CN116147169A - 一种基于物联网技术的建筑环境管控系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网技术的建筑环境管控控制方法，包括获取用户数据、采集建筑室外环境监测及气象数据、建筑环境管控平台对数据分析和预测并发出控制指令、由建筑环境控制设备执行控制指令、建筑室内环境由于治理发生改变、采集建筑室内环境监测数据、将获得的建筑室内环境监测数据与期望值比较修正。本发明同时采集室外和室外环境参数，并通过互联网获取建筑物所在地气象预报数据；依据以上参数数据通过智能化技术对建筑内的机电设备进行优化控制，不仅能达到建筑内环境恶化后的事后治理，更能达到建筑内环境恶化前的事前预防，为整个建筑内人员创造一个健康、舒适和安全的室内环境，达到节能降耗、延长设备寿命的目的。

Description

一种基于物联网技术的建筑环境管控系统及其控制方法

技术领域

本发明属于物联网领域，尤其涉及一种基于物联网技术的建筑环境管控系统及其控制方法。

背景技术

随着社会经济及工业企业的不断发展，给空气中带来了不同程度的污染物。同时随着建筑施工技术的不断发展，以及越来严格的建筑节能要求，建筑中各家室通常处于密闭状态。从而导致室内空气污染物浓度不断升高，如果不加以改善，将严重影响建筑中人员的身体健康。目前存在一些技术方案是通过建立一套建筑智能化室内空气环境监控系统，对建筑室内空气环境监测、控制建筑空气处理设设备运行，达到建筑室内空气环境治理的目的。

但建筑环境不仅仅是室内空气质量，还应包括室内温度环境、湿度环境、照明环境。要达到对建筑环境彻底治理的目的，不仅要治理建筑室内空气污染，还应同时治理温度环境、湿度环境和照明环境。同时现有的技术方案主要是通过布置在建筑内的空气质量传感器采集氧气浓度、二氧化碳浓度和PM2.5数据。该采集方案不足之处在于，一是采集的空气质量参数不完整，二是忽视了室内空气质量是室外空气质量的延伸，没有把室外空气质量状态考虑在内。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，提供一种基于物联网技术的建筑环境管控系统及其控制方法，基于物联网技术、自动化技术和计算机网络/控制技术的建筑环境管控系统，具备监测单元和控制单元达到对建筑内部进行环境监测和遇到不合格室内环境达到及时告警、控制和治理的有益效果。

为了达到上述目的，进而采取的技术方案如下：

一种基于物联网技术的建筑环境管控系统，包括建筑环境管控平台、室外空气质量监测单元、室外温湿度监测单元、室外光照度监测单元、室内空气质量监测单元、室内温湿度监测单元、室内光照度监测单元、气象数据获取单元、建筑环境告警单元、送排风控制单元、空调新风控制单元、冷热源控制单元和照明控制单元，各单元通过以太网作为网络传输介质连接建筑环境管控平台，进行数据传输；

建筑环境管控平台是建筑环境管控系统的核心，通过以太网作为网络传输介质，实现对建筑室内空气质量的网络化监管；

室外空气质量监测单元包含固体颗粒物PM2.5传感器、固体颗粒物PM10传感器和挥发性有机物VOC传感器；

室外温湿度监测单元和室内温湿度监测单元都包含温度传感器和湿度传感器；

室外光照度监测单元和室内光照度监测单元包含光照度传感器；

室内空气质量监测单元包含固体颗粒物PM2.5传感器、挥发性有机物VOCs传感器、二氧化碳气体传感器、一氧化碳气体传感器和甲醛气体传感器；

气象数据获取单元通过互联网连接国内公开的气象大数据平台，该单元通过API接口方式获取气象大数据平台的数据，通过该单元可获得建筑所在地历史气象数据及气象预报数据；

建筑环境告警单元将建筑内环境质量实时信息通过LED显示屏、多媒体查询一体机、智能手机软件进行实时查询和显示；

送排风系统包括排风系统和送风系统，排风系统是排除室内空气，送风系统是将室外的新鲜空气送入室内；

空调新风控制单元是通过控制空调系统调节室内空气的冷、热、干、湿，并起净化空气的作用，空调系统是由一台主机通过风道过风或冷热水管接多个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的；

