CN113167481A - 智能室内通风系统 - Google Patents

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T·施罗德
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Abstract

一种根据本公开的通风系统包括通风风扇和联接到所述通风风扇的一个或多个传感器。该通风风扇被定位成从室内环境中排出空气。该传感器被定位成监测室内环境中的状况，并且选择性地运行该通风风扇，以调节室内环境中的空气。

Description

智能室内通风系统
优先权要求
本申请要求于2018年11月29日提交的第62/772,724号美国专利申请的35U.S.C.§119(e)的优先权，所述美国专利申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。
政府支持声明
本发明的主题是在政府支持下根据能源部授予的授权号DE-EE0007569进行的。政府拥有本发明的某些权利。
背景技术
本发明涉及通风系统，并且具体地涉及室内通风系统。更具体地，本发明涉及一种通风系统，所述通风系统用于自动检测室内空气质量事件并控制通风气流来补救室内空气质量事件，从而控制室内空气质量。
发明内容
一种根据本发明的通风系统包括通风风扇和与所述通风风扇关联的一个或多个传感器。所述通风风扇被定位成从室内环境中排出空气。所述传感器被定位成监测所述室内环境中的状况，并且所述系统基于传感器输出选择性地运行所述通风风扇，以调节所述室内环境中的空气。
在说明性实施例中，传感器是室内空气质量(IAQ)事件检测器的一部分。IAQ事件检测器测量室内环境的特征，以检测在室内环境中产生不良状况的IAQ事件。当检测到IAQ事件时，IAQ事件检测器将自动运行通风风扇。
在说明性实施例中，IAQ事件检测器基于测得的室内环境的特征来确定通风风扇的风扇速度。在某些情况下，可以通过对空气质量进行一次或多次直接测量来确定IAQ事件是否存在以及严重性(例如，挥发性有机化合物的水平、相对湿度等)。在其他情况下，可以通过对空气质量进行一次或多次间接测量来确定IAQ事件是否存在以及严重性(例如，排气或相邻烹饪设备等的温度可用于预测IAQ)。如果尚未检测到IAQ事件，则IAQ事件检测器会打开通风风扇(如果尚未打开通风风扇)，并响应于室内环境的变化状况来改变风扇速度。当检测到IAQ事件已结束或室内环境的室内空气质量已恢复到预定的可接受水平时，IAQ事件检测器会关闭通风风扇。
在考虑举例说明目前执行本发明的最佳模式的说明性实施例时，本发明的其他特征对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
具体实施方式具体参考附图，其中：
图1是根据本发明的示例性通风系统的一个实施例的示意图；
图2是用于运行图1的通风系统的说明性过程的示意图；
图3A至图3B是用于运行本发明的通风系统的另一说明性过程的示意图；
图4A至图4C是用于运行本发明的通风系统的另一说明性过程的示意图；
图5是根据本发明的通风系统的另一个实施例的示意图；
图6至图11是根据本发明的示例性通风系统的另一实施例的各种视图；
图12和图13是示出在IAQ事件期间根据本发明运行示例性通风系统的图；
图14至图16是示出根据本发明的在无通风或由示例性通风系统进行通风的情况下在各种烹饪事件期间IAQ特征水平的比较图；以及
图17A至图17C是根据本发明的用运行通风系统的另一说明性过程的示意图。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的通风系统10的一个实施例。图1示出了位于炉灶16上方的常规抽油烟机。所公开的发明还适用于任何其他通风系统。替代通风系统的非限制性示例是在美国专利9,297,540和公开的美国专利申请2016/0209049中公开的向下通风的通风系统。通风系统10包括通风风扇12(在附图中称为通风风扇(vent fan))和可操作地联接到通风风扇12以控制通风风扇12的运行的室内空气质量事件检测器14，如本文进一步描述。在说明性实施例中，将通风风扇12被定位于炉灶16上方，并且IAQ事件检测器14被配置为监测围绕炉灶16的环境18并且选择性地运行通风风扇12以控制室内环境18的空气质量。在一些实施例中，IAQ事件检测器14可与通风风扇12被集成在一起或被定位在另一位置，例如在通风罩或后挡板中，并例如通过有线或无线连接的方式与通风风扇12连通。在一些实施例中，IAQ事件检测器14被集成到用于运行通风风扇12的通风风扇12的控制单元中或者与通风风扇12的控制单元连通。
通风系统10是“智能”系统，其中，IAQ事件检测器14响应于检测到IAQ事件检测器14根据由IAQ事件检测器14感测到的环境状况的预设阈值检测到环境18中的IAQ事件，以节能的方式自动运行和控制通风风扇12，而无需用户交互。在一些实施例中，当环境18中的感测到的状况变得不理想或者基于感测到的状况而在不通过通风风扇12调节环境18中的空气的情况下可能变得不理想时，确定IAQ事件已经发生。在一些实施例中，IAQ事件检测器14监测环境18并且基于将要引入室内空气环境18的污染物的指示来检测IAQ事件，例如当炉灶16变热时，这表示烟和/或过多的湿气很可能会引入环境18。在一些实施例中，IAQ事件检测器14监测环境18并基于环境18的感测到的特性升高到阈值水平以上来检测IAQ事件，例如当环境18中的颗粒物质或挥发性有机化合物的密度增加时。本发明考虑了可以用信号通知IAQ事件的其他特性，并且在下文进一步讨论。
