CN113465157A - 一种多参数动态新风控制系统及方法 - Google Patents

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CN113465157A CN202110716319.4A CN202110716319A CN113465157A CN 113465157 A CN113465157 A CN 113465157A CN 202110716319 A CN202110716319 A CN 202110716319A CN 113465157 A CN113465157 A CN 113465157A
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Abstract

本发明公开了一种多参数动态新风控制系统及方法，该控制系统包括温湿度监测单元、甲醛监测单元、二氧化碳监测单元、数据存储显示系统、运算控制单元和风机调节单元。温湿度监测单元、甲醛监测单元和二氧化碳监测单元在建筑内，建筑配有风机。温湿度监测单元、甲醛监测单元和二氧化碳监测单元将监测数据发送至数据存储显示系统，向数据存储显示系统输入建筑的信息和目标参数，数据存储显示系统将数据传输至运算控制单元进行计算分析，运算控制单元根据计算结果向风机调节单元发送指令，风机调节单元调节风机的工作参数。本发明可实现对室内污染物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

一种多参数动态新风控制系统及方法
技术领域
本发明涉及室内环境调控领域，具体涉及一种多参数动态新风控制系统及方法。
背景技术
实测结果显示商场建筑室内典型空气污染参数的分布特征会随着时间、空间、人流量、室外污染物本底值、热湿等因素的变化产生相应变化，需要采用一种合理的新风调控策略通过控制以上多种影响因素的变化情况，有效提高公共建筑室内空气品质。
目前建筑风机控制方法大多都较为粗糙，大部分都仅仅是以热湿环境作为新风控制的参数来进行控制。但是室内环境调节很大程度上依赖新风，仅仅把新风用作调控室内热湿环境是不够的。过滤后的新风能够极大程度的减少室内污染物的浓度。
同时，目前的调控方式单一，很少有温湿度及污染物等多参数综合考虑的调控方式，难以对室内环境进行综合改善。同时，虽然加大新风量可以降低室内污染物，但是过大的新风会造成系统能耗的增加，不符合节能减排，降低碳排放的国家要求。多参数耦合的综合室内环境调控方式急需被提出。
发明内容
本发明的目的是提供一种多参数动态新风控制系统及方法，以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，一种多参数动态新风控制系统，包括温湿度监测单元、甲醛监测单元、二氧化碳监测单元、数据存储显示系统、运算控制单元和风机调节单元。
所述温湿度监测单元、甲醛监测单元和二氧化碳监测单元均布置在建筑内部，建筑装配有风机。
工作时，所述温湿度监测单元、甲醛监测单元和二氧化碳监测单元将监测数据发送至数据存储显示系统，使用者向数据存储显示系统输入建筑的信息和目标参数，数据存储显示系统将数据传输至运算控制单元进行计算分析，运算控制单元根据计算结果向风机调节单元发送指令，风机调节单元调节风机的工作参数。
进一步，所述温湿度监测单元包括若干温度传感器和若干湿度传感器。
进一步，输入所述建筑的信息包括建筑面积、建筑层高和排风量。
进一步，还包括空调调节单元，空调调节单元与所述运算控制单元以及空调机组连接，空调机组的产风通过风机排出。
一种多参数动态新风控制方法，基于上述的控制系统，包括以下步骤：
1)所述温湿度监测单元监测建筑内的温度T1和相对湿度RH1并发送至数据存储显示系统，甲醛监测单元监测建筑内的甲醛浓度C1-甲醛并发送至数据存储显示系统，二氧化碳监测单元监测建筑内的二氧化碳浓度C1-CO2并发送至数据存储显示系统。
2)向所述数据存储显示系统输入建筑的建筑面积A、建筑层高 H和排风量Q2以及甲醛浓度控制目标C1-甲醛-设定、二氧化碳浓度控制目标C1-CO2-设定、室内温度控制目标T2和室内相对湿度控制目标RH2。
