本發(fā)明屬于室內空氣凈化和溫度調節(jié)領域，具體涉及一種封閉室內的空氣品質和溫度智能調節(jié)系統(tǒng)及使用方法。
背景技術：
：空氣是人類生存必不可缺少的要素，近年來空氣污染愈發(fā)嚴重，人們對于該問題的關注度也不斷上升。由于室外空氣質量不斷下降，因此對于室內空間，采用開窗通風等原始手段改善室內空氣的方法會直接將室外空氣中的各種污染物引入到室內，所以現(xiàn)代城市中越來越多的室內空間采用封閉式設計。但同時由于室內空間較小，采用封閉式設計會導致空氣流通和擴散的能力變差，易造成室內新增污染物濃度的積累增加。在室內空間，人的呼吸作用會不斷的排出CO2，室內家具和裝修材料等物質會一定程度上散發(fā)出甲醛，這種情況下封閉式的空間設計會使得CO2和甲醛等污染物質不易去除，濃度不斷積累增加。已知大氣中CO2濃度約為400ppm，當二氧化碳濃度較低時對人體無危害，但其超過一定量時會影響人(其他生物也是)的呼吸，原因是血液中的碳酸濃度增大，酸性增強，并產生酸中毒。空氣中二氧化碳的體積分數(shù)超過0.1％時人體會出現(xiàn)不適的癥狀；達到1％時，會感到氣悶，頭昏，心悸；達到4％～5％時會感到眩暈；超過6％以上時會使人神志不清、呼吸逐漸停止以致死亡[1]。而甲醛是室內空氣污染中最主要的一項污染物，甲醛是一種揮發(fā)性的有機污染物，主要來自于室內的各種裝修材料，其揮發(fā)率會隨著濕度和溫度的變化而變化。甲醛的主要危害表現(xiàn)為對皮膚粘膜的刺激作用，甲醛在室內達到一定濃度時，人就有不適感，可引起眼紅、眼癢、咽喉不適或疼痛、聲音嘶啞、噴嚏、胸悶、氣喘、皮炎等，同時甲醛也是一種致癌物質。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)代人尤其是大城市人約有80％～90％的時間是在室內度過的，所以隨之而來的室內空氣環(huán)境質量問題就顯得尤為突出[2]。基于上述存在的問題，目前主要利用新風系統(tǒng)來更新室內封閉空間的空氣，達到稀釋降低室內污染物濃度的目的。但是當前的新風控制系統(tǒng)，只是簡單的引入室外的空氣來達到更換室內空氣的目的，無法提供一個科學的送風量，也不能確保室內污染物濃度是否達到目標要求。也有比較先進的新風系統(tǒng)采用實時監(jiān)測室內污染物濃度的方式，來增加或減少新風量，但是該方法要求實時監(jiān)測，耗能較大，對監(jiān)測儀器的要求也過高，且不能科學的考慮多種空氣污染物綜合去除的要求。除了空氣品質，人們對室內溫度的要求也越來越高，封閉室內溫度的調節(jié)主要依靠新風系統(tǒng)將溫度較高或者較低的新風輸入到室內。因此對于封閉室內空間，無論是空氣品質還是溫度的調節(jié)，新風系統(tǒng)都發(fā)揮著至關重要的作用。因此目前需要一種可以根據(jù)室內污染物濃度，智能調節(jié)新風系統(tǒng)通風量，并同時調節(jié)新風溫度的新風系統(tǒng)，來達到對室內空氣品質和溫度的最優(yōu)化調節(jié)。[1]郭豐濤.密閉環(huán)境中低濃度CO2對人體血氣和pH的影響[J].解放軍預防醫(yī)學雜志,1991(2):115-118.[2]朱迪迪,戴海夏,錢華.我國室內空氣污染現(xiàn)狀調研與分析[J].上海環(huán)境科學,2010(4):174-180。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明公開了一種封閉室內的空氣品質和溫度智能調節(jié)系統(tǒng)及使用方法，通過各個單元之間的相互協(xié)調工作，根據(jù)不同類型的室內空間和工作狀態(tài)，能夠保持并及時調整室內的空氣品質及室內溫度，最大程度的滿足室內人員對空氣質量和溫度的要求。