一种用于自动调节室内空气环境的新风控制系统及方法与流程

1.本发明属于空气调节技术领域，具体涉及一种用于自动调节室内空气环境的新风控制系统及方法。


背景技术：

2.随着新型行业的快速发展，用于加工这些产品的工厂也相应的林立在各个城市，人们在工厂内部进行生产作业时，常常会有大量的工作人员汇集于同一空间内，即生产车间，在产品进行加工时，可能需要使用到一些带有毒害性或者产生一些毒害性的气体，为了不影响工作人员的身体健康，其在建造之初便会规划好这些气体的排出以及过滤管道，但是这些管道难免会经过生产空间内部，那么其便存在泄露的风险，同时大量的工作人员在同一空间内进行工作，对于氧气的需求量也是巨大的，基于此，在生产车间内，均会配备相应的新风系统，以此来保证生产空间内的工作人员能够及时的呼吸到新鲜空气，保护其身体健康不会受到损害。
3.现有的新风系统中，其只有在高污染气体的浓度超出于设置的情况下才会发出报警信号，但是，实际上，对于生产车间而言，除却安全事故的情况下，很难会出现有害气体大面积泄露的现象，一般对于存放有毒有害气体的车间，由于各种因素的影响，其车间内部也会出现一些低浓度的有害气体，但是其是满足安全要求的，并不会触发报警，而一旦出现一些小面积泄露情况，就会导致高污染气体的浓度增加是缓慢的，但是其浓度增加的趋势是不可避免的，而在该种情况下，由于其浓度并未达到报警要求，因此并不会出现报警信号，且新风系统也不会立即作出应对，一旦其发出报警，此时浓度已然超标，作出应对也需要一定时间，在该时间段内，车间内也是存在很大的安全风险的。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于自动调节室内空气环境的新风控制系统及方法，能够在高污染气体浓度未达到一级标准阈值的情况下，测算其变化趋势值，以此来判断室内是否高污染气体的浓度是否有超出一级标准阈值的趋势，并根据该情况判断是否存在泄漏点。
5.本发明采取的技术方案具体如下：一种用于自动调节室内空气环境的新风控制系统及方法，包括：获取室内的当前空气参数，其中，空气参数包括氧气含量、高污染气体含量和低污染气体含量；根据所述当前空气参数，确定风口开度，其中，风口开度的取值范围为0～m，m为风口开度的上限值；获取空气流速，并根据所述风口开度，确定新风系统中的空气流量，并代入至空气浓度测算模型中进行计算，分别得到氧气浓度、高污染气体浓度和低污染气体浓度；获取一级标准阈值，并与所述高污染气体浓度进行比对；
若所述高污染气体浓度高于一级标准阈值，则表明室内空气污染严重，并立即生成报警信号；若所述高污染气体浓度低于一级标准阈值，则将多个采集点对应的高污染气体浓度代入至预测模型中，得到高污染气体浓度的变化趋势值；若所述变化趋势值大于零，则与一级标准阈值进行交叉运算，得到避险时间；获取有效排查时间，并与所述标准排查时间相比较；若所述有效排查时间小于或等于标准排查时间，则无法对高污染气体源进行排查，且立即生成报警信号；若所述有效排查时间大于标准排查时间，则能对高污染气体源进行排查，且立即生成预警信号；若所述变化趋势值小于或等于零，则获取低污染气体浓度；获取二级标准阈值，并与所述低污染气体浓度相比较，若所述低污染气体浓度大于二级标准阈值，则增加新风系统运行功率，增加新风量，反之，则新风系统不动作。
6.在一种优选方案中，所述根据所述当前空气参数，确定风口开度的步骤，包括：标定校准区域；向所述校准区域内注入外部空气，直至将所述校准区域内的其它气体完全挤出，并利用气体检测单元获取校准区域内的标准氧气含量；获取所述室内的当前氧气含量，并与所述标准氧气含量相比较，得到氧气偏差值；将所述氧气偏差值代入至风口开度求取函数中，得到风口开度，其中，求取函数的计算公式为：，式中，表示风口开度，表示标准氧气含量，表示当前氧气含量，表示室内空气流速的平均值，表示校准区域内的容积；其中，表示氧气偏差值，且若其取值小于或等于零时，风口开度设为零。
