CN111322739B - 一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，包括数据中心、云服务器、控制箱、空调机组、新风机、自控窗、室内传感器组和控制面板；数据中心用于采集互联网开放气象数据平台的实时室外气象数据；云服务器用于对数据中心采集的实时室外气象数据进行数据处理获取实时空气质量指数及级别，并进行储存。有益效果：不仅可以在不同的室外空气等级的情况下执行与之对应的室内空气调节策略，而且还可以在室外空气品质尚好的情况下能够有效减少新风机的耗能，同时室内的空气品质也能够得以保证，用户希望可主动开窗的需求也能得以满足。

Description

一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统
技术领域
本发明涉及中央空调系统技术领域，具体来说，涉及一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统。
背景技术
随着时代的科技发展与进步，为了在传统空调系统的使用基础上创造更舒适健康的室内生活环境，三恒系统的应用逐步推广开来。恒温恒湿恒氧系统可让室内温度全年均保持在一个设定温度范畴内，室内全年平均湿度保持在30％-70％，并采用多级过滤，有效过滤PM2.5，以保证房间能达到恒温恒湿恒氧的舒适健康状态。
但是现有三恒系统均未考虑到室外空气质量的不同对新风机能耗的影响以及住户希望可主动选择开窗通风的需求，而是直接采取的室内完全封闭的全新风系统。如专利号CN104390318A公开了一种恒温恒湿恒氧空调系统，其虽然通过新风变频除湿机、露点温度控制器、二氧化碳变送器、全热交换器的联动以进行气流调节，在起到调节气流的效果的同时，提高系统运行效率，降低系统运行成本。但是这种气流调节依旧未考虑到用户所反映的希望开窗通风的意愿，仅考虑了新风机随室内空气品质变化而及时调整运行状态，未考虑到室外空气质量对新风机效率的影响作用。在空气质量优良的情况下采用全封闭的新风系统并不节能环保，同时也不满足用户对于自然通风的需求。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，通过接入中国气象数据网的实时气象数据，对空气质量进行分级评估，在不同室外空气等级的情况下，执行不同的室内空调策略，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，包括数据中心、云服务器、控制箱、空调机组、新风机、自控窗、室内传感器组和控制面板；
其中，所述数据中心用于采集互联网开放气象数据平台的实时室外气象数据；
所述云服务器用于对所述数据中心采集的实时室外气象数据进行数据处理获取实时空气质量指数及级别，并进行储存；
所述控制箱用于接收并处理来自于所述云服务器的实时室外气象数据和所述室内传感器组的室内温湿度及二氧化碳浓度实时数据，还用于确定所述新风机的运行工况和所述自控窗的状况，以及及时对所述新风机的风量进行反馈调节；
所述空调机组用于根据室外气象参数，运行过渡季节、夏季、冬季三种模式；
所述新风机用于确定过滤器的功率、季节模式和新风量，并通过所述过滤器的功率和所述新风量来共同确定所述新风机最终的输出功率；
所述自控窗用于确定自身运行状态，并与所述空调机组、所述新风机配合运行，所述自控窗分为全开、缝隙开窗和密闭三个档位；
所述室内传感器组用于采集室内温湿度及二氧化碳浓度的实时数据；
所述控制面板用于与所述控制箱及所述空调机组、所述新风机、所述自控窗相连接，以及时接收并显示实时的室外空气质量指数及级别、室内空气温湿度及二氧化碳浓度、所述空调机组、所述新风机和所述自控窗的运行模式及状态。
进一步的，所述云服务器通过接入所述数据中心开放平台的接口以调用所述实时室外气象数据，并收集于所述云服务器中，进行进一步的分级处理。
进一步的，所述实时空气质量的数据包含O3、PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2共计六项指标。
进一步的，获取实时空气质量指数及级别具体包括以下步骤：
根据预设规范对所述六项指标进行空气质量分指数计算，得到
Figure GDA0003063078900000021
