CN112528361A - 一种基于新风系统的全自动风力计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于新风系统的全自动风力计算方法，主要包括场景布置、新风系统管线自动生成、风力计算、显示计算详情、风速计算等步骤。本发明计算每个房间每个风口的总阻力，根据总阻力得出实际风量，风机对每个风口的准确性校验，计算引擎用户无感知，前端只需点击风量检查、风力计算，即可得到结果；节省了大量的人工计算，提高了风力计算效率，增强用户的实操性，降低了操作门槛；将新风计算中专业性强，复杂度高的计算公式，由后端自动化实现，精确度高，实时性强，交互界面友好；真正做到了全自动计算，既能够快速准确地完成新风系统风量计算和风速计算，又能极大降低装修设计软件的使用门槛。

Description

一种基于新风系统的全自动风力计算方法

技术领域

本发明涉及装饰装修设计软件领域，具体涉及一种基于新风系统的全自动风力计算方法。

背景技术

由于现代建筑的门窗的密闭性越来越好，室内的空气难以与外界流通，时间长了会造成室内空气质量的严重下降，居室内的有害气体或者粉尘排除量小。这些有害气体主要包括：甲醛、苯、二手烟以及流感性传染病毒和细菌等，都会危害人体健康。室内的空气质量直接影响着人们的生活质量，而通风换气是提高室内空气质量的最直接和最有效的方法，也成了改善居住环境和提高生活质量的必要手段。欧洲一些发达国家已经把住宅通风规定为强制执行的条款。但是室外空气污染指数居高不下，直接开窗通风无疑会将室外的污染空气引进室内。因此，为了改善居住空间的空气质量，新风净化系统应运而生。新风净化系统按照安装方式主要可分为中央管道新风系统和单体新风系统(如壁挂式新风净化系统)。

然而装饰装修中的新风系统工程一直都是施工中的一项痛点，其管线布置和走向设计涉及到交叉作业组在施工过程中的碰撞，同时也会出现返工现象。在此推动下，催生了一系列装饰装修设计软件，并运用计算机图形学来智能生成包含水电管线的管路。目前我国的新风系统发展尚处于刚刚起步的阶段，可满足对空气的初步净化处理，在智能化及系统优化方面仍有待提高。为了满足人们对身体健康及高生活质量的需求，对家用新风系统进行合理优化设计与正确的运行管理，在保证室内热舒适的同时，有效地改善室内空气质量，实现住宅室内空气质量的综合智能控制，是当前的研究重点。

在不同的外界环境下人体的各器官有不同的感觉，这种感觉整合在一起再经过大脑皮层的综合判断得到人体的舒适度。然而湿度、空气流速和风量等是影响人体舒适度的最主要的因素。以热舒适方程和ASHRAE七点标度为依据提出的与预测平均投票数PMV(Predicted Mean Vote)和预测不满意分数PPD(Percentage of Discussion)指标是使用范围最广的综合性热舒适指标。室内空气的流动直接影响皮肤表面与环境的对流换热及皮肤表面水分蒸发，也就对人体舒适度产生影响。想要设计出科学的新风系统，提高人体的舒适度，必然要考虑到新风系统中的风量和风速。

为了在家装户型方案中设计出更加科学合理的新风系统，需要根据户型方案的户型数据计算出最适配的新风机。为了统一住宅新风系统工程技术要求，保证工程质量，改善住宅的室内空气质量，提出本发明。本发明适用于新建住宅和既有住宅的新风系统的设计、施工、验收和运行维护。住宅新风系统的设计、施工、验收和运行维护，除应符合本标准的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于新风系统的全自动风力计算方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的以下步骤：

1)场景布置：在二维空间、三维空间中绘制场景，包含户型绘制、软装家具设计、硬装设计和模型放置；

2)新风系统管线自动生成：基于户型信息及新风设备摆放的位置信息，生成新风系统管线，即相应的新风管和污风管；

3)风力计算：基于当前新风系统模型的位置信息及当前管线布局，计算得到每个风口的沿程阻力、局部阻力、实际风量和设计风量，并校验结果；

4)显示计算详情：显示每个风口对应的风管长度，弯头、三通个数，风速参数；

5)风速计算：基于当前新风模型系统的位置信息和当前管线布局，将新风系统中的管道进行归类，分别分为主干管与分支管，根据主干管与分支管的关系，建立起树状关系，每段管道计算出对应的风速；计算每个房间每个风口的总阻力，根据总阻力得出实际风量。