IAQ事件检测器14包括至少一个传感器。在一个实施例中，IAQ事件检测器14包括多个传感器22、24、26，用于监测环境18，如图1所示。在该说明性实施例中，IAQ事件检测器14包括红外(IR)传感器22、空气污染物传感器24和湿度/温度传感器26。IR传感器22监测炉灶16的温度以建立环境基线并检测炉灶16的温度的变化，因为炉灶16的运行可能将污染物引入环境18中。空气污染物传感器24被配置为检测环境18中一种或多种空气污染物的浓度，例如但不限于，CO、CO2、NO、NO2、NOX、PM2.5、超细颗粒、烟雾(PM2.5和PM10)、氡、霉菌和过敏原(PM10)、挥发性有机化合物(VOC)、臭氧、粉尘颗粒、铅颗粒、丙烯醛和/或甲醛。湿度/温度传感器26在IAQ事件检测器14处测量环境18中的温度和/或湿度，以建立环境基线并检测环境18的状况的变化。在一些实施例中，在IAQ事件检测器14中使用或多或少的传感器。在一些实施例中，环境18的其他特征和输入用于IAQ事件检测，例如但不限于温度(环境和物体、红外)、相对湿度、当日时间、运动检测以及来自其他传感器或系统的输入。例如，用户运行炉灶16可以提供直接信号以运行通风风扇12，而不管来自IAQ事件检测器14的输出如何。在一些实施例中，在IAQ事件检测器14中使用附加或替代传感器。例如，可以布置一个或多个温度传感器，例如热致动开关(例如，双金属盘式恒温器)或热敏电阻，以检测通风风扇12处的温度并响应于通风风扇12处检测到的温度高于阈值温度而操作和/或改变通风风扇12的速度。温度传感器可以是机械热开关的形式。传感器的不同组合也可以用于调整在不同系统中使用的复杂性和成本。
在图2中示出了用于运行包括通风系统10的本发明的通风系统的说明性过程100。过程100以测量操作101开始，在该操作中，IAQ事件检测器14测量环境18的特征。检测操作102使用在操作101中得到的测量结果来确定IAQ事件是否已经在环境18中开始。如果检测到IAQ事件，则进行通风操作103以通过运行通风风扇12来调节环境18中的空气。再次进行测量操作101和检测操作102，以确定IAQ事件是否已结束。如果没有检测到IAQ事件，则进行风扇状态检查104，并且如果确定通风风扇12开启，则在操作105处关闭通风风扇12，并且过程100结束。在一些实施例中，过程100连续循环进行，其中，操作104、105的输出被引回到测量操作101。
在一些实施例中，IAQ事件检测器14包括温度传感器26，例如热致动开关或热敏电阻，并且响应于通风风扇12处测得的温度升高到阈值水平以上(这指示IAQ事件)而运行通风风扇12(例如以高速设置)。在一些实施例中，IAQ事件检测器14包括一个或多个温度传感器26，并且通风风扇12可以响应于通风风扇12处测得的温度升高到第一阈值水平以上而以第一设置(例如以低速设置)运行，响应于通风风扇12处测得的温度升高到更高的第二阈值水平以上而以第二设置(例如以中等速度设置)运行，以及响应于通风风扇12处测得的温度升高到更高的第三阈值水平以上而第三设置(例如以高速设置)运行。在一些实施例中，IAQ事件检测器14包括位于通风风扇12周围的不同位置的两个或更多个温度传感器26，并且通风风扇12可以响应于两个或多个传感器26的测量温度之间的差值升高到阈值水平以上而(例如以高速设置)运行。在一些实施例中，IAQ事件检测器14包括红外(IR)传感器22，该红外(IR)传感器22具有指向环境18(例如朝向炉灶16)的视场，并且通风风扇12响应于IR传感器22的视场中的物体(例如炉灶16)的测量温度升高到阈值水平以上(这指示IAQ事件)而(例如以高速设置)运行。在一些实施例中，IAQ事件检测器14包括红外(IR)传感器22，并且通风风扇12响应于IR传感器22的视场中的物体(例如炉灶16)的测量温度升高到一个或多个阈值水平以上(这指示IAQ事件)而以一种或多种设置(例如以低速、中等速度和/或高速设置)运行。在一些实施例中，IAQ事件检测器14包括空气污染物传感器24，并且通风风扇12响应于测得的污染物(挥发性有机化合物)的水平升高到阈值水平以上(这指示IAQ事件)而以一种或多种设置(例如以低速、中等速度和/或高速设置)运行。在一些实施例中，IAQ事件检测器14包括湿度传感器26，并且通风风扇12响应于测得的湿度的水平升高到阈值水平以上(这指示IAQ事件)而以一种或多种设置(例如以低速、中等速度和/或高速设置)运行。
在一些实施例中，IAQ事件检测器14包括本文描述的传感器的各种组合，并且通风风扇12响应于传感器的测量值而以一种或多种设置(例如以低速、中等速度和/或高速设置)运行。例如，在一个实施例中，IAQ事件检测器14可包括环境温度传感器26，例如热致动开关或热敏电阻，所述环境温度传感器26被配置为测量通风风扇处的温度。在另一实施例中，IAQ事件检测器14可包括环境温度传感器26，所述环境温度传感器26被配置为测量通风风扇处的温度；和IR传感器22，所述IR传感器22被配置为测量IR传感器22的视场中的一个或多个物体(例如炉灶16)的温度。在另一实施例中，IAQ事件检测器14可包括环境温度传感器26，所述环境温度传感器26被配置为测量通风风扇处的温度；IR传感器22，所述IR传感器22被配置为测量IR传感器22的视场中的一个或多个物体(例如炉灶16)的温度；以及空气污染物传感器24，所述空气污染物传感器24被配置为测量一种或多种污染物(例如挥发性有机化合物)的水平。在另一实施例中，IAQ事件检测器14可包括环境温度传感器26，所述环境温度传感器26被配置为测量通风风扇处的温度；IR传感器22，所述IR传感器22被配置为测量IR传感器22的视场中的一个或多个物体(例如炉灶16)的温度；空气污染物传感器24，所述空气污染物传感器24被配置为测量一种或多种污染物(例如挥发性有机化合物)的水平；以及湿度传感器26，所述湿度传感器26被配置为测量湿度的水平。
