CN110554722A - 高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统及方法，传感器用于监控人员进出情况和采集环境参数，人员进出情况包括进出生活区的内门和进出过渡区的外门的门禁是否开合、过渡区和生活区内是否有人进出，环境参数包括室外气压、过渡区的气压以及生活区的气压、温湿度、氧气浓度和烟雾；执行设备包括门禁、调节气压的阀门以及用于调节过渡区气压和生活区的气压、温湿度和氧气浓度的空气加压设备、加湿器、加热设备和蜂鸣器；主控模块根据人员进出情况和环境参数控制对应执行设备工作使室内的环境参数处于预设范围内、使人员进去处于可控状态下并保障居住空间内人员安全。能为高海拔地区的增压补氧居住空间提供适宜居住和安全环境，节约了能源，避免了人员在不同环境下的快速切换。

Description

高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统及方法

技术领域

本发明属于高海拔地区建筑设计施工领域，具体涉及一种高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统及方法。

背景技术

高海拔地区气压低、含氧量少，人员，尤其是低海拔地区人员，在高海拔地区短期或长期居住以及进行一定程度的运动时，一般都会存在高原缺氧，人员易出现各种高原病，严重危害人员的身心健康和工作效率，为了解决此问题，需要进行局部增压补氧。目前，局部增压补氧一般为弥散式供氧或集中吸氧，仅能在一定程度上缓解高原反应，低压环境持续存在，为了彻底解决上述问题，需要设置增压补氧居住空间，尤其需要一套环境控制系统维持室内的气压，为增压补氧居住空间提供适宜居住环境，最好还能降低运行成本，方便长期居住。

发明内容

本发明的目的是提供一种高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统及方法，能为高海拔地区的增压补氧居住空间提供适宜居住环境，节约了能源，避免了人员在不同环境下的快速切换。

本发明所采用的技术方案是：

一种高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统，包括传感器、输入/输出模块、执行设备、主控模块、显示终端和电源模块；传感器用于监控人员进出情况和采集环境参数，人员进出情况包括进出生活区的内门和进出过渡区的外门的门禁是否开合、过渡区和生活区内是否有人进出，环境参数包括室外气压、过渡区的气压以及生活区的气压、温湿度、氧气浓度和烟雾；输入/输出模块用于处理传感器的数据并上传给主控模块以及处理主控模块下达的控制指令并下发给执行设备；执行设备包括蜂鸣器、门禁、调节气压的阀门以及用于调节过渡区气压和生活区气压、温湿度和氧气浓度的空气加压设备、加湿器和加热设备；主控模块用于接收储存环境参数，并根据人员进出情况和环境参数下发控制指令，控制对应执行设备工作使室内的环境参数处于预设范围内、使人员进出处于可控状态下并保障居住空间内人员安全；显示终端用于显示环境参数且用户能通过显示终端控制室内环境；电源模块用于为整个系统提供电源。

进一步地，显示终端为服务器电脑、触摸屏或手机，显示的参数为室外气压、过渡区的气压以及生活区的气压、温湿度、氧气浓度，人员通过显示终端控制室内温湿度。

进一步地，主控模块控制相应执行设备工作使室内的环境参数处于预设范围内时，步骤为，运行空气加压设备，判断采集的室内气压值是否可靠，取可靠值平均室内气压，通过平均室内气压与设定气压比较，调节生活区内用于泄压的阀门开度，改变生活区气压；运行加湿器，判断采集的湿度值是否可靠，取可靠值平均湿度，通过平均湿度与设定湿度比较，调节加湿器功率，改变生活区湿度；运行加热设备，采集加热设备表面温度和生活区空气温度，判断采集的温度值是否可靠，取可靠值平均温度，通过平均温度与设定温度比较，调节加热设备功率，改变生活区温度。

进一步地，空气加压设备通过进风管向生活区输送新风，进风管末端通过三通换向阀分为可切换的两路，第一路与生活区内地板面层下方的静压箱连通、第二路与送风管连通，送风管位于静压箱内且分布有送风孔，地板面层上分布有旋流风口；开始时，第一路开启、第二路关闭，正压室进风，进风气压上升至P2时，第一路关闭、第二路开启，直到进气气压上升至P1并继续保持，其中，P2＝P1-ΔP，P1为设定的进气气压，ΔP为送风管承压能力。

