感器16及所述第六压力传感器18感测到的压力之差是否在允许范围内，进而判断所述中高效空气净化模块17是否需要更换。

请一并参阅图5及图6，所述湿度传感器9及所述温度传感器10均设置在所述受控区域7，两者分别用于感测所述受控区域7内的湿度及温度。本实施方式中，所述初效空气净化模块12内设置有初效过滤器19，所述中高效空气净化模块17内设置有中效过滤器21及高效过滤器22；所述初效过滤器19的面积、所述中效过滤器21的面积及所述高效过滤器22的面积依次增大，且满足预定的比例关系。

本实施方式中，空气净化模块包括壳体20、所述初效过滤器19(选配)、所述中效过滤器21(选配)、所述高效过滤器22(选配)及定位挡块23。所述壳体20基本呈阶梯状，其开设有收容槽，所述收容槽用于收容所述初效过滤器19、所述中效过滤器21及所述高效过滤器22。所述收容槽内分别设置有安装位置A、B及C，所述初效过滤器19设置在安装位置A，两个所述定位挡块23与对应的阶梯面相配合将所述初效过滤器19定位在所述安装位置A。所述中效过滤器21设置在安装位置B，两个所述定位挡块23与对应的阶梯面相配合以将所述中效过滤器21定位在所述安装位置B。所述高效过滤器22设置在安装位置C，两个所述定位挡块23与对应的阶梯面相配合以将所述高效过滤器22定位在所述安装位置C。所述初效空气净化模块12未设置所述中效过滤器21及所述高效过滤器22；所述中高效空气净化模块17未设置所述初效过滤器19。

为使空气净化模块中空气过滤器的面积尽量合理以减小成本，使通过各个过滤器的风速均达到允许的最大值。设所述初效过滤器19、所述中效过滤器21及所述高效过滤器22能通过的最大风速分别为V_A、V_B、V_C，截面的面积分别为S_A、S_B、S_C。由于通过三个截面的总风量一致，均为系统的总风量F0，所以：

$S_A=\frac{F0}{V_A}$

$S_B=\frac{F0}{V_B}$

$S_C=\frac{F0}{V_C}$

即三个截面的面积比应为最大流速的反比。所述初效过滤器19允许通过的最大风速为2.5m/s左右，所述中效过滤器21允许通过的最大风速为2.0m/s左右，所述高效过滤器允许通过的最大风速为1.0m/s左右。为了使空气净化模块的体积尽量小，设计通过各个空气过滤器的风速均达到最大允许值，即V_A＝2.5m/s，V_B＝2.0m/s，V_C＝1.0m/s。考虑到通过各个过滤器的风量相同，则各空气过滤器的面积之比应与通过它的空气流速成反比，因此：

S_A∶S_B∶S_C＝1∶1.25∶2.5

可以理解，在其他实施方式中，三个截面面积比值可以处于以下范围：

SA：SB＝1:1.4～1:1.1，SA:SC＝1:4～1:2.5，

由于所述受控区域7内气体洁净度高，为了防止所述受控区域7之外的气体倒灌而降低所述受控区域7内部空气的洁净度，需要将所述受控区域7内气体的压力控制为微正压(高于大气压100-1000pa)。

所述正压控制系统开始运行时，需要先设定期望的正压值P₀和所述正压控制系统的总风量F₀。

由于所述受控区域7相对外界为正压，将会有一部分气体自所述受控区域7泄漏出去。设这部分正压泄漏的风量为F₁₁，泄露风量F₁₁可以由以下公式计算获得：

$F_{11}=3600\mathrm{\μ}A\sqrt{\frac{2\mathrm{\Δ}p}{\mathrm{\ρ}}}$

其中，μ为常数，0.72；A为泄漏面积，一个特定的受控区域的泄漏面积为一定值；ΔP为受控区域内相对于外界的正压值，ρ为空气密度，1.2kg/m³；F₁₁为正压泄漏的风量。

将ΔP代为P₀，可得对应设定正压值P₀的泄漏风量：

$F_{11}=3600\mathrm{\μ}A\sqrt{\frac{2p_0}{\mathrm{\ρ}}}$

此外，当所述受控区域7的门窗打开时，亦会产生开启漏风量F₁₂，设实时打开的门窗总共有n个，第i个门窗的截面面积为S_i(i＝1，2……n)。由于门窗开启而泄露的风量可以由以下公式可以获得：

$F_{12}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{S}_i*1.29\sqrt{\mathrm{\Δ}p}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{S}_i*1.29\sqrt{p_0}$

因此，总的泄露风量F₁为:

$F_1=F_{11}+F_{12}=3600\mathrm{\μ}A\sqrt{\frac{2p_0}{\mathrm{\ρ}}}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{S}_i*1.29\sqrt{p_0}$

总风量F₀的一部分泄漏出去，另一部分由所述受控区域7回风而进行再次循环。设对应泄漏量F₁的受控区域回风风量为F₂。因此：

F₁+F₂＝F₀

由此可见，通过控制回风的风量可以间接控制泄漏出去的风量，进而控制了所述受控区域7的正压值。

所述第一流量传感器1测得所述电动风阀6通过的实际流量F₃，当F₃满足下式时：

$F_3=F_2=F_0-F_1=F_0-3600\mathrm{\μ}A\sqrt{\frac{2p_0}{\mathrm{\ρ}}}-{\Σ}_{i=1}^n{S}_i*1.29\sqrt{p_0}$

即可达到控制区域微正压值为P₀的目的。所述电动风阀6两端的压力由所述第一压力传感器4和所述第二压力传感器8测得，两者压差P₁₂＝P₁-P₂。设所述电动风阀6的流阻为R，则：

