一種智能物聯(lián)網(wǎng)家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種智能物聯(lián)網(wǎng)家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及控制方法，系統(tǒng)包含CO2傳感器、溫度傳感器、空氣PM2.5濃度傳感器、室外環(huán)境檢測(cè)裝置1、空氣過(guò)濾裝置2、電子式空氣閥門(mén)（3、5、7、9）、轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)式靜音進(jìn)氣風(fēng)扇（4、6、8、10）、轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)式靜音排風(fēng)扇（11、12、13、14）、進(jìn)風(fēng)控制器（15、16、17、18）、排風(fēng)控制器（19、20、21、22）、系統(tǒng)主控器23和智能手機(jī)設(shè)備24，通過(guò)傳感器對(duì)室內(nèi)外空氣質(zhì)量及溫度進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果結(jié)合室內(nèi)溫度指標(biāo)對(duì)進(jìn)出風(fēng)量及室內(nèi)溫度進(jìn)行綜合控制，并利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及獨(dú)立的濾風(fēng)窗口，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)各房間的空氣質(zhì)量全自動(dòng)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控制，節(jié)能的同時(shí)，以最小的代價(jià)對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的空氣進(jìn)行有效的過(guò)濾。
【專利說(shuō)明】
一種智能物聯(lián)網(wǎng)家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種智能物聯(lián)網(wǎng)家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及控制方法，旨在以最小的代價(jià)對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的空氣進(jìn)行有效的過(guò)濾和更新，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著冷風(fēng)扇和暖氣片的普及，室內(nèi)成了相對(duì)封閉的空間，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)空氣極度惡化，影響人體健康。開(kāi)窗通風(fēng)會(huì)導(dǎo)致冷/暖氣外泄，能源浪費(fèi)很嚴(yán)重，加上現(xiàn)今大多數(shù)城市室外空氣質(zhì)量極其糟糕，采用開(kāi)窗或者排氣扇的方式進(jìn)行通風(fēng)，對(duì)室外空氣無(wú)任何過(guò)濾，室外污染物直接引入室內(nèi)，將給人體健康帶來(lái)嚴(yán)重威脅。在一個(gè)封閉的室內(nèi)，空氣凈化器雖然能有效去除PM2.5、甲醛、苯等大顆粒污染物，但卻不能濾除C02氣體，同時(shí)也無(wú)法補(bǔ)充人們呼吸所消耗掉的氧氣。帶有過(guò)濾功能的新風(fēng)系統(tǒng)能夠?yàn)槭覂?nèi)提供新鮮空氣，但卻未根據(jù)室內(nèi)環(huán)境需要來(lái)進(jìn)行控制，而是采用固定風(fēng)量并長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)行通風(fēng)。這個(gè)會(huì)造成兩方面的浪費(fèi):一是固定風(fēng)量所帶來(lái)的過(guò)濾系統(tǒng)的損耗，使得過(guò)濾成本大幅度增加；二是長(zhǎng)時(shí)間以固定風(fēng)量進(jìn)行通風(fēng)，會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)冷/暖氣的泄漏，造成能源極度浪費(fèi)。
[0003]申請(qǐng)?zhí)枮?012105141505的發(fā)明專利公開(kāi)了一種家用室內(nèi)空氣處理裝置，根據(jù)室內(nèi)C02及PM2.5的濃度是否超過(guò)國(guó)標(biāo)值來(lái)控制新風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)啟停，并采用電制冷/制熱片對(duì)新風(fēng)進(jìn)行溫度預(yù)處理，以保證進(jìn)入室內(nèi)的新風(fēng)不會(huì)改變室內(nèi)原有的溫度設(shè)定。該發(fā)明存在兩個(gè)缺陷:一是通風(fēng)控制是在C02及PM2.5濃度超過(guò)國(guó)標(biāo)值才開(kāi)始，在C02及PM2.5濃度指標(biāo)上升和下降這一段較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，室內(nèi)人體健康已經(jīng)遭到較嚴(yán)重的侵害；二是采用電冷/制熱片對(duì)新風(fēng)進(jìn)行升降溫處理，達(dá)不到節(jié)能減排的效果，因?yàn)殡娭评?