本發(fā)明為達到以上技術要求，所采取的技術方案是：一種封閉室內的空氣品質和溫度智能調節(jié)系統(tǒng)，包括：新風品質預處理單元、室內檢測單元、室內新風控制單元和智能控制單元，其中：新風品質預處理單元包括顆粒物過濾器1和小型電除塵系統(tǒng)2；小型電除塵系統(tǒng)2和顆粒物過濾器1通過第四電腔閥門14和管道連接，小型電除塵系統(tǒng)2在新風流向方向管道上設有第三電控閥門13，新風流向方向的管道上設有第一電控閥門11，所述第一電控閥門11通過管道連接第二電控閥門12；所述第二電控閥門12位于第四電控閥門14與顆粒物過濾器1之間；室內檢測單元包括：CO2濃度檢測器3、甲醛濃度檢測器4、室內溫度檢測器5和室內紅外輻射強度檢測器6；室內新風控制單元包括：新風流量控制器7和新風溫度控制器8；智能控制單元包括：數(shù)據(jù)處理器9和智能控制終端10；新風品質預處理單元和室內新風控制單元位于送風口前端，對外界空氣進行處理、調節(jié)后再由送風口送入室內，送風口位于室內墻面的上部；室內檢測單元位于室內墻面上，分布位置與數(shù)量可根據(jù)房間大小進行調整；智能控制單元的智能控制終端10分為兩類：一類為室內墻面上的固定式控制終端，另一類為移動式控制終端，二者功能相同，數(shù)據(jù)處理器9位于固定式控制終端內部；數(shù)據(jù)處理器9和智能控制終端10之間由互聯(lián)網(wǎng)技術連接，CO2濃度檢測器3、甲醛濃度檢測器4、室內溫度檢測器5和室內紅外輻射強度檢測器6分別與數(shù)據(jù)處理器9連接，檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器9，智能控制終端10分別與顆粒物過濾器1、小型電除塵系統(tǒng)2、新風流量控制器7和新風溫度控制器8連接；CO2濃度檢測器3、甲醛濃度檢測器4、室內溫度檢測器5和室內紅外輻射強度檢測器6分別檢測CO2濃度、甲醛濃度、室內溫度和室內紅外輻射強度，將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器9，經(jīng)過計算，將計算結果傳輸?shù)街悄芸刂平K端10，智能控制終端10與新風品質預處理單元、室內新風控制單元連接，可以自動或者手動控制新風預處理系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及對新風的風量和溫度進行調節(jié)。本發(fā)明中，所述智能調節(jié)系統(tǒng)的工作狀態(tài)分為三種，分別為：檢測工作狀態(tài)、正常工作狀態(tài)1和正常工作狀態(tài)2；其中：檢測工作狀態(tài)是系統(tǒng)最初運行的工作狀態(tài)，正常工作狀態(tài)1是保持室內新風流量和溫度的工作狀態(tài)，正常工作狀態(tài)2是及時調節(jié)室內新風流量和溫度的工作狀態(tài)。本發(fā)明中，新風品質預處理單元位于室內新風控制單元的前部，當室外PM2.5或PM10的24小時平均濃度值小于等于35ug/m3時，只運行顆粒物過濾器1，當室外PM2.5或PM10的24小時平均濃度值大于35ug/m3或遇到霧霾等極端天氣時，除了運行顆粒物過濾器1，還加開小型電除塵系統(tǒng)2。