CN105987488A

CN105987488A - 一种智能物联网家居空气质量监控系统及控制方法

Info

Publication number: CN105987488A
Application number: CN201510099395.XA
Authority: CN
Inventors: 范必双; 刘铮; 王文; 王玉凤; 蒋诗谣; 钟卓颖; 刘时杰; 黄健; 刘荣芳
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2016-10-05

Abstract

本发明公开了一种智能物联网家居空气质量监控系统及控制方法，系统包含CO₂传感器、温度传感器、空气PM2.5浓度传感器、室外环境检测装置1、空气过滤装置2、电子式空气阀门（3、5、7、9）、转速连续可调式静音进气风扇（4、6、8、10）、转速连续可调式静音排风扇（11、12、13、14）、进风控制器（15、16、17、18）、排风控制器（19、20、21、22）、系统主控器23和智能手机设备24，通过传感器对室内外空气质量及温度进行检测，根据检测结果结合室内温度指标对进出风量及室内温度进行综合控制，并利用物联网系统及独立的滤风窗口，实现对室内各房间的空气质量全自动实时的监测与控制，节能的同时，以最小的代价对进入室内的空气进行有效的过滤。

Description

一种智能物联网家居空气质量监控系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能物联网家居空气质量监控系统及控制方法，旨在以最小的代价对进入室内的空气进行有效的过滤和更新，达到节能减排的目的。

背景技术

随着冷风扇和暖气片的普及，室内成了相对封闭的空间，长时间会导致室内空气极度恶化，影响人体健康。开窗通风会导致冷/暖气外泄，能源浪费很严重，加上现今大多数城市室外空气质量极其糟糕，采用开窗或者排气扇的方式进行通风，对室外空气无任何过滤，室外污染物直接引入室内，将给人体健康带来严重威胁。在一个封闭的室内，空气净化器虽然能有效去除PM2.5、甲醛、苯等大颗粒污染物，但却不能滤除CO2气体，同时也无法补充人们呼吸所消耗掉的氧气。带有过滤功能的新风系统能够为室内提供新鲜空气，但却未根据室内环境需要来进行控制，而是采用固定风量并长时间的进行通风。这个会造成两方面的浪费：一是固定风量所带来的过滤系统的损耗，使得过滤成本大幅度增加；二是长时间以固定风量进行通风，会导致室内冷/暖气的泄漏，造成能源极度浪费。

申请号为2012105141505的发明专利公开了一种家用室内空气处理装置，根据室内CO2及PM2.5的浓度是否超过国标值来控制新风系统的风机启停，并采用电制冷/制热片对新风进行温度预处理，以保证进入室内的新风不会改变室内原有的温度设定。该发明存在两个缺陷：一是通风控制是在CO2及PM2.5浓度超过国标值才开始，在CO2及PM2.5浓度指标上升和下降这一段较长的时间内，室内人体健康已经遭到较严重的侵害；二是采用电冷/制热片对新风进行升降温处理，达不到节能减排的效果，因为电制冷/制热片一面制冷，另一面却是散热，其原理是当电流通过热电偶时，其中一个结点散发热而另一个结点吸收热，只是起到导热作用，因此该发明中采取这种方式对进入室内的新风进行升降温处理不可行，另外电制冷/制热片本身效率不高，且耗能比较严重。

申请号为2004100201505的发明专利公开了一种利用通风系统的室内空气质量控制装置以及方法，通过检测室内空气污染程度对通风系统和空气净化器分功率段进行控制。该发明虽然比申请号为2012105141505的专利在控制上更为精细，空气质量控制效果也更好，但是未考虑到室外空气污染程度及大风量带来的空气过滤系统损耗以及室内温度控制等问题，能源浪费严重。

发明内容

为了克服现有室内空气控制系统存在的上述缺陷，本发明提供一种智能物联网家居空气质量监控系统设计方法，通过传感器对室内外空气质量及温度进行检测，根据其检测结果结合室内的温度指标对进出风量及室内温度进行综合控制，并利用物联网系统及独立的滤风窗口，实现对室内各个房间的空气质量全自动实时的监测与控制，节能的同时，以最小的代价对进入室内的空气进行有效的过滤。

系统由CO₂传感器、温度传感器、空气PM2.5浓度传感器、室外环境检测装置、空气过滤装置、电子式空气阀门、转速连续可调式静音进气风扇、转速连续可调式静音排风扇、进风控制器、排风控制器、系统主控器和智能手机设备组成。其中室外环境检测装置、进风控制器、排风控制器和系统主控器之间采用RFID方式进行通信，系统主控器和智能手机设备之间采用WiFi方式进行通信。

