一种基于动态响应的高铁站卫生间自适应通风系统的制作方法

1.本发明涉及室内通风技术领域，具体为一种基于动态响应的高铁站卫生间自适应通风系统。


背景技术：

2.在新冠肺炎疫情的影响下，室内空气污染问题愈发引起人们的重视，尤其对于公共建筑场所。而客流量巨大的高铁客站，疫病传染风险更大。相应地，客站卫生间使用频率很高，并具有大量人流短时间内汇聚于较小空间的特点，加之洗手台水龙头、冲厕按钮、门把手、坐便器等的高频使用，极大程度上增加了人员细菌及疫病交叉感染的风险。目前很多正在运行的铁路客站卫生间普遍存在着病菌/污染气体种类及数量超标的严重健康问题。因此，如何高效去除污染物已成为解决高铁站卫生间内空气污染问题的当务之急。
3.目前现有的高铁站卫生间而言，其通风系统普遍存在的问题是：高铁站本身客流量大，尤其卫生间使用人员密集集中，在候车高峰时段会出现旅客排队使用现象，造成间歇性超负荷状况，污染物停留室内时间长，排风系统并不能及时作用，加重室内空气污染。紫外杀菌灯是一种物理杀毒方式，没有二次污染，能够消杀99.9％的病毒，其消毒杀菌效果早已得到证明，据新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第四版)资料表明，2019新型冠状病毒(2019
‑
ncov)对紫外线和热敏感。所以，对新型冠状病毒的传染防护可以通过用紫外杀菌灯进行杀菌消毒来实现。但是，普通的紫外杀菌灯必须在无人条件下使用，人体不可暴露在紫外杀菌灯的照射范围内，此外现有铁路客站卫生间的通风系统多数是由手动开关控制，容易发生忘开不工作或者长时间不停歇工作等问题，也有通过感应式开关自动控制的卫生间通风机。上述两种方式均由人的主观意识控制通风机工作，使用效果常常不尽人意。
4.随着新一代信息技术的迅速发展，智能化通风系统逐步投入应用。但这些系统普遍选取单点位置的环境参数表征数值与标准值进行比较评估，难以有效表征全局环境参数信息，无法实现准确高效的调控。同时，现有的系统数据库训练的数据来源均为历史数据或者模拟数据，参考价值有限，无法很好地适应高铁站卫生间复杂的气流变化。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于动态响应的高铁站卫生间自适应通风系统，解决了室内通风常用的顶排式通风很难对卫生间近地面处的气流进行有效控制，而且会加大有害气体在整个卫生间的扩散，使整个卫生间的空气均受到污染问题。
7.(二)技术方案
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：本发明提供了一种基于动态响应的高铁站卫生间自适应通风系统，包括排风单元、空调单元、动态响应单元、自适应控制单元、卫生间和三维可视化电子看板，所述卫生间的一端开设有门洞，所述卫生间靠近一侧的内壁设置有盥洗台，所述卫生间中设置有大便器和小便器，所述动态响应单元能够
检测大便器和小便器处的污染气体浓度，所述自适应控制单元能够调节排风单元和空调单元的运行，所述动态相应单元与所述三维可视化电子看板电性连接。
9.优选的，所述排风单元为厕位下排风，排风口布置在大便器正后方墙面，距离所述卫生间地面的垂直高度为h；h优选区间为20cm
‑
50cm，较低的排风口布局可以保证大部分污染气体和病菌在扩散到整个空间之前及时排出；
10.优选的，所述空调单元包括盥洗台上方和厕位上方两处，分别设有送风口和回风口，用于调节高铁站卫生间内的温、湿度；
11.优选的，所述空调单元有与两只紫外杀菌灯耦合，具有杀菌消毒功能，空气在进入回风口之后首先经过第一只紫外杀菌灯进行第一次消杀；空气在送出送风口前再次经过紫外杀菌灯，进行第二次消杀。经过两次消杀的空气，其中绝大部分病菌和病毒已被杀灭，能够较好地取得病毒防控的效果；
