CN202093012U - 室内空气质量监测和分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种室内空气质量监测和分析系统，包括：监测单元，所述监测单元至少包括二氧化碳传感器，用于监测封闭房间内的环境数据；均方差计算单元，用于计算预定时段内实时监测到的二氧化碳浓度值

与在预定范围内选定的通风换气量Q值的条件下计算出的该时刻的二氧化碳浓度值

之间的均方差E；确定单元，用于将与所计算出的均方差中最小的均方差对应的通风换气量Q′的值确定为所述封闭房间内的通风换气量Q；污染源强度计算单元，用于计算产生该污染成分的污染源的强度F；分析单元，用于基于所监测到的环境数据和所计算出的污染源强度，进行室内环境分析。利用该系统能够实时监测室内环境的多种污染源浓度，对空气质量进行实时的评估和分析。

Description

室内空气质量监测和分析系统

技术领域

本实用新型属于室内环境监测分析技术领域，具体地，涉及一种室内空气质量评估方法及室内空气质量监测和分析系统。

背景技术

现代建筑中经常会出现空气污染问题，危害人体健康，引发出各种病症如：病态建筑综合症(SBS)、与建筑有关的疾病(BRI)、多种化学污染物过敏症(MCS)等。近年来我国室内空气污染的案例不断增加，严重的室内环境污染给社会造成了巨大经济损失。针对目前室内空气污染日益严重且污染种类复杂的情况，已经出现了一些能够监测当前室内污染物的监测系统，但是这些监测系统大多针对单种污染物。此外，当前的室内监测系统不能对监测到的数据进行实时处理并得到准确的产生某种污染物的污染源强度，从而无法对室内空气质量进行快速准确的评估和分析，并显示相应的结果。

因此，如何能够实时监测多种室内污染物，对所监测到的数据进行实时、准确的处理，从而对室内空气质量进行快速准确的评估和分析并且进行显示是当前急需解决的问题。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种室内空气质量监测和分析系统，包括：监测单元，所述监测单元至少包括二氧化碳传感器，用于在从初始时刻t₀到预定时刻t_n的时段内，监测封闭房间内的环境数据；均方差计算单元，所述均方差计算单元与监测单元相连接，用于计算所述时段内实时监测到的二氧化碳的浓度值

与在预定范围内选定的通风换气量Q值的条件下计算出的该时刻的二氧化碳的浓度值

之间的均方差E；确定单元，所述确定单元与所述均方差计算单元相连接，用于将与所计算出的均方差中最小的均方差对应的通风换气量Q′的值确定为所述封闭房间内的通风换气量Q；污染源强度计算单元，所述污染源强度计算单元与所述监测单元和所述确定单元相连接，用于基于所确定的封闭房间内的通风换气量Q以及所监测到的污染物中包含的污染成分的浓度，来计算产生该污染成分的污染源的强度F；分析单元，所述分析单元与所述监测单元和所述污染源强度计算单元相连接，用于基于所监测到的环境数据和所计算出的污染源强度，进行室内环境分析。

优选地，所述监测单元还包括一氧化碳传感器、甲醛传感器、挥发性有机污染物传感器、烟气传感器和可燃气体传感器中的一种或多种。

优选地，还包括与监测单元和分析单元相连接的显示单元，用于显示所监测到的环境数据和分析单元所得出的分析结果。

还包括与分析单元相连接的报警单元，用于在分析单元判断出所监测到的污染物浓度超过预定的安全阈值时进行报警。

优选地，所述监测单元、均方差计算单元、确定单元、污染源强度计算单元和分析单元可以利用处理器和与处理器相连的存储器实现。

优选地，所述处理器可以包括多个处理器。

优选地，所述监测单元、均方差计算单元、确定单元、污染源强度计算单元和分析单元可以集成在单个芯片电路中。

优选地，所述监测单元还包括一氧化碳传感器、甲醛传感器、挥发性有机污染物传感器、烟气传感器和可燃气体传感器。

为了实现上述以及相关目的，本实用新型的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本实用新型的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本实用新型的原理的各种方式中的一些方式。此外，本实用新型旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

有益效果

采用本实用新型的室内空气质量监测和分析系统可以方便快捷地实现对室内环境的多种污染源浓度的实时监测，并且具有更直观的显示监测数据的界面以及强大的报警功能。室内空气质量评估系统能够利用实时监测到的环境数据进行实时的分析处理，计算出更准确的污染相关信息，例如房间的通风换气量、污染源的强度等，从而根据这些信息快速准确地评估出室内空气质量情况、污染源强度的变化趋势并且显示出相关的评估结果以及相应的污染控制措施。此外，根据对监测的环境数据的分析结果，所述系统还能够进行声光报警。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的室内空气质量监测和分析系统的方框图；

图2是根据本实用新型另一个实施例的室内空气质量监测和分析系统的方框图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

