CN107940666A - 一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置，包括传感器组、传感控制器模块、执行机构模块，传感器组分别检测教室室内外PM2.5浓度数据、CO2浓度数据、教室门开闭情况、温湿度数据；传感控制器模块接收传感器组的数据并生成相应的控制指令；执行机构模块，包括新风净化系统中新风电机控制器和排风电机控制器，以及新风净化系统中新风风阀控制器和排风风阀控制器，传感控制器模块分别与新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器无线通讯连接。本发明利用原有新风净化芯体中电机控制器和风阀控制器，配合多种传感器可根据室内实际污染状况，自动调节风量和新/回风比例，降低系统能耗。
Description
技术领域
本发明涉及新风净化系统领域，具体是一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置。
背景技术
目前，中小学教室以带有过滤净化装置的新风净化系统作为室内空气质量的控制措施，如图1，在新风净化系统内设置新风风机和排风风机，新风风机将室外新风送入教室内，排风风机将教室内空气排出至室外。该系统能够有效调节室内PM2.5、CO2等污染物浓度，但采用置换送风的方式会带来空调能耗的增加。根据测算，每间教室在使用带有全热交换器的新风换气系统后的能耗增加高达40W/㎡。对于一间70㎡的教室，空调耗电量将增加近1度/小时•间。
另一方面，新风换气系统一般只具有风量调节（高、中、低档）功能，只能手动操作。在运行过程中，固定于某一种运行模式，将导致空调能耗的持续增加、额外的噪声或新风量过小使得污染物去除能力不足，不能满足教室环境的真实使用需求。
个别系统具有传感器监测装置，能够将污染物数值采集后上传至云服务器，再将控制信号反馈至设备，或将学校的作息时间输入控制系统，根据上下课时间定时调节系统风量及启停。这些相对智能的控制系统在理论上能够满足使用需求，但实施要求高（网络支持、服务器架设），对突发工况的应对能力弱，反应动作速度慢，不能够实现对污染物的预先判定，属于室内污染后的后处理过程，不利于室内空气污染控制。
发明内容 本发明的目的是提供一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置，以解决现有技术新风净化系统去污能力不足、无法实现污染物预判的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置，其特征在于：包括：
传感器组，其分别检测教室室内PM2.5浓度数据、教室室外PM2.5浓度数据、教室室内CO2浓度数据、教室门开闭情况、教室室内温湿度数据；
传感控制器模块，其具备无线通讯功能，传感控制器模块接收传感器组的数据，并对传感器组数据进行处理后生成相应的控制指令；
执行机构模块，包括新风净化系统中新风电机控制器和排风电机控制器，以及新风净化系统中新风风阀控制器和排风风阀控制器，所述新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器均具备无线通讯功能，所述传感控制器模块分别与新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器无线通讯连接，由传感控制器模块将生成的控制指令通过无线方式分别传送至新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器，新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器接收控制指令后控制对应的执行机构执行相应动作，利用新风电机控制器控制新风电机实现新风风量调节和启停，利用排风电机控制器控制排风电机实现排风风量调节和启停，利用新风风阀和排风风阀对新/回风比例进行调节。
一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置，其特征在于：所述的传感器组包括：
室内PM2.5传感器，其安装在教室室内以检测室内PM2.5浓度数据；
室外PM2.5传感器，其安装在教室室外以检测室外PM2.5浓度数据；
CO2传感器，其安装在教室室内以检测室内CO2浓度数据；
红外传感器，其安装在教室门上，以检测教室门开闭情况；
温湿度传感器，其安装在教室室内以检测室内温湿度数据。
一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置，其特征在于：所述的传感控制器模块，其包括控制器、A/D转换模块、数据采集卡、无线模块，所述A/D转换模块输入端分别与各个传感器连接，A/D转换模块输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡输出端与控制器输入端口连接，无线模块接入控制的通讯端口，由A/D转换模块将各个传感器的数据转换为数字信号后，再由数据采集卡将数字信号采集至控制器，最后由控制器进行处理并生成相应的控制指令，控制器通过RS485总线连接讲台电脑或接入学校总控系统，统一开启关闭，实现远程智能控制。
