CN114493270A

CN114493270A - 基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法及系统

Info

Publication number: CN114493270A
Application number: CN202210097110.9A
Authority: CN
Inventors: 万力; 王海山; 郭喜宏; 刘吉营; 任建宇
Original assignee: China Certification Beijing Evaluation Technology Service Co ltd; Shandong Jianzhu University
Current assignee: China Certification Beijing Evaluation Technology Service Co ltd; Shandong Jianzhu University
Priority date: 2022-01-26
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2022-05-13

Abstract

本发明提供了基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法及系统，方法包括获取室内人员信息，基于所述人员信息确定CO₂散发率；基于散发率、假定的房间渗透风量、房间体积以及当前检测的室外CO₂浓度值，计算当前室内CO₂浓度计算值；基于计算值及计算误差，计算CO₂浓度的估算值；在估算值与当前检测的室内CO₂浓度值的差值符合预设条件时，根据假定的房间渗透风量计算房间换气次数。本发明在保证估计值与实测值最大测量误差条件下，迭代求解室内通风量，进而求得房间换气次数。简化了进房间测量换气次数的工作量，降低测量成本，便于检测房间逐时换气次数。

Description

基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法及系统

技术领域

本发明涉及建筑节能测试技术领域，尤其是基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法。

背景技术

近年来，随着我国不断推进建筑节能的发展，建筑物的气密性等级越来越高，与此同时也带来房间空气质量差等问题。房间中家具、装饰、办公用品等都会挥发大量的污染物气体，危害着人们的身体健康；房间没有足够的新风量，二氧化碳浓度较高，不仅不利于人们的生活，而且更容易产生霉菌，霉菌在潮湿的边角产生，也会加速建筑的老化，而新风进入室内不免会产生建筑负荷，增加建筑能耗。因此合理的自然通风量对建筑房间的空气质量问题以及建筑节能问题有重要的影响。

目前，房间换气次数的测定方法主要有示踪气体计算法和室内通风量的模拟等。

示踪气体计算法分为上升法和衰减法，二氧化碳作为常用的示踪气体广泛应用到居住建筑房间换气次数的测定。这种方法测定的换气次数只能是一段时间的平均值，不能对房间换气次数进行逐时的监测，且要求室内无其他二氧化碳释放源；二氧化碳虽然是无毒的气体，可二氧化碳是地球大气中主要的温室气体，测量过程中过量排放也不利于自然环境的持续发展。使用模拟软件进行室内通风量的预测计算，也存在着建模过程繁琐，计算工作量大，预测结果不准确等不足。

发明内容

本发明提供了一种基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法，用于解决现有房间换气次数的测定方法不完善的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了一种基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法，所述方法包括以下步骤：

S1,获取室内人员信息，基于所述人员信息确定二氧化碳散发率；

S2,基于所述散发率、假定的房间渗透风量、房间体积以及当前检测的室外二氧化碳浓度值，计算当前室内二氧化碳浓度计算值；

S3，基于所述计算值及计算误差，计算二氧化碳浓度的估算值；若所述估算值与当前检测的室内二氧化碳浓度值的差值符合预设条件，则根据所述假定的房间渗透风量计算房间换气次数，否则取下一时刻的测量值，重复进行步骤S2和步骤S3的操作。

进一步地，所述当前室内二氧化碳浓度计算值的计算具体为：

式中，C_k为当前室内二氧化碳浓度计算值，FR为二氧化碳散发率，AER为换气次数，V为房间体积，C_out为检测的室外二氧化碳浓度值，C_k-1为前一时刻室内二氧化碳浓度计算值，τ_k为时间；所述换气次数由所述假定的房间渗透风量计算得到。

进一步地，所述计算误差的计算具体为：

式中，ΔC_k为计算误差，ΔFR为二氧化碳散发率误差，AER为换气次数，V为房间体积，ΔC_out为检测的室外二氧化碳浓度值误差，ΔC_k-1为前一时刻室内二氧化碳浓度计算值误差，τ_k为时间；所述换气次数由所述假定的房间渗透风量计算得到。

进一步地，所述估算值的计算具体为：

C_k′＝C_k±ΔC_k

式中，C_k′为估算值，C_k为当前室内二氧化碳浓度计算值，ΔC_k为计算误差。

进一步地，所述预设条件为：

所述估算值与当前检测的室内二氧化碳浓度值差值的绝对值小于最大测量误差。

进一步地，所述换气次数的计算为：

式中，AER为换气测试，Q为房间渗透风量，V为房间体积。

进一步地，所述二氧化碳散发率的计算具体为：

FR＝0.04M×AD×α

式中，FR为二氧化碳散发率，M为新陈代谢率，AD为人体皮肤表面积，α为人体新陈代谢率的性别和年龄修正系数。

本发明第二方面提供了一种二氧化碳释放源的房间换气次数的测试系统，所述系统包括：

信息采集单元，用于获取室内人员信息以及室内外的二氧化碳浓度实时值，并基于所述人员信息确定二氧化碳散发率；

计算单元，基于所述散发率、假定的房间渗透风量、房间体积以及当前检测的室外二氧化碳浓度值，计算当前室内二氧化碳浓度计算值；

分析单元，基于所述计算值及计算误差，计算二氧化碳浓度的估算值；若所述估算值与当前检测的室内二氧化碳浓度值的差值符合预设条件，则根据所述假定的房间渗透风量计算房间换气次数，否则取下一时刻的测量值，调用所述计算单元重新计算分析。