CO₂浓度、温度、空气PM2.5浓度信号经进风控制器和室外环境检测装置检测后，通过RFID送给系统主控器，再由系统主控器又通过WiFi传送给智能手机设备，供用户实时查看；通过手机应用程序（APP）智能手机设备能够以WiFi通信手段发送命令给系统主控器，系统主控器则通过RFID通信手段将命令传送给各房间内的进风控制器和排风控制器，实现对各房间内的空气阀门、进气风扇以及排风扇进行控制。各房间内部也可以根据检测到的CO₂浓度对本房间内的空气阀门、进气风扇和排风扇进行自动控制，如在CO₂浓度低于一定值时，将这些设备关闭。

在系统自动控制阶段，随着室外空气PM2.5浓度的升高，进风控制器将线性地降低进气风扇的转速，减少总的进风量，适当地提高室内CO₂浓度控制指标，以降低空气过滤系统的损耗。在不需要开冷/暖气时，系统控制进气风扇和排风扇的转速随着室内CO₂浓度连续线性地变换；而需要制冷和取暖的时候，系统将对CO₂浓度控制指标调整，使其随着室内外温差的增大而线性地调高，从而使进气风扇和排风扇的转速降低，减缓室内温度的变化速度，达到节能减排的效果。

而在系统手动控制阶段，智能手机应用程序（APP）允许用户对室内CO₂浓度控制指标进行人工的设定。

附图说明

附图为智能物联网家居空气质量监控系统设计示意图，其中1为室外环境检测装置，具体检测室外气温和PM2.5浓度这两个室外环境指标；2为空气过滤装置；3、5、7和9为电子式空气阀门，用于关闭和开启相应的空气通道；4、6、8和10为转速连续可调式静音进气风扇；11、12、13和14为转速连续可调式静音排风扇；15、16、17和18分别为客厅、主卧、次卧和客卧的进风控制器；19、20、21和22分别为客厅、主卧、次卧和客卧的排风控制器；23为系统主控器；24为智能手机设备。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：

如附图所示，进入室内的空气经过空气过滤装置2过滤后，新鲜纯净的空气由专用进气管道进行传送，这是一种负压式的空气过滤方式，只有任意一个安装在客厅、主卧、次卧和客卧中的电子式空气阀门（3、5、7或9）和任意一个进气风扇（4、6、8或10）处于开启状态时，室外空气才能经过空气过滤装置1的过滤后进入室内。

进风控制器（15、17、17和18）分别对客厅、主卧、次卧和客卧里面的CO₂浓度和温度进行检测，并将检测值用RFID通信手段传送给系统主控器23，系统主控器又可以采用WiFi通信手段将所有信息传送给智能手机设备24，这样家庭成员便可随时随地了解家庭的室内空气情况，不仅如此，智能手机设备24还可以通过APP（专门为智能物联网家居空气质量监控系统设计的手机应用程序）实现对家中各房间的空气阀门（3、5、7和9）、进气风扇（4、6、8和10）以及排风扇（11、12、13和14）的控制。

系统会根据室内CO₂浓度和温度的检测结果以及每个房间的实际使用需要对各房间的进气量及温度进行智能的控制，已达到以最小的代价对进入室内的空气进行有效的过滤，并最大程度上实现节能减排。具体的控制方式如下：

(1) 当人员主要在客厅活动时，可以人为地通过智能手机设备的APP将主卧、次卧和客卧的空气阀门（5、7和9）、进气风扇（6、8和10）以及排风扇（12、13和14）关闭，或者由主卧、次卧和客卧中的进风控制器（16、17和18）在检测到的CO₂浓度低于一定值时（因为没有人员活动，CO₂浓度会逐渐降低）自动关闭空气阀门（5、7和9）和进气风扇（6、8和10），并通过RFID发送命令给排风控制器（20、21和22）对排风扇（12、13和14）进行关闭。这样只保留了客厅的空气净化设备运行，一方面大大地减少了总的进气量，降低了空气过滤装置的损耗，另一方面关闭了其他房间的进气扇和排气扇，起到了节能减排的效果。

(2) 同样道理，到了夜晚，当人员都进卧室休息时，则可以将客厅的空气阀门3、进气风扇3以及排风扇11给关闭，如果卧室当中有没住人的也可以相应将其进气扇和排风扇给关闭。