在图3A至图3B中示出了用于运行本发明的通风系统的另一说明性过程200。过程200从初始化操作201开始，在初始化操作201中，如图3A所示，利用IAQ事件检测器14测量环境18的周围状况。在初始化之后，事件检测循环240进行以确定IAQ事件是否已经开始。在说明性实施例中，事件检测循环240包括操作202、203、204。等待操作202在IAQ事件检测器14的测量之间提供了延迟，以检测环境18中先前测量的周围状况的变化。传感器检查操作203从IAQ事件检测器14的传感器22、24、26测量环境18的特征(例如，通风风扇12处的温度、炉灶16处的温度、湿度和污染物水平)，并确定是否观察到周围状况的变化。如果测量结果呈稳定或不稳定的下降趋势(即，不太可能指示IAQ事件)，则进行参考更新操作204以建立新的环境基线，然后再次进行等待操作202。在一些实施例中，如果操作203的测量结果相对于周围状况是稳定的，则该测量结果低于环境的阈值百分比变化和/或低于更低的阈值水平。在一些实施例中，操作203的确定可以基于相对百分比比较、与阈值水平的比较，或者室内环境中的周围状况的变化率与阈值变化率的比较。
如果操作203的测量结果指示相比于周围状况不稳定的上升趋势，则如图3A所示，在操作205中，将检测到IAQ事件，并且将通风风扇12开启到低电平(1)。在一些实施例中，在操作203中仅来自空气污染物传感器24的不稳定向上读数并不指示IAQ事件已经开始，以便最大程度上减少由于大量的空气污染物导致的对通风风扇12的误报操作。在一些实施例中，在事件检测循环240中包括参考标记，以指示操作203中的空气污染传感器24的读数不稳定向上的循环数，并且在阈值循环数之后指示IAQ事件。在一些实施例中，在操作203中仅来自IR传感器22的不稳定向上读数指示正在运行炉灶16并且检测到IAQ事件。
在操作205中检测到IAQ事件之后，调节循环250开始调节环境18中的空气，如图3A所示。调节循环250包括确定通风风扇12所需的运行速度，以便以节能的方式高效地解决IAQ事件。例如，一些IAQ事件需要通风风扇12以高速运行(3)以清除大量烟雾。在另一示例中，炉灶16上的沸水使得湿度少量增加，这可以由低速(1)运行的通风风扇12来补偿。
在说明性实施例中，调节循环250以传感器检查操作206开始，该传感器检查操作206用于初始确定通风风扇12的适当速度，如图3A所示。基于空气污染物读数和湿度读数均低于下限阈值水平，来确定在第一场景(Sl_th)中运行，并且在操作207中，通风风扇12可以以低设置(1)运行。基于空气污染物读数和湿度读数中的一个或两个均高于上限阈值水平，来确定在第三场景(S3_th)中运行，并且在操作209中，通风风扇12可以以高设置(3)运行。在第一场景或第三场景均不适用的情况下，确定在第二场景(S2_th)中运行，并且在操作211中，通风风扇12可以以中等设置(2)运行。在操作208、210、212处进行附加的传感器检查，以确定环境18中的状况是否已经改变，需要将通风风扇12设置为更高或更低，作为调节循环250的一部分。本发明基于环境18中的测得状况的变化组合来设想其他场景。在一些实施例中，操作207、211中的每一个可以包括等待操作，以在测量之间提供延迟，操作208、210、212，用于检测环境18中先前测量的状况的变化。在一些实施例中，可以在过程200中建立各种延迟，以避免通风风扇12的运行速度的快速变化，从而不会引起对通风风扇12的注意并且不会使用户从炉灶16上分散注意力。
如在图3A中所建议，调节循环250用于将环境18中的状况朝向第一场景推动。随着IAQ事件被清除并且环境18中的测得状况向下趋向，如图3A和图3B所示，在操作208中确定操作完成循环260。完成循环260以缓降操作213开始，在该缓降操作213中，通风风扇12以低设置(1)运行，并且在操作214中监测环境18中的状况。如图3B所示，如果测量值趋于上升或指示急升(例如，测量值的相对变化高于阈值水平)，则再次进行调节循环250。当测量值下降到阈值水平以下(例如，相对量高于环境)或达到时间限制时，进行平稳操作215以关闭通风风扇12。在操作216中进行进一步的监测，并且如果测量值趋于上升或指示急升，则再次运行调节循环250。当测量值下降到另一阈值水平(例如，环境)以下时，在确定操作217处IAQ事件完成并且过程200结束。在一些实施例中，过程200连续循环进行，其中，操作217的输出被引回到初始化操作201。
在图4A至图4C中示出了用于运行本发明的通风系统的另一说明性过程300。过程300从初始化操作301开始，在初始化操作301中，如图4A所示，利用IAQ事件检测器14测量环境18的周围状况。在说明性实施例中，进行初始化时间计数操作302以为IAQ事件检测器14提供延迟，以在开始事件检测循环340之前进行初始化。
在初始化时间延迟完成之后，进行事件检测循环340以确定IAQ事件是否已经开始，如图4A中所示。在说明性实施例中，事件检测循环340包括操作303-307。等待操作303在IAQ事件检测器14的测量之间提供了延迟，以检测环境18中先前测量的周围状况的变化。温度检查操作304测量环境18的特征，并确定是否观察到周围状况的变化。如果在操作305中确定测量结果呈稳定或不稳定的下降趋势(即，不太可能指示IAQ事件)，则进行参考更新操作306以建立新的环境基线。等待操作307为参考测量更新提供了延迟。然后再次进行等待操作303。在一些实施例中，如果操作304的测量结果相对于周围状况是稳定的，则该测量结果低于环境的阈值百分比变化和/或低于更低的阈值水平。在一些实施例中，操作304的确定可以基于相对百分比比较(例如对于IR传感器22，炉灶16的温度读数)或与阈值水平的比较。