3)所述数据存储显示系统将数据发送至运算控制单元，运算控制单元根据室内温度控制目标T2和室内相对湿度控制目标RH2计算出目标焓值hm，进一步计算出达到甲醛浓度控制目标C1-甲醛-设定的送风量Q1-甲醛、达到二氧化碳浓度控制目标C1-CO2-设定的送风量Q1-CO2以及达到目标焓值hm的送风量Q1-温湿度，取Q1-甲醛、Q1-CO2和Q1-温湿度中的最大值作为风机所需的送风量Q1，计算出风机的工作功率P并发送至风机调节单元。
4)所述风机调节单元控制风机以工作功率P运转，预定通风时间t。
进一步，步骤3)中所述送风量Q1-甲醛采用如下公式计算：
[(C排-甲醛×Q2)-(C送-甲醛×Q1-甲醛)]×t＝(C1-甲醛-C1-甲醛-设定)×V (1)
式中：C排-甲醛为排风甲醛浓度，C送-甲醛为送风甲醛浓度，V为房间体积，V＝A×H。
所述送风量Q1-CO2采用如下公式计算：
[(C排-CO2×Q2)-(C送-CO2×Q1-CO2)]×t＝(C1-CO2-C1-CO2-设定)×V (2)
式中：C排-CO2为排风二氧化碳浓度，C送-CO2为送风二氧化碳浓度。
所述送风量Q1-温湿度采用如下公式计算：
Q1-温湿度＝q/(hm-ho) (3)
式中：q为室内余热量，ho为室内状态初始焓值。
进一步，步骤3)中所述风机的工作功率P采用如下公式计算：
P＝Q1×p/(3600η1×η2) (4)
式中：p为送风风压，η1为风机效率，η2为机械传动效率。
进一步，步骤3)之后还具有如下步骤：所述运算控制单元建立各个参数控制目标与对应所需送风量的关系图，并将关系图发送至数据存储显示系统供使用者浏览。
进一步，步骤2)中还包括如下步骤：向所述数据存储显示系统输入夏季送风设定温湿度对应的焓值hs、使用者设定的冬季系统开始运行时的室外温湿度对应的焓值hw、夏季室内设计温湿度对应的焓值hn、二氧化碳的上下限值和甲醛浓度的上下限值。
进一步，步骤4)中还包括如下步骤：所述温湿度监测单元、甲醛监测单元和二氧化碳监测单元进行实时检测，运算控制单元对比分析实时温湿度对应的焓值h、hs、hw和hn后向空调调节单元连接发送指令，空调调节单元连接控制空调机组运转，空调机组的产风通过风机排出，运算控制单元对比分析实时甲醛浓度、二氧化碳浓度与两者的上下限值后向调节风机的阀门。
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，依据质量平衡模型和热量平衡模型原理，建立了室内污染物浓度、温度、湿度、通风量、与时间关系的模型。可根据室内温度、湿度、污染物浓度、时间等对室内污染物浓度进行预测和改善，从而推算出满足污染物目标浓度和室内温湿度要求的合理通风量，相对于固定通风量调节，可实现对室内污染物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。
附图说明
图1为本发明所述控制系统的示意图；
图2为本发明所述控制系统对风机实时调节的流程图；
图3为本发明所述控制系统工作过程中室内甲醛浓度变化规律；
图4为本发明所述控制系统工作过程中室内CO2浓度变化规律；
图5为本发明所述控制系统工作过程中室内温度变化规律。
图中：温湿度监测单元1、甲醛监测单元2、二氧化碳监测单元3、数据存储显示系统4、运算控制单元5、风机调节单元6、风机7 和建筑8。
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：
本实施例公开了一种多参数动态新风控制系统，包括温湿度监测单元1、甲醛监测单元2、二氧化碳监测单元3、数据存储显示系统4、运算控制单元5、风机调节单元6和空调调节单元。
参见图1，所述温湿度监测单元1、甲醛监测单元2和二氧化碳监测单元3均布置在建筑8内部，建筑8装配有风机7。所述温湿度监测单元1包括多个温度传感器和多个湿度传感器，多个温度传感器的监测值取平均值，多个湿度传感器的监测值取平均值。
所述甲醛监测单元2包括甲醛传感器，二氧化碳监测单元3包括二氧化碳传感器，运算控制单元5为上位机。
所述空调调节单元与运算控制单元5以及空调机组连接，空调机组的产风通过风机7排出。