进一步地，主控模块控制对应执行设备工作使人员进出处于可控状态下并保障居住空间内人员安全时，步骤为，当室内气压超过安全的气压上限时，控制器控制蜂鸣器发出警报，并开启安全阀；当室内发生烟雾报警时，控制器控制蜂鸣器发出警报，安全阀打开泄压，所有的门都成了自由开关的手动状态，人员可手动开启门进行逃生。

上述的高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统的高海拔地区增压补氧居住空间环境控制方法，包括步骤：

S1.人员进入时，主控模块判断过渡区和外部气压是否一致、内门门禁是否关闭，如符合要求，打开外门门禁进入过渡区，关闭外门；监控到人员进入过渡区并确认外门关闭后，主控模块控制空气加压设备、加湿器和加热设备进入工作状态，并控制空气加压设备为过渡区加压，过渡区气压与生活区一致时，确认外门关闭状态打开内门门禁，人员进入生活区，关闭内门；

S2.主控模块控制空气加压设备、加湿器和加热设备持续工作，通过控制阀门开度以及加湿器和加热设备的功率，使生活区环境保持预设状态；

S3.人员外出时，控制器判断采集的过渡区气压与生活区是否一致，一致则打开内门门禁，不一致则控制空气加压设备为过渡区加压直至一致；监控到人员进入过渡区后，关闭内门；主控模块打开过渡区用于泄压的阀门，控制器判断过渡区气压与室外一致后，打开外门门禁，人员进入室外；监测到过渡区无人后，关闭外门；

S4.监测到人员全部外出以后，执行设备进入低功耗工作模式。

本发明的有益效果：

根据局部增压理论，增加局部环境气压，就相当于降低海拔高度，空气中的氧气浓度也随之增加，该系统能控制高海拔(包括但不限于3000以上)地区的增压补氧居住空间(增压补氧居住空间可以应用在多种场合，如，景区休息室、远离人烟的哨所等)的环境参数处于预设范围内，保持室外气压、过渡区的气压以及生活区的气压、温湿度和氧气浓度处于适宜状态，即提供了适宜居住环境(室内气压和氧气浓度等同于海拔3000米及以下的水平)，彻底改善高海拔地区低压、低氧的生存状态，缓解高原缺氧疾病；而且主控模块根据人员进出情况和环境参数下发控制指令，可以在人员外出时低能耗、进入时保持工作能耗，降低各执行设备的能耗，节约能源，具有低碳环保优点，同时对过渡区和生活区保持气压协调，避免了人员进出时环境的快速切换，不能适应。

附图说明

图1是本发明实施例的结构框图。

图2是本发明实施例中生活区的气流组织图。

图3是本发明实施例中人员进入时的控制流程图(图中内阀指生活区上的阀门，外阀指过渡区上的阀门)。

图4是本发明实施例中人员位于生活区内时室内温度的控制流程图。

图5是本发明实施例中人员位于生活区内时室内湿度的控制流程图。

图6是本发明实施例中人员位于生活区内时室内气压的控制流程图。

图7是本发明实施例中人员位于生活区内时三通换向阀的控制流程图。

图8是本发明实施例中人员外出时的控制流程图(图中内阀指生活区上的阀门，外阀指过渡区上的阀门)。

图中：1-阀门；2-进风管；3-三通换向阀；4-静压箱；5-送风管；6-送风孔；7-地板；8-旋流风口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统，包括传感器、输入/输出模块、执行设备、主控模块、显示终端和电源模块；传感器用于监控人员进出情况和采集环境参数，人员进出情况包括进出生活区的内门和进出过渡区的外门的门禁是否开合(通过门磁状态反映)、过渡区和生活区内是否有人进出(通过人体传感器反映)，环境参数包括室外气压、过渡区的气压以及生活区的气压、温湿度、氧气浓度、烟雾等；输入/输出模块用于处理传感器的数据并上传给主控模块以及处理主控模块下达的控制指令并下发给执行设备；执行设备包括蜂鸣器、门禁、调节气压的阀门以及用于调节过渡区气压和生活区气压、温湿度和氧气浓度的空气加压设备、加湿器和加热设备等；主控模块用于接收储存环境参数，并根据人员进出情况和环境参数下发控制指令，控制对应执行设备工作使室内的环境参数处于预设范围内、使人员进出处于可控状态下并保障居住空间内人员安全；显示终端用于显示环境参数且用户能通过显示终端控制室内环境；电源模块用于为整个系统提供电源。根据局部增压理论，增加局部环境气压，就相当于降低海拔高度，空气中的氧气浓度也随之增加，该系统能控制高海拔(包括但不限于3000以上)地区的增压补氧居住空间(增压补氧居住空间可以应用在多种场合，如，景区休息室、远离人烟的哨所等)的环境参数处于预设范围内，保持室外气压、过渡区的气压以及生活区的气压、温湿度和氧气浓度处于适宜状态，即提供了适宜居住环境(室内气压和氧气浓度等同于海拔3000米及以下的水平)，彻底改善高海拔地区低压、低氧的生存状态，缓解高原缺氧疾病；而且主控模块根据人员进出情况和环境参数下发控制指令，可以在人员外出时低能耗、进入时保持工作能耗，降低各执行设备的能耗，节约能源，具有低碳环保优点，同时对过渡区和生活区保持气压协调，避免了人员进出时环境的快速切换，不能适应。