冷热源控制单元是通过对冷热源系统实施自动监控，给系统增减热量或者冷量，调节建筑环境温度，多台冷热源设备按先后有序地运行，通过执行最新的优化程序和预定时间程序；

照明控制单元应用智能化管理技术和自动控制技术对建筑内环境照明的光源或灯具设备的开启、关闭、调节、组合、场景模式等实施管理与控制。

作为本发明进一步的改进，各单元采用的网络通信形式包括有线、4G/5G、WIFI。

作为本发明进一步的改进，所述室外空气质量监测单元、室外温湿度监测单元和室外光照度监测单元采用一体化室外环境监测模块，采集安装点PM2.5、PM10、TSP、CO、SO2、NO2、O3、TVOC、温度、湿度、风速、风向、气压、噪声等，通过网格式布局以及重点位置个性化监控，形成大气监测网络，数据实时上传云平台，第一时间做出环境预警和应急。

作为本发明进一步的改进，所述室内空气质量监测单元、室内温湿度监测单元和室内光照度监测单元采用一体化室内环境监测模块，内置多种传感器采集安装点除了温度、湿度、光照度，还应用激光散射技术检测室内的PM2.5、PM10、CO、CO2、甲醛、VOCs、噪声。

一种基于物联网技术的建筑环境管控控制方法，包括以下步骤：

步骤一：了解目标建筑物结构，厅室及房间分部，入住人员情况，确定目标建筑室内空气质量、温湿度、光照度期望值，获取数据；

步骤二：采用固体颗粒物PM2.5传感器、固体颗粒物PM10传感器、挥发性有机物VOC传感器，测得目标建筑室外空气中PM2.5、PM10以及VOCs的含量，采用温度传感器，湿度传感器，测得目标建筑室外环境温度和相对湿度，采用光照度传感器，测得目标建筑室外环境光照度，通过互联网连接国内公开的气象大数据平台，取得目标建筑所在地历史气象数据及气象预报数据；

步骤三：利用步骤一和步骤二取得的数据，应用建筑环境管控平台的分析和预测功能计算建筑各个厅室内环境与室外环境的相关性，并获取满足每个厅室期望环境目标值所需的新排风量、冷/热量及照度值，并向送排风系统、空调系统、冷热源系统、照明控制系统发出控制指令；室外环境优于室内环境，打开送排风系统、空调系统及时改善室内环境，否则维持设备运行在低负荷状态；根据室外温度的高低和室内的目标温度，加大或降低空调系统、冷热源系统的运行负荷；设定照度阈值，根据室内外照度，低于阈值打开照明系统，高于阈值关闭照明系统；

步骤四：送排风系统、空调系统、冷热源系统、照明控制系统执行由步骤三中建筑环境管控平台的控制指令，并把当前系统设备运行状态反馈给环境管控平台，主要是监测设备是否运行正常；设备正常，维持平台设定的运行状态；如不正常，及时报警，减小运行负荷或停机，并在设备能力内加大已有设备的运行负荷，或调度备用设备启动运行；

步骤五：由于步骤四中各环境治理系统设备的运行，目标建筑室内环境指标包括固体颗粒物PM2.5、挥发性有机物VOCs、二氧化碳、一氧化碳和甲醛浓度等得到调整，室内温湿度、照度发生改变；

步骤六：采用固体颗粒物PM2.5传感器、挥发性有机物VOCs传感器、二氧化碳气体传感器、一氧化碳气体传感器、甲醛气体传感器，测得目标建筑室内空气中PM2.5、VOCs、CO、C02和甲醛浓度；采用温度传感器，湿度传感器，测得目标建筑室内环境温度和相对湿度；采用光照度传感器，测得目标建筑室内环境光照度，并将获得的监测数据反馈给建筑环境管控平台。

步骤七：将步骤六中获得的目标建筑室内环境监测数据与期望值比较，目标建筑室内环境是否达到期望值；没有达到期望值，则继续保持系统设备运行，直至室内环境改善至目标值达到；达到期望值，系统将系统设备运行设定在低负荷状态，保证室内环境维持稳定。

本发明的有益效果是：

本发明利用物联网技术、自动化技术和计算机网络/控制技术的建筑环境管控系统，同时采集室外和室外环境参数，并通过互联网获取建筑物所在地气象预报数据；依据以上参数数据通过智能化技术对建筑内包括冷热源系统、空调机新风系统、送排风系统、照明系统在内的机电设备进行优化控制，不仅能达到建筑内环境恶化后的事后治理，更能达到建筑内环境恶化前的事前预防，为整个建筑内人员创造一个健康、舒适和安全的室内环境，达到节能降耗、延长设备寿命的目的。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明中建筑环境管控系统结构图；