如果操作304的测量结果指示相比于周围状况不稳定的上升趋势，则如图4A所示，在操作308中，将检测到IAQ事件，并且将通风风扇12开启到低电平(1)。在说明性实施例中，进行开始时间计数操作309以在开始调节循环350之前提供延迟。在开始时间延迟完成之后，调节循环350开始调节环境18中的空气，如图4A和图4B所示。调节循环350包括确定通风风扇12所需的运行速度，以便以节能的方式高效地解决IAQ事件。例如，一些IAQ事件需要通风风扇12以高速运行(3)以清除大量烟雾。在另一示例中，炉灶16上的沸水使得湿度少量增加，这可以由低速(1)运行的通风风扇12来补偿。
在图4A至图4C的说明性实施例中，调节循环350从操作310、311开始，该操作310、311用于初始确定如图4B所示的通风风扇12的适当速度。每个操作310、311可以包括对IAQ事件检测器14中的传感器的检查。基于空气污染物读数和湿度读数均低于下限阈值水平，来确定在第一场景(Sl_th)中运行，并且在操作312中，通风风扇12可以以低设置(1)运行。基于空气污染物读数和湿度读数中的一个或两个均高于上限阈值水平，来确定在第三场景(S3_th)中运行，并且在操作323中，通风风扇12可以以高设置(3)运行。在第一场景或第二场景均不适用的情况下，确定在第二场景(S2_th)中运行，并且在操作317中，通风风扇12可以以中等设置(2)运行。可以进行开始时间计数操作313、318、325，以在重新评估适当的风扇电平之前提供延迟。在开始时间延迟完成之后，在操作314-316、319-322和325-326中进行附加传感器检查和评估，以确定环境18中的状况是否已变化，需要将通风风扇12设置为更高或更低，作为调节循环350的一部分。本发明基于环境18中的测得状况的变化组合来设想其他场景。在一些实施例中，操作312、317、323中的每一个可以包括等待操作，以在操作314-316、319-322和325-326中进行的测量之间提供延迟，以检测环境18中先前测量的状况的变化。在一些实施例中，可以在过程300中建立各种延迟，以避免通风风扇12的运行速度的快速变化，从而不会引起对通风风扇12的注意并且不会使用户从炉灶16上分散注意力。
如在图4B中所示，调节循环350用于将环境18中的状况朝向第一场景推动。随着IAQ事件被清除并且环境18中的测量条件趋于向下，如图4B和图4C所示，在操作315中确定操作完成循环360。完成循环360以冷却操作327开始，在该冷却操作327中，通风风扇12以低设置(1)运行，并且如图4C所示，在操作328-331中监测环境18中的状况。如果测量值趋于上升或指示急升(例如，测量值的相对变化高于阈值水平)，则再次进行调节循环350。当测量值下降到阈值水平以下(例如，相对量高于环境)或达到时间限制时，进行平稳操作332以关闭通风风扇12。在操作333-335中进行进一步的监测，并且如果测量值趋于上升或指示急升，则再次运行调节循环350。当测量值下降到另一阈值水平(例如，环境)以下时，在确定操作336处IAQ事件完成并且过程300结束。在一些实施例中，过程300连续循环进行，其中，操作336的输出被引回到初始化操作301。在一些实施例中，如图4A所示，用户可以手动将过程300重置回初始化操作301。
在图5中示出了根据本发明的通风系统410的一个实施例。通风系统410包括通风风扇412和可操作地联接到通风风扇412以控制通风风扇412的运行的室内空气质量事件检测器414，如本文进一步描述。在说明性实施例中，通风风扇412被定位成例如通过管道419从房间416(例如，浴室)排出空气，并且IAQ事件检测器414被配置为监测房间416内的环境418并且选择性地运行通风风扇412以控制环境418中的空气质量。通风系统410是“智能”系统，其中，IAQ事件检测器414响应于检测到污染物正在被引入室内空气环境418中的IAQ事件而以节能的方式自动运行和控制通风风扇412，而无需用户交互。在一些实施例中，IAQ事件检测器414可以与通风风扇412被集成在一起或被定位在另一位置，例如在通风风扇412的照明开关中，并且可以例如通过有线或无线连接的方式与通风风扇412连通，如图5所示。在一些实施例中，IAQ事件检测器414被集成到用于运行通风风扇412的通风风扇412的控制单元中或者与通风风扇412的控制单元连通。
IAQ事件检测器414包括多个传感器，例如类似于图1所示的IAQ事件检测器14的空气污染物传感器和湿度/温度传感器，用于监测环境418，如图5所示。各种传感器被配置为监测环境418以建立环境基线并检测环境418的特征的变化。如本文关于通风系统10所讨论，环境418的各种特征可以被监测并用于通风系统410的运行。例如，用于IAQ事件检测的环境418的监测特征可以包括但不限于温度(周围和物体、红外)、相对湿度、当日时间、运动检测、空气污染物以及来自其他传感器或系统的输入。
在图6至图11中示出通风系统510的另一实施例。通风系统510类似于图1至图5的通风系统10，并且包括通风风扇512和可操作地联接到通风风扇12以控制通风风扇12的运行的室内空气质量事件检测器514，如本文进一步描述。在说明性实施例中，通风风扇512包括控制模块530、一对风扇模块532、534和一对照明模块536、538。如图6所示，照明模块536、538被布置成朝向通风风扇512的前部，并且风扇模块532、534被布置成朝向通风风扇512的后部。IAQ事件检测器514可以被布置在通风风扇512上的各个位置，并且在图6中被示意性地示出在中央的向前位置。在一些实施例中，通风风扇512被布置成被定位于炉灶上方，其中，风扇模块532、534提供通风，而照明模块536、538为炉灶提供光。