工作时，所述温湿度监测单元1、甲醛监测单元2和二氧化碳监测单元3将监测数据发送至数据存储显示系统4，使用者向数据存储显示系统4输入建筑8的信息和目标参数，输入建筑8的信息包括建筑面积、建筑层高和排风量，数据存储显示系统4将数据传输至运算控制单元5进行计算分析，运算控制单元5根据监测的数据和输入的数据计算得到风机7的送风量和预定通风时长，进一步算出风机7的工作功率，运算控制单元5根据计算结果向风机调节单元6 发送指令，风机调节单元6调节风机7的工作参数，风机7按算出的工作功率和时长进行运转。运转过程中，所述运算控制单元5根据实时监测数据调整排风的温度和风机7的阀门大小，确保室内环境的各项参数均在设定范围内波动。
实施例2：
本实施例公开了一种多参数动态新风控制方法，基于实施例1 所述的控制系统，包括以下步骤：
1)所述温湿度监测单元1监测建筑8内的温度T1和相对湿度 RH1并发送至数据存储显示系统4，甲醛监测单元2监测建筑8内的甲醛浓度C1-甲醛并发送至数据存储显示系统4，二氧化碳监测单元3 监测建筑8内的二氧化碳浓度C1-CO2并发送至数据存储显示系统4。
2)向所述数据存储显示系统4输入建筑8的建筑面积A、建筑层高H和排风量Q2以及甲醛浓度控制目标C1-甲醛-设定、二氧化碳浓度控制目标C1-CO2-设定、室内温度控制目标T2和室内相对湿度控制目标 RH2、夏季送风设定温湿度对应的焓值hs、使用者设定的冬季系统开始运行时的室外温湿度对应的焓值hw、夏季室内设计温湿度对应的焓值hn、二氧化碳的上下限值和甲醛浓度的上下限值。其中，对于多层的建筑，所述建筑面积A为所有楼层面积的总和；当建筑采用一次回风时，hs为机器露点所对应的焓值，hw大小由建筑管理人员的设定决定，各个参数的下限值表示对应参数不能低于该值，该值的大小根据用户需求设定，上限值根据国家标准GB/T 18883的要求进行设定；
3)所述数据存储显示系统4将数据发送至运算控制单元5，运算控制单元5根据室内温度控制目标T2和室内相对湿度控制目标RH2计算出目标焓值hm，进一步计算出达到甲醛浓度控制目标C1-甲醛-设定的送风量Q1-甲醛、达到二氧化碳浓度控制目标C1-CO2-设定的送风量Q1-CO2以及达到目标焓值hn的送风量Q1-温湿度，取Q1-甲醛、Q1-CO2和Q1-温湿度中的最大值作为风机7所需的送风量Q1，计算出风机7的工作功率P，将工作功率P和预定通风时间t发送至风机调节单元6。
其中，所述送风量Q1-甲醛采用如下公式计算：
[(C排-甲醛×Q2)-(C送-甲醛×Q1-甲醛)]×t＝(C1-甲醛-C1-甲醛-设定)×V (1)
式中：C排-甲醛为排风甲醛浓度，可在排风口设置甲醛传感器进行测量；C送-甲醛为送风甲醛浓度，可在进风口设置甲醛传感器进行测量， V为房间体积，V＝A×H。
所述送风量Q1-CO2采用如下公式计算：
[(C排-CO2×Q2)-(C送-CO2×Q1-CO2)]×t＝(C1-CO2-C1-CO2-设定)×V (2)
式中：C排-CO2为排风二氧化碳浓度，可在排风口设置二氧化碳传感器进行测量；C送-CO2为送风二氧化碳浓度，可在进风口设置二氧化碳传感器进行测量。
所述送风量Q1-温湿度采用如下公式计算：
Q1-温湿度＝q/(hm-ho) (3)
式中：q为室内余热量，ho为室内状态初始焓值，ho采用温度 T1和相对湿度RH1计算得到。
所述风机7的工作功率P采用如下公式计算：
P＝Q1×p/(3600η1×η2) (4)
式中：p为送风风压，η1为风机效率，η2为机械传动效率。
所述运算控制单元5建立各个参数控制目标与对应所需送风量的关系图，并将关系图发送至数据存储显示系统4供使用者浏览。参见图3，为室内甲醛浓度随通风时间的变化规律，参见图4，为室内CO2浓度随通风时间的变化规律，参见图5为，室内温度随通风时间的变化规律。
4)所述风机调节单元6控制风机7以工作功率P运转，运转时长为t。如图2所示，在所述风机7运转的过程中，需根据建筑8内各环境参数的变化情况，对风机7的运行不断调整，达到节能或满足室内环境需求的目的，所述温湿度监测单元1、甲醛监测单元2 和二氧化碳监测单元3进行实时检测，运算控制单元5对比分析实时温湿度对应的焓值h、hs、hw和hn后向空调调节单元连接发送指令，空调调节单元连接控制空调机组运转，空调机组制冷、制热或关闭，结合空气加热器，将温度调整到对应预定值，空调机组产出的风通过风机7排出，运算控制单元5对比分析实时甲醛浓度、二氧化碳浓度与两者的上下限值后向调节风机7的阀门，通过调整风机7排风口的阀门大小，使室内二氧化碳和甲醛浓度均保持在上下限值间。