图2为本发明中一体化室外环境监测模块的组成框图；

图3为本发明中一体化室内环境监测模块的组成框图；

图4为本发明中建筑环境管控流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请参考图1-3：

一种基于物联网技术的建筑环境管控系统，包括建筑环境管控平台、室外空气质量监测单元、室外温湿度监测单元、室外光照度监测单元、室内空气质量监测单元、室内温湿度监测单元、室内光照度监测单元、气象数据获取单元、建筑环境告警单元、送排风控制单元、空调新风控制单元、冷热源控制单元和照明控制单元，各单元通过以太网作为网络传输介质连接建筑环境管控平台，进行数据传输，各单元采用的网络通信形式包括有线、4G/5G、WIFI；

建筑环境管控平台是建筑环境管控系统的核心，通过以太网作为网络传输介质，实现对建筑室内空气质量的网络化监管；现场有一套或多套在线监测仪器仪表和受控设备，建筑环境管控平台通过传输网络与现场在线监测仪器仪表及受控设备进行通讯，建筑环境管控系统可移独立于建筑内部其它网络，可采用有线、无线等多种网络形式进行独立组网，管理员可通过互联网登录建筑环境管控平台实现对建筑环境信息的查询、统计和上报；

室外空气质量监测单元包含固体颗粒物PM2.5传感器、固体颗粒物PM10传感器和挥发性有机物VOC传感器，可测得室外空气中PM2.5、PM10以及VOCs的含量；

室外温湿度监测单元和室内温湿度监测单元都包含温度传感器和湿度传感器，可测得室内外环境温度和相对湿度；

室外光照度监测单元和室内光照度监测单元包含光照度传感器；

室内空气质量监测单元包含固体颗粒物PM2.5传感器、挥发性有机物VOCs传感器、二氧化碳气体传感器、一氧化碳气体传感器和甲醛气体传感器；

气象数据获取单元通过互联网连接国内公开的气象大数据平台，该单元通过API接口方式获取气象大数据平台的数据，可获得的气象数据包括预报，实况，预警，空气质量，指数，图形产品，格点数据等，通过该单元可获得建筑所在地历史气象数据及气象预报数据；

建筑环境告警单元将建筑内环境质量实时信息通过LED显示屏、多媒体查询一体机、智能手机软件进行实时查询和显示，当发生建筑室内环境超标或系统设备故障时可及时进行报警提示；

送排风系统包括排风系统和送风系统，排风系统是排除室内空气，送风系统是将室外的新鲜空气送入室内，防止爆炸、中毒、空气不洁净等，送风系统主要指送新风，将室外的新鲜空气送入室内，为满足室内空气质量的要求；

空调新风控制单元是通过控制空调系统调节室内空气的冷、热、干、湿，并起净化空气的作用，空调系统是由一台主机通过风道过风或冷热水管接多个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的，达到最大限度的节能，集中监视和报警能够及时发现设备的问题；

冷热源控制单元是通过对冷热源系统实施自动监控，给系统增减热量或者冷量，调节建筑环境温度，多台冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔、热水机组、热水循环水泵或者其他不同的冷热源设备可以按先后有序地运行，通过执行最新的优化程序和预定时间程序，达到最大限度的节能，集中监视和报警能够及时发现设备的问题；

照明控制单元应用智能化管理技术和自动控制技术对建筑内环境照明的光源或灯具设备的开启、关闭、调节、组合、场景模式等实施管理与控制，以达到对建筑节能、环境调节和传感联动的目的。

所述室外空气质量监测单元、室外温湿度监测单元和室外光照度监测单元采用一体化室外环境监测模块，采集安装点PM2.5、PM10、TSP、CO、SO2、NO2、O3、TVOC、温度、湿度、风速、风向、气压、噪声等，通过网格式布局以及重点位置个性化监控，形成大气监测网络，数据实时上传云平台，第一时间做出环境预警和应急，指导改善环境空气质量，该设备依托国家大气背景站和国家标准站进行数据校准，敏感源特征校准，对标校准，同时配备专用APP及WEB平台，可选配传感器、摄像头等监测参数。

所述室内空气质量监测单元、室内温湿度监测单元和室内光照度监测单元采用一体化室内环境监测模块，内置多种传感器采集安装点除了温度、湿度、光照度，还应用激光散射技术检测室内的PM2.5、PM10、CO、CO2、甲醛、VOCs、噪声。

