一种适用于建筑过渡季的自然通风与机械通风转换系统的制作方法

本实用新型涉及暖通技术领域，具体涉及建筑物的通风系统的技术领域，包括被动房在内的建筑过渡季节的节能设计，使得建筑通风换气的自然通风与机械通风有效转换，尤其涉及一种适用于建筑过渡季的自然通风与机械通风转换系统。

背景技术：

能源的有效利用仍是当今社会的重中之重，各节能措施是能源有效利用的最有效途径。对每栋建筑的设计、建造过程，均离不开通风设计，其包括自然通风及机械通风。机械通风依靠使用电能等方式使建筑内部温度、湿度、co2浓度及pm2.5、tvoc、甲醛浓度等参数达到一定要求，而自然通风则通过巧妙设计建筑布局，包括建筑位置、开窗位置、窗户开度等方式，使建筑内部温度、湿度、co2浓度及pm2.5、tvoc、甲醛浓度等参数达到与机械通风方式相吻合效果。相比机械通风方式，自然通风方式更节能。在过渡季，对于已完成建设的建筑，尤其是被动房节能建筑中，由于其内部人数、热源、污染源分布及co2产出量不同，需通过调节窗户开度来来优化自然通风与机械通风转换，达到节能效益。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供适用于建筑过渡季的自然通风与机械通风转换系统，能有效利用自然通风与机械通风方式相互转换，既降低能源消耗，又提高室内换气效率，使建筑室内温度、co2浓度及pm2.5、tvoc浓度等参数，达到人体舒适要求值。

针对上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

一种适用于建筑过渡季的自然通风与机械通风转换系统，包括用于对房间进行机械通风的机械设备，还包括：

室内传感器，与控制板连接，用于监测室内的空气品质并将监测信息实时传输给控制板；

室外传感器，与控制板连接，用于监测室外风速、风向及室外的空气品质并将监测信息实时传输给控制板；

控制板，与室内传感器、室外传感器和执行机构连接，用于实时接收室内传感器和室外传感器的监测信息并与设定值进行比较后，传输窗户扇所需开度和/或开/关机械设备的执行信号给所述执行机构；

执行机构，与控制板和机械设备连接，用于接收所述控制板的执行信号，并根据执行信号调节窗户扇开度并向控制板反馈当前窗户开度信号，和/或根据执行信号控制机械设备的开/关。所述控制板还实时接收执行机构反馈的窗户扇开度信号。

优选的，所述执行机构包括开窗器电机，用于接受控制板执行信号，执行开窗或关窗操作，并实时向控制板反馈当前窗户开度信号，窗户开度从闭合至极限开度共均匀分为若干档位，如窗户开度从闭合至极限开度共均匀分为5个档位。

优选的，所述的一种适用于建筑过渡季的自然通风和机械通风转换系统的控制方法为：

1)控制板读取室外传感器的监测信息并判断其监测信息是否符合空气综合标准，若符合，控制板确定初始窗户开度时室外传感器的风速、风向信息，并传输窗户扇的开度信号给执行机构，执行机构执行调节窗户扇开度；若不符合，则执行机构关闭窗户扇同时开启机械设备进行机械通风；

2)在执行机构执行调节窗户扇开度时，控制板实时读取室内传感器的监测信息并判断是否符合空气综合标准，若符合则自然通风并维持当前的窗户扇开度；

3)若步骤2)中的监测信息不符合空气综合标准，控制板根据执行机构实时发送的窗户开度信号进一步判断窗户扇是否处于极限开度状态：若不是，则继续增大1个档位窗户开度，循环执行步骤2)所述的步骤，若是，则执行机构关闭窗户扇开启机械设备进行机械通风。

优选的，所述控制板的设定值或空气综合标准包括：co2浓度小于1500ppm，温度在18-28℃，湿度在45-60％，pm2.5浓度小于75ug/m³，tvoc浓度小于0.6mg/m³，甲醛浓度小于0.1mg/m³。

优选的，所述空气品质包括空气温度、空气湿度、空气中co2浓度、pm2.5、甲醛及tvoc浓度。

优选的，所述室内传感器包括温湿度传感器、co2浓度传感器，pm2.5传感器、tvoc传感器和甲醛浓度传感器；所述室外传感器包括温湿度传感器、co2浓度传感器，pm2.5传感器、tvoc传感器、甲醛浓度传感器、风向传感器和风速传感器。

优选的，所述机械设备包括变风量新风设备和空调设备，所述变风量新风设备和空调设备均与所述执行机构连接；所述变风量新风设备用于过滤pm2.5、降低室内co2浓度、净化室内tvoc和甲醛浓度；所述空调设备用于调整室内温度及湿度。