值得说明的是，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温湿度控制不能满足室内环境健康的问题，提供了另一种高效经济的需求控制通风解决方案。本在综合研究分析多种新风控制系统的基础上，提出一个全面的、综合的动态新风控制系统。多参数动态新风控制系统的出发点在于解决公共建筑室内空气污染严重的现象，故该系统立足于控制建筑运行阶段室内空气品质主要影响因素，包括时间因素、空间因素、热湿参数因素、室外污染物浓度因素等，以实现公共建筑良好的室内空气品质营造。空间因素主要针对污染物的空间分布规律，同一风机所覆盖的区域范围有限，对于空间因素的控制应着重在空调系统设计阶段，将污染状况类似的区域设置在同一空调系统内，通过对不同风机的分区控制以实现不同楼层不同区域的空气污染控制。综上，本多参数动态新风控制系统主要以时间因素控制、热湿参数因素控制为主要控制因素，以多参数的复杂控制为控制手段，以建筑室内空气品质、热湿状况以及节能效果为最终控制目标，在改善商场建筑室内环境质量、保障在室人员身体舒适健康的基础上，实现建筑能耗的节约。
本实施例采用的温度、湿度、甲醛、二氧化碳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，此外，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，建筑特征信息也更易获取，大量自控监控系统也安装在楼宇信息化系统中。依据质量平衡模型和热量平衡模型原理，建立了室内污染物浓度、温度、湿度、通风量、与时间关系的模型。可根据室内温度、湿度、污染物浓度、时间等对室内污染物浓度进行预测和改善，从而推算出满足污染物目标浓度和室内温湿度要求的合理通风量。相对于固定通风量调节具有明显优势。
实施例3：
本实施例公开了一种多参数动态新风控制系统，包括温湿度监测单元1、甲醛监测单元2、二氧化碳监测单元3、数据存储显示系统4、运算控制单元5和风机调节单元6。
参见图1，所述温湿度监测单元1、甲醛监测单元2和二氧化碳监测单元3均布置在建筑8内部，建筑8装配有风机7。
工作时，所述温湿度监测单元1、甲醛监测单元2和二氧化碳监测单元3将监测数据发送至数据存储显示系统4，使用者向数据存储显示系统4输入建筑8的信息和目标参数，数据存储显示系统4将数据传输至运算控制单元5进行计算分析，运算控制单元5根据计算结果向风机调节单元6发送指令，风机调节单元6调节风机7的工作参数。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述温湿度监测单元1 包括多个温度传感器和多个湿度传感器。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，输入所述建筑8的信息包括建筑面积、建筑层高和排风量。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，还包括空调调节单元，空调调节单元与运算控制单元5以及空调机组连接，空调机组的产风通过风机7排出。

Claims (10)

1.一种多参数动态新风控制系统，其特征在于：包括所述温湿度监测单元(1)、甲醛监测单元(2)、二氧化碳监测单元(3)、数据存储显示系统(4)、运算控制单元(5)和风机调节单元(6)；
所述温湿度监测单元(1)、甲醛监测单元(2)和二氧化碳监测单元(3)均布置在建筑(8)内部，建筑(8)装配有风机(7)；
工作时，所述温湿度监测单元(1)、甲醛监测单元(2)和二氧化碳监测单元(3)将监测数据发送至数据存储显示系统(4)，使用者向数据存储显示系统(4)输入建筑(8)的信息和目标参数，数据存储显示系统(4)将数据传输至运算控制单元(5)进行计算分析，运算控制单元(5)根据计算结果向风机调节单元(6)发送指令，风机调节单元(6)调节风机(7)的工作参数。
2.根据权利要求1所述的一种多参数动态新风控制系统，其特征在于：所述温湿度监测单元(1)包括若干温度传感器和若干湿度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种多参数动态新风控制系统，其特征在于：输入所述建筑(8)的信息包括建筑面积、建筑层高和排风量。