其中，IAQIP表示污染物项目P的空气质量分指数，CP表示污染物项目P的质量浓度值，BPHi表示与CP相近的污染物浓度限值的高位值，BPLo表示与CP相近的污染物浓度限值的低位值，IAQIHi表示与BPHi对应的空气质量分指数，IAQILo表示与BPLo对应的空气质量分指数；
根据公式
AQI＝max{IAQI1,IAQI2,IAQI3,....,IAQIn}
对控制质量指数进行计算，得到空气质量指数；
依据空气质量指数级别表对空气指数进行划分，得到空气质量指数级别。
进一步的，所述控制箱通过通讯线分别与所述控制面板、所述云服务器、所述空调机组、所述新风机、所述自控窗及所述室内传感器组相连接。
进一步的，所述过滤器功率的确定根据室外空气质量参数分为三个不同档位：一级过滤，二级过滤，三级过滤，且三个档位功率依次增大；
其中，在空气质量优良时启用一级过滤，在空气质量轻中度污染时启用二级过滤，在空气质量重度污染及以上时启用三级过滤。
进一步的，所述新风量的确定具体包括以下步骤：
依据室外的气象参数变化，来确定所述新风机是处于夏季工况、过渡季节或是冬季工况，并配合所述空调机组运行；
依据所述控制箱接收的所述室内传感器组所测得的实时空气质量反馈，判断新风量是否足够，并确定风量大小。
进一步的，所述自控窗的运行状态包括以下两种模式：
在过渡季节，空气质量优良时启用全开，在空气质量轻中度污染时默认关闭自控窗，但用户可选择是否进行开窗通风，在空气质量重度污染及以上时关闭自控窗；
在冬季或者夏季，自控窗均默认关闭，在空气质量优良时或在空气质量轻中度污染时提示用户可选择是否进行缝隙开窗通风，在空气质量重度污染及以上时关闭自控窗。
本发明的有益效果为：通过数据中心从互联网气象数据平台及时获取当地的实时气象数据，并对室外气象数据进行分级处理，以在不同的室外空气等级的情况下执行与之对应的室内空气调节策略；通过自控窗与新风机、空调机组的联动配合，在室外空气品质尚好的情况下能够有效减少新风机的耗能，同时室内的空气品质也能够得以保证，用户希望可主动开窗的需求也能得以满足。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统的系统框图；
图2是根据本发明实施例的一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统的控制流程示意图。
图中：
1、数据中心；2、云服务器；3、控制箱；4、空调机组；5、新风机；6、自控窗；7、室内传感器组；8、控制面板。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，该系统通过数据中心和云服务器接收并分析处理源自互联网平台的实时气象数据参数，结合室内传感器组传送的室内空气参数，经由控制箱根据不同工况实施空调机组、新风机和自控窗的联动控制。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-2所示，根据本发明实施例的基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，包括数据中心1、云服务器2、控制箱3、空调机组4、新风机5、自控窗6、室内传感器组7和控制面板8；
其中，所述数据中心1用于采集互联网开放气象数据平台的实时室外气象数据；具体的，本系统所采用的数据库源于中国空气质量在线监测分析平台实时气象数据。
所述云服务器2用于对所述数据中心1采集的实时室外气象数据进行数据处理获取实时空气质量指数及级别，并进行储存，所述云服务器2通过接入所述数据中心1开放平台的接口以调用所述实时室外气象数据，并收集于所述云服务器2中，进行进一步的分级处理；具体的，所述实时空气质量指数及级别数据也将及时反馈到所述控制面板8和用户的手机端、PC端三恒系统管理软件上；
其中，所述实时空气质量的数据包含O3、PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2共计六项指标，分别对应于GB 3095-2012《环境空气质量标准》及《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)(HJ 633—2012)》中所选取的大气污染物项目。
