CN117029223A - 基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统及控制方法 - Google Patents

基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统及控制方法，该方法包括：根据室内植物状态和人员新陈代谢设计新风系统的最大新风量和最小新风量；基于最小新风量对新风系统进行调试，以预设系统最小光强，修正植物净光合速率和呼吸速率；基于预设最小光强、修正后的植物净光合速率、呼吸速率和人员数量波动动态调整新风量；结合新风系统的实时新风量进行后馈式最小光强调整、植物净光合速率和呼吸速率反算、及新风量的动态调节。本发明的新风系统及控制方法，根据室内CO2浓度、光合有效辐射强度和人员数量进行综合按需调控，并进行后馈式植物净光合速率分析和新风量按需计算，实时调控新风系统，实现了新风系统较准确的调控。

Description

基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统及控制方法
技术领域
本发明涉及新风系统调控技术领域，特别是涉及一种基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统及控制方法。
背景技术
人员呼吸作用吸入O2，呼出CO2，室内CO2浓度过高会引起室内人员头疼、乏力、呼吸困难等，为满足人员健康，室内CO2浓度需小于设定最高CO2浓度。CO2对植物而言相当于植物的养分，较高的CO2浓度有助于加速植物光合作用，促进植株生长。植物和人员的新陈代谢耦合作用需要与之相适应的室内新风系统调控策略来满足植物生长和人员健康。
鉴于植物展馆、花卉博览会等类型建筑中植物密度和人员密度均较高，人员和植物的新陈代谢都会影响空气质量，空气质量也会影响人员和植物的健康，因此需要有别于常规民用建筑的新风系统调控策略来确保室内空气质量。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种调控较准确的基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统及控制方法。
本发明提供了一种基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统的控制方法，所述方法包括：
根据室内植物状态和人员新陈代谢设计新风系统的最大新风量和最小新风量；
基于所述最小新风量对新风系统进行调试，以预设系统最小光强，修正植物净光合速率和呼吸速率；
基于预设最小光强、修正后的植物净光合速率、呼吸速率和人员数量波动动态调整新风量；
结合新风系统的实时新风量进行后馈式最小光强调整、植物净光合速率和呼吸速率反算，及新风量的动态调节。
在其中一个实施例中，所述所述根据室内植物状态和人员新陈代谢设计新风系统的最大新风量和最小新风量，包括：
计算满足植物健康角度计算满足植物光合作用所需的最小新风量Qmin，为
式中，Eplant,day为室内植物的净光合速率，Eplant,day＝Pn×Aleaf/ρCO2；Pn为植物的净光合速率，光合速率大于呼吸速率为正值，光合速率小于呼吸速率为负值；Aleaf(m2)为植物叶面积，是植物叶面积指数和绿化面积的乘积；ρCO2为CO2气体密度；M2为植物进行光合作用CO2补偿点浓度；Mout为新风的CO2浓度；
计算满足人员健康角度计算满足室内目标CO2浓度和人员密度的系统最大新风量Qmax，为
式中，N为展馆人数，epeople为人员呼出CO2的速率；M1为室内的目标设计CO2浓度。
在其中一个实施例中，所述基于所述最小新风量对新风系统进行调试，以预设系统最小光强、修正植物净光合速率和呼吸速率，包括：
室内人数N＝0，当室内CO2浓度小于CO2补偿点浓度M2时，新风系统按最小风量Qmin运行，当室内CO2浓度大于CO2补偿点浓度M2时，新风系统处于待机模式；