一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置，其特征在于：新风净化系统中，新风风阀和排风风阀集成于同一壳体内，所述壳体内并行设有两个相同的圆形腔室，以及连通两个圆形腔室相对一侧的中间腔室，每个圆形腔室前、后侧分别连通有通风口，每个圆形腔室内分别转动安装有圆柱形且内部中空的旋转阀体，每个圆形腔室底部分别设有驱动对应旋转阀体转动的电机，所述旋转阀体侧壁沿环向依次开有大风口、小风口、多个微风口，其中大风口的弧向长度大于小风口的弧向长度，小风口的弧向长度大于各个微风口的弧向长度，各个微风口的弧向长度相同，且大风口与最接近的微风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度最长，大风口与小风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度次长，小风口与相邻的微风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度、相邻微风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度均相等且最小，且大风口与最接近的微风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度满足至少能够完全遮挡圆形腔室与中间腔室之间连通处，大风口与小风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度满足至少能够完全遮挡通风口；由其中一个圆形腔室及内部的旋转阀体、电机和通风口构成新风风阀，由另一个圆形腔室及内部的旋转阀体、电机和通风口构成排风风阀，新风风阀一端通风口与新风净化系统的新风进风口连接，新风风阀另一端通风口连通至室外，排风风阀一端通风口与新风净化系统的排风出风口连接，排风风阀另一端通风口连通至室外，所述壳体一侧设有新风风阀的电机控制器以及排风风阀的电机控制器，以新风风阀的电机控制器作为新风风阀控制器，以排风风阀的电机控制器作为排风风阀控制器，所述新风风阀控制器、排风风阀控制器均具备无线通讯功能，控制器通过无线方式分别与新风风阀控制器、排风风阀控制器无线通讯连接。
本发明装置利用多种传感器的实时监测数据和预设的控制逻辑，能对新风净化系统的启停、风量和新/回风比例进行调节。根据室内实际污染状况，自动调节风量和新/回风比例，降低系统能耗的同时，减少噪声污染和耗材的使用，具有良好的节能性能。
本发明对教室门开闭状态进行监测，能够自动判断下课期间，或临时开门导致的颗粒物渗入，在污染发生前，关闭排风风机，利用大风量的新风稀释，在室内形成微正压，减少颗粒物渗入量，将污染控制在初始阶段。
作为新/回风调节机构的新风风阀和排风风阀为标准化元件，能够与各种类型和型号的新风换气设备匹配。在接收到控制指令后，通过内部的旋转阀体机构，控制新/回风比例，能够实现0~100%的新/回风调节，合理利用排风，降低空调能耗。
附图说明
图1为现有技术新风净化系统原理图。
图2为本发明装置结构框图。
图3为本发明新风风阀和排风风阀整体结构示意图。
图4为本发明实现全循环风工况时原理图。
图5为本发明实现全新风工况时原理图。
图6为本发明实现混合风工况时原理图。
图7为本发明新风风阀和排风风阀整体结构立体透视图。
图8为本发明新风风阀和排风风阀整体结构外视图。
图9为本发明控制原理图。
具体实施方式
如图2所示，一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置，包括：
传感器组，其分别检测教室室内PM2.5浓度数据、教室室外PM2.5浓度数据、教室室内CO2浓度数据、教室门开闭情况、教室室内温湿度数据；
传感控制器模块，其具备无线通讯功能，传感控制器模块接收传感器组的数据，并对传感器组数据进行处理后生成相应的控制指令；
执行机构模块，包括新风净化系统中新风电机控制器和排风电机控制器，以及新风净化系统中新风风阀控制器和排风风阀控制器，所述新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器均具备无线通讯功能，所述传感控制器模块分别与新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器无线通讯连接，由传感控制器模块将生成的控制指令通过无线方式分别传送至新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器，新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器接收控制指令后控制对应的执行机构执行相应动作，利用新风电机控制器控制新风电机实现新风风量调节和启停，利用排风电机控制器控制排风电机实现排风风量调节和启停，利用新风风阀和排风风阀对新/回风比例进行调节。