在本实施例中，显示终端为服务器电脑、触摸屏或手机，显示的参数为室外气压、过渡区的气压以及生活区的气压、温湿度、氧气浓度，人员通过显示终端控制室内温湿度。

上述高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统的控制方法，包括步骤：

S1.如图3所示，人员进入时，主控模块判断过渡区和外部气压是否一致、内门门禁是否关闭，如符合要求，打开外门门禁进入过渡区，关闭外门；监控到人员进入过渡区并确认外门关闭后，主控模块控制空气加压设备、加湿器和加热设备进入工作状态，并控制空气加压设备为过渡区加压，过渡区气压与生活区一致时，确认外门关闭状态打开内门门禁，人员进入生活区，关闭内门。

S2.主控模块控制空气加压设备、加湿器和加热设备持续工作，通过控制阀门开度以及加湿器和加热设备的功率，使生活区环境保持预设状态。

具体为：如图6所示，运行空气加压设备，判断采集的室内气压值是否可靠，取可靠值平均室内气压，通过平均室内气压与设定气压比较，调节生活区内用于泄压的阀门开度，改变生活区气压；如图2和图7所示，空气加压设备通过进风管向生活区输送新风，进风管末端通过三通换向阀分为可切换的两路，第一路与生活区内地板面层下方的静压箱连通、第二路与送风管连通，送风管位于静压箱内且分布有送风孔，地板面层上分布有旋流风口；开始时，第一路开启、第二路关闭，正压室进风，进风气压上升至P2时，第一路关闭、第二路开启，直到进气气压上升至P1并继续保持，其中，P2＝P1-ΔP，P1为设定的进气气压，ΔP为送风管承压能力。三通换向阀主要防止空气加压设备启动时送风气压不稳对送风管和静压箱造成危害，因此，采用分步加压的方式；

如图5所示，运行加湿器，判断采集的湿度值是否可靠，取可靠值平均湿度，通过平均湿度与设定湿度比较，调节加湿器功率，改变生活区湿度；

如图4所示，运行加热设备，采集加热设备表面温度和生活区空气温度，判断采集的温度值是否可靠，取可靠值平均温度，通过平均温度与设定温度比较，调节加热设备功率，改变生活区温度。

S3.如图8所示，人员外出时，控制器判断采集的过渡区气压与生活区是否一致，一致则打开内门门禁，不一致则控制空气加压设备为过渡区加压直至一致；监控到人员进入过渡区后，关闭内门；主控模块打开过渡区用于泄压的阀门，控制器判断过渡区气压与室外一致后，打开外门门禁，人员进入室外；监测到过渡区无人后，关闭外门。

S4.监测到人员全部外出以后，执行设备进入低功耗工作模式。

主控模块控制对应执行设备工作使人员进出处于可控状态下并保障居住空间内人员安全时，步骤为，当室内气压超过安全的气压上限时，控制器控制蜂鸣器发出警报，并开启安全阀；当室内发生烟雾报警时，控制器控制蜂鸣器发出警报，安全阀打开泄压，所有的门都成了自由开关的手动状态，人员可手动开启门进行逃生。

本发明根据人员进出情况控制过渡区的气压，能实现高海拔地区(包括但不限于3000米以上)室外与生活区之间的双向平缓过渡，避免了人员在不同环境下的快速切换；人员外出时采用低功耗方式运行，能有效降低设备能耗，节约能源，具有低碳环保优点。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，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 (6)