具体的，获取实时空气质量指数及级别具体包括以下步骤：
根据以上规范对所述六项指标进行空气质量分指数计算，得到
Figure GDA0003063078900000051
其中，IAQIP表示污染物项目P的空气质量分指数，CP表示污染物项目P的质量浓度值，BPHi表示表1中与CP相近的污染物浓度限值的高位值，BPLo表示表1中与CP相近的污染物浓度限值的低位值，IAQIHi表示表1中与BPHi对应的空气质量分指数，IAQILo表示表1中与BPLo对应的空气质量分指数；
表1如下所示，为控制质量分指数及对应的污染物项目浓度限值
Figure GDA0003063078900000052
Figure GDA0003063078900000061
表1中，(1)二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)的1小时平均浓度限值仅用于实时报，在日报中需使用相应污染物的24小时平均浓度限值；(2)二氧化硫(SO2)1小时平均浓度值高于800μg/m3的，不在进行其空气质量分指数计算，二氧化硫(SO2)空气质量分指数按24小时平均浓度计算的分指数报告；(3)臭氧(O3)8小时平均浓度值高于800μg/m3的，不在进行其空气质量分指数计算，臭氧(O3)空气质量分指数按1小时平均浓度计算的分指数报告。
根据公式
AQI＝max{IAQI1,IAQI2,IAQI3,....,IAQIn}
对控制质量指数进行计算，得到空气质量指数；
依据空气质量指数级别表(如表2所示)对空气指数进行划分，得到空气质量指数级别。
表2空气质量指数及相关信息
Figure GDA0003063078900000062
Figure GDA0003063078900000071
所述控制箱3用于接收并处理来自于所述云服务器2的实时室外气象数据和所述室内传感器组7的室内温湿度及二氧化碳浓度实时数据，通过室外温湿度数据对整个空调机组4的季节模式进行判断，确定系统处于过渡季节或是冬夏季；在确定系统的季节运行模式之后，进一步地，依据所述云服务器2传送的实时空气质量指数，确定所述新风机5的运行工况和所述自控窗6的状况，同时接收并处理由所述室内传感器组7传送的室内实时数据，及时对所述新风机5的风量进行反馈调节；其中，所述控制箱3通过通讯线分别与所述控制面板8、所述云服务器2、所述空调机组4、所述新风机5、所述自控窗6及所述室内传感器组7相连接。
所述空调机组4用于根据室外气象参数，运行过渡季节、夏季、冬季三种模式；
所述新风机5通过从所述云服务器2接收到的空气质量参数来确定过滤器的功率，根据所述云服务器2传送的温湿度参数确定季节模式和所述室内传感器组7传回的室内空气质量以确定新风量，进一步由所述过滤器的功率和所述新风量来共同确定所述新风机5最终的输出功率，以实现由室内外实时空气质量共同控制所述新风机5最终输出功率的目的；
具体的，所述过滤器功率的确定根据室外空气质量参数分为三个不同档位：一级过滤，二级过滤，三级过滤，且三个档位功率依次增大；
其中，在空气质量优良时(0＜AQI＜100)启用一级过滤，在空气质量轻中度污染时(101＜AQI＜200)启用二级过滤，在空气质量重度污染及以上时(AQI＞201)启用三级过滤。通过对互联网气象数据的分级处理，以达到有针对性地快速净化室外空气的目的，让新风机5的运作在保证空气品质的前提下更为节能，且便于控制。
具体的，所述新风量的确定具体包括以下步骤：
依据室外的气象参数变化，来确定所述新风机5是处于夏季工况、过渡季节或是冬季工况，并配合所述空调机组4运行；
依据所述控制箱3接收的所述室内传感器组7所测得的实时空气质量(温湿度及二氧化碳浓度)反馈，判断新风量是否足够，并确定风量大小。
所述自控窗6同样根据从所述云服务器2接收到的空气质量参数来用于确定自身运行状态，并与所述空调机组4、所述新风机5配合运行，所述自控窗6分为全开、缝隙开窗和密闭三个档位；
具体的，所述自控窗6的运行状态包括以下两种模式：
在过渡季节，空气质量优良时(0＜AQI＜100)启用全开，在空气质量轻中度污染时(101＜AQI＜200)默认关闭自控窗6，但用户可选择是否进行开窗通风，在空气质量重度污染及以上时(AQI＞201)关闭自控窗6；