所述新风系统管线自动生成主要包括以下步骤：

1)识别户型信息，包含墙、房间、门窗类信息；

2)遍历户型及家具，生成基于房间、墙及门窗的连通关系图；

3)根据新风系统模型的摆放位置，按照行业内新风系统的走线规则，生成三维管线的位置信息；

4)将三维管线的位置信息传入到管线生成器中，计算出管线在场景布置中的走向和相关模型的绑定关系，并做好相关的分线规则，且分线后的走向不存在交叉，最后根据管线的信息，利用3D渲染技术将生成的管线显示在场景中。

所述走线规则包括新风机连接首个模型需要穿越所属房间，管线不能穿过新风机。

本发明的有益效果为：本发明计算每个房间每个风口的总阻力，根据总阻力得出实际风量，风机对每个风口的准确性校验，计算引擎用户无感知，前端只需点击风量检查、风力计算，即可得到结果；节省了大量的人工计算，提高了风力计算效率，增强用户的实操性，降低了操作门槛；将新风计算中专业性强，复杂度高的计算公式，由后端自动化实现，精确度高，实时性强，交互界面友好；在装修设计软件中实现了该系统，和市面上只有其中一个模块的软件相比，真正做到了全自动计算，既能够快速准确地完成新风系统风量计算和风速计算，又能极大降低装修设计软件的使用门槛。

附图说明

图1为本发明的自动布线示意图。

图2为本发明的新风管树化示意图。

图3为本发明的风力计算结果流程示意图。

图4为本发明的实际风量获取示意图。

图5为本发明的风量合理性校对示意图。

图6为本发明的实施例的2D平面示意图。

图7为本发明的实施例在3D中的户型图。

图8为本发明的实施例在3D中的自动布线结果图。

图9为本发明的实施例在方案中的风量计算结果图。

图10为本发明的实施例在方案中的风速计算结果图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

如附图所示，这种基于新风系统的全自动风力计算方法，主要包括以下步骤：

1)场景布置：在二维空间、三维空间中绘制场景，包含户型绘制(直墙，弧型墙等)、软装家具设计(床，沙发等)、硬装设计(铺贴，瓷砖等)、模型放置(新风机，内风口，外气口)；

2)新风系统管线自动生成：基于户型信息及新风设备摆放的位置信息，生成新风系统管线，即相应的新风管，污风管；所述新风系统管线自动生成，如图1所示，主要包括以下步骤：

1.1)识别户型信息，包含墙、房间、门窗类信息；

1.2)遍历户型及家具，生成基于房间、墙及门窗的连通关系图；

1.3)根据新风系统模型的摆放位置，按照行业内新风系统的走线规则，走线规则包括新风机连接首个模型需要穿越所属房间，管线不能穿过新风机，生成三维管线的位置信息；

1.4)将三维管线的位置信息传入到管线生成器中，计算出管线在场景布置中的走向和相关模型的绑定关系，并做好相关的分线规则，且分线后的走向不存在交叉，最后根据管线的信息，利用3D渲染技术将生成的管线显示在场景中。

3)风力计算：基于当前新风系统模型的位置信息及当前管线布局，计算得到每个风口的沿程阻力、局部阻力、实际风量、设计风量，并校验结果；

4)显示计算详情：点击计算详情，可看到每个风口对应的风管长度，弯头、三通个数，风速等参数；

5)风速计算：基于当前新风模型系统的位置信息和当前管线布局，将新风系统中的管道进行归类，分别分为主干管与分支管，根据主干管与分支管的关系，建立起树状关系，每段管道计算出对应的风速；

图2为本发明的新风管树化示意图，首先检测新风系统是否完整，通过查询方案得到点与边的集合，然后拿到新风机中连接新风管的connector作为根节点，最后从根节点到新风口为止，建立二叉树，形成新风管道完整的二叉树。

6)、计算每个房间每个风口的总阻力，根据总阻力得出实际风量。

图3为本发明的风力计算结果流程示意图，首先检测节点树是否完整，得到节点树每一个叶子节点，然后得到根节点到叶子节点的完整路径，最后计算沿程阻力得到风口风量，得到完整的风力计算结果。

风力计算主要包括以下步骤：

1)风口阻力计算；

当用户点击风量计算之后，风力计算系统会根据每个风口分别进行计算。新风机到达每个风口的路径是不一样的，包括路径的长度，路径中弯头的个数，三通的个数，新风管的直径等。根据路径中的变量代入公式，可得到每个风口不同的阻力数值。其中不同种类新风部件的局部阻力如下表：