12.优选的，所述动态响应单元可以监测目标区域的污染气体浓度和空气温、湿度，同时能够实时将数据传输到自适应控制单元；所述污染气体主要为氨气、硫化氢、二氧化碳、pm2.5等；大便器处传感器设置在排风口正下方，小便器处传感器设置在每两个小便器之间；所述传感器为多合一传感器，可以同时检测污染气体浓度和空气温、湿度，减少传感器的用量；
13.优选的，所述自适应控制单元包含数据处理部分和自适应控制部分；
14.优选的，一种基于动态响应的高铁站卫生间自适应通风系统的控制方法，步骤如下：
15.(1)数据库的构建：所述自适应通风单元的基础数据来源于两部分，一是通过传感器监测获得各项参数的历史数据，二是通过数值模拟软件完成各种基础通风案例的计算，获取各项参数分布的数值结果。
16.(2)数据库的训练和动态预测：所述自适应控制单元通过机器学习方法对数据库进行深度学习和训练，同时实现传感器的动态响应，即实时输入各项环境参数的测量值，数据库根据传感器的信息反馈进行快速的精确模拟和有效预测；且每一次的实时数据和预测结果都将计入数据库，达成数据库的有效扩充，使得预测更加精准，对比现有的系统数据库更能够适应高铁站卫生间复杂的气流变化。
17.(3)通风系统的自适应运行：所述自适应控制单元经过数据处理获取全局预测结果后，以人体站立呼吸平面和人体下蹲呼吸平面的污染物浓度均值和空气温湿度均值为评价标准，根据其数值结果确定每种工况下的通风策略，从而控制排风单元的分档运行和空调单元的启闭。
18.(4)三维可视化平台的展示：为了提供给使用者人机交互良好的使用环境并及时发现卫生间内的通风问题，所述卫生间通风系统设有三维可视化平台，包含图像显示模块和数值展示模块。所述图像显示模块为卫生间污染物浓度场实时预测结果的三维动态图像，所述数值展示模块包括人体站立呼吸平面和人体下蹲呼吸平面的污染物浓度均值、卫生间室内的空气温湿度均值，可视化平台的设置可以更方便人员管理，及时发现卫生间内的通风问题。
19.(三)有益效果
20.(1)本发明一种基于动态响应的高铁站卫生间自适应通风系统，通过厕位下排风
的排风方式有效排除污染气体；通过具有杀菌消毒功能的空调系统，有效去除病菌和病毒，保证人体健康且避免了紫外线杀菌灯对于人体的损伤，保持卫生间内的空气清新。
21.(2)本发明的卫生间通风系统，采用机器学习方法可以获取整个空间的目标参数分布情况，进行快速的精确模拟和有效预测，节省了数值模拟的时间成本和计算成本。
22.(3)本发明的卫生间通风系统，其动态响应单元能够实时传输各项环境参数的测量值至自适应控制单元，能够很好地适应高铁站卫生间复杂的气流变化，预测结果更加精准可靠，且实时预测的数据可以达成数据库的有效扩充。
23.(4)本发明的卫生间通风系统，能够自适应控制排风单元的分档运行和空调单元的启闭，在有效改善卫生间空气质量的前提下更加节能。
附图说明
24.图1是本发明的控制方法流程图；
25.图2是本发明的自适应通风系统示意图。
26.其中，1
‑
排风口；2
‑
传感器；3
‑
大便器；4
‑
小便器；5
‑
三维可视化电子看板；6
‑
门洞；7
‑
空调单元；8
‑
送风口；9
‑
回风口；10
‑
盥洗台。
具体实施方式
27.下面将结合本发明的附图，对本发明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。
28.实施例
29.如图2所示，本发明实施例提供一种基于动态响应的高铁站卫生间自适应通风系统，本实施例涉及的高铁站卫生间几何尺寸为7m
×
6m
×
3.5m(长
×
宽
×
高)，有5个小便器4，5个大便器3，门洞6处进入设置有盥洗台10的盥洗区域。
30.如图1
‑
2所示，一种基于动态响应的高铁站卫生间自适应通风系统，包括排风单元、空调单元7、动态响应单元、自适应控制单元、卫生间和三维可视化电子看板5，卫生间的一端开设有门洞6，卫生间靠近一侧的内壁设置有盥洗台10，卫生间中设置有大便器3和小便器，动态响应单元能够检测大便器3和小便器4处的污染气体浓度，自适应控制单元能够调节排风单元和空调单元7的运行，动态相应单元与三维可视化电子看板5电性连接。
