CN108386964A - 一种降低厨房污染物水平的自然通风控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种降低厨房污染物水平的自然通风控制方法，包括如下步骤：首先，实时监测室外的风速风向数据；其次，搭建污染物多区域网络模型平台；再次，微处理器按照住户设置的房间优先级，选择最低浓度水平对应的工况作为最优工况；然后，人机交互面板列出最优工况下建筑门窗开闭状态控制策略，住户通过人机交互面板选择是否按照控制策略，以此控制门窗开关控制模块，其中PM2.5传感器检测值小于限值时，微处理器发出结束通风策略的指令。本发明方法利用自然通风改善室内空气品质，高效且节能环保。

Description

一种降低厨房污染物水平的自然通风控制方法

技术领域

本发明涉及室内空气品质评价与反馈控制领域，特别是涉及一种降低厨房污染物水平的自然通风控制方法。

背景技术

研究表明，人类有超80％的时间在室内度过，因此室内空气品质的优劣直接影响到人类的生存健康，特别地，家庭住宅内烹饪活动过程产生的大量燃烧产物以及油烟颗粒物，严重影响住宅内空气品质。

为改善厨房内空气品质，授权公开号CN206001580U发明了一种带个性化空气净化器的油烟机，该装置能够有效降低厨房内污染物水平，但并未解决由于厨房污染物传播导致的其他房间空气品质问题，为此授权公开号CN104896694A公开了一种室内空气品质调节系统，虽然该系统能够通过引入新风整体改善室内空气品质，但其较高的能耗使得其适用性受到较大的限制。与此同时，自然通风以其较佳的适用性及节能性优点，越来越被更多的研究者重视。本发明充分利用自然通风对室内污染物的稀释作用，通过围护结构的阻挡对自然通风的流向进行有效地控制，达到控制污染物传播方向和速率的目的，从而使得住宅污染物控制高效且节能。

发明内容

本发明的目的在于克服目前室内空气品质控制技术的缺陷，提出一种降低厨房污染物水平的自然通风控制方法，引入自然通风对室内空气品质进行改善，并通过控制不同门窗启闭状态来改变自然通风的流向和流速，以此改变污染物传播的途径，达到对居住住宅室内控制品质进行有目的性控制的效果。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种降低厨房污染物水平的自然通风控制方法，包括如下步骤：

1)实时监测室外的风速风向数据，并通过无线传输模块将数据传输到污染物多区域网络模型平台；

2)搭建污染物多区域网络模型平台：

(1)结合风速风向数据，调用住宅模型数据库和围护结构气密性数据库，对建筑围护结构的门窗开关状态进行排列组合设定计算工况；

(2)计算各工况下室内污染物浓度水平；

(3)将不同工况下室内污染物浓度水平值传送到微处理器内进行比较分析；

3)确定最优工况：微处理器得到不同工况下室内污染物浓度水平值后，按照住户在人机交互面板设置的房间优先级，根据污染物浓度水平进行排序比较，选择最低浓度水平对应的工况作为最优工况；

4)人机交互面板列出最优工况下建筑门窗开闭状态控制策略，住户通过人机交互面板选择全部接受建议或拒绝接受建议值，控制门窗开关控制模块。

所述步骤2)搭建污染物多区域网络模型平台，具体步骤如下：

(1)建筑数学模型的搭建：在获得住宅模型数据库提供的建筑房间尺寸后，绘制建筑物理模型，对于不同房间之间的通道，通过调用围护结构气密性数据库的数据，对不同通道进行数学模型设定，完成了建筑数学模型的搭建；

(2)获取各个房间之间通风量：在获得室外风速风向数据后，通过模型平台计算室外风作用在建筑外围护结构上的压力，利用外围护结构门窗两侧的压差计算室内外间通风量，同样地，通过建筑住宅内门窗两侧的压差计算各个房间之间的通风量；

