CN106196505B - 一种新风机组的智能控制方法及应用该方法的新风机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新风机组的智能控制方法，该控制方法包括：(1)实时监测室内外温度值、室内CO₂浓度值和PM2.5浓度值；(2)首先根据监测的室内外温度值和室内温度优先算法，调节新风阀开度，当室外温度或室内温度在预设范围内时，再根据所监测的CO₂浓度值和PM2.5浓度值，以及空气品质平衡算法，计算并执行新风阀开度。本发明还提供一种应用上述控制方法的新风机组。本发明采用室内温度优先、空气品质平衡算法，任何工况下优先保障室内温度，再有效控制室内PM2.5浓度和CO₂浓度，保障教室空气环境品质，提高学生学习环境的舒适感。还结合教室上课时间和背景噪音预设该新风机组的运行时间，确保了该新风机组运行不对上课造成影响，为学生提供良好学习环境。

Description

一种新风机组的智能控制方法及应用该方法的新风机组

技术领域

本发明涉及室内空气质量控制技术领域，特别是涉及一种新风机组的智能控制方法及应用该方法的新风机组。

背景技术

教室是各年龄段学生长期停留的重要空间，由于教室内人员密度较大，人体呼吸代谢产生的CO₂及其他有害气体极容易在教室内聚集，如果教室通风不畅时会导致CO₂浓度过高，引发胸闷、气短、头晕、头疼、嗜睡、学习效率降低等问题。国内外研究表明，教室通风不畅时，CO₂浓度将明显偏高，导致学生的注意力集中程度只有平时的75％，反应速度只有平时的50％，短时记忆能力只有平时的20～40％，极大的影响了学生的学习效率，因此，教室内的空气环境质量对学生的身心健康及学习效率有极大的影响。

降低教室内CO₂浓度、排除人体呼出污染物的最佳方案是开窗通风，然而由于近年来全国范围的大气环境污染问题，很多时候教室无法开窗通风，甚至影响了正常的教学计划，在2015年北京市首次发布了雾霾红色预警，市内中小学和幼儿园等教育机构被迫停课和停止户外活动。为了降低教室内的PM2.5浓度，很多教室购置了家用型空气净化器，通过关闭门窗开启空气净化器的方式来控制教室内PM2.5浓度。后果即是虽然一定程度上能降低PM2.5浓度，但教室内的其他污染物无法有效排出。

由此可见，上述现有的室内空气质量改善方法仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种空气质量改善全面、效果好的新风机组的智能控制方法及应用该方法的新风机组，成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新风机组的智能控制方法，使其高效、全面的改善室内空气质量，从而克服现有的室内空气调节的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种新风机组的智能控制方法，所述新风机组包括新风入口、回风口和送风口，所述新风入口和回风口处设置有用于调节新风回风比例的新风阀，所述控制方法包括如下步骤：

(1)实时监测室内外温度值、室内CO₂浓度值和PM2.5浓度值；

(2)首先根据监测的室内外温度值和室内温度优先算法，调节所述新风阀开度，当室外温度或室内温度在预设范围内时，再根据所监测的CO₂浓度值和PM2.5浓度值，以及空气品质平衡算法，计算并执行所述新风阀开度。

作为本发明的一种改进，所述室内温度优先算法包括：

A、读取室外温度值Tout，判断所述室外温度值Tout是否在预设范围[Tout_low，Tout_high]内；

若室外温度值Tout在[Tout_low，Tout_high]之间，允许所述新风阀最大开度Kmax＝100％，则执行所述空气品质平衡算法；

若室外温度值Tout在[Tout_low，Tout_high]范围之外时，将根据所述室外温度值Tout数值限定新风阀最大开度Kmax，

Kmax＝C1╳(Tout_low‐Tout),Tout<Tout_low

Kmax＝C2╳(Tout_high‐Tout),Tout>Tout_high

其中C1、C2为经验常数，Tout_low为室外温度值Tout预设值的最低值，Tout_high为室外温度值Tout预设值的最高值；

B、读取室内温度值Tin，判断所述室内温度值Tin是否在预设范围[Tin_low，Tin_high]之间，

若室内温度值Tin在[Tin_low，Tin_high]之间时，执行所述空气品质平衡算法；

若室内温度值Tin在[Tin_low，Tin_high]范围之外，不执行或停止执行所述空气品质平衡算法，减小新风阀开度，持续监测室内温度值，直至所述室内温度值Tin在[Tin_low，Tin_high]之间，其中，Tin_low为室内温度值Tin预设值的最低值，Tin_high为室内温度值Tin预设值的最高值。

