CN109751734A - 基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统及方法，主要包括环境温度监测系统、数据存储显示系统、运算控制系统、风机调节系统和风机。方法主要步骤为：1)环境温度监测系统监测室内建材的温度T。2)数据存储显示系统获取室内建材信息。3)根据以上建材散发预测模型中的参数值，运算得到建材实际环境中污染物实时散发率E。4)输入VOC污染物浓度控制目标C_i。5)计算需求控制通风量Q＇。6)运算控制系统将将需求控制通风量Q＇转化为风机功率P。7)风机调节系统基于风机功率P的计算值调节风机的功率。本发明可实现对室内VOCs污染浓度进行预测并实时调节新风量，以更合理的通风量来实现节能建筑、健康建筑的目标。

Description

基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统及方法

技术领域

本发明涉及室内污染物处理领域，具体是基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统及方法。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的不断提高，室内家装变得复杂多样。而这些家装材料会在使用过程中释放挥发性有机物气体(Volatile organic compounds，简称VOCs)，这些气体对人体健康有着很多不利的影响，比如过敏、哮喘，严重时甚至导致癌症等重大问题。目前来说，解决室内VOCs污染的方法主要有通风稀释、净化吸附和光触媒分解。其中，以通风稀释最为有效，且较为环保经济，因此民用建筑独立新风加空调系统越来越普遍。

发明人发现现有通风系统及方式容易存在以下问题：室内固定通风量模式通风不合理。目前新风量根据GB/T18883、GB50736和GB50189等国家标准中关于人均通风量或者单位面积通风量的默认值进行设定，与实际通风需求不符，可能会产生污染物未及时排除危害人体健康，或者通风量超过实际需求而产生能源浪费的现象。

基于室内VOCs污染浓度的需求控制通风能够使通风量符合实际需求，相对于固定通风量模式更为智能和合理。其依据VOCs浓度进行通风量调控，但是目前市场上用于监测VOCs浓度的传感器普遍精度不高，误差很大，因此用来作为需求控制输入参数非常不可靠，而高精度的VOCs监测仪器十分昂贵，难以应用。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统，主要包括环境温度监测系统、数据存储显示系统，运算控制系统、风机调节系统和风机。

所述环境温度监测系统包括布置在室内建材上的若干温度传感器。

所述环境温度监测系统监测室内建材的温度T，并将室内建材的温度T发送给数据存储显示系统和运算控制系统。

所述数据存储显示系统存储和显示室内建材的温度T。

所述数据存储显示系统中输入有室内建材信息。

所述数据存储显示系统具有建材散发数据库。

所述室内建材信息主要包括建材装修时长t、装修面积A和装修程度α。

所述装修面积A为室内所有可能散发VOCs污染的建材表面积。

所述数据存储显示系统根据室内建材信息，获取建材散发数据，通过得到的建材标准或已知条件下的污染物散发率，计算建材装修程度α，并发送给运算控制系统。

所述运算控制系统对室内建材的温度T和室内建材信息带入建材散发预测模型进行计算，得到建材实际环境中的污染物实时散发率E，从而计算得到需求控制通风量Q＇。

所述运算控制系统基于需求控制通风量Q＇，计算得到风机功率P，并发送给风机调节系统。

所述风机调节系统基于风机功率P调节风机功率。

使用基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统的方法，主要包括以下步骤：

1)在室内布置基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统。

2)环境温度监测系统监测室内建材的温度T，并将室内建材的温度T发送给数据存储显示系统和运算控制系统。

3)基于室内建材信息，从而得到建材标准工况下的污染物散发率E₀，或已知条件的实验测试工况下获得的建材散发率E₁。获取室内装修程度α

优选的，装修程度α计算方法如下所示：

α＝ln(0.241E₀/A)/3.632(1)

式中，E₀为污染物在IA-QUEST等数据库标准工况下的散发率。

优选的，装修程度α计算方法如下所示：

α＝ln(0.01t₁E₁/A T₁ ^0.25)/(28.8-7.5×10³/T₁)(2)

式中，t₁为时间。Q₁为通风量。T₁为室内建材的温度。

其中，t₁时刻VOCs污染物散发率E₁如下所示：

E₁＝Q₁/(∈_v(C₁-C₀))。(3)

式中，C₁为t₁时刻测量得到的建材污染物浓度。

4)建立建材散发预测模型的主要步骤如下：

4.1)根据获取的建材温度T和室内建材信息：建材装修时长t、装修面积A和装修程度α，代入建材散发预测模型参数值中，建材散发预测模型如下所示：

E＝A T^0.25exp[α(28.8-7.5×10³/T)]/(0.01t)(4)