(3) 室外空气的PM2.5浓度指标由室外环境检测装置1进行实时的检测，检测的结果通过RFID发送给系统主控器23，室内CO₂浓度控制指标随着室外空气PM2.5浓度的升高而升高，也就意味着当室外空气PM2.5浓度升高时，系统主控器23通过RFID发送命令给进风控制器（15、17、17和18）线性地降低进气风扇（4、6、8和10）的转速，使总的进风量减少，从而减小空气过滤系统2的损耗。正常空气中CO₂浓度约300~500ppm，而室内CO₂浓度一般的理想范围是485~1015ppm，因此适当提高室内CO₂浓度控制指标是可行的。

(4) 在温度适宜的季节，既不需要开暖气也不需要开冷气扇的时候（在使用本发明的系统时不建议使用空调，因为空调会将室外污染的空气未经过滤直接引入到室内），这时无需对室内温度进行控制，进气风扇（4、6、8和10）和排风扇（11、12、13和14）的转速控制随着室内CO₂浓度连续线性地变换，即CO₂浓度越高，进气扇和排风扇的转速越快。而在冬季和夏季，室内需要制冷和取暖的时候，进气扇（4、6、8和10）和排风扇（11、12、13和14）的转速控制还要考虑到保持室内的温度，以达到节能减排的效果。具体是在室内CO₂浓度指标和温度指标之间寻求一个平衡。室外空气温度可由室外环境检测装置1进行实时检测，检测的结果通过RFID发送给系统主控器23，室内空气温度可由进风控制器（15、17、17和18）进行实时的检测，检测结果也通过RFID发送给系统主控器23，系统主控器23会根据室内外温度差的变换情况对室内CO₂浓度控制指标进行实时的调整，即CO₂浓度控制指标会随着室内外温差的增大而线性地调高。CO₂浓度控制指标调高就意味着进气风扇（4、6、8和10）和排风扇（11、12、13和14）的转速要降低，以减缓室内温度的变化速度，从而达到节能减排的效果。

(5) 针对敏感人群或者对室内空气质量要求较高的用户，专门为智能物联网家居空气质量监控系统设计的智能手机应用程序（APP）允许用户对室内CO₂浓度控制指标进行人工的设定。如果CO₂浓度控制指标值设定很低，这时系统将以人员体验为主，而以牺牲能耗及空气过滤系统损耗为代价。

Claims

1.一种智能物联网家居空气质量监控系统及控制方法，系统包含CO₂传感器、温度传感器、空气PM2.5浓度传感器、室外环境检测装置、空气过滤装置、电子式空气阀门、转速连续可调式静音进气风扇、转速连续可调式静音排风扇、进风控制器、排风控制器、系统主控器和智能手机设备，通过传感器对室内外空气质量及温度进行检测，根据其检测结果结合室内的温度指标对进出风量及室内温度进行综合控制，并利用物联网系统及独立的滤风窗口，实现对室内各个房间的空气质量全自动实时的监测与控制，节能的同时，以最小的代价对进入室内的空气进行有效的过滤。

2.根据权利要求1所述的物联网系统，其特征在于CO₂浓度、温度、空气PM2.5浓度信号经进风控制器和室外环境检测装置检测后，通过RFID送给系统主控器，再由系统主控器又通过WiFi传送给智能手机设备，供用户实时查看；通过手机应用程序（APP）智能手机设备能够以WiFi通信手段发送命令给系统主控器，系统主控器则通过RFID通信手段将命令传送给各房间内的进风控制器和排风控制器，实现对各房间内的空气阀门、进气风扇以及排风扇进行控制；智能手机应用程序（APP）允许用户手动对室内CO₂浓度控制指标进行设定。

3.根据权利要求1所述的全自动实时的检测与控制，其特征在于各房间内部可以根据检测到的CO₂浓度对本房间内的空气阀门、进气风扇和排风扇进行自动控制，如在CO₂浓度低于一定值时，将这些设备关闭；随着室外空气PM2.5浓度的升高，进风控制器将线性地降低进气风扇的转速，减少总的进风量，适当地提高室内CO₂浓度控制指标，以降低空气过滤系统的损耗；在不需要开冷/暖气时，系统控制进气风扇和排风扇的转速随着室内CO₂浓度连续线性地变换；而需要制冷和取暖的时候，系统将对CO₂浓度控制指标调整，使其随着室内外温差的增大而线性地调高，从而使进气风扇和排风扇的转速降低，减缓室内温度的变化速度，达到节能减排的效果。