本發(fā)明提出的封閉室內的空氣品質和溫度智能調節(jié)系統(tǒng)的操作方法，具體步驟如下：(1)首先設定系統(tǒng)自動開啟的時間，或人為通過遠程控制終端手動開啟系統(tǒng)；(2)系統(tǒng)開啟后，先運行檢測工作狀態(tài)，檢測工作狀態(tài)下首先檢測室內的溫度，CO2濃度和甲醛濃度；將檢測數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)處理器9進行計算，得到要達到室內目標空氣品質所需的新風流量和室內目標溫度所需新風溫度，用t時間將室內空氣品質和溫度調節(jié)完成，其中最終的新風流量?。孩儆嬎愕玫降恼{節(jié)CO2濃度所需新風流量、②計算得到的調節(jié)甲醛濃度所需新風流量二者的最大值；然后開始執(zhí)行正常工作狀態(tài)1；(3)執(zhí)行正常工作狀態(tài)1時，輸入房間內固定的人員數(shù)量和綠色植物的數(shù)量，計算出要保持室內目標CO2和甲醛濃度的新風流量，最終的新風流量?。孩儆嬎愕玫降谋３諧O2濃度所需新風流量、②計算得到的保持甲醛濃度所需新風流量、③國家標準要求室內人員最低換氣流量三者的最大值；正常工作狀態(tài)1下新風的溫度為設定的室內目標溫度；(4)在執(zhí)行正常工作狀態(tài)1時，利用紅外輻射強度射檢測器(6)檢測室內哪一區(qū)域內人員數(shù)量較多，利用多個均勻分散的送風口，根據(jù)不同區(qū)域內紅外輻射強度的比例調節(jié)不同區(qū)域內的送風量，保證室內空氣品質和溫度的均勻分布；(5)在執(zhí)行正常工作狀態(tài)1時，CO2濃度檢測器3、甲醛濃度檢測器4、室內溫度檢測器5每30min運行檢測一次；當室內溫度高于或者低于設定的室內目標溫度1℃，或者CO2濃度、甲醛濃度檢測結果超過目標值10％時，運行正常工作狀態(tài)2，計算得到新的新風系統(tǒng)的送風量和送風溫度，用1min的時間調節(jié)完成，其中最終的新風流量?。孩儆嬎愕玫降恼{節(jié)CO2濃度所需新風流量、②計算得到的調節(jié)甲醛濃度所需新風流量、③國家標準要求室內人員最低換氣流量三者的最大值；若沒有超過目標值，則不改變送風量和送風溫度；完成后繼續(xù)執(zhí)行正常工作狀態(tài)1。本發(fā)明中，室內CO2濃度目標值為1000ppm＝1964mg/m3，可以人為修改為更低數(shù)值；室內甲醛濃度目標值為國家標準值，0.1mg/m3，可以人為修改為更低數(shù)值；默認檢測工作狀態(tài)下調節(jié)時間t＝10min，可以人為修改為更低數(shù)值；具體計算時所需要的運算模型如下：(1)CO2濃度計算模型①檢測工作狀態(tài)下t時間內達到室內目標CO2濃度所需要的新風量(m3/min)上述公式中：V(m3)為室內體積；t(min)達到室內目標濃度所需的時間；(mg/m3)為檢測開始時室內CO2濃度；(mg/m3)為要求的室內目標CO2濃度；(mg/m3)為室外新風CO2濃度；②正常工作狀態(tài)1下為滿足室內目標CO2濃度所需要的新風量(m3/min)上述公式中：n為室內固定或常住人數(shù)；S(m2)為室內綠色植物面積；(mg/min)為一個人由于呼吸每分鐘排出的CO2的質量；(mg/min·m2)為每平方米綠色植物由于光合作用或者呼吸作用每分鐘吸收或釋放的CO2質量，吸收為負值，釋放為正值；③正常工作狀態(tài)2調整室內CO2濃度所需要的新風量(m3/min)上述公式中：(mg/m3)為CO2濃度檢測器(3)檢測的室內CO2濃度；(2)甲醛濃度計算模型①檢測工作狀態(tài)下t時間內滿足室內目標甲醛濃度所需要的新風量Qmet,N,det