1.一种高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统，其特征在于：包括传感器、输入/输出模块、执行设备、主控模块、显示终端和电源模块；传感器用于监控人员进出情况和采集环境参数，人员进出情况包括进出生活区的内门和进出过渡区的外门的门禁是否开合、过渡区和生活区内是否有人进出，环境参数包括室外气压、过渡区的气压以及生活区的气压、温湿度、氧气浓度和烟雾；输入/输出模块用于处理传感器的数据并上传给主控模块以及处理主控模块下达的控制指令并下发给执行设备；执行设备包括蜂鸣器、门禁、调节气压的阀门以及用于调节过渡区和生活区气压、温湿度和氧气浓度的空气加压设备、加湿器和加热设备；主控模块用于接收储存环境参数，并根据人员进出情况和环境参数下发控制指令，控制对应执行设备工作使室内的环境参数处于预设范围内、使人员进出处于可控状态下并保障居住空间内人员安全；显示终端用于显示环境参数且用户能通过显示终端控制室内环境；电源模块用于为整个系统提供电源。

2.如权利要求1所述的高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统，其特征在于：显示终端为服务器电脑、触摸屏或手机，显示的参数为室外气压、过渡区的气压以及生活区的气压、温湿度、氧气浓度，人员通过显示终端控制室内温湿度。

3.如权利要求1所述的高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统，其特征在于：主控模块控制相应执行设备工作使室内的环境参数处于预设范围内时，步骤为，运行空气加压设备，判断采集的室内气压值是否可靠，取可靠值平均室内气压，通过平均室内气压与设定气压比较，调节生活区内用于泄压的阀门开度，改变生活区气压；运行加湿器，判断采集的湿度值是否可靠，取可靠值平均湿度，通过平均湿度与设定湿度比较，调节加湿器功率，改变生活区湿度；运行加热设备，采集加热设备表面温度和生活区空气温度，判断采集的温度值是否可靠，取可靠值平均温度，通过平均温度与设定温度比较，调节加热设备功率，改变生活区温度。

4.如权利要求3所述的高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统，其特征在于：空气加压设备通过进风管向生活区输送新风，进风管末端通过三通换向阀分为可切换的两路，第一路与生活区内地板面层下方的静压箱连通、第二路与送风管连通，送风管位于静压箱内且分布有送风孔，地板面层上分布有旋流风口；开始时，第一路开启、第二路关闭，正压室进风，进风气压上升至P2时，第一路关闭、第二路开启，直到进气气压上升至P1并继续保持，其中，P2＝P1-ΔP，P1为设定的进气气压，ΔP为送风管承压能力。

5.如权利要求1所述的高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统，其特征在于：主控模块控制对应执行设备工作使人员进出处于可控状态下并保障居住空间内人员安全时，步骤为，当室内气压超过安全的气压上限时，控制器控制蜂鸣器发出警报，并开启安全阀；当室内发生烟雾报警时，控制器控制蜂鸣器发出警报，安全阀打开泄压，所有的门都成了自由开关的手动状态，人员可手动开启门进行逃生。

6.一种基于如权利要求1至5任一所述的高海拔地区增压补氧居住空间环境控制系统的高海拔地区增压补氧居住空间环境控制方法，其特征在于：包括步骤，

S1.人员进入时，主控模块判断过渡区和外部气压是否一致、内门门禁是否关闭，如符合要求，打开外门门禁进入过渡区，关闭外门；监控到人员进入过渡区并确认外门关闭后，主控模块控制空气加压设备、加湿器和加热设备进入工作状态，并控制空气加压设备为过渡区加压，过渡区气压与生活区一致时，确认外门关闭状态打开内门门禁，人员进入生活区，关闭内门；

S2.主控模块控制空气加压设备、加湿器和加热设备持续工作，通过控制阀门开度以及加湿器和加热设备的功率，使生活区环境保持预设状态；

S3.人员外出时，控制器判断采集的过渡区气压与生活区是否一致，一致则打开内门门禁，不一致则控制空气加压设备为过渡区加压直至一致；监控到人员进入过渡区后，关闭内门；主控模块打开过渡区用于泄压的阀门，控制器判断过渡区气压与室外一致后，打开外门门禁，人员进入室外；监测到过渡区无人后，关闭外门；

S4.监测到人员全部外出以后，执行设备进入低功耗工作模式。