传感器组包括：
室内PM2.5传感器，其安装在教室室内以检测室内PM2.5浓度数据；
室外PM2.5传感器，其安装在教室室外以检测室外PM2.5浓度数据；
CO2传感器，其安装在教室室内以检测室内CO2浓度数据；
红外传感器，其安装在教室门上，以检测教室门开闭情况；
温湿度传感器，其安装在教室室内以检测室内温湿度数据。
传感控制器模块，其包括控制器、A/D转换模块、数据采集卡、无线模块，A/D转换模块输入端分别与各个传感器连接，A/D转换模块输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡输出端与控制器输入端口连接，无线模块接入控制的通讯端口，由A/D转换模块将各个传感器的数据转换为数字信号后，再由数据采集卡将数字信号采集至控制器，最后由控制器进行处理并生成相应的控制指令，控制器通过RS485总线连接讲台电脑或接入学校总控系统，统一开启关闭，实现远程智能控制。
如图3、图7、图8所示，新风净化系统中，新风风阀和排风风阀集成于同一壳体1内，壳体1内并行设有两个相同的圆形腔室，以及连通两个圆形腔室相对一侧的中间腔室2，每个圆形腔室前、后侧分别连通有通风口3、4，每个圆形腔室内分别转动安装有圆柱形且内部中空的旋转阀体5，每个圆形腔室底部分别设有驱动对应旋转阀体5转动的电机6，旋转阀体5侧壁沿环向依次开有大风口7、小风口8、多个微风口9，其中大风口7的弧向长度大于小风口8的弧向长度，小风口8的弧向长度大于各个微风口9的弧向长度，各个微风口9的弧向长度相同，且大风口7与最接近的微风口9之间的旋转阀体侧壁弧向长度最长，大风口7与小风口8之间的旋转阀体5侧壁弧向长度次长，小风口8与相邻的微风口之间的旋转阀体5侧壁弧向长度、相邻微风口9之间的旋转阀体5侧壁弧向长度均相等且最小，且大风口7与最接近的微风口9之间的旋转阀体5侧壁弧向长度满足至少能够完全遮挡圆形腔室与中间腔室2之间连通处，大风口7与小风口8之间的旋转阀体5侧壁弧向长度满足至少能够完全遮挡通风口3、4；由其中一个圆形腔室及内部的旋转阀体、电机和通风口构成新风风阀，由另一个圆形腔室及内部的旋转阀体、电机和通风口构成排风风阀，新风风阀一端通风口与新风净化系统的新风进风口连接，新风风阀另一端通风口连通至室外，排风风阀一端通风口与新风净化系统的排风出风口连接，排风风阀另一端通风口连通至室外，壳体1一侧设有新风风阀的电机控制器以及排风风阀的电机控制器10，以新风风阀的电机控制器作为新风风阀控制器，以排风风阀的电机控制器作为排风风阀控制器，新风风阀控制器、排风风阀控制器均具备无线通讯功能，控制器通过无线方式分别与新风风阀控制器、排风风阀控制器无线通讯连接。
如图4、图5、图6、图9所示，在传感控制器的控制逻辑中，以监测门开闭状态的红外传感器为启动命令。当门开启时间超过30秒，室外PM2.5浓度≥50mg/m3，若温差（室内温度传感器读数与基准温度的差值，基准温度设定为23℃）不超过6℃则开启全新风模式，将新风风机调整到最大风量，同时关闭排风风机，向室内大量送入洁净新风，在室内形成相对正压，降低污染物进入室内的量；若门开启时间不超过30s，关闭时间不超过10s，则命令终止，保持设备现有状态，不执行任何操作。若门关闭时间超过10秒，则系统通过室内CO2浓度自动调节运行模式，当室内CO2浓度≥1500ppm时，开启全新风模式，将新风风机调整到最大风量，同时关闭排风风机，向室内大量送入洁净新风，快速降低室内CO2浓度；当室内CO2浓度≥800ppm，<1500ppm时，开启调节模式，两台风机调整到中档风量，系统开始计算前后1min室内平均CO2浓度差值，若≥10ppm，则风阀执行器执行命令：风阀正转10°（新风风阀顺时针旋转10°，排风风阀逆时针旋转10°），若≤-10ppm，则则风阀执行器执行命令：风阀反转10°（新风风阀逆时针旋转10°，排风风阀顺时针旋转10°），若在-10ppm与10ppm之间，则风阀不动作。当室内CO2浓度≤800ppm时，开启全回风模式，新风阀门与排风阀门均关闭，系统通过室内PM2.5浓度控制风机风量，当室内PM2.5浓度≥100mg/m3时，开启风机最大风量；当室内PM2.5浓度<50mg/m3时，关闭风机，降低能耗；当室内PM2.5浓度≥50mg/m3，<100mg/m3时，风机最低风量运行。另当门开启时间超过30秒，若室外PM2.5浓度不超过50mg/m3，系统则以室内CO2浓度作为模式调节依据。考虑到室内外温差较大时，若全新风模式运行，不利于室内温度保持，所以当门开启时间超过30秒，室外PM2.5浓度≥50mg/m3，若温差超过6℃，系统则进入调节模式运行。
Claims (4)
1.一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置，其特征在于：包括：