请参考图4：

一种基于物联网技术的建筑环境管控控制方法，包括获取用户数据、采集建筑室外环境监测及气象数据、建筑环境管控平台对数据分析和预测并发出控制指令、由建筑环境控制设备执行控制指令、建筑室内环境由于治理发生改变、采集建筑室内环境监测数据、将获得的建筑室内环境监测数据与期望值比较修正，具体包括以下步骤：

步骤一：了解目标建筑物结构，厅室及房间分部，入住人员情况，确定目标建筑室内空气质量、温湿度、光照度期望值，获取数据；

步骤二：采用固体颗粒物PM2.5传感器、固体颗粒物PM10传感器、挥发性有机物VOC传感器，测得目标建筑室外空气中PM2.5、PM10以及VOCs的含量，采用温度传感器，湿度传感器，测得目标建筑室外环境温度和相对湿度，采用光照度传感器，测得目标建筑室外环境光照度，通过互联网连接国内公开的气象大数据平台，取得目标建筑所在地历史气象数据及气象预报数据；

步骤三：利用步骤一和步骤二取得的数据，应用建筑环境管控平台的分析和预测功能计算建筑各个厅室内环境与室外环境的相关性，并获取满足每个厅室期望环境目标值所需的新排风量、冷/热量及照度值，并向送排风系统、空调系统、冷热源系统、照明控制系统发出控制指令；室外环境优于室内环境，打开送排风系统、空调系统及时改善室内环境，否则维持设备运行在低负荷状态；根据室外温度的高低和室内的目标温度，加大或降低空调系统、冷热源系统的运行负荷；设定照度阈值，根据室内外照度，低于阈值打开照明系统，高于阈值关闭照明系统；

步骤四：送排风系统、空调系统、冷热源系统、照明控制系统执行由步骤三中建筑环境管控平台的控制指令，并把当前系统设备运行状态反馈给环境管控平台，主要是监测设备是否运行正常；设备正常，维持平台设定的运行状态；如不正常，及时报警，减小运行负荷或停机，并在设备能力内加大已有设备的运行负荷，或调度备用设备启动运行；

步骤五：由于步骤四中各环境治理系统设备的运行，目标建筑室内环境指标包括固体颗粒物PM2.5、挥发性有机物VOCs、二氧化碳、一氧化碳和甲醛浓度等得到调整，室内温湿度、照度发生改变；

步骤六：采用固体颗粒物PM2.5传感器、挥发性有机物VOCs传感器、二氧化碳气体传感器、一氧化碳气体传感器、甲醛气体传感器，测得目标建筑室内空气中PM2.5、VOCs、CO、C02和甲醛浓度；采用温度传感器，湿度传感器，测得目标建筑室内环境温度和相对湿度；采用光照度传感器，测得目标建筑室内环境光照度，并将获得的监测数据反馈给建筑环境管控平台。

步骤七：将步骤六中获得的目标建筑室内环境监测数据与期望值比较，目标建筑室内环境是否达到期望值；没有达到期望值，则继续保持系统设备运行，直至室内环境改善至目标值达到；达到期望值，系统将系统设备运行设定在低负荷状态，保证室内环境维持稳定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (5)

1.一种基于物联网技术的建筑环境管控系统，其特征在于，包括建筑环境管控平台、室外空气质量监测单元、室外温湿度监测单元、室外光照度监测单元、室内空气质量监测单元、室内温湿度监测单元、室内光照度监测单元、气象数据获取单元、建筑环境告警单元、送排风控制单元、空调新风控制单元、冷热源控制单元和照明控制单元，各单元通过以太网作为网络传输介质连接建筑环境管控平台，进行数据传输；

建筑环境管控平台是建筑环境管控系统的核心，通过以太网作为网络传输介质，实现对建筑室内空气质量的网络化监管；

室外空气质量监测单元包含固体颗粒物PM2.5传感器、固体颗粒物PM10传感器和挥发性有机物VOC传感器；

室外温湿度监测单元和室内温湿度监测单元都包含温度传感器和湿度传感器；

室外光照度监测单元和室内光照度监测单元包含光照度传感器；

室内空气质量监测单元包含固体颗粒物PM2.5传感器、挥发性有机物VOCs传感器、二氧化碳气体传感器、一氧化碳气体传感器和甲醛气体传感器；

气象数据获取单元通过互联网连接国内公开的气象大数据平台，该单元通过API接口方式获取气象大数据平台的数据，通过该单元可获得建筑所在地历史气象数据及气象预报数据；

建筑环境告警单元将建筑内环境质量实时信息通过LED显示屏、多媒体查询一体机、智能手机软件进行实时查询和显示；

送排风系统包括排风系统和送风系统，排风系统是排除室内空气，送风系统是将室外的新鲜空气送入室内；

空调新风控制单元是通过控制空调系统调节室内空气的冷、热、干、湿，并起净化空气的作用，空调系统是由一台主机通过风道过风或冷热水管接多个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的；