7.在一种优选方案中，所述获取空气流速，并根据所述风口开度，确定新风系统中的空气流量，并代入至空气浓度测算模型中进行计算的步骤，包括：获取校准区域内的管道长度；获取所述室内空气流过管道长度的时长，并将其作为气体检测单元的采样间隔时长；其中，所述采样频次求取的目标函数为：，式中，表示气体检测单元的采样间隔时长，表示管道长度，表示室内空气在管道内的流速；获取采样总时长，且与采样频次进行比较，得到采集室内空气的总次数，再根据空气浓度测算模型分别计算出氧气、高污染气体和低污染气体的浓度，其中，计算公式为：，式中，表示氧气、高污染气体或低污染气体的浓度，表示采集总
次数，表示第次所采集的氧气、高污染气体或低污染气体的浓度。
8.在一种优选方案中，若所述高污染气体浓度低于一级标准阈值，则将多个所述采集点对应的高污染气体浓度代入至预测模型中，得到高污染气体浓度的变化趋势值的步骤，包括：获取每个所述采集点对应的高污染气体的浓度；获取所有相邻所述采集点间所述高污染气体浓度的变化值；从所述预测模型中获取预测函数，其中，所述预测函数表达式为：，式中，表示高污染气体的变化趋势值，表示高污染气体浓度的所述采集点总量，表示高污染气体的起始采样点，表示第次所采集的高污染气体的浓度。
9.在一种优选方案中，若所述变化趋势值大于零，则与一级标准阈值进行交叉运算，得到避险时间的步骤，包括：获取所述变化趋势值；获取一级标准阈值；获取最后一次所述采集点的高污染气体的浓度，并标定为预测起始值；根据避险时间求取函数求得避险时间，其中，避险时间求取函数为：，式中，表示避险时间，表示一级标准阈值。
10.在一种优选方案中，所述获取有效排查时间的步骤，包括：标定室内高污染气体源的位置；获取高污染气体源与室内边缘之间最长的物理距离，并标定为排查距离；获取高污染气体源与室内出口之间的物理距离，并标定为避险距离；获取逃生速度，并与所述避险距离和排查距离结合运算，得到有效排查时间，其中运算公式为：，式中，表示有效排查时间，表示排查距离，表示避险距离，表示安全避险速度。
11.在一种优选方案中，所述有效排查时间与标准排查时间相比较的步骤，包括：判定所述有效排查时间是否大于零；若所述有效排查时间大于零，则将所述有效排查时间与标准排查时间进行比较，并根据比较结果生成报警信号和预警信号；若所述有效排查时间小于或等于零，则立即生成报警信号。
12.在一种优选方案中，所述低污染气体与二级标准阈值的对比优先级小于所述高污染气体与一级标准阈值的对比优先级，且所述低污染气体与二级标准阈值的比对过程和所述高污染气体与一级标准阈值的对比过程逻辑一致。
13.本发明还提供了一种用于自动调节室内空气环境的新风控制系统，应用于上述中任一项所述的用于自动调节室内空气环境的新风控制方法，包括：第一获取模块，所述第一获取模块用于获取室内的当前空气参数，其中，空气参数
并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
20.再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
21.请参阅图1和图2，本发明提供了一种用于自动调节室内空气环境的新风控制方法，包括：s1、获取室内的当前空气参数，其中，空气参数包括氧气含量、高污染气体含量和低污染气体含量；s2、根据当前空气参数，确定风口开度，其中，风口开度的取值范围为0～m，m为分风口开度的上限值；s3、获取空气流速，并根据风口开度，确定新风系统中的空气流量，并代入至空气浓度测算模型中进行计算，分别得到氧气浓度、高污染气体浓度和低污染气体浓度；s4、获取一级标准阈值，并与高污染气体浓度进行比对；s5、若高污染气体浓度高于一级标准阈值，则表明室内空气污染严重，并立即生成报警信号；s6、若高污染气体浓度低于一级标准阈值，则将多个采集点对应的高污染气体浓度代入至预测模型中，得到高污染气体浓度的变化趋势值；s7、若变化趋势值大于零，则与一级标准阈值进行交叉运算，得到避险时间；s8、获取有效排查时间，并与标准排查时间相比较；s9、若有效排查时间小于或等于标准排查时间，则无法对高污染气体源进行排查，且立即生成报警信号；s10、若有效排查时间大于标准排查时间，则能对高污染气体源进行排查，且立即生成预警信号；s11、若变化趋势值小于或等于零，则获取低污染气体浓度；s12、获取二级标准阈值，并与低污染气体浓度相比较，若低污染气体浓度大于二级标准阈值，则增加新风系统运行功率，增加新风量，反之，则新风系统不动作。