该空气综合标准包含于国家标准《室内空气质量标准》gb/t18883-2002，控制板仅在所有指标都满足于该标准时开启自然通风。

本实用新型提供适用于包括被动房在内的建筑过渡季自然通风与机械通风转换系统，可以有效利用室外风向、风速、风温等调节窗户开度，控制室内温度、co2浓度及pm2.5、tvoc浓度、甲醛浓度等参数，达到人体舒适要求值。

本实用新型提供了一种适用于包括被动房在内的建筑过渡季自然通风与机械通风转换系统，其特征在于根据建筑室外及室内空气风向、风速、风温、co2浓度、pm2.5、tvoc、甲醛浓度等空气品质参数信息，反馈至控制板并以所需窗户开度及机械设备开启与闭合的形式传递至直接控制窗户开度及机械设备开启与闭合的执行机构，经执行机构调节窗户开度大小及控制变风量新风设备与空调设备的开启与闭合，完成自然通风与机械通风转换。使建筑有效利用自然通风方式，以降低能源消耗。

为了实现上述目标，本实用新型采取以下技术方案：

一种适用于建筑过渡季的自然通风与机械通风转换系统，其特征在于，由整个房间(1)、窗户(2)、门(3)、室内传感器(4)、控制板(5)、执行机构(6)、室外传感器(7)组成的自然通风系统及所述自然通风系统与机械设备(8)组成的机械通风系统。上述室内传感器(4)包括温湿度传感器，co2浓度传感器，pm2.5、tvoc、甲醛浓度传感器等等，用于将房间内温度、湿度、co2浓度、pm2.5浓度、tvoc浓度传递至控制板(5)，上述控制板以所需窗户开度或者机械设备开启与关闭的形式传递至执行机构(6)；上述执行机构(6)用于控制窗户(2)上的窗户扇(9)移动，来调节窗户开度，并向控制板(5)反馈当前窗户开度信号；上述室外传感器(7)包括温湿度传感器、风向传感器，风速传感器等等，用于将室外空气温度、湿度，风向、风速传递至上述控制板(5)；上述机械设备(8)包括变风量新风设备及空调设备，上述变风量新风设备作用是起到过滤pm2.5、降低室内co2浓度、净化室内tvoc、甲醛浓度等效果；所述空调设备用于调整室内温度及湿度。

上述适用于建筑过渡季的自然通风与机械通风转换系统，其特征在于，整个房间建筑与门、窗布局共同形成走廊风现象。

上述适用于建筑过渡季的自然通风与机械通风转换系统，其特征在于，室外传感器及室内传感器均向控制板传递其发出的风速、风向及空气品质信号。

上述适用于建筑过渡季的自然通风与机械通风转换系统，其特征在于，控制板直接接受室外及室内传感器空气品质信号，并以所需窗户开度信号及机械设备开启与闭合信号的形式传递至执行机构。

上述执行机构，直接控制窗户上窗户扇移动，以调节窗户开度。

上述执行机构，直接控制机械设备的开启与闭合。

上述空气品质包括空气温度、空气湿度、空气中co2浓度、pm2.5、甲醛及tvoc浓度。

上述窗户，窗户本身的窗户扇与上述控制板及执行机构共同组成自动移动装置，以调节窗户开度。

上述适用于建筑过渡季的自然通风与机械通风转换系统，其特征在于，机械设备包括变风量新风设备及空调设备，均受上述执行机构直接控制，当室内或室外空气品质达到限定条件，室内传感器或室外传感器向上述控制板发出信号后，上述控制板将以机械设备开启与闭合的形式传递至执行机构，执行机构便直接控制变风量新风设备及空调设备的开启与闭合。

上述变风量新风设备，其特征在于，是中国专利申请(cn201620566013.x)公开地一种变风量新风设备。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的自然通风和机械通风的转换系统，能够通过处理室内传感器与室外传感器传递的风速、风向以及空气品质信号，结合窗户开度调节机构与机械通风设备，切换自然通风与机械通风的方式，保证人们的舒适度，有效的减少了机械通风过度使用造成的资源浪费。