冷热源控制单元是通过对冷热源系统实施自动监控，给系统增减热量或者冷量，调节建筑环境温度，多台冷热源设备按先后有序地运行，通过执行最新的优化程序和预定时间程序；

照明控制单元应用智能化管理技术和自动控制技术对建筑内环境照明的光源或灯具设备的开启、关闭、调节、组合、场景模式等实施管理与控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的建筑环境管控系统，其特征在于，各单元采用的网络通信形式包括有线、4G/5G、WIFI。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的建筑环境管控系统，其特征在于，所述室外空气质量监测单元、室外温湿度监测单元和室外光照度监测单元采用一体化室外环境监测模块，采集安装点PM2.5、PM10、TSP、CO、SO2、NO2、O3、TVOC、温度、湿度、风速、风向、气压、噪声等，通过网格式布局以及重点位置个性化监控，形成大气监测网络，数据实时上传云平台，第一时间做出环境预警和应急。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的建筑环境管控系统，其特征在于，所述室内空气质量监测单元、室内温湿度监测单元和室内光照度监测单元采用一体化室内环境监测模块，内置多种传感器采集安装点除了温度、湿度、光照度，还应用激光散射技术检测室内的PM2.5、PM10、CO、CO2、甲醛、VOCs、噪声。

5.一种基于物联网技术的建筑环境管控控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：了解目标建筑物结构，厅室及房间分部，入住人员情况，确定目标建筑室内空气质量、温湿度、光照度期望值，获取数据；

步骤二：采用固体颗粒物PM2.5传感器、固体颗粒物PM10传感器、挥发性有机物VOC传感器，测得目标建筑室外空气中PM2.5、PM10以及VOCs的含量，采用温度传感器，湿度传感器，测得目标建筑室外环境温度和相对湿度，采用光照度传感器，测得目标建筑室外环境光照度，通过互联网连接国内公开的气象大数据平台，取得目标建筑所在地历史气象数据及气象预报数据；

步骤三：利用步骤一和步骤二取得的数据，应用建筑环境管控平台的分析和预测功能计算建筑各个厅室内环境与室外环境的相关性，并获取满足每个厅室期望环境目标值所需的新排风量、冷/热量及照度值，并向送排风系统、空调系统、冷热源系统、照明控制系统发出控制指令；室外环境优于室内环境，打开送排风系统、空调系统及时改善室内环境，否则维持设备运行在低负荷状态；根据室外温度的高低和室内的目标温度，加大或降低空调系统、冷热源系统的运行负荷；设定照度阈值，根据室内外照度，低于阈值打开照明系统，高于阈值关闭照明系统；

步骤四：送排风系统、空调系统、冷热源系统、照明控制系统执行由步骤三中建筑环境管控平台的控制指令，并把当前系统设备运行状态反馈给环境管控平台，主要是监测设备是否运行正常；设备正常，维持平台设定的运行状态；如不正常，及时报警，减小运行负荷或停机，并在设备能力内加大已有设备的运行负荷，或调度备用设备启动运行；

步骤五：由于步骤四中各环境治理系统设备的运行，目标建筑室内环境指标包括固体颗粒物PM2.5、挥发性有机物VOCs、二氧化碳、一氧化碳和甲醛浓度等得到调整，室内温湿度、照度发生改变；

步骤六：采用固体颗粒物PM2.5传感器、挥发性有机物VOCs传感器、二氧化碳气体传感器、一氧化碳气体传感器、甲醛气体传感器，测得目标建筑室内空气中PM2.5、VOCs、CO、C02和甲醛浓度；采用温度传感器，湿度传感器，测得目标建筑室内环境温度和相对湿度；采用光照度传感器，测得目标建筑室内环境光照度，并将获得的监测数据反馈给建筑环境管控平台。

步骤七：将步骤六中获得的目标建筑室内环境监测数据与期望值比较，目标建筑室内环境是否达到期望值；没有达到期望值，则继续保持系统设备运行，直至室内环境改善至目标值达到；达到期望值，系统将系统设备运行设定在低负荷状态，保证室内环境维持稳定。

Images