当室内CO2新风系统最小风量运行，记录期间的室内CO2浓度Mτ、对应时刻τ、及光合有效辐射强度PFD，计算出室内所有植物净光合速率速率Eplant，为：
式中，Qτ为τ时刻对应的新风量，V为房屋体积，Δτ为时间步长，ΔMτ为时间步长Δτ内的室内CO2浓度变化量；
当Eplant小于0时，植物光合速率大于呼吸速率；当Eplant大于0，植物光合速率小于呼吸速率；在Eplant接近0对应的光合有效辐射强度PFD为系统预设最小光强PFD1；
当光合有效辐射强度PFD≤PFD1时，取各时刻的平均值为室内所有植物在夜间或光线较弱情况下释放CO2的速率Eplant,night，即呼吸速率；当PFD>PFD1时，调试一天内多组数据拟合二元二次方程，计算得出室内在不同光合有效辐射强度PFD和CO2浓度下的Eplant,day，
在其中一个实施例中，所述基于预设最小光强、修正后的植物净光合速率和人员数量波动调整新风量，包括：
基于人员健康和植物净光合速率计算满足室内目标CO2浓度和人员密度的第一新风量Q1，为
式中，Eplant为室内植物因光合作用和呼吸作用而吸收或释放CO2的速率，吸收为负值，释放为正值；M1为室内的目标设计CO2浓度；Mout为新风的CO2浓度
满足植物光合作用所需的第二新风量Q2，为
当光合有效辐射强度PFD≤PFD1时，且N＝0时，新风机处于待机模式；
当PFD≤PFD1，且N>0时，当室内CO2浓度大于等于设计目标浓度M1，按第一新风量Q1进行新风机风量计算；若计算的风量低于系统最小新风量Qmin，则按最小新风量运行；若计算的风量超过了系统的最大新风量Qmax，则按最大风量运行；当计算风量超过了系统的最大设计新风量的预设值时，向管理人员发送报警信息，提示室内人员超额；当室内CO2浓度在预设时间内低于设计目标浓度，则新风系统处于待机模式；
当光合有效辐射强度PFD>PFD1，且N＝0时，当室内CO2浓度小于CO2补偿点M2，将当前的Eplant,day值代入第二新风量Q2进行风量计算和运行；若计算的风量低于系统最小新风量Qmin，则按最小新风量运行；若计算的风量超过了系统的最大新风量Qmax，则按最大风量运行；当室内CO2浓度在预设时间内高于CO2补偿点M2，则新风系统处于待机模式；
当光合有效辐射强度PFD>PFD1，且N＞0，当室内CO2浓度大于等于设计目标浓度M1，按第一新风量Q1进行新风机风量计算；若计算的风量低于系统最小新风量Qmin，则按最小新风量运行；若计算的风量超过了系统的最大新风量Qmax，则按最大风量运行；当计算风量超过了系统的最大设计新风量的预设值时，向管理人员发送报警信息，提示室内人员超额；当室内CO2浓度在预设时间内低于设计目标浓度，则新风系统处于待机模式。
在其中一个实施例中，所述结合新风系统的实时新风量进行后馈式最小光强调整、植物净光合速率反算，及新风量动态调节，包括：
实时记录新风机实际运行期间τ时刻的新风量Qτ、光合有效辐射强度PFDτ、CO2浓度Mτ、人数Nτ，进行后馈式植物净光合速率反算动态修正Eplant,τ：
将Eplant,τ接近0的时刻对应的PFD值设为系统PFD1；
当PFD＞PFD1时，根据各时刻的Eplant,day、PFD、CO2浓度拟合出适用于室内的Eplant,day＝f(PFD，M)关系式，根据计算出的Eplant,day修正值，继续动态调节新风量；当PFD≤PFD1时，根据房间体积V、各时刻的CO2浓度Mτ和时间步长Δτ计算Eplant,night；
根据修正后的PFD1，Eplant,day，Eplant,night进行新风量动态调节。
本发明还提供了一种基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统，应用于上述所述的基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统的控制方法，所述新风系统包括室内传感器集群，室内人员数量监测传感器，分析调控单元，新风装置，除湿装置与喷雾加湿装置；
所述室内传感器集群包括CO2浓度传感器、相对湿度传感器和光合有效辐射传感器；