式中，α为装修程度。A为装修面积。

4.2)基于建材散发预测模型，计算得到建材实际环境中的实时散发率E。

5)在数据存储显示系统中输入VOC污染物浓度控制目标C_i。

6)将建材实际环境中的污染物实时散发率E和VOC污染物浓度控制目标C_i输入到运算控制系统中，计算需求控制通风量Q＇。

所述需求控制通风量Q＇如下所示：

Q＇＝Q_h–Q_s。(5)

式中，Q_h为最小通风量。Q_s为渗透风量。

其中，最小通风量Q_h如下所示：

式中，E为污染物实时散发率。C₀为送风口含有的污染物浓度。∈_v为通风效率。

7)运算控制系统将需求控制通风量Q＇传输给数据存储显示系统。

数据存储显示系统显示需求控制通风量Q＇。

基于VOC污染物浓度控制目标C_i和需求控制通风量Q＇，数据存储显示系统建立和显示室内VOCs目标控制预测浓度C_i与通风量的关系图。

8)运算控制系统将将需求控制通风量Q＇转化为风机功率P，并发送给风机调节系统。

所述风机功率P如下所示：

P＝Q＇*p/(3600η1*η2(7)

式中，p为风压。η1为风机效率。η2为机械传动效率。

9)所述风机调节系统基于风机功率P的计算值调节风机的功率。

本发明的技术效果是毋庸置疑的。本发明提供了一种高效经济的需求控制通风模式，目前针对温度的传感器具有技术较为成熟、精度高、成本低、应用广、数据易获取等的优点，建立室内VOCs污染物散发率与室内温度或室内建材信息的关系，从而对室内VOCs污染物进行预测，可以提高需求控制通风的效果。随着建筑信息技术和软件的发展，从设计到施工到运营的信息管理越来越完善，室内建材的信息也更易获取。因此，本发明依据室内建材信息，以及建材VOCs污染散发与温度等环境参数关系的预测模型数据库，可实现对室内VOCs污染浓度进行预测并实时调节新风量，以更合理的通风量来实现节能建筑、健康建筑的目标。

本发明针对室内固定通风量模式不合理，而目前需求控制通风模式所依据的室内VOCs浓度实时监测传感器数据不准确或成本过高的问题，提供了另一种高效经济的需求控制通风解决方案。发明依据建材散发预测模型原理，建立了建材VOCs散发率与温度或室内建材信息关系的模型。可根据室内温度、和室内建材信息等对室内建材散发率，以及一定通风量下的室内污染物浓度进行预测，从而实时推算出满足污染物目标浓度的合理通风量。相对于固定通风量调节具有明显优势。

附图说明

图1为需求控制通风系统示意图；

图2为需求控制通风方法的流程图；

图3为用户端显示的建筑某温度下室内甲醛浓度与换气次数设定值的关系图；

图4为固定量通风效果图；

图5为需求控制通风效果图；

图中：环境温度监测系统1、数据存储显示系统2，运算控制系统3和风机调节系统4。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1和图2，基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统，主要包括环境温度监测系统1、数据存储显示系统2，运算控制系统3、风机调节系统4和风机。

所述环境温度监测系统1包括布置在室内建材上的若干温度传感器。

所述传感器包括但不限于膨胀式、电阻式和热电偶式，传感器的测量范围和精度满足GB/T 50785-2012《民用建筑室内热湿环境评价标准》、JGJT 347-2014《建筑热环境测试方法标准》等国家标准要求，温度测量范围-10℃～50℃，测量精度±0.5℃。当建材不明显受到热辐射源影响时，建材温度取值T(k)可采用室内空气温度T＇(k)的测量值。

所述环境温度监测系统1监测室内建材的温度T，并将室内建材的温度T发送给数据存储显示系统2和运算控制系统3。

所述数据存储显示系统2存储和显示室内建材的温度T。

所述数据存储显示系统2中输入有或预存储有室内建材信息。

所述数据存储显示系统2具有建材散发数据库。建材散发数据库主要包括来源于加拿大国家研究委员会公布的IA-QUEST数据库、或通过已知条件工况下的实验测试得到的数据库。

已知条件工况下的实验测试得到的数据库中存储t₁时刻VOCs污染物散发率E₁。

所述室内建材信息主要包括建材装修时长t、装修面积A、装修程度α。

所述装修面积A为室内所有可能散发VOCs污染的建材表面积。

装修时长t(d)为室内装修完成到目前的时间天数，可在计算机3输入或者调用建筑信息系统的装修完成日期进行实时自动计算天数。装修面积A(m²)为室内所有可能散发VOCs污染的建材表面积，由建筑信息系统调用或者进行统计估算。装修程度α由建材散发数据库或实验测试数据库进行确定，若此类数据库或实验条件缺乏时，可对装修程度α进行估算。装修程度α取值如下：轻度装修或者环保材料0<α<1,普通装修或者普通材料α＝1,重度装修或者劣质材料α>1。