(3)在获取各个房间之间通风量后，依据质量平衡原理，计算在污染源存在时室内污染物的传播导致的各个房间内污染物浓度水平的变化；

(4)对建筑围护结构的门窗开关状态进行排列组合设定计算工况，并将不同工况下室内污染物浓度水平值传送到微处理器内进行比较分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明引入自然通风对室内污染物水平进行有效的控制，避免了用新风净化设备产生额外的能源消耗，具有较好的节能环保效益。

2、本发明对不同门窗启闭状态组合下污染物浓度水平进行比较计算，给出烹饪时最佳的门窗启闭组合，能够在烹饪时最大限度地保证房间内的空气品质，最大限度降低厨房污染物对其他房间空气品质的影响，具有较好的针对性和实用性。

附图说明

图1本发明基于控制系统原理框图；

图2本发明基于控制系统的装置布置示意图。

附图说明：

1-建筑物、2-厨房、3-风速传感器、4-风向传感器、5-无线传输模块、6-终端、7-PM2.5传感器、8-微处理器、9-人机交互面板、10-门窗开关控制模块；

a-围护结构气密性数据库、b-住宅模型数据库、c-污染物传播多区域网络模型平台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明一种降低厨房污染物水平的自然通风控制方法，包括如下步骤：

1)实时监测室外的风速风向数据，并通过无线传输模块将数据传输到污染物多区域网络模型平台；

2)搭建污染物多区域网络模型平台：首先结合风速风向数据，调用住宅模型数据库和围护结构气密性数据库，对建筑围护结构的门窗开关状态进行排列组合设定计算工况，计算各工况下室内污染物浓度水平，并将不同工况下室内污染物浓度水平值传送到微处理器内进行比较分析；

3)微处理器得到不同工况下室内污染物浓度水平值后，按照住户在人机交互面板设置的房间优先级，根据污染物浓度水平进行排序比较，选择最低浓度水平对应的工况作为最优工况；

4)人机交互面板列出最优工况下建筑门窗开闭状态控制策略，住户通过人机交互面板选择全部接受建议或拒绝接受建议值，控制门窗开关控制模块。

所述步骤2)搭建污染物多区域网络模型平台，具体步骤如下：

(1)搭建建筑数学模型的：在获得住宅模型数据库提供的建筑房间尺寸后，绘制建筑物理模型，对于不同房间之间的通道，通过调用围护结构气密性数据库的数据，对不同通道进行数学模型设定，完成建筑数学模型的搭建；

(2)获取各个房间之间通风量：在获得室外风速风向数据后，通过模型平台计算室外风作用在建筑外围护结构上的压力，利用外围护结构门窗两侧的压差计算室内外间通风量，同样地，通过建筑住宅内门窗两侧的压差计算各个房间之间的通风量；

(3)在获取各个房间之间通风量后，依据质量平衡原理，计算在污染源存在时室内污染物的传播导致的各个房间内污染物浓度水平的变化；

(4)对建筑围护结构的门窗开关状态进行排列组合设定计算工况，并将不同工况下室内污染物浓度水平值传送到微处理器内进行比较分析。

图1为本发明基于控制系统的原理框图，基于控制系统的装置布置示意图如图2所示，基于的控制系统，包括风速传感器3、风向传感器4、无线传输模块5、终端6、PM2.5传感器7、微处理器8、人机交互面板9以及门窗开关控制模块10，所述终端6上安装有围护结构气密性数据库a、住宅模型数据库b和污染物传播多区域网络模型平台c，所述住宅模型数据库b存储住宅建筑平面布局及相应房间尺寸信息，所述围护结构气密性数据库a存储着对应不同建筑类型下围护结构在不同状态下的气密性值；所述风速传感器3和风向传感器4通过无线传输模块5传输室外的风速风向数据至污染物传播多区域网络模型平台c；所述污染物传播多区域网络模型平台c通过调用围护结构气密性数据库a、住宅模型数据库b和输入的室外风速风向数据，完成建筑数学模型搭建,计算得出通风策略传给微处理器8；所述PM2.5传感器7放置在厨房2内，通过ZigBee通讯协议与微处理器8进行通信，本实施例中所述PM2.5传感器7采用市面上销售的AGS-V8光散射原理的PM2.5传感器；所述微处理器8将通风策略比较出最优组合后，通过人机交互面板9发生指令控制门窗开关控制模块10，所述门窗开关控制模块10执行通风策略，控制住宅各个门窗的启闭；当PM2.5传感器7的检测值小于限值时，微处理器8发出结束通风策略的指令。