22.如上述步骤s1-s12，随着工业技术的发展，越来越多的工厂相继出现，对于工厂工作而言，会有大量的工作人员在同一室内进行工作，由于生产需要，在工作空间内会有毒性气体的管路经过，同时多个工作人员所需的氧气量也是巨大的，为避免室内工作人员的身体受到损害，大多数工厂都会选择安装新风系统，新风系统能够将室外的空气进行过滤，再通入至室内，使得室内外空气时刻进行交换，从而保证室内人员的身体健康不会受到损害，本实施例中，将室内空气分为三类，分别为氧气、高污染性气体和低污染性气体，例如水煤气在生产中需要大量的一氧化碳，或者化工厂中常见的各种苯类化合物，此均可视为高污染性的气体，而诸如二氧化碳、氮气等空气的必要组成成分，且只要不超标的情况下，不会对人体造成损害，故此将其视为低污染性气体，在新风系统运行的过程中，能够对室内外空气的流速、流量等进行控制，在此过程中，气体检测单元能够根据单位空间内的空气流速和流量确定采集频次，再对这些数据取平均值进行浓度的测算，其能够对空气中存在的高污染性气体的浓度进行实时测算，且在测算浓度高于一级标准阈值的情况下，立即发出报警信号，且在此过程中，还实时测算了高污染气体的浓度变化趋势，根据其变化趋势能够判断
高污染气体是否有超出一级标准阈值的趋势，并且根据趋势值测算出避险时间，再结合避险时间判断出有效排查时间，在有效排查时间充足的情况下，允许室内人员查看高污染气体可能存在的源头，例如一氧化碳的管道路径处等，但是在此过程中需要持续发出预警信号，且在高污染气体超出一级标准阈值的情况下，立即发出报警信号，室内人员不应该继续在室内逗留，而若是在有效排查时间之内解决高污染气体的外泄，室内人员仍然需要进行短暂的室外避险，基于室内高污染气体一个排放时间，避免高污染气体对人体造成损害，而在高污染气体未泄露，但是室内氧气含量降低，相应的，也就表明室内的低污染性气体增加，这种现象一般发生在寒冷的天气状态下，门窗均处于紧闭的状态，随着室内氧气的消耗，会导致人们出现气短、胸闷的现象，此时只需要增加新风量便可解决这一问题，无需发出报警或者预警信号，但若是此过程持续过久，人们应当主动的排查新风系统是否损坏。
23.在一个较佳的实施方式中，根据当前空气参数，确定风口开度的步骤，包括：s201、标定校准区域；s202、向校准区域内注入外部空气，直至将校准区域内的其它气体完全挤出，并利用气体检测单元获取校准区域内的标准氧气含量；s203、获取室内的当前氧气含量，并与标准氧气含量相比较，得到氧气偏差值；s204、将氧气偏差值代入至风口开度求取函数中，得到风口开度，其中，求取函数的计算公式为：，式中，表示风口开度，表示标准氧气含量，表示当前氧气含量，表示室内空气流速的平均值，表示校准区域内的容积；s205、其中，表示氧气偏差值，且若其取值小于或等于零时，风口开度设为零。
24.如上述步骤s201-s205，在新风系统装配完成之后，其所配置的气体检测单元所能够采集的区域是固定的，基于此，便能够对气体检测单元的采集范围标定为采集区域（校准区域），在新风系统运行之前，需要对校准区域进行校准处理，其校准方式是采用外部空气的浓度为标准，确定标准的氧气含量，后续在检测过程中，将室内空气中氧气的含量与其进行比对，若氧气含量降低，则需要调高新风系统的风口开度，使得室内外空气能够得到充分的交换，相反的，在空气的自然流速中能够满足室内外空气交换的前提下，无需开启新风系统，例如，大风天气下，运行新风系统还可能导致外界的灰尘等杂质进入到新风系统中，从而便会破坏其后续使用中的换气效果，此时将风口开度确定为零，即对应新风系统的关闭。
25.在一个较佳的实施方式中，获取空气流速，并根据风口开度，确定新风系统中的空气流量，并代入至空气浓度测算模型中进行计算的步骤，包括：s206、获取校准区域内的管道长度；s207、获取室内空气流过管道长度的时长，并将其作为气体检测单元的采样间隔时长；s208、其中，采样频次求取的目标函数为：，式中，表示气体检测单元的采样间隔时长，表示管道长度，表示室内空气在管道内的流速；