(m3/min)由于室外甲醛含量很低，我們認為Cmet,out＝0mg/m3上述公式中：Cmet,det(mg/m3)為檢測開始時室內甲醛濃度；Cmet,tar(mg/m3)為要求的室內目標甲醛濃度；②正常工作狀態(tài)1下為滿足室內目標甲醛濃度所需要的新風量(m3/min)上述公式中：Cx(mg/m3)為在不同溫度時，室內甲醛的濃度；與溫度的關系式如下：Cx＝alnT+bT(℃)為室內溫度；a，b為兩個與初始甲醛濃度相關的參數(shù)，規(guī)定初始甲醛濃度為Cmet,det(mg/m3)；Cmet,in(mg/m3)abCmet,in≤0.050.004570.007610.05＜Cmet,in≤0.070.007610.016720.07＜Cmet,in≤0.110.010650.022830.11＜Cmet,in≤0.150.022830.036530.15＜Cmet,in≤0.190.045660.08676Cmet,in＞0.190.063930.11263③正常工作狀態(tài)2下調整室內甲醛濃度所需要的新風量(m3/min)上述公式中：Cmet,in(mg/m3)為甲醛濃度檢測器(4)檢測的室內甲醛的濃度；(3)溫度計算模型①檢測工作狀態(tài)下t時間內滿足室內目標溫度所需要的新風的溫度TN,det(K)通過解方程組得到TN,det；上述公式中：Tdet(K)為最初檢測到的室內的溫度；Ttar(K)為設置的室內目標溫度；ρT,det(kg/m3)為Tdet下空氣的密度；ρT,N,det(kg/m3)為TN,det下空氣的密度；c(kJ/kg·K)為空氣的比熱；P(Pa)為標準大氣壓；Mair(g/mol)為空氣的摩爾質量；R為常數(shù)，取8.314；QT,N,det為檢測工作狀態(tài)下新風的流量(m3/min)，②正常工作狀態(tài)2下調整室內溫度所需要的新風的溫度TN,work2(K)上述公式中：Tin(℃)為檢測到的室內溫度；ρT,in(kg/m3)為檢測到的室內溫度下的空氣的密度；ρT,N,work2(kg/m3)為TN,work2溫度下的空氣密度；QT,N,work2為該調節(jié)下的新風的流量(m3/min)，若同時CO2濃度或甲醛濃度也需要調節(jié)，取若只有溫度需要調節(jié)，取本發(fā)明可以根據(jù)房間大小，可以選擇不同的送風口的布置方式，如圖2為大面積房間送風布置示意圖；圖3為小面積房間送風布置示意圖。也可以根據(jù)房間的形狀，適當增加或減少送風口的數(shù)量。同時根據(jù)室內溫度和送風溫度的大小，自動調節(jié)送風角度，當室內溫度＜送風溫度，即送暖風時，送風角度為向下45°；當室內溫度＞送風溫度，即送冷風時，送風角度為水平。本發(fā)明優(yōu)勢在于：本發(fā)明涉及一種封閉室內的空氣品質和溫度智能調節(jié)系統(tǒng)及使用方法，與當前普遍使用的室內空氣凈化技術相比，其優(yōu)勢在于：(1)本發(fā)明涉及的智能調節(jié)系統(tǒng)將室內空氣品質與溫度的調節(jié)有效的結合在一起，能同時達到調節(jié)并保持室內空氣品質和溫度的要求。(2)根據(jù)系統(tǒng)的工作時間不同，采取了三種工作狀態(tài)，在室內空氣狀況由于其他因素變化較大時，能及時調整回目標狀態(tài)，最大程度的保證室內空氣品質和溫度的最佳狀況。(3)本發(fā)明根據(jù)內置的模型算法，依靠室內污染物來源等多種因素，科學的計算所需要的新風量，并同時用間歇性的檢測系統(tǒng)加以輔助?？梢宰顑?yōu)化的調節(jié)室內空氣品質，并同時達到了節(jié)約能源，減少儀器使用損耗的目的。