IAQ事件检测器514被配置为监测将由通风系统510调节的环境并且与控制模块530通信以选择性地运行通风风扇512，以控制室内环境中的空气质量。在一些实施例中，IAQ事件检测器514可以与通风风扇512集成在一起，如图6至图8所示。在一些实施例中，IAQ事件检测器514可以被集成到控制模块530中。
通风系统510是“智能”系统，其中，IAQ事件检测器514响应于检测到环境中的IAQ事件而以节能的方式自动运行和控制通风风扇512，而无需用户交互。在一些实施例中，当环境中的状况变得不理想或在不通过通风风扇512调节环境中的空气的情况下可能变得不理想时，发生IAQ事件。在一些实施例中，IAQ事件检测器514监测环境并且基于将要引入室内空气环境的污染物的指示来检测IAQ事件，例如当炉灶变热时，这表示烟和/或过多的湿气很可能会引入环境。在一些实施例中，IAQ事件检测器514监测环境并基于环境的感测到的特性升高到阈值水平以上来检测IAQ事件，例如当环境中的颗粒物质的密度增加时。本发明考虑了可以用信号通知IAQ事件的其他特性，并且在下文进一步讨论。
IAQ事件检测器514包括至少一个传感器，如图8至图11所示。在该说明性实施例中，IAQ事件检测器514包括红外(IR)传感器522、空气污染物传感器524和湿度/温度传感器526。IR传感器522监测环境中的物体(例如炉灶)的温度，因为温度变化指示污染物可能引入环境中。空气污染物传感器524被配置为检测环境中一种或多种空气污染物的浓度，例如但不限于，CO、CO2、NO、NO2、NOX、PM2.5、超细颗粒、烟雾(PM2.5和PM10)、氡、霉菌和过敏原(PM10)、挥发性有机化合物(VOC)、臭氧、粉尘颗粒、铅颗粒、丙烯醛和甲醛。湿度/温度传感器526测量环境中的温度和/或湿度，以建立环境基线并检测环境的状况的变化。在一些实施例中，在IAQ事件检测器514中使用或多或少的传感器。在一些实施例中，环境的其他特征和输入用于IAQ事件检测，例如但不限于温度(环境和物体、红外)、相对湿度、当日时间、运动检测以及来自其他传感器或系统的输入。例如，用户运行炉灶可以提供直接信号以运行通风风扇512，而不管来自IAQ事件检测器514的输出如何。在一些实施例中，在IAQ事件检测器514中使用附加或替代传感器。例如，可以布置一个或多个温度传感器，例如热致动开关或热敏电阻，以检测通风风扇512处的温度并响应于通风风扇512处检测到的温度高于阈值温度而操作和/或改变通风风扇512的速度。温度传感器可以是机械热开关的形式。传感器的不同组合也可以用于调整在不同系统中使用的复杂性和成本。
在说明性实施例中，IAQ事件检测器514还包括控制器521和存储器523，如图9至图11所示。在一些实施例中，实时时钟520允许随时间监测和记录由传感器522、524、526测量的环境特征和/或随时间监测和记录通风系统10的运行状态。端口525(例如UART端口)允许IAQ事件检测器514与通风风扇512的控制模块530之间进行通信，如图10所示。在一些实施例中，端口542(例如，ADA端口)允许IAQ事件检测器514与通风风扇512的控制模块530之间的通信，如图11所示。在一些实施例中，开关端口527提供开关到IAQ事件检测器514的连接，并允许用户手动激活或去激活IAQ事件检测器514。电源端口529提供到电源540的连接，以为IAQ事件检测器514供电。
在图12中示出了概述根据本发明的通风系统的运行的说明图。如图12的图所示，通风系统的IAQ事件检测器检测到烹饪操作已经开始，并以第一速度运行通风风扇。通风风扇的速度随着测量温度和IAQ特征的增加而增加。通风风扇继续运行，直到IAQ事件检测器测量到温度和IAQ特征已恢复到等于或低于阈值条件和/或周围状况为止。通风风扇的速度会随着环境的变化以及温度和IAQ特征的降低而逐渐降低。图13是详细示出根据本发明的通风系统在24小时的时段内的运行的说明图。图13的图示出了环境状况的变化以及响应于IAQ事件的通风系统的响应运行。图14至图16是示出根据本发明的在无通风或由示例性通风系统进行通风的情况下在各种烹饪事件期间IAQ特征水平的比较的说明图。与没有通风相比，例如当用户未能接合缺少本发明的IAQ事件检测器的通风系统时，本发明的通风系统为IAQ提供了显著的改进。
在图17A至图17C中示出了用于运行包括通风系统510的本发明的通风系统的另一说明性过程600。过程600类似于图4A至图4C的过程300，并且从初始化操作601开始，在初始化操作601中，如图17A所示，利用IAQ事件检测器514测量环境的周围状况。在说明性实施例中，进行初始化时间计数操作602以为IAQ事件检测器514提供延迟，以在开始事件检测循环640之前进行初始化。
在初始化时间延迟完成之后，进行事件检测循环640以确定IAQ事件是否已经开始，如图17A中所示。在说明性实施例中，事件检测循环640包括操作603-607和641-643。等待操作603在IAQ事件检测器514的测量之间提供了延迟，以检测环境中先前测量的周围状况的变化。温度检查操作604测量环境的特征，并确定是否观察到周围状况的变化。如果没有观察到增加，则选择检查操作641确定IAQ事件检测器514是否被设置为进行附加测量。这可以由制造商预先设置，也可以由用户手动设置。如果设置，则IAQ事件检测器514在操作642中测量环境中的污染物水平，例如VOC。如果操作642的测量结果指示与周围状况相比呈不稳定上升趋势，则未检测到加热事件，例如炉清洁。在操作643中，将“noHeatEvent”状态指示器设置为真，并且在操作608中将通风风扇512打开到低电平(1)。如果在操作642中污染物测量结果确定为呈稳定或不稳定的下降趋势(即，不太可能指示IAQ事件)，并且在操作605中操作604的测量结果确定为呈稳定或不稳定的下降趋势，则进行参考更新操作606以建立新的环境基线。等待操作607为参考测量更新提供了延迟。然后再次进行等待操作603。在一些实施例中，如果操作604的测量结果相对于周围状况是稳定的，则该测量结果低于环境的阈值百分比变化和/或低于更低的阈值水平。在一些实施例中，操作604的确定可以基于相对百分比比较(例如对于IR传感器522，炉灶的温度读数)或与阈值水平的比较。