本发明第三方面提供了一种二氧化碳释放源的房间换气次数的测试装置，所述测量装置包括二氧化碳浓度传感器、红外人员检测探头和控制器；

所述二氧化碳浓度传感器用于分别检测室内外的二氧化碳浓度值，所述红外人员检测探头用于获取室内人员信息；

所述控制器基于所述人员信息确定二氧化碳散发率；基于所述散发率、假定的房间渗透风量、房间体积以及当前检测的室外二氧化碳浓度值，计算当前室内二氧化碳浓度计算值；基于所述计算值及计算误差，计算二氧化碳浓度的估算值；若所述估算值与当前检测的室内二氧化碳浓度值的差值符合预设条件，则根据所述假定的房间渗透风量计算房间换气次数，否则取下一时刻的测量值，重复计算分析，直至得到房间换气次数。

本发明第四方面提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，所述计算机指令在所述测试系统上运行时，使所述测试系统执行所述测试方法的步骤。

本发明第二方面的所述测试系统能够实现第一方面及第一方面的各实现方式中的方法，并取得相同的效果。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明以CO₂作为示踪气体，室内人员作为CO₂释放源，根据对房间人员不同状态的识别，得到室内CO₂浓度计算值，通过CO₂浓度检测设备得到室内二氧化碳浓度实测值，在保证估计值与实测值最大测量误差条件下，迭代求解室内通风量，进而求得房间换气次数。这种方法简化了进房间测量换气次数的工作量，低测量成本，减少了测量过程中CO₂的释放量，便于检测房间逐时换气次数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述方法实施例的流程示意图；

图2是本发明所述方法实施例中其一实现方式的流程示意图；

图3是本发明所述系统实施例结构示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法，所述方法包括以下步骤：

本发明在进行上述步骤的操作之前，建立了如下数学模型：

FR＝0.04M×AD×α (3)

C_k′＝C_k±ΔC_k (5)

|C_k′-C_in|≤ΔC (6)

公式(1)-(6)中：V为房间体积，m³；τ_k为时间，h；Q为房间渗透风量，m³/h；C_out为室外CO₂浓度，ppm；FR为室内人员的CO₂散发率，m³/h；C_k-1和C_k分别为某个任意的τ_k-1时刻及τ_k时刻的房间CO₂浓度计算值，ppm；AER为房间的换气次数，1/h；M为成年男子在不同活动强度下的新陈代谢率，W/m²，附表给出常见活动下的新陈代谢率参考值；AD为人体皮肤表面积，m²；面积AD与人体的体重和身高有关，AD＝0.202m^0.425H^0.725，其中，m为人的体重，kg，H为身高，m；α为人体新陈代谢率的性别和年龄修正系数，成年男子取为1，对于女子和幼儿，分别取为0.75和0.5；ΔFR为计算室内人员CO₂散发率估算误差，ppm；ΔC_out为室外二氧化碳测量误差，ppm；C_in为室内CO₂浓度的实测值，ppm；ΔC_k为室内CO₂浓度计算误差值，ppm；C_k’为计算误差下室内二氧化碳计算值，ppm；ΔC为最大测量误差值，ppm。其中房间体积可由红外探头测距，控制系统计算房间体积，用户可对房间体积进行修改；最大测量误差值ΔC由仪器测量精度和计算模型精度得到。

附表如下所示：其中met，Metabolic Equivalent of Energy，指能量代谢当量,音译为梅脱,是以安静、坐位时的能量消耗为基础,表达各种活动时相对能量代谢水平的常用指标。

活动类型	W/m<sup>2</sup>	met	活动类型	W/m<sup>2</sup>	met
						睡眠	40	0.7	提重物，打包	120	2.1
躺着	46	0.8	驾驶重型车	185	3.2
						静坐	58.2	1.0	跳交谊舞	140～255	2.4～4.4
站着休息	70	1.2	体操/训练	174～235	3.0～4.0
						炊事	94～115	1.6～2.0	打网球	210～270	3.6～4.0
用缝纫机缝衣服	105	1.8	步行，0.9m/s	115	2.0
						修理灯具，家务	154.6	2.66	步行，1.2m/s	150	2.6
在办公室静坐阅读	55	1.0	步行，1.8m/s	220	3.8
						在办公室打字	65	1.1	跑步，2.37m/s	366	6.29
站着整理文档	80	1.4	下楼	233	4.0
						站着，偶尔走动	123	2.1	上楼	707	12.1