传感器组，其分别检测教室室内PM2.5浓度数据、教室室外PM2.5浓度数据、教室室内CO2浓度数据、教室门开闭情况、教室室内温湿度数据；
传感控制器模块，其具备无线通讯功能，传感控制器模块接收传感器组的数据，并对传感器组数据进行处理后生成相应的控制指令；
执行机构模块，包括新风净化系统中新风电机控制器和排风电机控制器，以及新风净化系统中新风风阀控制器和排风风阀控制器，所述新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器均具备无线通讯功能，所述传感控制器模块分别与新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器无线通讯连接，由传感控制器模块将生成的控制指令通过无线方式分别传送至新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器，新风电机控制器、排风电机控制器、新风风阀控制器、排风风阀控制器接收控制指令后控制对应的执行机构执行相应动作，利用新风电机控制器控制新风电机实现新风风量调节和启停，利用排风电机控制器控制排风电机实现排风风量调节和启停，利用新风风阀和排风风阀对新/回风比例进行调节。
2.根据权利要求1一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置，其特征在于：所述的传感器组包括：
室内PM2.5传感器，其安装在教室室内以检测室内PM2.5浓度数据；
室外PM2.5传感器，其安装在教室室外以检测室外PM2.5浓度数据；
CO2传感器，其安装在教室室内以检测室内CO2浓度数据；
红外传感器，其安装在教室门上，以检测教室门开闭情况；
温湿度传感器，其安装在教室室内以检测室内温湿度数据。
3.根据权利要求1一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置，其特征在于：所述的传感控制器模块，其包括控制器、A/D转换模块、数据采集卡、无线模块，所述A/D转换模块输入端分别与各个传感器连接，A/D转换模块输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡输出端与控制器输入端口连接，无线模块接入控制的通讯端口，由A/D转换模块将各个传感器的数据转换为数字信号后，再由数据采集卡将数字信号采集至控制器，最后由控制器进行处理并生成相应的控制指令，控制器通过RS485总线连接讲台电脑或接入学校总控系统，统一开启关闭，实现远程智能控制。
4.根据权利要求1一种用于教室新风净化系统的实时自动调节控制装置，其特征在于：新风净化系统中，新风风阀和排风风阀集成于同一壳体内，所述壳体内并行设有两个相同的圆形腔室，以及连通两个圆形腔室相对一侧的中间腔室，每个圆形腔室前、后侧分别连通有通风口，每个圆形腔室内分别转动安装有圆柱形且内部中空的旋转阀体，每个圆形腔室底部分别设有驱动对应旋转阀体转动的电机，所述旋转阀体侧壁沿环向依次开有大风口、小风口、多个微风口，其中大风口的弧向长度大于小风口的弧向长度，小风口的弧向长度大于各个微风口的弧向长度，各个微风口的弧向长度相同，且大风口与最接近的微风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度最长，大风口与小风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度次长，小风口与相邻的微风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度、相邻微风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度均相等且最小，且大风口与最接近的微风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度满足至少能够完全遮挡圆形腔室与中间腔室之间连通处，大风口与小风口之间的旋转阀体侧壁弧向长度满足至少能够完全遮挡通风口；由其中一个圆形腔室及内部的旋转阀体、电机和通风口构成新风风阀，由另一个圆形腔室及内部的旋转阀体、电机和通风口构成排风风阀，新风风阀一端通风口与新风净化系统的新风进风口连接，新风风阀另一端通风口连通至室外，排风风阀一端通风口与新风净化系统的排风出风口连接，排风风阀另一端通风口连通至室外，所述壳体一侧设有新风风阀的电机控制器以及排风风阀的电机控制器，以新风风阀的电机控制器作为新风风阀控制器，以排风风阀的电机控制器作为排风风阀控制器，所述新风风阀控制器、排风风阀控制器均具备无线通讯功能，控制器通过无线方式分别与新风风阀控制器、排风风阀控制器无线通讯连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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