在此，在本实用新型的说明书中使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例，而不是意图限制本实用新型。如在本实用新型的说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”意图也包括得数形式，除非上下文以别的方式清楚指明。还应该理解，这里所使用的术语“和/或”指的是、且包含相关列出项中的一个或多个的任何和所有可能的组合。还应该理解，术语“包括”和/或“包含”当用于该说明书中时，表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元素、和/或部件，但是不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、部件、和/或其集合。

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述。

图1是根据本实用新型实施例的室内空气质量监测和分析系统的方框图。如图1所示，室内空气质量监测和分析系统100包括监测单元110、均方差计算单元120、确定单元130、污染源强度计算单元140、分析单元150。

监测单元110至少包括二氧化碳传感器，用于在从初始时刻t₀到预定时刻t_n的时段内，监测封闭房间内的环境数据。在本实施例中，监测单元110包括二氧化碳传感器111、一氧化碳传感器112、甲醛传感器113、挥发性有机污染物传感器114、烟气传感器115和可燃气体传感器116，分别对房间内的污染物二氧化碳、一氧化碳、甲醛、挥发性有机污染物、烟气和可燃气体的浓度进行监测。在本实用新型的其它实施例中，监测单元110还可以包括温度传感器(未示出)、湿度传感器(未示出)，分别用来对房间内的温度和湿度进行监测。

均方差计算单元120与监测单元110相连接，用于计算在t₀到t_n时刻的时段内二氧化碳传感器111所实时监测到的二氧化碳的浓度值

与利用公式1在预定范围内选定的通风换气量Q值的条件下计算出的该时刻的二氧化碳的浓度值

之间的均方差E。其中，通风换气量Q是在封闭状态下房间内的通风换气量。

$C_{{\mathrm{CO}}_2}\left(t\right)=(\frac{F}{Q}+C_{\mathrm{out}}-C_{{\mathrm{CO}}_2}\left(0\right))\·(1-e^{-\frac{Q}{V}t})+C_{{\mathrm{CO}}_2}\left(0\right)$ 公式1

其中，计算公式1是通过下面的公式2得到：

$V\frac{d{C}_{{\mathrm{CO}}_2}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}={\mathrm{QC}}_{\mathrm{out}}+F-{\mathrm{QC}}_{{\mathrm{CO}}_2}\left(t\right)$ 公式2

在公式1和公式2中，V为房间的体积(m³)，t：时间(min)，

为在t₀到t_n时刻的时段内房间内二氧化碳浓度值(mg/m³)，C_OUT为室外的二氧化碳浓度值(mg/m³)，为房间内的人呼出的二氧化碳量(mg/min)，Q为房间封闭状态下的通风换气量(m³/min)。因此，在t₀到t_n时刻的时段内，Q值不变，F值可以按照房间内的人数乘以每人单位时间内呼出CO₂量来计算，具体地，假设人体每分钟呼吸20次，每次呼出气体0.5L，呼出气体中的CO₂浓度为80000mg/m³，则每人每分钟内呼出CO₂量为800mg/min。在本发明的其它实施例中，可以根据实际应用环境将F值设置为其它参考值。

确定单元130与所述均方差计算单元120相连接，用于根据所计算出的均方差E，将与均方差计算单元120所计算出的均方差中最小的均方差对应的通风换气量Q′的值确定为封闭房间内的通风换气量Q。

污染源强度计算单元140与监测单元110和确定单元130相连接，用于基于确定单元130所确定的封闭房间内的通风换气量Q以及监测单元110所监测到的污染物中包含的污染成分的浓度，通过下面的公式4来计算产生该污染成分的污染源的强度F：

公式4

其中，V为房间的体积(m³)，C(t)为房间内的污染物浓度(mg/m³)。例如，污染源强度计算单元140可以基于所确定的通风换气量Q和甲醛传感器113实时监测到的甲醛浓度来计算房间内产生甲醛的污染源的强度F。

分析单元150，与监测单元110和污染源强度计算单元140相连接，用于基于监测单元110所监测到的环境数据和污染源强度计算单元140计算出的污染源强度，进行室内环境分析。例如，利用监测单元110的传感器所监测到的一种或多种污染物的浓度可以对房间内的空气质量进行单项或综合的评估，对于浓度超出国家室内空气质量标准的污染物，分析单元150还可以得出控制该污染物所需要的最小通风换气量。或者，利用污染源强度计算单元140计算出的某种污染源的强度，分析单元150还可以预估该污染源强度的变化趋势。

在本实例的替换实例中，均方差计算单元120、确定单元130、污染源强度计算单元140、分析单元150可以集成在单个芯片电路中。或者，如图2所示，在本发明的另一个实施例中，所述均方差计算单元120、确定单元130、污染源强度计算单元140、分析单元150的功能可以利用控制单元180来实现。在一个或多个示例中，所述控制单元可以利用处理器以及存储用于执行上述单元的功能的程序的存储器实现，所述存储器与处理器相连。这里，在实现所述控制器时，可以使用单个处理器，也可以使用多个处理器，例如，针对每个单元使用一个处理器。