(4)在送風時，利用紅外檢測器，可以有效的識別室內人員的分布狀況，從而調整送風流量的分布，最優(yōu)的保持人體的健康和舒適程度。附圖說明圖1新風品質預處理單元系統(tǒng)結構圖；圖2大面積房間送風布置示意圖；其中：(a)為俯視圖，(b)為立體圖；圖3小面積房間送風布置示意圖；其中：(a)為俯視圖，(b)為立體圖；圖4一種封閉室內的空氣品質和溫度智能調節(jié)系統(tǒng)示意圖；圖中標號：1為顆粒物過濾器、2為小型電除塵系統(tǒng)、3為CO2濃度檢測器、4為甲醛濃度檢測器、5為室內溫度檢測器、6為室內紅外輻射強度檢測器、7為新風流量控制器、8為新風溫度控制器、9為數(shù)據(jù)處理器、10為智能控制終端、11為第一電控閥門、12為第二電控閥門、13為第三電控閥門、14為第四電控閥門。具體實施方式下面通過實施例結合附圖進一步說明本發(fā)明。實施例1：應用環(huán)境：冬季，白天，廣州某寫字樓內辦公室。系統(tǒng)運行參數(shù)：上班時間9:00；房間體積為300m3；固定工作人員為20人；房間內綠色植物面積為2m2；室內目標CO2濃度為1000ppm＝1964mg/m3；室內目標甲醛濃度為0.10mg/m3；檢測工作狀態(tài)調節(jié)時間t＝10min；室內目標溫度20℃；人體每分鐘呼吸排出CO2質量為400mg/min；植物由于光合作用吸收或者放出CO2的質量為白天6:00～18:00：-125mg/min·m2，夜晚18:00～6:00：42mg/min·m2；國標要求室內人員最低換氣流量QGB,min＝0.50m3/min·人。具體運行方式：①早上8:30，系統(tǒng)按照設定的時間自動開啟，或人為提前開啟，首先聯(lián)網(wǎng)檢查當天的空氣污染情況，當室外PM2.5或PM10的24小時平均濃度值小于等于35ug/m3時，如圖1所示：開啟第一電動閥門11、第二電動閥門12，關閉第三電動閥門13、第四電動閥門14，只運行顆粒物過濾器1，當室外PM2.5或PM10的24小時平均濃度值大于35ug/m3或遇到霧霾等極端天氣時，關閉第一電動閥門11、第二電動閥門12，開啟第三電動閥門13、第四電動閥門14，除了運行顆粒物過濾器1，加開小型電除塵系統(tǒng)2，然后開始運行檢測工作狀態(tài)，先檢測室內CO2，甲醛的濃度以及室內溫度，再依據(jù)下列模型算法：若CCO2,det＝2500mg/m3；CCO2,out＝400ppm＝785mg/m3；Cmet,det＝0.15mg/m3；Tdet＝12℃；得到Qmet,N,det＝15.00m3/min。再依據(jù)下列模型算法：所以得到檢測工作狀態(tài)的新風流量：檢測工作狀態(tài)的新風溫度：TN,det＝38℃。②檢測工作狀態(tài)運行完畢，開始執(zhí)行正常工作狀態(tài)1，依據(jù)下列模型算法：正常工作狀態(tài)1下的新風溫度為：TN,det＝20℃。③在執(zhí)行正常工作狀態(tài)1時，CO2濃度檢測器3、甲醛濃度檢測器4、室內溫度檢測器5每30min運行檢測一次。當室內溫度高于或者低于目標設定溫度1℃，或者CO2濃度、甲醛濃度檢測結果超過目標值10％時，運行正常工作狀態(tài)2，依據(jù)下列模型算法：若Cmet,in＝0.11mg/m3；Tin＝22℃再依據(jù)下列模型算法：所以得到正常工作狀態(tài)2下的新風流量為：正常工作狀態(tài)2下的新風溫度為TN,work2＝32℃。