所述数据存储显示系统2根据室内建材信息，获取建材散发数据，从而根据建材标准或已知条件下的污染物散发率，得到建材装修程度α，并发送给运算控制系统3。

所述运算控制系统3对室内建材的温度T和室内建材信息代入建材散发预测模型进行计算，得到建材实际环境中的污染物实时散发率E，从而计算得到需求控制通风量Q＇。

所述运算控制系统3基于需求控制通风量Q＇，计算得到风机功率P，并发送给风机调节系统4。

所述运算控制系统3为计算机。

所述风机调节系统4基于风机功率P调节风机功率。

实施例2：

参见图2至图5，使用基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统的方法，主要包括以下步骤：

1)在室内布置基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统。

2)环境温度监测系统1监测室内建材的温度T，并将室内建材的温度T发送给数据存储显示系统2和运算控制系统3。

3)基于室内建材信息，从而得到建材标准工况下的污染物散发率E₀，或已知条件的实验测试工况下获得的建材散发率E₁。获取室内装修程度α。

装修程度α计算方法如下所示，两者二选一：

I)通过建材散发数据库如加拿大国家研究委员会公布的IA-QUEST数据库等，得到污染物在标准工况下的散发率E₀，并根据以下公式计算装修程度α：

α＝ln(0.241E₀/A)/3.632

II)当可获得某房间室内污染物浓度检测数据时，如建筑装修验收时或建筑运行时权威机构的检测数据，可以由以下方法计算α值：

α＝ln(0.01t₁E₁/A T₁ ^0.25)/(28.8-7.5×10³/T₁)(2)

式中，t₁为时间。Q₁为通风量。T₁为室内建材的温度。

其中，t₁时刻VOCs污染物散发率E₁如下所示：

E₁＝Q₁/(∈_v(C₁-C₀))。(3)

式中，C₁为t₁时刻测量得到的建材污染物浓度。

4)根据获取的建材温度T和室内建材信息：建材装修时长t、装修面积A和装修程度α，代入建材散发预测模型参数值中，建材散发预测模型如下所示：

E＝A T^0.25exp[α(28.8-7.5×10³/T)]/(0.01t)(1)

式中，A为装修面积。α为装修程度，可由步骤3)中方法计算，也可由经验估算，通常为1。

计算得到建材实际环境中的污染物实时散发率E。

4)在数据存储显示系统2中输入VOC污染物浓度控制目标C_i(μg/m³)，可选择调用预设值为国家标准GB/T18883《室内空气质量标准》以及T/ASC02《健康建筑评价标准》最新现行版本规定值。

5)将建材实际环境中的污染物实时散发率E和和VOC污染物浓度控制目标C_i输入到运算控制系统3中，计算需求控制通风量Q＇。

所述需求控制通风量Q＇如下所示：

Q＇＝Q_h–Q_s。(4)

式中，Q_h为最小通风量。Q_s为渗透风量。

其中，最小通风量Q_h如下所示：

式中，E为实际环境中污染物的实时散发率。C₀为送风口含有的污染物浓度。∈_v为通风效率，取值由室内通风系统性能决定。

6)运算控制系统3将需求控制通风量Q＇传输给数据存储显示系统2。

数据存储显示系统2显示需求控制通风量Q＇。

基于VOC污染物浓度控制目标C_i和需求控制通风量Q＇，数据存储显示系统2建立和显示室内VOCs目标控制预测浓度C_i与通风量的关系图。

图3中，max Ca表示甲醛浓度，air exchange rate表示换气次数。

7)运算控制系统3将将需求控制通风量Q＇(m³/h)转化为风机功率P，并发送给风机调节系统4。

所述风机功率P(W)如下所示：

P＝Q＇*p/(3600η1*η2 (6)

式中，p为风压(pa)，由风机系统设计参数确定。η1为风机效率，可取0.719至0.8。η2为机械传动效率，对于三角带传动取0.95，对于联轴器传动取0.98。

8)所述风机调节系统4基于风机功率P的计算值调节风机的功率。

由于污染物的散发速率极大的受到温度的影响，在固定风量通风模式下，污染物散发速率受温度影响提高后，室内VOCs污染物的浓度超过了国家标准限值，危害人体健康。而相对于固定风量通风，需求控制通风能够使污染物始终在目标浓度范围内，而且24小时总的通风量和固定通风模式比并没有明显增加。所以，基于VOCs散发预测模型的需求控制通风可以以更合理的通风量改善室内健康，同时具有不增加通风能耗的优点。

Claims (8)