所述分析调控单元可进行后馈式植物净光合速率分析和新风量的按需调控，连接并分析室内传感器集群和室内人员数量监测传感器数据；连接并调控新风装置、除湿装置与喷雾加湿装置。
上述基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统及控制方法，根据室内CO2浓度、光合有效辐射强度和人员数量进行综合按需调控，并进行后馈式植物净光合速率分析和新风量按需计算，实时调控新风系统，实现了新风系统较准确的调控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明的一个实施例的基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统的控制方法流程图；
图2为本发明的一个实施例的基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统调控步骤图。
图3为夜间调试阶段的CO2浓度变化趋势；
图4为室内新风系统初始状态图；
图5为随着光合有效辐射强度、室内CO2浓度、人数变化相应的新风量动态调整图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本发明的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
除非另有定义，本发明的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
人员呼吸作用吸入O2，呼出CO2，室内CO2浓度过高会引起室内人员头疼、乏力、呼吸困难等，为满足人员健康，室内CO2浓度需小于设定最高CO2浓度。常规建筑的新风系统设计以人员的新陈代谢需求为准，《室内空气质量标准》GB/T18883-2002规定室内新风量应≥30m3/(h·人)，室内CO2浓度日平均值<1000ppm。CO2对植物而言相当于植物的养分，较高的CO2浓度有助于加速植物光合作用，促进植株生长。植物在光合作用过程中可以吸收CO2、释放O2，经估算，展馆内30％的草本覆盖量在光照充足情况下可使室内CO2浓度在1.5h内衰减60％。与常规居住建筑不同，温室内通风相对不那么精确，根据《重庆市展览温室植物养护管理技术规范》，以花卉区为例，“一年中，当室内温度超过18℃，视天气情况，适时打开顶窗、侧窗和循环风机，以保持温室内通风及空气流动。”根据《现代温室工程》，日出后植物进行光合作用将从温室内空气中大量吸收CO2，使其浓度急剧降低，虽然室内土壤中微生物的呼吸和有机物质分解将放出CO2，使室内CO2得到少量补充，但远远满足不了需要，为维持植物继续进行正常光合作用，在夜间持续光照的展馆需要持续通新风来补充室内CO2浓度，在夜间不持续光照的展馆需要在日出后即开启新风，室内CO2浓度需大于设定最低CO2浓度(如200～300ppm)。综上所述，植物和人员的新陈代谢耦合作用需要与之相适应的室内新风系统调控策略来满足植物生长和人员健康。
影响植物光合速率的环境因素有很多，包括叶片温度、CO2浓度、光合有效辐射、土壤湿度等。展馆内植物都处于室内空间且为人工养育的状态，对于影响光合作用的环境影响因素，即温度、土壤湿度都处于一个相对恒定的状态，植物的光合速率主要受CO2浓度和光合有效辐射强度影响。现有研究中关于植物光合速率和环境相应曲线的定量研究仍存在一定的局限性，无法用于普遍的工程计算。为简化设计，本研究调研了包括北京、上海、武汉、长沙在内的10个区域，共146种乔、灌、藤、草的单位叶面积日固碳量及叶面积指数，形成了乔木、灌木、草本、藤本的昼间净光合速率、夜间暗呼吸速率、叶面积指数的经验值用于简化设计计算。但考虑到不同植物类型的新陈代谢速率差异很大，以乔、灌、草、藤进行分类可能与实际情况存在较大出入，本发明提出了后馈式新风系统调控方法，通过调试阶段及运行期的数据修正植物新陈代谢强度，从而提升新风系统的调控准确度。
鉴于植物展馆、花卉博览会等类型建筑中植物密度和人员密度均较高，人员和植物的新陈代谢都会影响空气质量，空气质量也会影响人员和植物的健康，因此需要有别于常规民用建筑的新风系统调控策略来确保室内空气质量。