31.本发明中，排风单元为厕位下排风，排风口布置在大便器正后方墙面，距离卫生间地面的垂直高度为h；在本实施例中h优选区间为30cm，较低的排风口布局可以保证大部分污染气体和病菌在扩散到整个空间之前及时排出；
32.本发明中，空调单元7包括送风口8和回风口9，送风口8设置在盥洗台10上方，回风口9设置在厕位上方，用于调节高铁站卫生间内的温、湿度；
33.本发明中，送风口8和回风口9处均设置有紫外杀菌灯，空调单元7有与两只紫外杀菌灯耦合，空气在进入回风口之后首先经过第一只紫外杀菌灯进行第一次消杀；空气在送出送风口前再次经过紫外杀菌灯，进行第二次消杀。经过两次消杀的空气，其中绝大部分病菌和病毒已被杀灭，能够较好地取得病毒防控的效果，且由于两只紫外杀菌灯均安装于紧
邻送、回风口的管道壁上，不会照射到室内，因而也不会对人体造成损害；
34.本发明中，动态响应单元可以监测目标区域的污染气体浓度和空气温、湿度，同时能够实时将数据传输到自适应控制单元；污染气体主要为氨气、硫化氢、二氧化碳、pm2.5等；大便器处传感器设置在排风口正下方，小便器处传感器设置在每两个小便器之间；传感器为多合一传感器，可以同时检测污染气体浓度和空气温、湿度，减少传感器的用量；
35.本发明中，自适应控制单元包含数据处理部分和自适应控制部分；
36.本发明中，一种基于动态响应的高铁站卫生间自适应通风系统的控制方法，步骤如下：
37.(1)数据库的构建：自适应通风单元的基础数据来源于两部分，一是通过传感器监测获得各项参数的历史数据，二是通过数值模拟软件完成各种基础通风案例的计算，获取各项参数分布的数值结果。
38.(2)数据库的训练和动态预测：自适应控制单元通过机器学习方法对数据库进行深度学习和训练，同时实现传感器的动态响应，即实时输入各项环境参数的测量值，数据库根据传感器的信息反馈进行快速的精确模拟和有效预测；且每一次的实时数据和预测结果都将计入数据库，达成数据库的有效扩充，对比现有的系统数据库更能够适应高铁站卫生间复杂的气流变化。
39.(3)通风系统的自适应运行：自适应控制单元经过数据处理获取全局预测结果后，以人体站立呼吸平面和人体下蹲呼吸平面的污染物浓度均值和空气温湿度均值为评价标准，其中，各污染物浓度限值取自《民用建筑工程室内环境污染控制规范》，空气的温湿度限值取自《铁路旅客车站建筑设计规范》，根据其数值结果确定每种工况下的通风策略，从而控制排风单元的分档运行和空调单元7的启闭。
40.(4)三维可视化平台的展示：为了提供给使用者人机交互良好的使用环境并及时发现卫生间内的通风问题，卫生间通风系统设有三维可视化平台，包含图像显示模块和数值展示模块。图像显示模块为卫生间污染物浓度场实时预测结果的三维动态图像，数值展示模块包括人体站立呼吸平面和人体下蹲呼吸平面的污染物浓度均值、卫生间室内的空气温湿度均值。可视化平台的设置可以更方便人员管理，及时发现卫生间内的通风问题。
41.本实施例以氨气、硫化氢和空气温、湿度为检测目标，氨气质量浓度标准限值为0.2mg/m3，硫化氢质量浓度标准限值为0.01mg/m3。以夏季为例，卫生间内温度的评价标准为27℃，湿度的评价标准为80％。通过基于动态响应的高铁站卫生间自适应通风系统的控制方法，呼吸区域平均污染物浓度和通风系统能耗均得到大幅降低，室内空气温湿度也得到了较佳的控制，进一步证实了该通风系统的有效性和可行性。
42.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
43.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术
人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。