1.基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统，其特征在于：主要包括环境温度监测系统(1)、数据存储显示系统(2)、运算控制系统(3)、风机调节系统(4)和所述风机；

所述环境温度监测系统(1)包括布置在室内建材上的若干温度传感器。

所述环境温度监测系统(1)监测室内建材的温度T，并将室内建材的温度T发送给数据存储显示系统(2)和运算控制系统(3)；

所述数据存储显示系统(2)存储和显示室内建材的温度T；

所述数据存储显示系统(2)中输入有室内建材信息；

所述数据存储显示系统(2)根据室内建材信息，获取建材装修时长t和装修面积A，并通过建材标准工况下的污染物散发率E₀或已知条件实验测试工况下的污染物散发率E₁，计算室内装修程度α，同时发送给运算控制系统(3)；

所述运算控制系统(3)根据建材散发预测模型，对室内建材的温度T和室内建材信息进行计算，得到实际环境中的污染物实时散发率E，从而计算需求控制通风量Q＇；

所述运算控制系统(3)基于需求控制通风量Q＇，计算得到风机功率P，并发送给风机调节系统(4)；

所述风机调节系统(4)基于风机功率P调节风机功率。

2.根据权利要求1所述的基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统，其特征在于：所述室内建材信息主要包括建材装修时长t、装修面积A和装修程度α；

所述装修面积A为室内所有可能散发VOCs污染的建材表面积。

3.根据权利要求1或2所述的基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统，其特征在于：所述数据存储显示系统(2)具有建材散发数据库，建材散发数据库中存储建材标准工况下的散发率E₀。

4.使用权利要求1至3所述基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

1)在室内布置基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统；

2)环境温度监测系统(1)监测室内建材的温度T，并将室内建材的温度T发送给数据存储显示系统(2)和运算控制系统(3)；

3)基于室内建材信息，获取建材装修时长t、装修面积A和装修程度α，并输入到建材预测模型参数值中；通过室内建材的温度T和室内建材信息可得到建材实际环境中的实时散发率E。

4)在数据存储显示系统(2)中输入VOC污染物浓度控制目标C_i；

5)将根据预测模型得到的建材实际环境中的实时散发率E和VOC污染物浓度控制目标C_i输入到运算控制系统(3)中，计算需求控制通风量Q＇；

所述需求控制通风量Q＇如下所示：

Q＇＝Q_h–Q_s； (1)

式中，Q_h为最小通风量；Q_s为渗透风量；

其中，最小通风量Q_h如下所示：

式中，E为实际环境中的污染物实时散发率；C₀为送风口含有的污染物浓度；∈_v为通风效率；

6)运算控制系统(3)将需求控制通风量Q＇传输给数据存储显示系统(2)；

数据存储显示系统(2)显示需求控制通风量Q＇；

7)运算控制系统(3)将将需求控制通风量Q＇转化为风机功率P，并发送给风机调节系统(4)；

所述风机功率P如下所示：

P＝Q＇*p/(3600η1*η2 (3)

式中，p为风压；η1为风机效率；η2为机械传动效率；

8)所述风机调节系统(4)基于风机功率P计算值调节风机的功率。

5.根据权利要求4所述的使用基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统的方法，其特征在于，建立建材散发预测模型的主要步骤如下：

1)将获取的建材温度T、建材装修时长t、装修面积A和装修程度α，代入建材散发预测模型参数值中，从而建立建材散发预测模型；

建材散发预测模型如下所示：

E＝AT^0.25exp[α(28.8-7.5×10³/T)]/(0.01t)(4)

式中，α为装修程度；A为装修面积。

2)基于建材散发预测模型，计算得到实际环境中的污染物实时散发率。

6.根据权利要求5所述的使用基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统的方法，其特征在于，装修程度α如下所示：

α＝ln(0.00241t₁E₀/A)/3.632 (5)

式中，E₀为建材散发数据库中存储的污染物散发率。

7.根据权利要求5所述的使用基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统的方法，其特征在于，装修程度α如下所示：

α＝ln(0.01t₁E₁/AT₁ ^0.25)/(28.8-7.5×10³/T₁) (6)

式中，t₁为建材装修时长；Q₁为通风量；T₁为室内建材的温度；

其中，t₁时刻VOCs污染物散发率E₁如下所示：

E₁＝Q₁/(∈_v(C₁-C₀))； (7)

式中，C₁为t₁时刻测量得到的建材污染物浓度。

8.根据权利要求4所述的使用基于室内VOCs散发预测的需求控制通风系统的方法，其特征在于：基于VOC污染物浓度控制目标C_i和需求控制通风量Q＇，数据存储显示系统(2)建立和显示室内VOCs目标控制预测浓度C_i与通风量的关系图。