如果操作604的测量结果指示相比于周围状况不稳定的上升趋势，则如图17A所示，在操作608中，将检测到IAQ事件，并且将通风风扇512开启到低电平(1)。在说明性实施例中，进行开始时间计数操作609以在开始调节循环650之前提供延迟。在开始时间延迟完成之后，调节循环650开始调节环境中的空气，如图17A和图17B所示。调节循环650包括确定通风风扇512所需的运行速度，以便以节能的方式高效地解决IAQ事件。例如，一些IAQ事件需要通风风扇512以高速运行(3)以清除大量烟雾。在另一示例中，炉灶上的沸水使得湿度少量增加，这可以由低速(1)运行的通风风扇512来补偿。
在图17A至图17C的说明性实施例中，调节循环650从操作610、611开始，该操作610、611用于初始确定如图17B所示的通风风扇512的适当速度。每个操作610、611可以包括对IAQ事件检测器514中的传感器的检查。基于空气污染物读数和湿度读数均低于下限阈值水平，来确定在第一场景(Sl_th)中运行，并且在操作612中，通风风扇512可以以低设置(1)运行。基于空气污染物读数和湿度读数中的一个或两个均高于上限阈值水平，来确定在第三场景(S3_th)中运行，并且在操作623中，通风风扇512可以以高设置(3)运行。在第一场景或第三场景均不适用的情况下，确定在第二场景(S2_th)中运行，并且在操作617中，通风风扇512可以以中等设置(2)运行。可以进行开始时间计数操作613、618、625，以在重新评估适当的风扇电平之前提供延迟。在开始时间延迟完成之后，在操作614-616、619-622和625-626中进行附加传感器检查和评估，以确定环境中的状况是否已变化，需要将通风风扇512设置为更高或更低，作为调节循环650的一部分。本发明基于环境中的测得状况的变化组合来设想其他场景。
在过程600的操作641-643(图17A)中未检测到加热事件使通风风扇512偏向于在操作651、653中以较高速度设置运行，在操作651、653中，检测到的污染物和/或湿度的水平升高并且缺少温度变化，这将导致通风风扇512以较高速度设置运行，例如在操作616、622中，如图17B所示。类似地，在操作652、654中，未检测到加热事件使通风风扇512偏向于以较低速度设置运行，在操作652、654中，检测到的污染物和/或湿度的水平正在降低，并且缺少温度变化，这将导致通风风扇512以较低速度设置运行，例如在操作621、626中。在一些实施例中，操作612、617、623中的每一个可以包括等待操作，以在操作614-616、619-622和625-626中进行的测量之间提供延迟，以检测环境中先前测量的状况的变化。在一些实施例中，可以在过程600中建立各种延迟，以避免通风风扇512的运行速度的快速变化，从而不会引起对通风风扇512的注意并且不会使用户从炉灶上分散注意力。
如在图17B中所示，调节循环650用于将环境中的状况朝向第一场景推动。随着IAQ事件被清除并且环境中的测量条件趋于向下，如图17B和图17C所示，在操作615中确定操作完成循环660。完成循环660以冷却操作627开始，在该冷却操作627中，通风风扇512以低设置(1)运行，并且如图17C所示，在操作628-631中监测环境中的状况。如果测量值趋于上升或指示急升(例如，测量值的相对变化高于阈值水平)，则再次进行调节循环650。当测量值下降到阈值水平以下(例如，相对量高于环境)或达到时间限制时，进行平稳操作632以关闭通风风扇512。在操作633-635中进行进一步的监测，并且如果测量值趋于上升或指示急升，则再次运行调节循环650。当测量值下降到另一阈值水平(例如，环境)以下时，在确定操作636处IAQ事件完成并且过程600结束。在一些实施例中，过程600连续循环进行，其中，操作636的输出被引回到初始化操作601。在一些实施例中，如图17A所示，用户可以手动将过程600重置回初始化操作601。
导致室内空气质量差的主要原因之一是在污染物被引入室内环境的IAQ事件中用户未能成功运行通风风扇。本发明的系统提供了通风风扇的自动运行以调节室内空气。本发明的系统还以适当的电平运行通风风扇以便以节能的方式改善室内空气质量。拥有可以检测污染物并自动打开通风风扇并调整排气风扇速度的系统，可以减轻用户或使用者的负担。
在说明性实施例中，提供了“智能”IAQ污染物检测系统，该系统感测烹饪事件或其他产生IAQ污染物的典型家庭活动中产生的污染物，并根据检测到的浓度自动激活和调节排气通风风扇的速度，以便高效地去除污染物，并减少使用者暴露于污染物下。系统选择的通风速率不会使该区域过度通风或通风不足。智能IAQ检测系统可以抑制由任何传感器触发但与烹饪事件或其他IAQ污染物活动无关的间歇性操作或误跳闸。
在说明性实施例中，IAQ事件检测器包括带有微控制器单元(MCU)的印刷电路板(PCB)、通用异步收发器(UART)连接、电源保护和调节、双向电平转换器和三个传感器：(i)挥发性有机化合物(VOC)传感器-检测烹饪和天然气流出物；(ii)温度/湿度传感器-检测相对湿度和环境温度；以及(iii)红外线(IR)温度传感器-检测炉灶/炊具的温度。
在说明性实施例中，PCB通过UART端口连接到通风风扇的电机/控制板，并与电机/控制板通信。传感器监测周围状况并设置相对环境基线，并基于不断变化的周围状况(例如，白天/晚上和季节性变化)更新基线。传感器继续监测周围环境，直到检测到烹饪或其他IAQ事件为止，并基于预定义的阈值更改排气风扇速度。传感器继续监测环境状况，直到烹饪或其他IAQ事件结束并且满足基线环境状况，并且排气风扇已关闭。