本实施例中所述微处理器8采用MICROCHIP制造的ATMEGA8-16AU；所述人机交互面板9采用HITECH公司生产的触摸屏面板；住户通过人机交互面板9自定义发送操作指令控制门窗开关。

本实施例中所述风速传感器3，风向传感器4以及无线传输模块5放置在建筑物1顶处，风速传感器3与风向传感器4分别与无线传输模块5进行连接通信；

本实施例中风速传感器3与风向传感器4采用市面上销售的FC-5SX风速风向传感器，无线传输模块5选用GSM4G模块，该模块采用4G网络实现数据通信，通信速度快，通信灵活，数据传输效率较高；

所述无线传输模块5通过无线网络将监测的室外风速风向数据传输到污染物传播多区域网络模型平台c，结合住宅模型数据库b与围护结构气密性数据库a的数据进行污染物传播多区域网络模型平台c的搭建；

所述住宅模型数据库b存储住宅建筑平面布局及相应房间尺寸信息，主要包括建筑各个房间之间的连接关系，各个房间的体积，房间之间的连通通道(如门、窗)以及建筑的朝向等信息，通过该数据库确定污染物传播多区域网络模型平台计算的物理模型，确定建筑平面布局；

所述围护结构气密性数据库a存储着对应不同建筑类型下围护结构在不同状态下的气密性值，该值表征建筑围护结构的通风特性，对于门、窗等通道在不同的开启状态下有着不同的数值选取，结合该值的选取以及室外风速风向数据的输入，完成污染物传播多区域网络模型平台计算的数学模型搭建；

所述微处理器8在得到不同工况下室内污染物浓度水平值后，按照住户在人机交互面板9设置的房间优先级，对各种工况下该房间污染物浓度水平进行排序比较，选择最低浓度水平对应的工况作为最优工况；

所述人机交互面板9用于显示住户关注的信息，并通过该面板对系统进行控制；详细地来说，人机交互面板9分别列出最优工况下建筑各个门窗开闭状态控制策略，住户通过人机交互面板9选择全部接受建议或拒绝接受建议值，以此对门窗开关控制模块10进行控制；

所述门窗开关控制模块10通过执行从人机交互面板9传入的命令进行门窗启闭控制，达到改变门窗启闭状态的目的。

本发明在厨房区域安装PM2.5传感器7对厨房内污染物浓度进行实时监测，在启动该系统后，PM2.5传感器7将检测的污染物浓度数据传输至微处理器8，通过对浓度变化进行分析，当浓度值低于设定值时通过人机交互面板9提示住户无需考虑厨房污染物传播的影响，可解除对门窗启闭状态的限制。