制熱片一面制冷，另一面卻是散熱，其原理是當(dāng)電流通過(guò)熱電偶時(shí)，其中一個(gè)結(jié)點(diǎn)散發(fā)熱而另一個(gè)結(jié)點(diǎn)吸收熱，只是起到導(dǎo)熱作用，因此該發(fā)明中采取這種方式對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的新風(fēng)進(jìn)行升降溫處理不可行，另外電制冷/制熱片本身效率不高，且耗能比較嚴(yán)重。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮?004100201505的發(fā)明專利公開(kāi)了一種利用通風(fēng)系統(tǒng)的室內(nèi)空氣質(zhì)量控制裝置以及方法，通過(guò)檢測(cè)室內(nèi)空氣污染程度對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)和空氣凈化器分功率段進(jìn)行控制。該發(fā)明雖然比申請(qǐng)?zhí)枮?012105141505的專利在控制上更為精細(xì)，空氣質(zhì)量控制效果也更好，但是未考慮到室外空氣污染程度及大風(fēng)量帶來(lái)的空氣過(guò)濾系統(tǒng)損耗以及室內(nèi)溫度控制等問(wèn)題，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有室內(nèi)空氣控制系統(tǒng)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種智能物聯(lián)網(wǎng)家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)傳感器對(duì)室內(nèi)外空氣質(zhì)量及溫度進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)其檢測(cè)結(jié)果結(jié)合室內(nèi)的溫度指標(biāo)對(duì)進(jìn)出風(fēng)量及室內(nèi)溫度進(jìn)行綜合控制，并利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及獨(dú)立的濾風(fēng)窗口，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)各個(gè)房間的空氣質(zhì)量全自動(dòng)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控制，節(jié)能的同時(shí)，以最小的代價(jià)對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的空氣進(jìn)行有效的過(guò)濾。
[0006]系統(tǒng)由CO2傳感器、溫度傳感器、空氣PM2.5濃度傳感器、室外環(huán)境檢測(cè)裝置、空氣過(guò)濾裝置、電子式空氣閥門(mén)、轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)式靜音進(jìn)氣風(fēng)扇、轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)式靜音排風(fēng)扇、進(jìn)風(fēng)控制器、排風(fēng)控制器、系統(tǒng)主控器和智能手機(jī)設(shè)備組成。其中室外環(huán)境檢測(cè)裝置、進(jìn)風(fēng)控制器、排風(fēng)控制器和系統(tǒng)主控器之間采用RFID方式進(jìn)行通信，系統(tǒng)主控器和智能手機(jī)設(shè)備之間采用WiFi方式進(jìn)行通信。
[0007]CO2濃度、溫度、空氣PM2.5濃度信號(hào)經(jīng)進(jìn)風(fēng)控制器和室外環(huán)境檢測(cè)裝置檢測(cè)后，通過(guò)RFID送給系統(tǒng)主控器，再由系統(tǒng)主控器又通過(guò)WiFi傳送給智能手機(jī)設(shè)備，供用戶實(shí)時(shí)查看；通過(guò)手機(jī)應(yīng)用程序(APP)智能手機(jī)設(shè)備能夠以WiFi通信手段發(fā)送命令給系統(tǒng)主控器，系統(tǒng)主控器則通過(guò)RFID通信手段將命令傳送給各房間內(nèi)的進(jìn)風(fēng)控制器和排風(fēng)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)各房間內(nèi)的空氣閥門(mén)、進(jìn)氣風(fēng)扇以及排風(fēng)扇進(jìn)行控制。各房間內(nèi)部也可以根據(jù)檢測(cè)到的CO2濃度對(duì)本房間內(nèi)的空氣閥門(mén)、進(jìn)氣風(fēng)扇和排風(fēng)扇進(jìn)行自動(dòng)控制，如在CO 2濃度低于一定值時(shí)，將這些設(shè)備關(guān)閉。