s209、获取采样总时长，且与采样频次进行比较，得到采集室内空气的总次数，再根据空气浓度测算模型分别计算出氧气、高污染气体和低污染气体的浓度，其中，计算公式为：，式中，表示氧气、高污染气体或低污染气体的浓度，表示采集总次数，表示第次所采集的氧气、高污染气体或低污染气体的浓度。
26.如上如步骤s206-s209，其根据校准区域内的管道长度以及空气流速，便能够确定气体检测单元每次采集动作的间隔时长，并且每次获取时长，是预先设定的，依据其能够测算出采样频次，从而得到多个采样数据，将这些数据进行求和处理，并且取平均值，便能够分别得到氧气、高污染气体或低污染气体的浓度。
27.在一个较佳的实施方式中，若高污染气体浓度低于一级标准阈值，则将多个采集点对应的高污染气体浓度代入至预测模型中，得到高污染气体浓度的变化趋势值的步骤，包括：s601、获取每个采集点对应的高污染气体的浓度；s602、获取所有相邻采集点间高污染气体浓度的变化值；s603、从预测模型中获取预测函数，其中，预测函数表达式为：，式中，表示高污染气体的变化趋势值，表示高污染气体浓度的采集点总量，表示高污染气体的起始采样点，表示第次所采集的高污染气体的浓度。
28.如上步骤s601-s603所述，在得到高污染气体浓度值之后，会与一级标准阈值进行比对，一级标准阈值的浓度根据不同的高污染气体进行设置，其并不是一成不变的，例如，煤气和天然气的对人体损害的标准阈值必然是不一样的，在装配新风系统时，便需要根据室内可能存在的高污染气体源设置相对应的气体传感器，以此来达到监测效果，并且也同步的将其损害人体的最低浓度设置为一级标准阈值，在高污染气体浓度高于一级标准阈值时，会立即发出报警信号，在此，需要说明的是，新风系统中配置有通信模块，既可以为无线通信方式，也可设置为有线通信方式，具体可根据使用者的需求进行设置，进而报警信号便能够通过通信模块发送给报警器，报警器发出警报来提醒室内人员，而在高污染气体的浓度低于一级标准阈值时，首先应判断的是高污染气体浓度的变化趋势值，该变化趋势值大于零时，即说明高污染气体浓度存在升高的趋势，此时即表明室内存在高污染气体泄露的现象发生，从而室内人员便需要进行排查和紧急避险。
29.在一个较佳的实施方式中，若变化趋势值大于零，则与一级标准阈值进行交叉运算，得到避险时间的步骤，包括：s701、获取变化趋势值；s702、获取一级标准阈值；s703、获取最后一次采集点的高污染气体的浓度，并标定为预测起始值；s704、根据避险时间求取函数求得避险时间，其中，避险时间求取函数为：，式中，表示避险时间，表示一级标准阈值。
30.如上述步骤s701-s704所述，在高污染气体浓度的变化趋势值大于零，且高污染气体的浓度低于一级标准阈值的前提下，根据变化趋势和一级标准阈值与预测起始值的差值结合运算，能够得到避险时间，避险时间与高污染气体浓度的变化趋势值呈负相关，变化趋势值越小，则避险时间就越长，当然，此结果还需要考虑预测起始值的大小，预测起始值越接近于零，则说明其避险时间就越短，在下一个采集周期可能会立即发出报警信号，也可能该高污染物气体的浓度变化为瞬时性的，在下个采集周期中，高污染气体浓度变化趋势值小于零，或者不存在高污染气体，此均为可能发生的现象，以保护人身安全为前提，若是避险时间过短，应当立即发出预警信号或者报警信号，虽然可能会出现因瞬时浓度的影响，而造成报警器误报的现象发生，但是相对保护室内人员的生命安全，误报现象显然是能够被接受的。
31.在一个较佳的实施方式中，获取有效排查时间的步骤，包括：s801、标定室内高污染气体源的位置；s802、获取高污染气体源与室内边缘之间最长的物理距离，并标定为排查距离；s803、获取高污染气体源与室内出口之间的物理距离，并标定为避险距离；s804、获取逃生速度，并与避险距离和排查距离结合运算，得到有效排查时间，其中运算公式为：，式中，表示有效排查时间，表示排查距离，表示避险距离，表示安全避险速度。