由于該實施例中房間面積較大，選用如圖2所示的大面積房間送風布置，在房間四周墻面的上部均布置送風口，其中每一墻面布置送風口的數(shù)量可以根據(jù)房間的形狀和墻面的大小進行調整，每一墻面的下部均設有一排風口，以實現(xiàn)室內空氣的流動。結果分析由上表可知，對于封閉的室內辦公室，根據(jù)國家標準所要求的室內空間人均最低通氣量不能滿足降低所有污染物濃度的要求，所以本發(fā)明所涉及的智能系統(tǒng)更能有效的調節(jié)保持室內空氣品質和溫度。實施例2：應用環(huán)境：夏季，白天，長沙某家庭室內。系統(tǒng)運行參數(shù)：房間體積為280m3；固定居住人員為3人；房間內綠色植物面積為1m2；室內目標CO2濃度為1000ppm＝1964mg/m3；室內目標甲醛濃度為0.10mg/m3；檢測工作狀態(tài)調節(jié)時間t＝10min；室內目標溫度26℃；人體每分鐘呼吸排出CO2質量為400mg/min；植物由于光合作用吸收或者放出CO2的質量為白天6:00～18:00：-125mg/min·m2，夜晚18:00～6:00：42mg/min·m2；國標要求室內人員最低換氣流量QGB,min＝0.50m3/min·人。具體運行方式：①通過遠程控制終端，在回家前開啟該智能系統(tǒng)，系統(tǒng)首先聯(lián)網(wǎng)檢查當天的空氣污染情況，當室外PM2.5或PM10的24小時平均濃度值小于等于35ug/m3時，如圖1所示：開啟第一電動閥門11、第二電動閥門12，關閉第三電動閥門13、第四電動閥門14，只運行顆粒物過濾器1，當室外PM2.5或PM10的24小時平均濃度值大于35ug/m3或遇到霧霾等極端天氣時，關閉第一電動閥門11、第二電動閥門12，開啟第三電動閥門13、第四電動閥門14，除了運行顆粒物過濾器1，加開小型電除塵系統(tǒng)2，然后開始運行檢測工作狀態(tài)，先檢測室內CO2，甲醛的濃度以及室內溫度，再依據(jù)下列模型算法：若CCO2,det＝2300mg/m3；CCO2,out＝400ppm＝785mg/m3；Cmet,det＝0.13mg/m3；Tdet＝30℃；得到Qmet,N,det＝8.40m3/min。再依據(jù)下列模型算法：所以得到檢測工作狀態(tài)的新風流量：檢測工作狀態(tài)的新風溫度：TN,det＝12℃。②檢測工作狀態(tài)運行完畢，開始執(zhí)行正常工作狀態(tài)1，依據(jù)下列模型算法：正常工作狀態(tài)1下的新風溫度為：TN,det＝26℃。③在執(zhí)行正常工作狀態(tài)1時，CO2濃度檢測器3、甲醛濃度檢測器4、室內溫度檢測器5每30min運行檢測一次。當室內溫度高于或者低于目標設定溫度1℃，或者CO2濃度、甲醛濃度檢測結果超過目標值10％時，運行正常工作狀態(tài)2，依據(jù)下列模型算法：若Cmet,in＝0.11mg/m3；Tin＝27℃再依據(jù)下列模型算法：所以得到正常工作狀態(tài)2下的新風流量為：正常工作狀態(tài)2下的新風溫度為TN,work2＝20℃。由于該實施例中為家庭住房，每一房間面積較小，選用如圖3所示的小面積房間送風布置，在房間一個墻面的上部布置送風口，其中布置送風口的數(shù)量可以根據(jù)房間的形狀和墻面的大小進行調整，布置有送風口墻面的對面墻面下部均設有一排風口，以實現(xiàn)室內空氣的流動。結果分析由上表可知，對于封閉的家庭室內，根據(jù)國家標準所要求的室內空間人均最低通氣量不能滿足降低所有污染物濃度的要求，所以本發(fā)明所涉及的智能系統(tǒng)更能有效的調節(jié)保持室內空氣品質和溫度。當前第1頁1 2 3