本发明的目的在于提出一种基于植物和人员新陈代谢耦合作用的室内空气质量调控系统，由室内CO2浓度传感器，光合有效辐射强度，室内人员数量监测传感器，分析调控单元，新风系统连接构成；其中，分析调控单元用于分析室内传感器集群和室内人员数量监测传感器的监测数据，并进行后馈式植物净光合速率分析和新风量按需计算，实时调控新风系统。
下面结合图1-图5描述本发明的基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统及控制方法。
如图1所示，在一个实施例中，一种基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S110，根据室内植物状态和人员新陈代谢设计新风系统的最大新风量和最小新风量；
步骤S120，对新风系统进行调试，以预设系统最小光强，修正植物净光合速率和呼吸速率；
步骤S130，基于预设最小光强、修正后的植物净光合速率、呼吸速率和和人员数量波动动态调整新风量；
步骤S140，结合新风系统的实时新风量进行后馈式最小光强调整、植物净光合速率和呼吸速率反算以及新风量动态调节。
本发明的基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统的控制方法，分为设计阶段、调试阶段和正式运行阶段，具体包括如下步骤：
步骤A.设计阶段，根据室内植物状态和人员新陈代谢进行新风量设计，确定系统最大设计新风量Qmax和最小设计新风量Qmin。
步骤A1.计算满足植物光合作用所需的最小新风量Qmin：
步骤A2.满足人员健康角度计算满足室内目标CO2浓度和人员密度的系统最大新风量Qmax:
式(1～3)中，Eplant，day(m3/h)为展馆内植物的净光合速率，在设计阶段Eplant,day可根据展馆内植物的设计情况利用式(2)和表1进行计算；M2(ppm)为植物进行光合作用所需的最小室内CO2浓度；Mout(ppm)为新风CO2浓度；Pn(g/(m2·h))为植物的净光合速率，光合速率大于呼吸速率为正值，光合速率小于呼吸速率为负值；Aleaf(m2)为植物叶面积，是植物叶面积指数和绿化面积的乘积；ρCO2(g/m3)为CO2气体密度，通常取1.997g/m3；N为人数；epeople(m3/(h·人))为人员呼出CO2的速率；M1为室内的目标设计CO2浓度。
表1植物叶面积指数及新陈代谢参数经验值
注：上表的数据会随着研究的深入和统计样本的增加而优化，或进一步细化植物分类。
步骤B.调试阶段，对新风系统进行调试，以设定系统最小光强PFD1，修正植物净光合速率Eplant,day和呼吸速率Eplant,night，调试阶段通常持续1～2天；
步骤B1.室内人数N＝0，当室内CO2浓度小于CO2补偿点浓度M2时，新风系统按最小风量Qmin运行，当室内CO2浓度大于CO2补偿点浓度M2时，新风系统处于待机模式Q＝0。记录期间的室内CO2浓度Mτ、对应时刻τ、及光合有效辐射强度PFD，计算出展馆内所有植物的净光合速率Eplant，即：
步骤B2.在Eplant接近0时(从正值向负值过度，或从负值向正值过度)对应的光合有效辐射强度PFD为系统预设最小光强PFD1。
步骤B3.当光合有效辐射强度PFD≤PFD1时，取各时刻的平均值为室内所有植物在夜间或光线较弱情况下释放CO2的速率Eplant,night；
步骤B4.当PFD>PFD1时，调试一天内多组数据做二元二次拟合，计算得出室内在不同光合有效辐射强度PFD和CO2浓度下的Eplant,day，
修正后的Eplant,night更符合展馆的实际运行状态；
步骤C.正式运行阶段，根据预设最小光强、修正后的植物净光合速率Eplant,day、呼吸速率Eplant,night和人员数量N波动进行新风量动态调节。
步骤C1.基于人员健康和植物净光合速率计算满足室内目标CO2浓度和人员密度的第一新风量Q1，为
步骤C2.计算满足植物光合作用所需的第二新风量Q2，为