在冬季或者夏季，自控窗6均默认关闭，在空气质量优良时(0＜AQI＜100)或在空气质量轻中度污染时(101＜AQI＜200)提示用户可选择是否进行缝隙开窗通风，在空气质量重度污染及以上时(AQI＞201)关闭自控窗6。
所述室内传感器组7用于采集室内温湿度及二氧化碳浓度的实时数据；
所述控制面板8用于与所述控制箱3及所述空调机组4、所述新风机5、所述自控窗6相连接，以及时接收并显示实时的室外空气质量指数及级别、室内空气温湿度及二氧化碳浓度、所述空调机组4、所述新风机5和所述自控窗6的运行模式及状态。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
如图1所示，本系统的主要构成部件包括数据中心1、云服务器2、控制箱3、空调机组4、新风机5、自控窗6、室内传感器组7和控制面板8。数据中心1从互联网开放气象数据平台调取实时室外气象数据，传送至云服务器2进行数据处理与存储，云服务器2进一步将处理后的数据反馈至控制箱3，同时室内传感器组7所收集到的室内空气参数也反馈至控制箱3，控制箱3依据所收集到的室内外气象数据进行分析处理，然后对相应的各硬件发出指令，最终通过空调机组4、新风机5、自控窗6完成室内空气实时调节。同时控制箱3、空调机组4、新风机5、自控窗6、通过通讯线传送各项数据至控制面板8和云服务器2，以让各项数据能及时在控制面板8和移动终端更新显示，并且用户可以通过移动终端或控制面板8对系统进行手动操作。
本系统控制箱的控制流程如图2所示，控制箱3在接收到室内外气象数据之后，首先根据预先配置的规则对季节工况判断，若处于过渡季节工况，仅开启新风机5，进一步地，根据室外空气质量指数对空气品质进行判断，若0＜AQI＜100，则此时室外空气质量优良，自控窗6开度达到最大，室内新风量的供给由自控窗6直接通风为主，若此时室内空气质量已达要求，新风机5关闭，若室内空气质量未达要求，由新风机5补充供应，此时新风机5过滤器功率处于一级过滤状态，最低负荷运行；若101＜AQI＜200，则此时室外空气处于轻中度污染状态，室内新风量的供给由新风机5送风为主，新风机5过滤器功率处于二级过滤状态，自控窗6默认关闭，移动终端及控制面板8提示用户可手动选择开启自控窗6；若AQI＞201，此时室外空气严重污染，室内新风量的供给由新风机5送风为主，新风机5过滤器功率处于三级过滤状态，自控窗6关闭，移动终端及控制面板8提示用户尽量减少室外活动，不要开窗。
若处于冬夏季工况，根据室外空气质量指数对空气品质进行判断，若0＜AQI＜100，则此时空气质量优良，新风机5过滤器功率处于一级过滤状态，低负荷运行，同时自控窗6默认关闭，移动终端及控制面板8提示用户可手动选择开启自控窗6，自控窗6开度固定为缝隙开窗；若101＜AQI＜200，则此时室外空气处于轻中度污染状态，新风机5过滤器功率处于二级过滤状态，自控窗6默认关闭，移动终端及控制面板8提示用户可手动选择开启自控窗6，自控窗6开度固定为缝隙开窗；若AQI＞201，此时室外空气严重污染，新风机5过滤器功率处于三级过滤状态，自控窗6关闭，移动终端及控制面板8提示用户尽量减少室外活动，不要开窗。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过数据中心1从互联网气象数据平台及时获取当地的实时气象数据，并对室外气象数据进行分级处理，以在不同的室外空气等级的情况下执行与之对应的室内空气调节策略；通过自控窗6与新风机5、空调机组4的联动配合，在室外空气品质尚好的情况下能够有效减少新风机5的耗能，同时室内的空气品质也能够得以保证，用户希望可主动开窗的需求也能得以满足。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，其特征在于，包括数据中心(1)、云服务器(2)、控制箱(3)、空调机组(4)、新风机(5)、自控窗(6)、室内传感器组(7)和控制面板(8)；
其中，所述数据中心(1)用于采集互联网开放气象数据平台的实时室外气象数据；
所述云服务器(2)用于对所述数据中心(1)采集的实时室外气象数据进行数据处理获取实时空气质量指数及级别，并进行储存；