新风构件压力表

2)沿程阻力计算；

沿程阻力损失：

ΔP_m＝Δp_ml

Δp_m：单位管场沿程摩擦阻力，

l:风管长度，m

推导一下：

λ：摩擦阻力系数；d_e:风管当前直径，m，管道直径；V：风速,m/sρ：空气密度，1.21kg/m³

其中：

K：风管内壁的绝对粗糙度，m；Re：雷诺数

其中：

v：运动粘度，15.06*10^-6m²/s

摩擦力系数的计算使用阿里特苏里公式：

经过以上公式计算，可得到新风管的沿程阻力。

3)风口风量合理性检验：结果面板中包括校验结果的显示，新风机特性曲线中表征着压力-风量之前的对应关系，根据第一步中计算得到的风口阻力，代入新风机的特性曲线方程，进而得到实际的风口风量，根据每个房间根据房间类型及房间人数，可得到设计风量，将实际风量与设计风量进行对比，得到校验结果。

风速计算主要包括以下内容：

1)风管风速计算：

其中：

v：风管风速，

Q：风量，

S：风管截面积，m²

2)管子类型区分规则：截止至三个及三个以上连接点的配件，或者多个管路规格连接点的配件，之前的管道都为风速相同的一段管子。连接风口的管子，都为分支管。顺着新风走向，连接三通的管子都为主干管。

本发明的操作步骤如下：

1)场景布置：绘制户型信息，放置软装家具，硬装家具，模型等。如附图5所示，该案例户型包含主卧、客卧、书房、卫生间、客餐厅、阳台等，并配有一个室外机，位于阳台外的地面，两个室内机，位于客餐厅的房顶位置。

2)新风系统管线自动生成：基于户型信息及新风设备的摆放位置生成专业的新风系统管线。

a)识别户型信息，包含了房间，墙，门，窗等。

b)遍历家具，生成家具与房间，墙及门窗的连通关系图。例如图7户型平面图右方的新风机，它被识别为卫生间所有，户型中央的风口，分别归属为所在的房间。

c)根据布线规则，生成三维管线位置信息：例如该案例中有一个新风机和多个新风口及污风口，根据行业要求，生成了合理的新风管，污风管。并且中间还有分支器，分支器实现新风管道的一分多。

d)根据管线生成的三维信息，将管线渲染至户型中。

3)风量和风力计算：点击水电控制面板-计算检查-水力计算。

4)查看计算详情：点击水电控制面板-计算检查-水力计算-显示计算详情。

5)查看对应管道的风速：点击主干管/分支管，方案中对应的管子会高亮。

6)重新计算：点击水电控制面板-计算检查-水力计算-重新计算。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于新风系统的全自动风力计算方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

1)场景布置：在二维空间、三维空间中绘制场景，包含户型绘制、软装家具设计、硬装设计和模型放置；

2)新风系统管线自动生成：基于户型信息及新风设备摆放的位置信息，生成新风系统管线，即相应的新风管和污风管；

3)风力计算：基于当前新风系统模型的位置信息及当前管线布局，计算得到每个风口的沿程阻力、局部阻力、实际风量和设计风量，并校验结果；

4)显示计算详情：显示每个风口对应的风管长度，弯头、三通个数，风速参数；

5)风速计算：基于当前新风模型系统的位置信息和当前管线布局，将新风系统中的管道进行归类，分别分为主干管与分支管，根据主干管与分支管的关系，建立起树状关系，每段管道计算出对应的风速。

2.根据权利要求1所述的基于新风系统的全自动风力计算方法，其特征在于：所述新风系统管线自动生成主要包括以下步骤：

1)识别户型信息，包含墙、房间、门窗类信息；

2)遍历户型及家具，生成基于房间、墙及门窗的连通关系图；

3)根据新风系统模型的摆放位置，按照行业内新风系统的走线规则，生成三维管线的位置信息；

4)将三维管线的位置信息传入到管线生成器中，计算出管线在场景布置中的走向和相关模型的绑定关系，并做好相关的分线规则，且分线后的走向不存在交叉，最后根据管线的信息，利用3D渲染技术将生成的管线显示在场景中。

3.根据权利要求2所述的基于新风系统的全自动风力计算方法，其特征在于：所述走线规则包括新风机连接首个模型需要穿越所属房间，管线不能穿过新风机。

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