进一步改进，所述空气品质平衡算法包括：

C、读取室内CO₂浓度值和PM2.5浓度值，根据所述CO₂和PM2.5的室内浓度控制标准，计算当前污染物指数Index_PM2.5、Index__CO2，判断当前优先去除的污染物，

Index_PM2.5＝w_pm2.5╳(PM2.5-35μg·m^-3)

Index__CO2＝w_CO2╳(CO2–1500ppm)

其中w_pm2.5、w_CO2为经验常数，用以表征不同污染物浓度对用户感受的定量影响，

若Index_PM2.5>Index_CO2，则减小新风阀开度；

若Index_PM2.5<Index_CO2，则增加新风阀开度，同时新风阀开度不可大于Kmax。

进一步改进，所述新风阀开度的调节值根据新风阀的开度特性曲线计算得到。

进一步改进，所述步骤(2)执行之前还包括运行时间的预设步骤及判断步骤，若判断出在预设运行时间表允许的时间段内时，执行步骤(2)，否则不执行步骤(2)，继续进行运行时间的判断步骤。

进一步改进，所述运行时间的预设步骤还包括对安装所述新风机组的室内背景噪音强度与新风机组标准噪音强度进行比较的步骤，若所述室内背景噪音强度大于所述新风机组标准噪音强度，则所述新风机组的运行时间不受所述室内背景噪音影响；若所述室内背景噪音强度小于所述新风机组标准噪音强度的5dB以上，则所述新风机组的运行时间需根据所述室内背景噪音进行调整。

本发明还提供一种应用上述的智能控制方法的新风机组，包括智能控制系统，所述智能控制系统包括环境参数传感器、控制模块、显示与输入模块；

所述环境参数传感器，用于监测室内外温度、室内CO₂浓度和PM2.5浓度参数，并将监测到的数据传送至所述控制模块；

所述控制模块，用于接收所述环境参数传感器采集的数据，根据预设参数，判断是否执行和何时执行所述室内温度优先算法和空气品质平衡算法的运算，输出控制信号，以控制所述新风阀的开度；

所述显示与输入模块，用于显示所述环境参数传感器监测的数据和所述控制模块输出的控制信号，以及向所述控制模块输入预设参数。

进一步改进，所述智能控制系统还包括通讯模块和云服务器，所述通讯模块，用于实现所述控制模块和云服务器之间的数据通讯。

进一步改进，所述新风机组还包括连通所述新风入口、回风口和送风口的通风管道、依次设置在该通风管道内的初效过滤网、送风机和中高效过滤网，所述回风口设置在所述初效过滤网与送风机之间的通风管道侧壁上，所述新风阀为带控制反馈功能的连续无级调节风阀。

进一步改进，所述送风机为三速静音风机；所述中高效过滤网为中高效袋式过滤器，且与所述中高效过滤网相接触的通风管道的一侧壁上设有推拉式柜门。

本发明还提供一种用于教室的新风机组，所述新风机组为上述的新风机组，所述新风机组采用吊顶式安装方式，所述新风机组的新风取风口设置于所述教室的外窗玻璃处，所述新风取风口通过风管连接至所述新风入口。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明新风机组的智能控制方法采用室内温度优先、空气品质平衡的算法，任何工况下优先保障室内温度，在室内外温度符合预设范围时，再根据所测量的CO₂和PM2.5浓度，计算当前新风阀开度，则在保证教室内温度合适的情况下，有效控制室内PM2.5浓度和CO₂浓度，为教室提供充足的新鲜空气，保障教室空气环境品质，提高学生学习环境的舒适感。

本发明还通过结合教室上课日期和时间设置该新风机组的运行时间，确保了该新风机组运行不对上课造成影响，对学生学习产生良好的效果。

本发明还通过设置手动控制和智能控制两种模式，使其更好地适应教室内新风机组的运行，达到节能环保的目的。

本发明用于教室的新风机组采用吊顶式安装方式，且新风取风口采用更换教室外窗玻璃的方式安装，不仅节约了教室空间，而且安装时不破坏教室墙体，安装方便，利于推广。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明新风机组的结构示意图；