$F_3=\frac{P_{12}}{R}$

$R=\frac{P_1-P_2}{F_0-3600\mathrm{\μ}A\sqrt{\frac{2p_0}{\mathrm{\ρ}}}-{\Σ}_{i=1}^n{S}_i*1.29\sqrt{p_0}}$

调节所述电动风阀6的流量，实际就是调节所述电动风阀6的流阻。所述电动风阀6的流阻R与其开度有一一对应的关系，所述电动风阀6的开度与其流阻R的关系可以标定出来。根据开度-流阻的关系调整所述电动风阀6的开度直到与流阻R对应的开度相一致，即可实现调节所述受控区域7内的正压值为P₀。

为了维持所述正压控制系统的稳定运行需要向所述正压控制系统内补入新风，使得系统的总风量F₀保持稳定。设补入的新风风量为F₄，为了保证正压值稳定需使F₄＝F₀-F₂，通过控制所述新风风机5的转速来控制补入的新风风量。

根据风机的转速、风量关系可得：

$Q_1=n_1\frac{Q_0}{n_0}$

其中，Q₀为风机的额定风量，n₀为风机的额定转速，Q₁为风机的实时风量，n₁为风机的实时转速。由于Q₁＝F₄，因此：

$n_1=\frac{Q_1{n}_o}{Q_0}=\frac{F_4{n}_o}{Q_0}=\frac{(F_0-F_3)n_0}{Q_0}$

根据上式，调节所述新风风机5使其实际转速为n₁，即可实现正压值P₀的稳定。

本发明提供的适用于区域空气净化的正压控制系统，其根据电动风阀的流阻与开度有一一对应的关系，所述控制组件采集所述第一压力传感器及所述第二压力传感器的压力信号，并相应地控制所述电动风阀的开度与设定的正压值对应的电动风阀开度相一致，使所述第一流量传感器测量的所述电动风阀出口处的回风风量等于预设的总风量与设定的正压值对应的泄露风量之差，进而调节所述受控区域的正压值为设定的正压值；同时，所述控制组件还控制所述新风风机的转速，使所述第二流量传感器测得的所述新风风机出口处的风量等于所述总风量与回风风量之差，进而实现所述受控区域内的正压值的稳定。此外，所述初效过滤器的面积、所述中效过滤器的面积及所述高效过滤器的面积依次增大，且满足预定的比例关系，减小了所述初效过滤器及所述中效过滤器的面积，节省了成本。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于区域空气净化的正压控制系统，其包括新风风机、第二流量传感器、初效空气净化模块、总风机、中高效空气净化模块、受控区域、第二压力传感器、电动风阀、单向阀、第一压力传感器、第一流量传感器及控制组件，其特征在于：

所述初效空气净化模块、所述总风机、所述中高效空气净化模块、所述受控区域、所述电动风阀及所述单向阀依次相连接以形成一个闭环空气系统；

所述新风机的出口与所述单向阀的出口及所述初效空气净化模块的进口相连通，其用于为所述正压控制系统送风；所述空气进化模块用于对所述新风风机的出口流出的新风及自所述单向阀排出的空气进行初效过滤及净化；所述总风机用于将自所述初效空气净化模块出来的空气排送到所述中高效空气净化模块；所述中高效空气净化模块用于对流入其的空气进行中高效过滤净化；所述第二流量传感器设置在所述新风风机的出口处，其用于测量所述新风风机的新风风量；所述第一流量传感器设置在所述单向阀的出口处，其用于测量回风量；所述第一压力传感器设置在所述电动风阀的出口，其用于感测所述电动风阀出口处的正压值；所述第二压力传感器设置在所述受控区域，其用于感测所述受控区域内的正压值；所述控制组件用于采集所述第一流量传感器及所述第二流量传感器感测的流量信号、所述第一压力传感器及所述第二压力传感器感测的压力信号，并依据采集到的信息相应地控制所述电动风阀的开度，以调节所述受控区域内的正压值为设定的正压值，同时所述控制组件还用于控制所述新风风机的转速，使所述受控区域内的正压值保持稳定。

2.如权利要求1所述的适用于区域空气净化的正压控制系统，其特征在于：所述初效空气净化模块内设置有初效过滤器；所述中高效空气净化模块内设置有中效过滤器及高效过滤器；所述初效过滤器的面积、所述中效过滤器的面积及所述高效过滤器的面积依次增大，且满足预定的比例关系。

3.如权利要求2所述的适用于区域空气净化的正压控制系统，其特征在于：所述初效过滤器的面积与所述中效过滤器的面积之比为1:1.4～1:1.1；所述初效过滤器的面积与所述高效过滤器的面积之比为1:4～1:2.5。

4.如权利要求3所述的适用于区域空气净化的正压控制系统，其特征在于：所述初效过滤器的面积、所述中效过滤器的面积及所述高效过滤器的面积之比为1:1.25:2.5。

5.如权利要求1所述的适用于区域空气净化的正压控制系统，其特征在于：所述正压控制系统还包括分别设置在所述初效空气净化模块的进口处及出口处的第三压力传感器及第四压力传感器，所述控制组件用于采集所述第三压力传感器感测的压力信号及所述第四压力传感器感测的压力信号，并判断所述第三压力传感器及所述第四压力传感器感测到的压力之差是否在允许范围内，进而判断所述初效空气净化模块是否需要更换。

6.如权利要求1所述的适用于区域空气净化的正压控制系统，其特征在于：所述正压控制系统还包括分别设置在所述中高效空气净化模块的入口处及出口处的第五压力传感器及第六压力传感器；所述控制组件采集所述第五压力传感器感测的压力信号及所述第六压力传感器感测的压力信号，并判断所述第五压力传感器及所述第六压力传感器感测到的压力之差是否在允许范围内，进而判断所述中高效空气净化模块是否需要更换。