步骤C3.根据式(7)或(8)动态调节新风量，具体调节方式如下：
步骤C3.1.当PFD≤PFD1时，
步骤C3.1.1.若室内无人，即N＝0，新风机处于待机模式；
步骤C3.1.2.若室内有人，即N>0，当室内CO2浓度大于等于设计目标浓度M1，按式(7)第一新风量Q1进行新风机风量计算；若计算的风量低于系统最小新风量Qmin，则按最小新风量运行；若计算的风量超过了系统的最大新风量Qmax，则按最大风量运行；当计算风量超过了系统的最大设计新风量的一定值时，向管理人员发送报警信息，提示室内人员超额；当室内CO2浓度在一定时间内低于设计目标浓度M1，则新风系统处于待机模式。
步骤C3.2当光合有效辐射强度PFD>PFD1时，
步骤C3.2.1若室内无人，即N＝0，当室内CO2浓度小于CO2补偿点M2，按式(8)第二新风量进行风量计算；
步骤C3.2.2若室内有人，即N>0，当室内CO2浓度大于等于设计目标浓度M1，设为1000ppm，按式(7)进行新风机风量计算，若计算的风量超过了系统的最大设计新风量，则按最大风量Qmax运行；同时当计算风量超过了系统的最大设计新风量的一定值时，如20％，向管理人员发送报警信息，提示室内人员超额；当室内CO2浓度在一定时间内低于设计目标浓度M1，则新风系统处于待机模式。
步骤D.结合新风系统的实时新风量进行后馈式最小光强调整、植物净光合速率和呼吸速率反算，及新风量动态调节，具体如下：
步骤D1.实时记录新风机实际运行期间τ时刻的新风量Qτ、光合有效辐射强度PFDτ、CO2浓度Mτ、人数Nτ，进行后馈式植物净光合速率反算动态修正Eplant,τ，即：
步骤D2.将Eplant,τ接近0的时刻对应的PFD值设为系统PFD1；
步骤D3.在PFD＞PFD1时，植物净光合速率记为Eplant,day，根据各时刻的Eplant,day、PFD、CO2浓度拟合出适用于室内的Eplant,day＝f(PFD，M)关系式，根据计算出的Eplant,day修正值，继续动态调节新风量；
步骤D4.在PFD≤PFD1时，取各时刻的中位数为室内所有植物在夜间或光线较弱情况下释放CO2的速率Eplant,night；
步骤D5.根据修正后的PFD1，Eplant,day，Eplant,night继续执行步骤C，进行新风量动态调节。
如上所述，本发明提出了基于植物和人员新陈代谢耦合作用的后馈式新风系统调控方法，根据室内CO2浓度、光合有效辐射强度合人员数量进行综合按需调控，填补现有研究中对植物展馆、花卉博览会等类型建筑的新风系统调控技术策略的空白。
在具体的实施例中，某展馆面积500m2，高度4.5m。室内展出花卉类灌木植物，覆盖面积为30％。经统计，灌木植物昼间净光合速率约为1g/(m2·h)，夜间暗呼吸速率约为0.25g/(m2·h)，叶面积约为3.9，CO2补偿点为50ppm。展馆高峰时刻可容纳150人。
本发明基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统包括室内传感器集群，室内人员数量监测传感器，分析调控单元，新风装置，除湿装置与喷雾加湿装置，室内传感器集群包括CO2浓度传感器、相对湿度传感器和光合有效辐射传感器；分析调控单元可进行后馈式植物净光合速率分析和新风量的按需调控，连接并分析室内传感器集群和室内人员数量监测传感器数据，连接并调控新风装置、除湿装置与喷雾加湿装置。
本发明基于植物和人员新陈代谢作用耦合的新风系统调控步骤(参见图2所示)。
步骤A.设计阶段，根据室内植物状态和人员新陈代谢进行新风量设计计算。
步骤A1.计算满足植物光合作用所需的新风量Qmin：
步骤A2.从满足人员健康角度出发计算满足室内目标CO2浓度和人员密度的系统最大新风量Qmax：
步骤B.调试阶段，按最小设计新风量Q2对新风系统展开调试，调试阶段通常持续1～2天。
步骤B1，室内人数N＝0，当室内CO2浓度小于CO2补偿点浓度M2时，新风系统按最小风量Qmin运行，当室内CO2浓度大于CO2补偿点浓度M2时，新风系统处于待机模式。记录期间的室内CO2浓度Mτ、对应时刻τ，及光合有效辐射强度PFD，计算出展馆展馆内所有植物的净光合速率Eplant,τ，