图2是本发明新风机组的内部结构示意图；

图3是本发明新风机组的智能控制系统的结构示意图；

图4是本发明新风机组的智能控制方法中室内温度优先算法的流程图；

图5是本发明新风机组的智能控制方法中空气品质平衡算法的流程图；

图6是本发明新风机组的智能控制方法的相关参数关系图；

图7是本发明新风机组的智能控制方法的流程图。

具体实施方式

本实施例新风机组以用于改善教室空气品质为例，对本发明新风机组的智能控制系统和方法进行详尽说明，不应理解为是对该发明的任何限制。

参照附图1和2所示，本实施例中新风机组包括设有新风入口1、回风口2和送风口3的通风管道4、依次设置在该通风管道4内的初效过滤网11、送风机6和中高效过滤网12。该回风口3设置在初效过滤网11与送风机6之间的通风管道侧壁上，且在该新风入口1和回风口2处设置有用于调节新风回风比例的新风阀7。

本实施例中该送风机6为三速静音风机，用以控制该机组在高档风速下运行时的噪音不超过45dB。该初效过滤网11为初效金属过滤网，用以过滤新风中夹杂的灰尘等污染物，且该回风口2处也设有该初效金属过滤网。该中高效过滤网12为中高效袋式过滤器，用以过滤新风及回风中的PM2.5颗粒。

且为了满足大量教室统一快速更换该中高效过滤网的需求，该新风机组采用抽拉式滤网更换设计，即在该通风管道侧壁上设有滤网更换专用开口，较优结构为推拉式柜门5，则仅需推开柜门5，抽出旧滤网插入新滤网即可完成滤网更换。

为了实现该新风机组的智能控制，该新风机组还包括智能控制系统，且该新风阀7为带控制反馈功能的连续无级调节风阀。

参照附图3所示，该智能控制系统包括环境参数传感器、控制模块、显示与输入模块、通讯模块和云服务器。

该环境参数传感器，包括温度传感器、CO₂浓度传感器和PM2.5浓度传感器，用于分别实时监测室内外温度、室内CO₂浓度和PM2.5浓度参数，并将监测到的数据传送至控制模块。

该控制模块，用于接收上述环境参数传感器采集的数据，根据预设参数，判断是否执行和何时执行该新风机组智能控制算法，并输出控制信号，以控制该新风阀的开度。

该显示与输入模块，即带显示屏的控制面板，用于显示上述环境参数传感器监测的数据和该控制模块输出的控制信号，以及向该控制模块输入预设参数。

该通讯模块，用于实现该控制模块和云服务器之间的数据通讯。

该新风机组智能控制算法包括室内温度优先算法和空气品质平衡算法。

参照附图4所示，该室内温度优先算法如下：

A、读取室外温度值Tout，判断该室外温度值Tout是否在预设范围[Tout_low，Tout_high]内；

若室外温度值Tout在[Tout_low，Tout_high]之间，允许该新风阀最大开度Kmax＝100％，则执行空气品质平衡算法；

若室外温度值Tout在[Tout_low，Tout_high]范围之外时，将根据该室外温度值Tout数值限定新风阀最大开度Kmax，

Kmax＝C1╳(Tout_low‐Tout),Tout<Tout_low

Kmax＝C2╳(Tout_high‐Tout),Tout>Tout_high

其中C1、C2为经验常数，用以限定恶劣天气下新风机组的最大新风比，以保障新风机组的送风温度符合国家规范要求。Tout_low为室外温度值Tout预设值的最低值，Tout_high为室外温度值Tout预设值的最高值；

B、读取室内温度值Tin，判断该室内温度值Tin是否在预设范围[Tin_low，Tin_high]之间，

若室内温度值Tin在[Tin_low，Tin_high]之间时，执行空气品质平衡算法；

若室内温度值Tin在[Tin_low，Tin_high]范围之外，不执行或停止执行空气品质平衡算法，减小新风阀开度，持续监测室内温度值，直至该室内温度值Tin在[Tin_low，Tin_high]之间，其中，Tin_low为室内温度值Tin预设值的最低值，Tin_high为室内温度值Tin预设值的最高值。

参照附图5所示，该空气品质平衡算法如下：

C、读取室内CO₂浓度值和PM2.5浓度值，根据该CO₂和PM2.5的室内浓度控制标准，计算当前污染物指数Index_PM2.5、Index__CO2，判断当前优先去除的污染物，

Index_PM2.5＝w_pm2.5╳(PM2.5-35μg·m^-3)