[0008]在系統(tǒng)自動(dòng)控制階段，隨著室外空氣PM2.5濃度的升高，進(jìn)風(fēng)控制器將線性地降低進(jìn)氣風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，減少總的進(jìn)風(fēng)量，適當(dāng)?shù)靥岣呤覂?nèi)0)2濃度控制指標(biāo)，以降低空氣過(guò)濾系統(tǒng)的損耗。在不需要開(kāi)冷/暖氣時(shí)，系統(tǒng)控制進(jìn)氣風(fēng)扇和排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速隨著室內(nèi)0)2濃度連續(xù)線性地變換；而需要制冷和取暖的時(shí)候，系統(tǒng)將對(duì)CO2濃度控制指標(biāo)調(diào)整，使其隨著室內(nèi)外溫差的增大而線性地調(diào)高，從而使進(jìn)氣風(fēng)扇和排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速降低，減緩室內(nèi)溫度的變化速度，達(dá)到節(jié)能減排的效果。
[0009]而在系統(tǒng)手動(dòng)控制階段，智能手機(jī)應(yīng)用程序(APP)允許用戶對(duì)室內(nèi)CO2濃度控制指標(biāo)進(jìn)行人工的設(shè)定。
【附圖說(shuō)明】
[0010]附圖為智能物聯(lián)網(wǎng)家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖，其中I為室外環(huán)境檢測(cè)裝置，具體檢測(cè)室外氣溫和PM2.5濃度這兩個(gè)室外環(huán)境指標(biāo)；2為空氣過(guò)濾裝置；3、5、7和9為電子式空氣閥門(mén)，用于關(guān)閉和開(kāi)啟相應(yīng)的空氣通道；4、6、8和10為轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)式靜音進(jìn)氣風(fēng)扇；11、12、13和14為轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)式靜音排風(fēng)扇；15、16、17和18分別為客廳、主臥、次臥和客臥的進(jìn)風(fēng)控制器；19、20、21和22分別為客廳、主臥、次臥和客臥的排風(fēng)控制器；23為系統(tǒng)主控器；24為智能手機(jī)設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0011]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說(shuō)明:
如附圖所示，進(jìn)入室內(nèi)的空氣經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾裝置2過(guò)濾后，新鮮純凈的空氣由專用進(jìn)氣管道進(jìn)行傳送，這是一種負(fù)壓式的空氣過(guò)濾方式，只有任意一個(gè)安裝在客廳、主臥、次臥和客臥中的電子式空氣閥門(mén)(3、5、7或9)和任意一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)扇(4、6、8或10)處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，室外空氣才能經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾裝置I的過(guò)濾后進(jìn)入室內(nèi)。
[0012]進(jìn)風(fēng)控制器(15、17、17和18)分別對(duì)客廳、主臥、次臥和客臥里面的0)2濃度和溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)值用RFID通信手段傳送給系統(tǒng)主控器23，系統(tǒng)主控器又可以采用WiFi通信手段將所有信息傳送給智能手機(jī)設(shè)備24，這樣家庭成員便可隨時(shí)隨地了解家庭的室內(nèi)空氣情況，不僅如此，智能手機(jī)設(shè)備24還可以通過(guò)APP(專門(mén)為智能物聯(lián)網(wǎng)家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的手機(jī)應(yīng)用程序)實(shí)現(xiàn)對(duì)家中各房間的空氣閥門(mén)(3、5、7和9)、進(jìn)氣風(fēng)扇(4、6、8和10)以及排風(fēng)扇(11、12、13和14)的控制。
[0013]系統(tǒng)會(huì)根據(jù)室內(nèi)CO2濃度和溫度的檢測(cè)結(jié)果以及每個(gè)房間的實(shí)際使用需要對(duì)各房間的進(jìn)氣量及溫度進(jìn)行智能的控制，已達(dá)到以最小的代價(jià)對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的空氣進(jìn)行有效的過(guò)濾，并最大程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。具體的控制方式如下:
(I)當(dāng)人員主要在客廳活動(dòng)時(shí)，可以人為地通過(guò)智能手機(jī)設(shè)備的APP將主臥、次臥和客臥的空氣閥門(mén)(5、7和9)、進(jìn)氣風(fēng)扇(6、8和10)以及排風(fēng)扇(12、13和14)關(guān)閉，或者由主臥、次臥和客臥中的進(jìn)風(fēng)控制器(16、17和18)在檢測(cè)到的CO2濃度低于一定值時(shí)(因?yàn)闆](méi)有人員活動(dòng)，0)2濃度會(huì)逐漸降低)自動(dòng)關(guān)閉空氣閥門(mén)(5、7和9)和進(jìn)氣風(fēng)扇(6、8和10)，并通過(guò)RFID發(fā)送命令給排風(fēng)控制器(20、21和22)對(duì)排風(fēng)扇(12、13和14)進(jìn)行關(guān)閉。這樣只保留了客廳的空氣凈化設(shè)備運(yùn)行，一方面大大地減少了總的進(jìn)氣量，降低了空氣過(guò)濾裝置的損耗，另一方面關(guān)閉了其他房間的進(jìn)氣扇和排氣扇，起到了節(jié)能減排的效果。
[0014](2)同樣道理，到了夜晚，當(dāng)人員都進(jìn)臥室休息時(shí)，則可以將客廳的空氣閥門(mén)3、進(jìn)氣風(fēng)扇3以及排風(fēng)扇11給關(guān)閉，如果臥室當(dāng)中有沒(méi)住人的也可以相應(yīng)將其進(jìn)氣扇和排風(fēng)扇給關(guān)閉。
[0015](3)室外空氣的PM2.5濃度指標(biāo)由室外環(huán)境檢測(cè)裝置I進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果通過(guò)RFID發(fā)送給系統(tǒng)主控器23，室內(nèi)CO2濃度控制指標(biāo)隨著室外空氣PM2.5濃度的升高而升高，也就意味著當(dāng)室外空氣PM2.5濃度升高時(shí)，系統(tǒng)主控器23通過(guò)RFID發(fā)送命令給進(jìn)風(fēng)控制器(15、17、17和18)線性地降低進(jìn)氣風(fēng)扇(4、6、8和10)的轉(zhuǎn)速，使總的進(jìn)風(fēng)量減少，從而減小空氣過(guò)濾系統(tǒng)2的損耗。正常空氣中CO2濃度約300~500ppm，而室內(nèi)CO 2濃度一般的理想范圍是485~1015ppm，因此適當(dāng)提高室內(nèi)CO2濃度控制指標(biāo)是可行的。
[0016](4)在溫度適宜的季節(jié)，既不需要開(kāi)暖氣也不需要開(kāi)冷氣扇的時(shí)候(在使用本發(fā)明的系統(tǒng)時(shí)不建議使用空調(diào)，因?yàn)榭照{(diào)會(huì)將室外污染的空氣未經(jīng)過(guò)濾直接引入到室內(nèi))，這時(shí)無(wú)需對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行控制，進(jìn)氣風(fēng)扇(4、6、8和10)和排風(fēng)扇(11、12、13和14)的轉(zhuǎn)速控制隨著室內(nèi)CO2濃度連續(xù)線性地變換，即CO 2濃度越高，進(jìn)氣扇和排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速越快。而在冬季和夏季，室內(nèi)需要制冷和取暖的時(shí)候，進(jìn)氣扇(4、6、8和10)和排風(fēng)扇(11、12、13和14)的轉(zhuǎn)速控制還要考慮到保持室內(nèi)的溫度，以達(dá)到節(jié)能減排的效果。具體是在室內(nèi)CO2濃度指標(biāo)和溫度指標(biāo)之間尋求一個(gè)平衡。室外空氣溫度可由室外環(huán)境檢測(cè)裝置I進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果通過(guò)RFID發(fā)送給系統(tǒng)主控器23，室內(nèi)空氣溫度可由進(jìn)風(fēng)控制器(15、17、17和18)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果也通過(guò)RFID發(fā)送給系統(tǒng)主控器23，系統(tǒng)主控器23會(huì)根據(jù)室內(nèi)外溫度差的變換情況對(duì)室內(nèi)0)2濃度控制指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，即CO 2濃度控制指標(biāo)會(huì)隨著室內(nèi)外溫差的增大而線性地調(diào)尚。CO2濃度控制指標(biāo)調(diào)尚就意味著進(jìn)氣風(fēng)扇(4、6、8和10)和排風(fēng)扇(11、12、13和14)的轉(zhuǎn)速要降低，以減緩室內(nèi)溫度的變化速度，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果。