某些通风系统只能根据应用检测特定的读数。对于抽油烟机，温度可以用作备用安全度量，但不能用于控制烹饪污染物。在浴室风扇中，可以使用湿度和运动检测来打开排气风扇。然而，这些系统均未考虑更广泛的IAQ测量，也无意将这些更广泛的污染物作为激活通风风扇的触发物进行控制。这些系统也没有任何“智能”功能，仅在特定测量的跳变点触发。
本发明的通风系统相对于其他通风系统的一些优点包括：
(1)考虑到更广泛的IAQ污染物，以检测何时发生需要排出IAQ污染物的事件。
(2)基于多个输入的误跳闸减少逻辑。系统可能要求多个输入在指定范围内才被视为“事件”。由于抽真空或吹扫后空气中存在一些额外的PM2.5颗粒，误跳闸事件会导致打开排气风扇，此类误跳闸事件可以被消除。
(3)排气风扇将保持一段时间，以使IAQ污染物水平恢复到事件前或“安全”水平。其他系统是基于时间的，而不是基于IAQ污染物浓度。
(4)基于利用抽油烟机进行的烹饪，可以对典型的IAQ污染物事件进行可靠的检测。
在说明性实施例中，智能IAQ系统可以被集成到用于厨房或烹饪环境中的抽油烟机或浴室排气风扇的闭环系统中，该闭环系统将检测IAQ污染物的存在并自动打开并调整排气风扇速度。其他闭环系统可能包括空气交换器、HVAC系统和IAQ监测器。
在说明性实施例中，相同系统可以在排气系统的外部使用，所述相同系统例如通用的独立IAQ设备或感测墙开关(包装在墙开关范围内的传感器)。这些传感器可以通过有线或无线通信方式独立地激活通风风扇，从而使排气装置自动打开并基于IAQ污染物浓度调整排气风扇速度。传感器系统可以用于确定在多房间或多装置空间中消除污染物的最佳方法，而不会过度通风或通风不足。如果将智能IAQ系统连接到多个传感器和系统，则连接的网络可以控制多个补充进气口和排气口，以平衡室内空气质量。
在说明性实施例中，智能IAQ系统可以使用HVAC系统(仅风扇，加热、冷却、湿度控制)基于检测到的特定污染物来改善IAQ。如果检测到较高浓度的PM2.5或粉尘，则系统可以运行HVAC系统风扇，以使空气循环通过室内空间，从而循环通过系统的空气过滤系统。如果湿度水平升高，则系统可以使用交流冷凝器线圈除去空气中的水分。使用该系统可以平衡进入的室外空气、排出污染物并循环现有的室内空气。
尽管本发明描述了各种示例性实施例，但是本发明不限于此。相反，本发明旨在覆盖基于所公开的原理的各种修改、使用、适应和等效布置。此外，本发明旨在覆盖在本发明所属的技术内的已知和习惯实践内的与本发明的此类偏离。可以预见的是，本领域技术人员可以在不脱离如所附权利要求书中所述的本发明的精神和范围的情况下，设计出各种修改以及等同的结构和功能。

Claims (23)

1.一种通风系统，所述通风系统包括：
通风风扇，所述通风风扇相对于室内环境定位，所述通风风扇适于使所述室内环境内的空气移动；以及
室内空气质量事件检测器，所述室内空气质量事件检测器具有至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为测量所述室内环境的至少一个特征，
其中，所述室内空气质量事件检测器被配置为响应于基于所述室内环境的所述测得的至少一个特征检测室内空气质量事件，来选择性地运行所述通风风扇。
2.根据权利要求1所述的通风系统，其中，所述至少一个传感器包括以下各项中的至少一项：红外温度传感器，所述红外温度传感器具有指向所述室内环境的视场并且被配置为测量所述红外温度传感器的视场中的一个或多个物体的温度；污染物传感器，所述污染物传感器被配置为测量所述室内环境中的一种或多种污染物的水平；环境温度传感器，所述环境温度传感器被配置为测量所述通风风扇处的温度；以及湿度传感器，所述湿度传感器被配置为测量所述室内环境中的湿度的水平。
3.根据权利要求1所述的通风系统，其中，响应于以下各项中的至少一项来检测到所述室内空气质量事件：
所述通风风扇处测得的温度升高到阈值水平以上；
所述室内环境中测得的温度升高到阈值水平以上；
所述室内环境中物体的测得的温度升高到阈值水平以上；
所述室内环境中测得的污染物的水平升高到阈值水平以上；
所述室内环境中测得的湿度的水平升高到阈值水平以上；
所述测得的至少一个特征增加了一定的百分比，所述百分比高于所述室内环境中的周围状况的阈值百分比变化；以及
所述测得的至少一个特征增加了一定的变化率，所述变化率高于所述室内环境中的周围状况的阈值变化率。
4.根据权利要求1所述的通风系统，其中，所述至少一个传感器包括环境温度传感器，所述环境温度传感器被配置为测量所述通风风扇处的温度，并且其中，响应于在所述通风风扇处测得的温度升高到阈值水平以上，检测到所述室内空气质量事件。
5.根据权利要求1所述的通风系统，其中，所述至少一个传感器包括环境温度传感器，所述环境温度传感器被配置为测量所述通风风扇处的温度，其中，响应于在所述通风风扇处测得的温度升高到第一阈值水平以上，以第一速度设置运行所述通风风扇，其中，响应于在所述通风风扇处测得的温度升高到第二阈值水平以上，以第二速度设置运行所述通风风扇，并且其中，响应于在所述通风风扇处测得的温度升高到第三阈值水平以上，以第三速度设置运行所述通风风扇。
6.根据权利要求1所述的通风系统，其中，所述至少一个传感器包括位于所述通风风扇周围不同位置中的两个或更多个温度传感器，并且其中，响应于所述两个或更多个温度传感器的测得温度升高到阈值水平以上，检测到所述室内空气质量事件。
7.根据权利要求1所述的通风系统，其中，所述至少一个传感器包括红外温度传感器，所述红外温度传感器具有指向所述室内环境的视场并且被配置为测量所述红外温度传感器的视场中的一个或多个物体的温度，并且其中，响应于所述物体的测得温度升高到阈值水平以上，检测到所述室内空气质量事件。