Index__CO2＝w_CO2╳(CO2–1500ppm)

其中w_pm2.5、w_CO2为经验常数，用以表征不同污染物浓度对用户感受的定量影响，

若Index_PM2.5>Index_CO2，则减小新风阀开度ΔK；

若Index_PM2.5<Index_CO2，则增加新风阀开度ΔK，同时新风阀开度不可大于Kmax。

该新风阀开度ΔK的调节值根据新风阀的开度特性曲线计算得到。

参照附图6和7所示，上述新风机组的智能控制方法包括如下步骤：

(1)实时监测室内外温度值、室内CO₂浓度值和PM2.5浓度值；

(2)运行时间的预设和判断步骤，通过显示与输入模块即控制面板预设教室的正常上课日期和时间表，若在运行时间表允许的时间段内则启动该新风机组运行。

较优实施例为该新风机组的控制模式包括手动控制和智能控制两种模式，可在控制面板选择。在智能控制系统中预设正常的上课日期及时间，在工作日的正常上下课时间内采取智能控制模式，特殊情况如周末、考试等为手动控制模式，通过智能控制系统内部时钟实现工作日自动切换为智能控制模式、周末自动切换为手动控制模式。

在手动控制模式时，控制面板上提供风速高中低三档控制，以及新风换气模式、内循环净化模式、节能模式三种模式控制。

在智能控制模式时，新风机组的定时启停、风机转速调整、新风阀开度调整均由智能控制系统自控实现。控制流程分为启动和正常运转两个阶段：

a.启动阶段将按照启动缺省值对所有执行器进行初始化控制，启动阶段将持续一段时间，结束后进入正常运转阶段；

b.正常运转阶段通过环境参数传感器所测量的环境参数、用户通过控制面板预设的参数、以及系统内设的控制算法，实现对各执行器状态的控制调整。

本实施例为了确保该新风机组运行不对上课造成影响，该控制算法还包括对教室内背景噪音强度与新风机组标准噪音强度比较的算法。具体做法为：现场安装该智能型教室新风系统时，在教室现场实测背景噪音强度，通过控制面板根据教室背景噪音强度改变控制算法中的时间表预设值；若背景噪音强度低于机组标称噪音5dB以上，则在控制面板中设定仅在下课期间进行机组运行状态的调整；若背景噪音高于上述数值，则在控制面板中设定允许机组在上课期间进行多次运行状态的调整。

(3)首先根据监测的室内外温度值和室内温度优先算法，调节新风阀开度，当室外温度或室内温度在预设范围内时，再根据所监测的CO₂浓度值和PM2.5浓度值，以及空气品质平衡算法，计算并执行所述新风阀开度。

本发明新风机组的智能控制方法采用室内温度优先、空气品质智能平衡的算法，任何工况下优先保障室内温度，根据环境参数传感器所测量的室内外温度计算当前新风阀开度，控制进入室内的冷/热空气量。在室内外温度符合预设范围时，再根据环境参数传感器所测量的CO₂和PM2.5浓度，计算当前新风阀开度，保障教室合适温度的情况下调节空气环境品质，提高学生学习环境的舒适感。

另外，本发明新风机组为了不占用教室空间，以及不对教室墙体造成破坏，该新风机组的安装方式采用吊顶式安装，新风取风口采用更换教室外窗玻璃的方式安装，在原玻璃位置安装带防护网的新风取风口，通过风管连接至新风入口以获取室外新风，再结合上述智能控制系统和方法，实现高效全面的改善室内空气品质。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种新风机组的智能控制方法，所述新风机组包括新风入口、回风口和送风口，所述新风入口和回风口处设置有用于调节新风回风比例的新风阀，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

(1)实时监测室内外温度值、室内CO₂浓度值和PM2.5浓度值；

(2)首先根据监测的室内外温度值和室内温度优先算法，调节所述新风阀开度，当室外温度或室内温度在预设范围内时，再根据所监测的CO₂浓度值和PM2.5浓度值，以及空气品质平衡算法，计算并执行所述新风阀开度；