多种传感器可以通过接插件的方式与控制单元相连接，这种方式便于对传感器进行更新和维护，减少改动电路的规模。

在本实施例中，室内空气质量监测和分析系统100还可以包括显示单元160和报警单元170。显示单元160与监测单元110和分析单元150相连接，用于显示监测单元110所监测到的环境数据和分析单元150所得出的分析结果。例如，显示单元160可以显示监测单元110的传感器所实时监测到的数据，也可以用动态曲线形式显示所监测数据的变化情况。显示单元160可以用LED液晶显示屏实现，在本发明的其它实例中，也可以用本领域技术人员公知的其它方式实现。

报警单元170与分析单元150相连接，可以在分析单元150判断出所监测到的污染物浓度超过预定的安全阈值时进行报警。例如，对于一氧化碳浓度超过安全阈值时，报警单元170可以及时报警。报警单元170可以包括通过使用蜂鸣器或麦克风等来实现声音报警和/或通过使用LED灯来实现发光报警功能。即，所述报警单元170可以利用蜂鸣器或麦克风实现，或者利用LED灯实现。例如，报警单元170可以通过发光或闪烁的LED灯的数量反应出所监测到的污染物浓度的等级。报警利用报警单元170的实现方式不限于上面的例子。

在本发明的其它实施例中，室内空气质量监测和分析系统100还可以包括用于输入例如显示指令或调整参数等外部数据的输入单元(未示出)，所述输入单元可以利用按键板和/或遥控面板来实现。输入单元可以与均方差计算单元120、确定单元130、污染源强度计算单元140、分析单元150相连接，从而使得用户能够近距离或远距离对室内空气质量监测和分析系统100进行控制，由此实现人机交互，方便用户的使用。

在本发明的其它实施例中，室内空气质量监测和分析系统也可以不包括显示单元和报警单元。

综上所述，采用本实用新型的室内空气质量监测和分析系统可以方便快捷地实现对室内环境的多种污染源浓度的实时监测，并且具有更直观的显示监测数据的界面以及强大的报警功能。此外，还能够利用监测到的环境数据计算出更多的污染相关信息，例如房间的通风换气量、污染源的强度等，从而根据这些信息进行实时分析，准确地评估出室内空气质量情况、污染源强度的变化趋势并且提出相应的污染控制措施。因此，本实用新型的室内空气质量监测和分析系统适用于各类建筑中的环境污染监测控制，例如，可应用于居民住宅、公共建筑、特殊环境等多种室内场所。

尽管前面公开的内容示出了本实用新型的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本实用新型的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的发明实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本实用新型的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想多个，除非明确限制为单数。

尽管已经结合详细示出并描述的优选实施例公开了本实用新型，但是本领域技术人员应当理解，对于上述根据本实用新型的室内空气质量评估方法及室内空气质量监测和分析系统，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种修改和变形。这些修改和变形落在本实用新型的保护范围之内，并且本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (8)

1.一种室内空气质量监测和分析系统，包括：

监测单元，所述监测单元至少包括二氧化碳传感器，用于在从初始时刻t₀到预定时刻t_n的时段内，监测封闭房间内的环境数据；

均方差计算单元，所述均方差计算单元与监测单元相连接，用于计算所述时段内实时监测到的二氧化碳的浓度值

与在预定范围内选定的通风换气量Q值的条件下计算出的该时刻的二氧化碳的浓度值

之间的均方差E；

确定单元，所述确定单元与所述均方差计算单元相连接，用于根据所计算出的均方差E，将与所计算出的均方差中最小的均方差对应的通风换气量Q′的值确定为所述封闭房间内的通风换气量Q；

污染源强度计算单元，所述污染源强度计算单元与所述监测单元和所述确定单元相连接，用于基于所确定的封闭房间内的通风换气量Q以及所监测到的污染物中包含的污染成分的浓度，来计算产生该污染成分的污染源的强度F；

分析单元，所述分析单元与所述监测单元和所述污染源强度计算单元相连接，用于基于所监测到的环境数据和所计算出的污染源强度，进行室内环境分析。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测单元还包括一氧化碳传感器、甲醛传感器、挥发性有机污染物传感器、烟气传感器和可燃气体传感器中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与监测单元和分析单元相连接的显示单元，用于显示所监测到的环境数据和分析单元所得出的分析结果。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与分析单元相连接的报警单元，用于在分析单元判断出所监测到的污染物浓度超过预定的安全阈值时进行报警。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测单元、均方差计算单元、确定单元、污染源强度计算单元和分析单元利用处理器和与处理器相连的存储器实现。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器包括多个处理器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测单元、均方差计算单元、确定单元、污染源强度计算单元和分析单元集成在单个芯片电路中。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测单元还包括一氧化碳传感器、甲醛传感器、挥发性有机污染物传感器、烟气传感器和可燃气体传感器。

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