进一步地，住户也可通过人机交互面板9自定义发送操作指令控制门窗开关。

下面列举一个具体实施例，对本发明进行说明：

从住宅模型数据库中选取一普通户型家庭住宅作为说明载体，共设有七个功能房间，即在污染物传播多区域网络模型平台中设置七个区域，住宅模型数据库采用酷家乐公司收集的户型数据，该数据库包含我国大多数城市小区或楼盘户型数据，用户可以按照合适的房型或面积进行选择。对于各个房间之间的通道(本实施例中共2扇门、1扇窗)，通过调用围护结构气密性数据库的数据，对不同通道进行数学模型设定，围护结构气密性数据库是依据美国采暖，制冷与空调工程师学会标准(ASHRAE 1997 HVAC FundamentalsHandbook)中的气密性标准进行收集的，其中主要包括建筑围护结构中门、窗等按照其材质及类型给出的有效渗透面积推荐值数据，门窗启闭状态的不同体现在有效渗透面积推荐值的不同。风速传感器，风向传感器以及无线传输模块放置在建筑物顶处，用于实时监测室外的风速风向数据，并通过无线传输模块将数据传输到污染物多区域网络模型平台，结合该数据进行建筑各个房间之间通风的计算。通过在模型厨房区域内设置污染物散发强度，以此模拟实际住户在烹饪时产生的油烟污染物。根据质量平衡原理。污染物传播多区域网络模型平台进一步计算出由于房间之间的通风导致厨房区域内污染物传播到其他房间的量，以此计算在一个工况下各个房间内污染物浓度水平。进一步地污染物传播多区域网络模型平台针对建筑围护结构的门窗开关状态进行排列组合设定计算工况，对于本实施例按照门窗启闭状态组合共有2³＝8种组合形式，分别计算出各种门窗启闭组合工况下每个房间内的污染物浓度水平，并将计算结果传输到微处理器内进行比较分析。按照住户在人机交互面板上设置的房间考虑优先级，如优先考虑客厅内的污染物浓度水平，则微处理器按照客厅内污染物浓度值对8种工况从小到大进行排列，将最低浓度水平对应的工况作为最优工况，并将该工况下各个房间的启闭状态在人机交互面板上显示，以此作为指导住户烹饪时门窗启闭状态设置的指导性建议。住户通过人机交互面板选择全部接受建议或拒绝接受建议，以此确定烹饪过程中门窗的启闭状态。微处理器通过ZigBee通信协议将设定的门窗启闭状态信息传输到门窗开关控制模块，该模块按照控制指令控制门窗的启闭，达到改变门窗状态的目的。

安装在厨房内的PM2.5传感器用来检测厨房内污染物浓度，并将检测的数据通过ZigBee通信协议传输到微处理器与设定值进行比较分析，如果检测值高于设定值，则在人机交换面板上通过指示灯的方式提醒用户采取门窗启闭状态指导性建议有利于降低室内污染物浓度水平，当检测值低于设定值时，则提醒用户室内污染物浓度水平已经不再受厨房污染物的影响，此时用户可以根据自我喜好选择各个门窗启闭状态，解除对门窗启闭状态的限制。

应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种降低厨房污染物水平的自然通风控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)实时监测室外的风速风向数据，并通过无线传输模块将数据传输到污染物多区域网络模型平台；

2)搭建污染物多区域网络模型平台：

(1)结合风速风向数据，调用住宅模型数据库和围护结构气密性数据库，对建筑围护结构的门窗开关状态进行排列组合设定计算工况；

(2)计算各工况下室内污染物浓度水平；

(3)将不同工况下室内污染物浓度水平值传送到微处理器内进行比较分析；3)确定最优工况：微处理器得到不同工况下室内污染物浓度水平值后，按照住户在人机交互面板设置的房间优先级，根据污染物浓度水平进行排序比较，选择最低浓度水平对应的工况作为最优工况；

4)人机交互面板列出最优工况下建筑门窗开闭状态控制策略，住户通过人机交互面板选择全部接受建议或拒绝接受建议值，控制门窗开关控制模块。

2.根据权利要求1所述的降低厨房污染物水平的自然通风控制方法，其特征在于，所述步骤2)搭建污染物多区域网络模型平台，具体步骤如下：

(1)搭建建筑数学模型：在获得住宅模型数据库提供的建筑房间尺寸后，绘制建筑物理模型，对于不同房间之间的通道，通过调用围护结构气密性数据库的数据，对不同通道进行数学模型设定，完成建筑数学模型的搭建；

(2)获取各个房间之间通风量：在获得室外风速风向数据后，通过模型平台计算室外风作用在建筑外围护结构上的压力，利用外围护结构门窗两侧的压差计算室内外间通风量，同样地，通过建筑住宅内门窗两侧的压差计算各个房间之间的通风量；

(3)在获取各个房间之间通风量后，依据质量平衡原理，计算在污染源存在时室内污染物的传播导致的各个房间内污染物浓度水平的变化；

(4)对建筑围护结构的门窗开关状态进行排列组合设定计算工况，并将不同工况下室内污染物浓度水平值传送到微处理器内进行比较分析。