附图说明

图1是本实用新型实施例的房间建筑简图；

图2是本实用新型的信号系统图(即本实用新型的转换系统的控制方法流程图)；

图3是本实用新型实施例中杭州临平银泰城幼儿园建筑布局图；

图4是本实用新型实施例中杭州临平银泰城幼儿园建筑西南风向时室内温度等值线图；

图5是本实用新型实施例中杭州临平银泰城幼儿园建筑西南风向时室内co2浓度等值线图；

图6是本实用新型实施例中杭州临平银泰城幼儿园建筑西北风向时室内温度等值线图；

图7是本实用新型实施例中杭州临平银泰城幼儿园建筑西北风向时室内co2浓度等值线图；

图8是本实用新型实施例中杭州临平银泰城幼儿园建筑不同室外风速时室内及室外风速等值线图；

图9是本实用新型实施例中杭州临平银泰城幼儿园建筑不同室外风速时室内co2浓度等值线图；

图10是本实用新型实施例中杭州临平银泰城幼儿园建筑室外风温16℃时室内温度等值线图；

图11是本实用新型实施例中杭州临平银泰城幼儿园建筑室外风温23℃时室内温度等值线图；

图12是本实用新型实施例中杭州临平银泰城幼儿园建筑室外风温27℃时室内温度等值线图；

图1中，1-整个房间，2-窗户，3-门，4-室内传感器，5-控制板，6-执行机构，7-室外传感器，8-机械设备，9-窗户扇；图3中，10-后窗户(每间房都有)，11-前窗户(每间房都有)；图4中，a-20％窗户开度，b-50％窗户开度，c-100％窗户开度；图5中，a-20％窗户开度，b-50％窗户开度，c-100％窗户开度；图6中，a-20％窗户开度，b-50％窗户开度，c-100％窗户开度；图7中，a-20％窗户开度，b-50％窗户开度，c-100％窗户开度；图8中，a-1.1m/s室外风速，b-1.9m/s室外风速，c-2.5m/s室外风速；图9中a-1.1m/s室外风速，b-1.9m/s室外风速，c-2.5m/s室外风速；图10中，a-20％窗户开度，b-50％窗户开度，c-100％窗户开度；图11中，a-20％窗户开度，b-50％窗户开度，c-100％窗户开度；图12中，a-20％窗户开度，b-50％窗户开度，c-100％窗户开度。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型加以详细描述，但不受实施案例所限。

一种适用于建筑过渡季的自然通风与机械通风转换系统，包括安装在房间1的窗户2上的窗户扇9，安装在房间1上的门3，安装在房间1内的室内传感器4，安装在房间1外的室外传感器7，与室内传感器4和室外传感器7连接的控制板5，安装在房间1内的机械设备8，用于控制窗户扇9的开度和控制机械设备8开/关的执行机构6；所述控制板5还与所述执行机构6连接，所述控制板5用于实时接收室内传感器4和室外传感器7的监测信息并与设定值进行比较后，向执行机构6传输窗户扇所需的开度和/或机械设备8开/关的执行信号；执行机构6则根据上述执行信号执行调节窗户扇的开度和/或开/关机械设备8。整个房间建筑与门、窗布局共同形成走廊风现象。

所述室内传感器4包括温湿度传感器、co2浓度传感器，pm2.5传感器、tvoc传感器和甲醛浓度传感器，室内传感器4用于监测室内的空气品质，如空气温度、空气湿度、空气中co2浓度、pm2.5、甲醛及tvoc浓度，这些用于反应空气品质的信号分别通过上述传感器来监测并传输给控制板5。

所述室外传感器7包括温湿度传感器、风向风速传感器、co2、pm2.5、甲醛及tvoc浓度传感器，来分别监测室外的温度、湿度、风速、风向、co2、pm2.5、甲醛以及tvoc浓度信号并将这些信号传输给控制板5。所述控制板5实时接收来自室内传感器4和室外传感器7的信号并与其自身设定值进行比较判断，进而向执行机构6传输窗户扇9开度的执行信号和/或开/关机械设备8的执行信号。所述控制板的设定值为：co2浓度小于1500ppm，温度在18-28℃，湿度在45-60％，pm2.5浓度小于75ug/m³，tvoc浓度小于0.6mg/m³，甲醛浓度小于0.1mg/m³。

优选的，所述执行机构包括开窗器电机，用于接受控制板的执行信号，执行开窗和/或关窗操作，并实时向控制板5反馈当前窗户开度信号，窗户开度从闭合至极限开度共均匀分为若干个档位。所述开窗器电机还与机械设备连接，用于根据接收到的控制板的执行信号控制机械设备的开/关。具体的说，本实用新型中的信号系统控制图如图2所示；其转换系统的控制方法为：包括如下步骤：

步骤201：首先控制板开始读取室外传感器监测到的室外温度、湿度、风速、风向、pm2.5浓度、co2浓度、tvoc和甲醛浓度信息；

步骤202：控制板判断步骤201的信息是否符合空气综合标准；若是，则执行步骤203：控制板根据初始窗户开度信息，并传输窗户扇开度信号给执行机构，执行机构执行调节窗户扇开度步骤204，若不是，则执行机构执行步骤205：关闭窗户扇并开启机械设备进行机械通风；