实施例在调试阶段的CO2浓度变化趋势如附图3所示，假设初始时刻室内CO2浓度取与室外CO2浓度相等，均为400ppm，时间步长△τ取1分钟，实施例在不同时刻计算得到的Eplant值如表2所示；
表2植物净光合速率随光合有效辐射强度和室内CO2浓度的关系
步骤B2.在Eplant接近0时(从正值向负值过度，或从负值向正值过度)对应的光合有效辐射强度PFD为系统预设最小光强PFD1。实施例中PFD＝0μmol/(m2·s)；
步骤B3.当光合有效辐射强度PFD≤PFD1时，取各时刻的中位数为室内所有植物在夜间或光线较弱情况下释放CO2的速率Eplant,night；
实施例中植物的夜间呼吸速率为Eplant,night＝0.08m3/h；
步骤B4，当PFD>PFD1时，调试一天内多组数据，经二元二次多项式拟合计算得出室内在不同光合有效辐射强度PFD和CO2浓度下的Eplant,day，
实施例中计算得出展馆在不同光合有效辐射强度PFD和CO2浓度下的Eplant，即：
Eplant＝-0.30035+0.00194×M-2.53308×10-5×PFD-3.98261×10-6×M2-2.70287×10-8×PFD2-6.5886×10-7×M×PFD(m3/h) (R2＝0.98762)
该值更加符合展馆内实际植物状态，可用以修正系统运行风量，指导运行期的新风调控。
步骤C.正式运行阶段，根据预设最小光强、修正后的植物净光合速率Eplant,day、呼吸速率Eplant,night和人员数量N波动进行新风量动态调节。
步骤C1.基于人员健康和植物净光合速率计算满足室内目标CO2浓度和人员密度的第一新风量Q1，为
式中，M1为室内的目标设计CO2浓度；Mout为新风的CO2浓度；Eplant为步骤B中拟合得到的结果，即：
Eplant,night＝0.08m3/h，
Eplant,day＝-0.30035+0.00194×M-2.53308×10-5×PFD-3.98261×10-6×M2-
2.70287×10-8×PFD2-6.5886×10-7×M×PFD(m3/h)；
步骤C2.满足植物光合作用所需的第二新风量Q2，为
步骤C3.根据步骤C1定义的第一新风量Q1或步骤C2定义的最小新风量Q2动态调节新风量，具体调节方式如下：
步骤C3.1.当PFD≤PFD1时，
步骤C3.1.1.若室内无人，即N＝0，新风机处于待机模式；
步骤C3.1.2.若室内有人，即N>0，当室内CO2浓度大于等于设计目标浓度M1，按第一新风量Q1进行新风机风量计算；若计算的风量低于系统最小新风量Qmin，则按最小新风量运行；若计算的风量超过了系统的最大新风量Qmax，则按最大风量运行；当计算风量超过了系统的最大设计新风量的一定值时，向管理人员发送报警信息，提示室内人员超额；当室内CO2浓度在一定时间内低于设计目标浓度M1，则新风系统处于待机模式。
步骤C3.2.当光合有效辐射强度PFD>PFD1时，
步骤C3.2.1.若室内无人，即N＝0，当室内CO2浓度小于CO2补偿点M2,实施例取100ppm，按第二新风量进行风量计算；
如图4所示，室内的初始CO2浓度等于室外浓度，为400ppm，随着光合有效辐射强度PFD的增加，植物光合作用增强，开始吸收CO2，室内CO2浓度逐渐降低，当低于CO2补偿点时(<100ppm)，开启新风系统(10:00-18:00)，此时需要的新风量为：太阳落山或展馆灯光关闭后，植物的呼吸速率大于光合速率，此时可关闭新风系统(19:00-次日5:00)；第二天重复同样的风量调节措施；
步骤C3.2.2若室内有人，即N>0，当室内CO2浓度大于等于设计目标浓度M1，设为1000ppm，按式(7)进行新风机风量计算，若计算的风量超过了系统的最大设计新风量，则按最大风量Qmax运行；同时当计算风量超过了系统的最大设计新风量的一定值时，如20％，向管理人员发送报警信息，提示室内人员超额；当室内CO2浓度在一定时间内低于设计目标浓度M1，则新风系统处于待机模式。