8.根据权利要求1所述的通风系统，其中，所述至少一个传感器包括污染物传感器，所述污染物传感器被配置为测量所述室内环境中的一种或多种污染物的水平，并且其中，响应于所述室内环境中测得的一种或多种污染物的水平升高到阈值水平以上，检测到所述室内空气质量事件。
9.根据权利要求1所述的通风系统，其中，所述至少一个传感器包括湿度传感器，所述湿度传感器被配置为测量所述室内环境中的湿度的水平，并且其中，响应于所述室内环境中测得的湿度的水平升高到阈值水平以上，检测到所述室内空气质量事件。
10.根据权利要求1所述的通风系统，其中，所述至少一个传感器包括被配置为测量所述通风风扇处的温度的环境温度传感器。
11.根据权利要求10所述的通风系统，其中，所述至少一个传感器还包括红外温度传感器，所述红外温度传感器具有指向所述室内环境的视场并且被配置为测量所述红外温度传感器的视场中的一个或多个物体的温度。
12.根据权利要求11所述的通风系统，其中，所述至少一个传感器还包括空气污染物传感器，所空气污染物传感器述被配置为测量所述室内环境中的一种或多种污染物的水平。
13.根据权利要求12所述的通风系统，其中，所述至少一个传感器还包括湿度传感器，所述湿度传感器被配置为测量所述室内环境中的湿度的水平。
14.根据权利要求1所述的通风系统，其中，所述通风风扇被定位于炉灶上方。
15.根据权利要求1所述的通风系统，其中，所述通风风扇联接到房间，其中，所述室内环境在所述房间内，并且其中，所述室内空气质量事件检测器被定位于所述房间内远离所述通风风扇的位置处。
16.根据权利要求1所述的通风系统，其中，所述通风风扇位于向下通风的通风系统中。
17.一种通风系统，所述通风系统包括：
通风风扇，所述通风风扇相对于室内环境定位，所述通风风扇适于使所述室内环境内的空气移动；以及
室内空气质量事件检测器，所述室内空气质量事件检测器具有：红外温度传感器，所述红外温度传感器具有指向所述室内环境的视场并且被配置为测量在所述红外温度传感器的视场中的一个或多个物体的温度；污染物传感器，所述污染物传感器被配置为测量所述室内环境中的一种或多种污染物的水平；环境温度传感器，所述环境温度传感器被配置为测量所述通风风扇处的温度；以及湿度传感器，所述湿度传感器被配置为测量所述室内环境中的湿度的水平，
其中，所述室内空气质量事件检测器被配置为响应于基于检测到室内空气质量事件而选择性地运行所述通风风扇，并且其中，响应于以下各项中的至少一项检测到所述室内空气质量事件：
所述通风风扇处测得的温度升高到阈值水平以上；
所述室内环境中测得的温度升高到阈值水平以上；
所述室内环境中物体的测得的温度升高到阈值水平以上；
所述室内环境中测得的污染物的水平升高到阈值水平以上；
所述室内环境中测得的湿度的水平升高到阈值水平以上。
18.一种用于运行通风系统的方法，所述方法包括：
用至少一个传感器测量室内环境的至少一个特征；
基于所述室内环境的所述测得的至少一个特征来监测所述室内环境中的室内空气质量事件；以及
响应于检测到所述室内空气质量事件，利用所述室内空气质量事件检测器选择性地运行相对于所述室内环境定位的通风风扇，以调节所述室内环境内的空气。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括基于所述室内环境的所述测得的至少一个特征来确定所述通风风扇的运行速度。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述至少一个传感器包括以下各项中的至少一项：红外温度传感器，所述红外温度传感器具有指向所述室内环境的视场并且被配置为测量在所述红外温度传感器的视场中的一个或多个物体的温度；污染物传感器，所述污染物传感器被配置为测量所述室内环境中的一种或多种污染物的水平；环境温度传感器，所述环境温度传感器被配置为测量所述通风风扇处的温度；以及湿度传感器，所述湿度传感器被配置为测量所述室内环境中的湿度的水平。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，响应于以下各项中的至少一项来检测到所述室内空气质量事件：
所述通风风扇处测得的温度升高到阈值水平以上；
所述室内环境中测得的温度升高到阈值水平以上；
所述室内环境中物体的测得的温度升高到阈值水平以上；
所述室内环境中测得的污染物的水平升高到阈值水平以上；
所述室内环境中测得的湿度的水平升高到阈值水平以上；
所述测得的至少一个特征增加了一定的百分比，所述百分比高于所述室内环境中的周围状况的阈值百分比变化；以及
所述测得的至少一个特征增加了一定的变化率，所述变化率高于所述室内环境中的周围状况的阈值变化率。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，选择性地运行所述通风风扇包括：响应于第一场景以第一设置运行所述通风风扇，响应于第二场景以第二设置运行所述通风风扇，以及响应于第三场景以第三设置运行所述通风风扇。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述测得的至少一个特征包括所述室内环境中的温度、所述室内环境中的污染物的水平和所述室内环境中的湿度的水平，其中，所述第一设置为低速设置，所述第二设置为中速设置，并且所述第三设置为高速设置，其中，所述第一场景包括所述温度高于第一阈值水平、所述湿度水平低于第二阈值水平并且所述污染物水平低于第三阈值水平的情况，其中，所述第三场景包括所述温度高于所述第一阈值水平、所述湿度水平高于所述第二阈值水平并且所述污染物水平高于所述第三阈值水平的情况，其中，所述第二场景包括所述温度高于所述第一阈值水平但所述第一场景和所述第三场景的条件不满足的情况。
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