32.如上述步骤s801-s804所述，在获取有效排查时间时，需要基于避险时间进行运算，同时还要根据室内的环境以及逃生路径进行规划，在其规划过程中，应当选取室内距离高污染气体源最远的边缘点为基准点，并实际测算其到达高污染气体源的物理距离，然后便可得到排查距离，而避险距离为室内人员从高污染气体源至室内出口位置的距离，两者相加得等到的便是逃生距离，实际生活中，若是听到报警信号，则应该立即向室内出口处逃离，无需考虑排查高污染气体源，在此，需要说明的是，在新风系统中，还应配备一个语音播报器，其在预警信息发出之后，实时播报有效排查时间，进而室内人员便可依次判断是否要去排查高污染气体源。
33.在一个较佳的实施方式中，有效排查时间与标准排查时间相比较的步骤，包括：s805、判定有效排查时间是否大于零；s806、若有效排查时间大于零，则将有效排查时间与标准排查时间进行比较，并根据比较结果生成报警信号和预警信号；s807、若有效排查时间小于或等于零，则立即生成报警信号。
34.如上述步骤s805-s807所述，有效排查时间的判定若是小于零，则说明避险时间短暂，不足以去排查高污染气体源，而若是有效排查时间大于零，其方能与标准排查时间进行比较，且有效排查时间大于标准排查时间的前提下，会发出预警信号，其中，室内人员在越靠近高污染气体源处，高污染气体的浓度也会相应的增加，在此之前应当做好防护措施，例如佩戴口罩，用湿毛巾捂住口鼻等，以此来降低高污染气体的危害，在保障自身生命安全的前提下，方能进行排查工作，并且预警信号发出的同时，会播报剩余时间，这样，即使室内人员在未完成排查时，也能够根据语音提示安全撤离。
35.在一个较佳的实施方式中，低污染气体与二级标准阈值的对比优先级小于高污染
气体与一级标准阈值的对比优先级，且低污染气体与二级标准阈值的比对过程和高污染气体与一级标准阈值的对比过程逻辑一致，在此，就不一一进行赘述。
36.本发明还提供了一种用于自动调节室内空气环境的新风控制系统，应用于上述中任一项的用于自动调节室内空气环境的新风控制方法，包括：第一获取模块，第一获取模块用于获取室内的当前空气参数，其中，空气参数包括氧气含量、高污染气体含量和低污染气体含量；风口调节模块，风口调节模块用于根据当前空气参数，确定风口开度，其中，风口开度的取值范围为0～m，m为风口开度的上限值；浓度计算模块，浓度计算模块用于获取空气流速，并根据风口开度，确定新风系统中的空气流量，并代入至空气浓度测算模型中进行计算，分别得到氧气浓度、高污染气体浓度和低污染气体浓度；第二获取模块，第二获取模块用于获取一级标准阈值；一级判断模块，一级判断模块用于将一级标准阈值高污染气体浓度进行比对，并根据比对结果判断是否生成报警信号；预测模块，预测模块用于在高污染气体浓度低于一级标准阈值，则将多个采集点对应的高污染气体浓度代入至预测模型中，得到高污染气体浓度的变化趋势值；二级判断模块，二级判断模块用于根据变化趋势值，与一级标准阈值进行交叉运算，得到避险时间，并根据判断结果生成报警信号或者预警信号；三级判断模块，三级判断模块用于获取二级标准阈值，并与低污染气体浓度相比较，并根据比较结果判断是否增加新风量。
37.如上所述，在获取氧气、高污染气体和低污染气体浓度时，需要使用对应的传感器进行监测，例如，一氧化碳可采用一氧化碳传感器，诸如此类，具体可根据实际的气体源进行设置，同时，中控单元采用单片机执行各种程序，在执行一级判断模块、二级判断模块和三级判断模块时，可选用if
……
else逐级函数进行嵌套，先行判断高污染气体、再判断变化趋势、再判断低污染气体浓度，此过程中，采用空气浓度测算模型对空气浓度进行测算，预测模型测算变化趋势值，在此，其程序的执行等便不一一进行赘述。
38.还包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述中任一项的用于自动调节室内空气环境的新风控制方法。
39.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它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、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
40.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。