如图2所示，为本发明实施例其一具体的实现方式。

将两组传感器设备分别放置在室内和室外，每组传感器包括二氧化碳传感器、温湿度传感器，室内放置在房间的中间位置，距离地面高度约1.5米左右，用于测量室内CO₂值C_in，与室内水平方向放置的室外传感器，同于测量室外CO₂浓度值C_out；室内外两组传感器由人工智能单片微控制器控制同时开启，设置相同的测量时间间隔。

室内放置红外人员检测探头，用于获取运动人员视频图像，传输到微控制器，微控制器利用图像识别、人脸抓拍、人体姿态识别等功能识别人员身份信息、人员数量、人员运动状态以及人员在室内停留时间等人员信息，并基于附表中对应的人员新陈代谢率，利用公式(3)，计算室内人员CO₂散发率。室内人员状态信息的更新时间间隔也和室内外CO₂检测设备时间间隔相同，如室内人员状态及数量发生变化时，实时计算当前的CO₂散发率。室内有多个人时，公式(3)中CO₂散发率为每个人CO₂散发率的和。

假定房间渗透风量Q，进而得到房间换气次数AER，并取当前室内CO₂浓度测量值为C_in，将换气次数AER、测量得到的室内人员CO₂散发率FR、室外CO₂浓度测量值C_out，带入式(1)计算得到当前房间CO₂浓度计算值C_k；由于人员的差异性，CO₂散发率存在差异，监控预测设备也存在误差，室内人员CO₂散发率存在估算误差ΔFR，室外CO₂检测设备存在测量误差ΔC_out，通过公式(4)和(5)，获得房间CO₂浓度计算误差ΔC_k、计算误差下的房间CO₂浓度估算值C_k’，将C_k’与室内CO₂实测值C_in进行比较，如公式(6)，如果房间CO₂浓度估算值与室内CO₂浓度实测值差值的绝对值小于最大测量误差ΔC(最大测量误差由仪器测量精度和计算模型精度得到)，即可输出当下房间的换气次数(输出的换气次数是基于迭代计算，确定房间当前时间间隔内的换气次数，可表示为房间逐时换气次数)。如果房间CO₂浓度估算值与室内CO₂浓度实测值差值的绝对值大于最大测量误差ΔC，那么取C_k为上一时刻CO₂浓度计算值C_k-1，(即将当前时刻的C_k作为下一时刻的C_k-1，重新进行迭代运算)进而再计算下一时间的房间CO₂浓度计算值C_k，迭代计算直到房间CO₂浓度估算值于室内CO₂浓度实测值差值的绝对值小于最大测量误差ΔC，输出房间的换气次数。

如图3所示，本发明实施例还提供了一种二氧化碳释放源的房间换气次数的测试系统，所述系统包括信息采集单元1、计算单元2和分析单元3。

信息采集单元1用于获取室内人员信息以及室内外的二氧化碳浓度实时值，并基于所述人员信息确定二氧化碳散发率；计算单元2基于所述散发率、假定的房间渗透风量、房间体积以及当前检测的室外二氧化碳浓度值，计算当前室内二氧化碳浓度计算值；分析单元3基于所述计算值及计算误差，计算二氧化碳浓度的估算值；若所述估算值与当前检测的室内二氧化碳浓度值的差值符合预设条件，则根据所述假定的房间渗透风量计算房间换气次数，否则取下一时刻的测量值，调用所述计算单元重新计算分析。

本发明实施例还提供了一种二氧化碳释放源的房间换气次数的测试装置，所述测量装置包括二氧化碳浓度传感器、红外人员检测探头和控制器；

本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，所述计算机指令在所述测试系统上运行时，使所述测试系统执行所述测试方法的步骤。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法，其特征是，所述当前室内二氧化碳浓度计算值的计算具体为：

3.根据权利要求1所述基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法，其特征是，所述计算误差的计算具体为：

4.根据权利要求1所述基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法，其特征是，所述估算值的计算具体为：

C_k′＝C_k±ΔC_k

5.根据权利要求1所述基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法，其特征是，所述预设条件为：

6.根据权利要求1所述基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法，其特征是，所述换气次数的计算为：

式中，AER为换气测试，Q为房间渗透风量，V为房间体积。

7.根据权利要求1所述基于二氧化碳释放源的房间换气次数的测试方法，其特征是，所述二氧化碳散发率的计算具体为：

FR＝0.04M×AD×α

8.一种二氧化碳释放源的房间换气次数的测试系统，其特征是，所述系统包括：

9.一种二氧化碳释放源的房间换气次数的测试装置，其特征是，所述测量装置包括二氧化碳浓度传感器、红外人员检测探头和控制器；

10.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，其特征是，所述计算机指令在权利要求8所述测试系统上运行时，使所述测试系统执行如权利要求1-7任一项所述测试方法的步骤。