[0017](5)針對(duì)敏感人群或者對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量要求較高的用戶，專門(mén)為智能物聯(lián)網(wǎng)家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能手機(jī)應(yīng)用程序(APP)允許用戶對(duì)室內(nèi)CO2濃度控制指標(biāo)進(jìn)行人工的設(shè)定。如果CO2濃度控制指標(biāo)值設(shè)定很低，這時(shí)系統(tǒng)將以人員體驗(yàn)為主，而以犧牲能耗及空氣過(guò)濾系統(tǒng)損耗為代價(jià)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能物聯(lián)網(wǎng)家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及控制方法，系統(tǒng)包含CO2傳感器、溫度傳感器、空氣PM2.5濃度傳感器、室外環(huán)境檢測(cè)裝置、空氣過(guò)濾裝置、電子式空氣閥門(mén)、轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)式靜音進(jìn)氣風(fēng)扇、轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)式靜音排風(fēng)扇、進(jìn)風(fēng)控制器、排風(fēng)控制器、系統(tǒng)主控器和智能手機(jī)設(shè)備，通過(guò)傳感器對(duì)室內(nèi)外空氣質(zhì)量及溫度進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)其檢測(cè)結(jié)果結(jié)合室內(nèi)的溫度指標(biāo)對(duì)進(jìn)出風(fēng)量及室內(nèi)溫度進(jìn)行綜合控制，并利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及獨(dú)立的濾風(fēng)窗口，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)各個(gè)房間的空氣質(zhì)量全自動(dòng)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控制，節(jié)能的同時(shí)，以最小的代價(jià)對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的空氣進(jìn)行有效的過(guò)濾。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于CO2濃度、溫度、空氣PM2.5濃度信號(hào)經(jīng)進(jìn)風(fēng)控制器和室外環(huán)境檢測(cè)裝置檢測(cè)后，通過(guò)RFID送給系統(tǒng)主控器，再由系統(tǒng)主控器又通過(guò)WiFi傳送給智能手機(jī)設(shè)備，供用戶實(shí)時(shí)查看；通過(guò)手機(jī)應(yīng)用程序(APP)智能手機(jī)設(shè)備能夠以WiFi通信手段發(fā)送命令給系統(tǒng)主控器，系統(tǒng)主控器則通過(guò)RFID通信手段將命令傳送給各房間內(nèi)的進(jìn)風(fēng)控制器和排風(fēng)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)各房間內(nèi)的空氣閥門(mén)、進(jìn)氣風(fēng)扇以及排風(fēng)扇進(jìn)行控制；智能手機(jī)應(yīng)用程序(APP)允許用戶手動(dòng)對(duì)室內(nèi)CO2濃度控制指標(biāo)進(jìn)行設(shè)定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)實(shí)時(shí)的檢測(cè)與控制，其特征在于各房間內(nèi)部可以根據(jù)檢測(cè)到的CO2濃度對(duì)本房間內(nèi)的空氣閥門(mén)、進(jìn)氣風(fēng)扇和排風(fēng)扇進(jìn)行自動(dòng)控制，如在CO2濃度低于一定值時(shí)，將這些設(shè)備關(guān)閉；隨著室外空氣PM2.5濃度的升高，進(jìn)風(fēng)控制器將線性地降低進(jìn)氣風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，減少總的進(jìn)風(fēng)量，適當(dāng)?shù)靥岣呤覂?nèi)0)2濃度控制指標(biāo)，以降低空氣過(guò)濾系統(tǒng)的損耗；在不需要開(kāi)冷/暖氣時(shí)，系統(tǒng)控制進(jìn)氣風(fēng)扇和排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速隨著室內(nèi)CO2濃度連續(xù)線性地變換；而需要制冷和取暖的時(shí)候，系統(tǒng)將對(duì)CO2濃度控制指標(biāo)調(diào)整，使其隨著室內(nèi)外溫差的增大而線性地調(diào)高，從而使進(jìn)氣風(fēng)扇和排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速降低，減緩室內(nèi)溫度的變化速度，達(dá)到節(jié)能減排的效果。
【文檔編號(hào)】F24F11/02GK105987488SQ201510099395
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月6日
【發(fā)明人】范必雙, 劉錚, 王文, 王玉鳳, 蔣詩(shī)謠, 鐘卓穎, 劉時(shí)杰, 黃健, 劉榮芳
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)沙理工大學(xué)