其中，所述室内温度优先算法包括：

A、读取室外温度值Tout，判断所述室外温度值Tout是否在预设范围[Tout_low，Tout_high]内；

若室外温度值Tout在[Tout_low，Tout_high]之间，允许所述新风阀最大开度Kmax＝100％，则执行所述空气品质平衡算法；

若室外温度值Tout在[Tout_low，Tout_high]范围之外时，将根据所述室外温度值Tout数值限定新风阀最大开度Kmax，

Kmax＝C1╳(Tout_low-Tout),Tout<Tout_low

Kmax＝C2╳(Tout_high-Tout),Tout>Tout_high

其中C1、C2为经验常数，Tout_low为室外温度值Tout预设值的最低值，Tout_high为室外温度值Tout预设值的最高值；

B、读取室内温度值Tin，判断所述室内温度值Tin是否在预设范围[Tin_low，Tin_high]之间，

若室内温度值Tin在[Tin_low，Tin_high]之间时，执行所述空气品质平衡算法；

若室内温度值Tin在[Tin_low，Tin_high]范围之外，不执行或停止执行所述空气品质平衡算法，减小新风阀开度，持续监测室内温度值，直至所述室内温度值Tin在[Tin_low，Tin_high]之间，其中，Tin_low为室内温度值Tin预设值的最低值，Tin_high为室内温度值Tin预设值的最高值；

所述空气品质平衡算法包括：

C、读取室内CO₂浓度值和PM2.5浓度值，根据所述CO₂和PM2.5的室内浓度控制标准，计算当前污染物指数Index_PM2.5、Index_-CO2，判断当前优先去除的污染物，

Index_PM2.5＝w _pm2.5╳(PM2.5-35μg·m^-3)

Index_-CO2＝w _CO2╳(CO2–1500ppm)

其中w _pm2.5、w _CO2为经验常数，用以表征不同污染物浓度对用户感受的定量影响，

若Index_PM2.5>Index_CO2，则减小新风阀开度；

若Index_PM2.5<Index_CO2，则增加新风阀开度，同时新风阀开度不可大于Kmax；

所述新风阀开度的调节值根据新风阀的开度特性曲线计算得到。

2.根据权利要求1所述的新风机组的智能控制方法，其特征在于，所述步骤(2)执行之前还包括运行时间的预设步骤及判断步骤，若判断出在预设运行时间表允许的时间段内时，执行步骤(2)，否则不执行步骤(2)，继续进行运行时间的判断步骤。

3.根据权利要求2所述的新风机组的智能控制方法，其特征在于，所述运行时间的预设步骤还包括对安装所述新风机组的室内背景噪音强度与新风机组标准噪音强度进行比较的步骤，若所述室内背景噪音强度大于所述新风机组标准噪音强度，则所述新风机组的运行时间不受所述室内背景噪音影响；若所述室内背景噪音强度小于所述新风机组标准噪音强度的5dB以上，则所述新风机组的运行时间需根据所述室内背景噪音进行调整。

4.一种应用如权利要求1至3任一项所述的智能控制方法的新风机组，其特征在于，包括智能控制系统，所述智能控制系统包括环境参数传感器、控制模块、显示与输入模块；

所述环境参数传感器，用于监测室内外温度、室内CO₂浓度和PM2.5浓度参数，并将监测到的数据传送至所述控制模块；

所述控制模块，用于接收所述环境参数传感器采集的数据，根据预设参数，判断是否执行和何时执行所述室内温度优先算法和空气品质平衡算法的运算，输出控制信号，以控制所述新风阀的开度；

所述显示与输入模块，用于显示所述环境参数传感器监测的数据和所述控制模块输出的控制信号，以及向所述控制模块输入预设参数。

5.根据权利要求4所述的新风机组，其特征在于，所述智能控制系统还包括通讯模块和云服务器，所述通讯模块，用于实现所述控制模块和云服务器之间的数据通讯。

6.根据权利要求5所述的新风机组，其特征在于，所述新风机组还包括连通所述新风入口、回风口和送风口的通风管道、依次设置在该通风管道内的初效过滤网、送风机和中高效过滤网，所述回风口设置在所述初效过滤网与送风机之间的通风管道侧壁上，所述新风阀为带控制反馈功能的连续无级调节风阀。

7.根据权利要求6所述的新风机组，其特征在于，所述送风机为三速静音风机；所述中高效过滤网为中高效袋式过滤器，且与所述中高效过滤网相接触的通风管道的一侧壁上设有推拉式柜门。

8.一种用于教室的新风机组，其特征在于，所述新风机组为权利要求4至7任一项所述的新风机组，所述新风机组采用吊顶式安装方式，所述新风机组的新风取风口设置于所述教室的外窗玻璃处，所述新风取风口通过风管连接至所述新风入口。