如附图5所示，随着人员的陆续进馆，室内CO2浓度逐渐上升，当上升到设计目标浓度时(本实施例取1000ppm)，新风量按照式计算和运行(10:00-17:00)，闭馆后室内人数清零，此时按照步骤C3.2.2的逻辑执行风量运行(18:00-次日6:00)；第二天重复同样的风量调节措施。
步骤D.结合新风系统的实时新风量进行后馈式最小光强调整、植物净光合速率和呼吸速率反算，及新风量动态调节，具体如下：
步骤D1.实时记录新风机实际运行期间τ时刻的新风量Qτ、光合有效辐射强度PFDτ、CO2浓度Mτ、人数Nτ，进行后馈式植物净光合速率反算动态修正Eplant,τ，即：
步骤D2.将Eplant,τ接近0的时刻对应的PFD值设为系统PFD1；
步骤D3.在PFD＞PFD1时，植物净光合速率记为Eplant,day，根据各时刻的Eplant,day、PFD、CO2浓度拟合出适用于室内的Eplant,day＝f(PFD，M)关系式，根据计算出的Eplant,day修正值，继续动态调节新风量；
步骤D4.在PFD≤PFD1时，取各时刻的中位数为室内所有植物在夜间或光线较弱情况下释放CO2的速率Eplant,night；
步骤D5.根据修正后的PFD1，Eplant,day，Eplant,night继续执行步骤C，进行新风量动态调节。
在这种运行模式下，即便展馆内植物增加或减少，通过后馈式计算获得相对精确的符合室内整体植物新陈代谢特性的临界光合有效辐射强度PFD1和净光合速率Eplant，仍能保障系统可靠运行。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据室内植物状态和人员新陈代谢设计新风系统的最大新风量和最小新风量；
基于所述最小新风量对新风系统进行调试，以设定系统最小光强，修正植物净光合速率和呼吸速率；
基于预设最小光强、修正后的植物净光合速率、呼吸速率和人员数量波动动态调整新风量；
结合新风系统的实时新风量进行后馈式最小光强调整、植物净光合速率和呼吸速率反算，及新风量的动态调节。
2.根据权利要求1所述的基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统的控制方法，其特征在于，所述根据室内植物状态和人员新陈代谢设计新风系统的最大新风量和最小新风量，包括：
基于满足植物健康角度计算满足植物光合作用所需的最小新风量Qmin，为
式中，Eplant,day为室内植物净光合速率，Eplant,day＝Pn×Aleaf/ρCO2；Pn为植物的净光合速率，光合速率大于呼吸速率为正值，光合速率小于呼吸速率为负值；Aleaf(m2)为植物叶面积，是植物叶面积指数和绿化面积的乘积；ρCO2为CO2气体密度；M2为植物进行光合作用的CO2补偿点浓度；Mout为新风的CO2浓度；
基于满足人员健康角度计算满足室内目标CO2浓度和人员密度的系统最大新风量Qmax，为
式中，N为人数，epeople为人员呼出CO2的速率；M1为室内的目标设计CO2浓度。
3.根据权利要求2所述的基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统的控制方法，其特征在于，所述基于所述最小新风量对新风系统进行调试，以预设系统最小光强、修正植物净光合速率和呼吸速率，包括：
室内人数N＝0，当室内CO2浓度小于CO2补偿点浓度M2时，新风系统按最小风量Qmin运行，当室内CO2浓度大于CO2补偿点浓度M2时，新风系统处于待机模式；
记录期间的室内CO2浓度Mτ、对应时刻τ、及光合有效辐射强度PFD，计算出τ时刻的室内所有植物净光合速率Eplant,τ，为：
式中，Qτ为τ时刻对应的实时新风量，V为房屋体积，Δτ为时间步长，ΔMτ为时间步长Δτ内室内CO2浓度变化；
当Eplant小于0时，植物光合速率大于呼吸速率；当Eplant大于0，植物光合速率小于呼吸速率；在Eplant接近0时对应的光合有效辐射强度PFD为系统预设最小光强PFD1；