4.根据权利要求1所述的一种多参数动态新风控制系统，其特征在于：还包括空调调节单元，空调调节单元与所述运算控制单元(5)以及空调机组连接，空调机组的产风通过风机(7)排出。
5.一种多参数动态新风控制方法，基于权利要求1所述的控制系统，其特征在于：包括以下步骤：
1)所述温湿度监测单元(1)监测建筑(8)内的温度T1和相对湿度RH1并发送至数据存储显示系统(4)，甲醛监测单元(2)监测建筑(8)内的甲醛浓度C1-甲醛并发送至数据存储显示系统(4)，二氧化碳监测单元(3)监测建筑(8)内的二氧化碳浓度
Figure FDA0003134301020000011
并发送至数据存储显示系统(4)；
2)向所述数据存储显示系统(4)输入建筑(8)的建筑面积A、建筑层高H和排风量Q2以及甲醛浓度控制目标C1-甲醛-设定、二氧化碳浓度控制目标
Figure FDA0003134301020000012
室内温度控制目标T2和室内相对湿度控制目标RH2；
3)所述数据存储显示系统(4)将数据发送至运算控制单元(5)，运算控制单元(5)根据室内温度控制目标T2和室内相对湿度控制目标RH2计算出目标焓值hm，进一步计算出达到甲醛浓度控制目标C1-甲醛-设定的送风量Q1-甲醛、达到二氧化碳浓度控制目标
Figure FDA0003134301020000021
的送风量
Figure FDA0003134301020000023
以及达到目标焓值hm的送风量Q1-温湿度，取Q1-甲醛、
Figure FDA0003134301020000022
和Q1-温湿度中的最大值作为风机(7)所需的送风量Q1，计算出风机(7)的工作功率P并发送至风机调节单元(6)；
4)所述风机调节单元(6)控制风机(7)以工作功率P运转，预定通风时间t。
6.根据权利要求5所述的一种多参数动态新风控制方法，其特征在于：步骤3)中所述送风量Q1-甲醛采用如下公式计算：
[(C排-甲醛×Q2)-(C送-甲醛×Q1-甲醛)]×t＝(C1-甲醛-C1-甲醛-设定)×V (1)
式中：C排-甲醛为排风甲醛浓度，C送-甲醛为送风甲醛浓度，V为房间体积，V＝A×H；
所述送风量
Figure FDA0003134301020000024
采用如下公式计算：
Figure FDA0003134301020000025
式中：
Figure FDA0003134301020000026
为排风二氧化碳浓度，
Figure FDA0003134301020000027
为送风二氧化碳浓度；
所述送风量Q1-温湿度采用如下公式计算：
Q1-温湿度＝q/(hm-ho) (3)
式中：q为室内余热量，ho为室内状态初始焓值。
7.根据权利要求5所述的一种多参数动态新风控制方法，其特征在于：步骤3)中所述风机(7)的工作功率P采用如下公式计算：
P＝Q1×p/(3600η1×η2) (4)
式中：p为送风风压，η1为风机效率，η2为机械传动效率。
8.根据权利要求5所述的一种多参数动态新风控制方法，其特征在于：步骤3)之后还具有如下步骤：所述运算控制单元(5)建立各个参数控制目标与对应所需送风量的关系图，并将关系图发送至数据存储显示系统(4)供使用者浏览。
9.根据权利要求5所述的一种多参数动态新风控制方法，其特征在于：步骤2)中还包括如下步骤：向所述数据存储显示系统(4)输入夏季送风设定温湿度对应的焓值hs、使用者设定的冬季系统开始运行时的室外温湿度对应的焓值hw、夏季室内设计温湿度对应的焓值hn、二氧化碳的上下限值和甲醛浓度的上下限值。
10.根据权利要求9所述的一种多参数动态新风控制方法，其特征在于：步骤4)中还包括如下步骤：所述温湿度监测单元(1)、甲醛监测单元(2)和二氧化碳监测单元(3)进行实时检测，运算控制单元(5)对比分析实时温湿度对应的焓值h、hs、hw和hn后向空调调节单元连接发送指令，空调调节单元连接控制空调机组运转，空调机组的产风通过风机(7)排出，运算控制单元(5)对比分析实时甲醛浓度、二氧化碳浓度与两者的上下限值后向调节风机(7)的阀门。
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