所述控制箱(3)用于接收并处理来自于所述云服务器(2)的实时室外气象数据和所述室内传感器组(7)的室内温湿度及二氧化碳浓度实时数据，还用于确定所述新风机(5)的运行工况和所述自控窗(6)的状况，以及及时对所述新风机(5)的风量进行反馈调节；
所述空调机组(4)用于根据室外气象参数，运行过渡季节、夏季、冬季三种模式；
所述新风机(5)用于确定过滤器的功率、季节模式和新风量，并通过所述过滤器的功率和所述新风量来共同确定所述新风机(5)最终的输出功率；
所述自控窗(6)用于确定自身运行状态，并与所述空调机组(4)、所述新风机(5)配合运行，所述自控窗(6)分为全开、缝隙开窗和密闭三个档位；
所述自控窗(6)的运行状态包括以下两种模式：
在过渡季节，空气质量优良时启用全开，在空气质量轻中度污染时默认关闭自控窗(6)，但用户可选择是否进行开窗通风，在空气质量重度污染及以上时关闭自控窗(6)；
在冬季或者夏季，自控窗(6)均默认关闭，在空气质量优良时或在空气质量轻中度污染时提示用户可选择是否进行缝隙开窗通风，在空气质量重度污染及以上时关闭自控窗(6)；
所述室内传感器组(7)用于采集室内温湿度及二氧化碳浓度的实时数据；
所述控制面板(8)用于与所述控制箱(3)及所述空调机组(4)、所述新风机(5)、所述自控窗(6)相连接，以及时接收并显示实时的室外空气质量指数及级别、室内空气温湿度及二氧化碳浓度、所述空调机组(4)、所述新风机(5)和所述自控窗(6)的运行模式及状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，其特征在于，所述云服务器(2)通过接入所述数据中心(1)开放平台的接口以调用所述实时室外气象数据，并收集于所述云服务器(2)中，进行进一步的分级处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，其特征在于，所述实时空气质量的数据包含O3、PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2共计六项指标。
4.根据权利要求3所述的一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，其特征在于，获取实时空气质量指数及级别具体包括以下步骤：
根据预设规范对所述六项指标进行空气质量分指数计算，得到
Figure FDA0003076915920000021
其中，IAQIP表示污染物项目P的空气质量分指数，CP表示污染物项目P的质量浓度值，BPHi表示与CP相近的污染物浓度限值的高位值，BPLo表示与CP相近的污染物浓度限值的低位值，IAQIHi表示与BPHi对应的空气质量分指数，IAQILo表示与BPLo对应的空气质量分指数；
根据公式
AQI＝max{IAQI1,IAQI2,IAQI3,....,IAQIn}
对控制质量指数进行计算，得到空气质量指数；
依据空气质量指数级别表对空气指数进行划分，得到空气质量指数级别。
5.根据权利要求1所述的一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，其特征在于，所述控制箱(3)通过通讯线分别与所述控制面板(8)、所述云服务器(2)、所述空调机组(4)、所述新风机(5)、所述自控窗(6)及所述室内传感器组(7)相连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，其特征在于，所述过滤器功率的确定根据室外空气质量参数分为三个不同档位：一级过滤，二级过滤，三级过滤，且三个档位功率依次增大；
其中，在空气质量优良时启用一级过滤，在空气质量轻中度污染时启用二级过滤，在空气质量重度污染及以上时启用三级过滤。
7.根据权利要求1所述的一种基于互联网气象数据的可开窗式三恒系统，其特征在于，所述新风量的确定具体包括以下步骤：
依据室外的气象参数变化，来确定所述新风机(5)是处于夏季工况、过渡季节或是冬季工况，并配合所述空调机组(4)运行；
依据所述控制箱(3)接收的所述室内传感器组(7)所测得的室内温湿度及二氧化碳浓度实时数据，判断新风量是否足够，并确定风量大小。
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