当光合有效辐射强度PFD≤PFD1时，取各时刻的中位数为室内所有植物在夜间或光线较弱情况下释放CO2的速率Eplant,night，即呼吸速率；
当PFD>PFD1时，调试一天内多组数据拟合，计算得出室内在不同光合有效辐射强度PFD和CO2浓度下的Eplant,day，
4.根据权利要求3所述的基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统的控制方法，其特征在于，所述基于预设最小光强、修正后的植物净光合速率和人员数量波动动态调整新风量，包括：
基于人员健康和植物净光合速率计算满足室内目标CO2浓度和人员密度的第一新风量Q1，为
式中，M1为室内的目标设计CO2浓度；Mout为新风的CO2浓度；
满足植物光合作用所需的第二新风量Q2，为
当光合有效辐射强度PFD≤PFD1，且N＝0时，新风机处于待机模式；
当PFD≤PFD1，且N>0时，当室内CO2浓度大于等于设计目标浓度M1，按第一新风量Q1进行新风机风量计算；若计算的风量低于系统最小新风量Qmin，则按最小新风量运行；若计算的风量超过了系统的最大新风量Qmax，则按最大风量运行；当计算风量超过了系统的最大设计新风量的预设值时，向管理人员发送报警信息，提示室内人员超额；当室内CO2浓度在预设时间内低于设计目标浓度，则新风系统处于待机模式；
当光合有效辐射强度PFD>PFD1，且N＝0时，当室内CO2浓度小于CO2补偿点M2，将当前的Eplant,day值代入第二新风量Q2进行风量计算和运行；若计算的风量低于系统最小新风量Qmin，则按最小新风量运行；若计算的风量超过了系统的最大新风量Qmax，则按最大风量运行；当室内CO2浓度在预设时间内高于CO2补偿点M2，则新风系统处于待机模式；
当光合有效辐射强度PFD>PFD1，且N＞0，当室内CO2浓度大于等于设计目标浓度M1，按第一新风量Q1进行新风机风量计算；若计算的风量低于系统最小新风量Qmin，则按最小新风量运行；若计算的风量超过了系统的最大新风量Qmax，则按最大风量运行；当计算风量超过了系统的最大设计新风量的预设值时，向管理人员发送报警信息，提示室内人员超额；当室内CO2浓度在预设时间内低于设计目标浓度，则新风系统处于待机模式。
5.根据权利要求4所述的基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统的控制方法，其特征在于，所述结合新风系统的实时新风量进行后馈式最小光强调整、植物净光合速率反算，及新风量动态调节，包括：
实时记录新风机实际运行期间τ时刻的新风量Qτ、光合有效辐射强度PFDτ、CO2浓度Mτ、人数Nτ，进行后馈式植物净光合速率反算动态修正Eplant,τ：
将Eplant,τ接近0的时刻对应的PFD值设为系统PFD1；
当PFD＞PFD1时，根据各时刻的Eplant,day、PFD、CO2浓度拟合出适用于室内的Eplant,day＝f(PFD，M)关系式，根据计算出的Eplant,day修正值，继续动态调节新风量；当PFD≤PFD1时，根据房间体积V、各时刻的CO2浓度Mτ和时间步长Δτ计算Eplant,night；
根据修正后的PFD1，Eplant,day，Eplant,night进行新风量动态调节。
6.一种基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统，其特征在于，应用于权利要求1至5中任意一项所述的基于植物和人员新陈代谢耦合作用的新风系统的控制方法，所述新风系统包括室内传感器集群，室内人员数量监测传感器，分析调控单元，新风装置，除湿装置与喷雾加湿装置；
所述室内传感器集群包括CO2浓度传感器、相对湿度传感器和光合有效辐射传感器；
所述分析调控单元可进行后馈式植物净光合速率分析和新风量的按需调控，连接并分析室内传感器集群和室内人员数量监测传感器数据；连接并调控新风装置、除湿装置与喷雾加湿装置。
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