步骤204：执行机构调节窗户扇开度时，控制板5实时接收执行机构6反馈的当前窗户开度信号，并实时读取室内空气传感器的空气品质信息206，以判断室内的空气品质信息是否符合空气综合标准207，若符合，则执行自然通风步骤208并维持当前的窗户扇开度；若不符合，则控制板判断窗户扇是否处于极限开度209，若是则执行步骤205，若不是，则返回从执行步骤203开始执行，此时执行机构将继续增大一个档位窗户开度及执行步骤204，直至满足室内空气品质符合空气综合标准为止。

其中，在本实用新型转换系统的控制方法中，控制板5预先设定空气综合标准值：其包括co2浓度小于1500ppm，温度在18-28℃，湿度在45-60％，pm2.5浓度小于75ug/m³，tvoc浓度小于0.6mg/m³，甲醛浓度小于0.1mg/m³，以此作为步骤202与步骤207判断标准。

优选的，所述机械设备8包括变风量新风设备和空调设备，所述变风量新风设备和空调设备均与所述开窗器电机连接，所述变风量新风设备用于过滤pm2.5、降低室内co2浓度、净化室内tvoc和甲醛浓度；所述空调设备用于调整室内温度计湿度。所述变风量新风设备可采用现有的已知设备或可以采用中国专利申请(cn201620566013.x)公开地一种变风量新风设备。

如图1及图2所示，室外空气来流风速、风温、风向及pm2.5、甲醛、tvoc浓度等信号由室外传感器7，经控制板5后，传递至执行机构6，由上述执行机构直接控制窗户扇9移动，进而控制窗户2开度，若室外空气品质参数未达到上述控制板内设定要求，即可扩大或缩小窗户开度；随着窗户开度的调整，室内通风量随之变化，并决定室内空气品质，同时经上述室内传感器4将室内空气品质信号反馈至上述控制板5，并以所需窗户开度或者机械设备8开启与闭合信号的形式传递至执行机构6，进一步调整窗户开度，进而调节室内空气品质，达到自然通风效果；若室外传感器传递的信号温度过高(或过低)或者室外pm2.5、tvoc浓度过高及窗户开度已达到极限后，室内空气品质仍然超过上述控制板内设定要求，则上述执行机构即可控制并关闭窗户，启动上述机械设备8，进行机械通风，以改善进入室内的空气品质，其中室内人体舒适空气品质要求如表1。

表1室内人体舒适空气品质表

下面给出本实用新型的转换系统具体应用的例子来证明本实用新型的优点所在，及所述室外传感器及室内传感器所传递的空气品质信息及窗户开度不同对室内空气品质的影响，由以下具体实施例体现。

【实施例】

以杭州市临平银泰城幼儿园建筑(如图3)为例，其中室内空气品质要求仅参考室内温度及co2浓度参数。运用计算流体力学(cfd)方法，通过现有开源代码进行模型的网格划分、边界条件处理等一系列计算，通过改变室外风向(工况一)、室外风速(工况二)、室外风温(工况三)等室外工况，对比分析室内co2浓度及温度分布，进一步调节窗户开度，达到自然通风与机械通风方式转换目的，使室内空气的co2浓度及温度参数达到人员工作所需要求。其中各房间边界条件如表2。

表2各方间边界条件表

工况一：

如图3，对杭州市临平银泰城幼儿园建筑分别进行相同风速、相同室外温度27℃的西南及西北风向模拟计算，通过控制窗户开度分别为20％、50％及100％。得到西南风向送风时银泰城幼儿园建筑内不同窗户开度的室内空气温度(图4)、co2浓度等值线分布(图5)及西北风向时银泰城幼儿园建筑内不同窗户开度的室内空气温度(图6)、co2浓度等值线分布(图7)。根据室内空气品质要求，结合室内空气品质参数浓度及分布，在不同风向时通过室外及室内传感器向控制板发出空气品质信号，经执行机构调整并移动窗户扇，完成调节窗户开度即可达到自然通风效果，如西南风向时房间7-9及房间12、房间16窗户开度需达到100％，其余房间窗户开度至少达到50％，西北风向时房间1-6，20％窗户开度已满足co2浓度及温度要求；除房间16需采用机械通风外其余房间50％窗户开度即可；若室内co2浓度过高或温度不在人员适宜温度范围内，则控制板及执行机构共同自动控制关闭窗户、开启机械设备中的变风量新风设备或空调设备，采用机械通风方式，如西北风向时房间16，全开窗户并不能使室内空气品质达到人员舒适指标，需采用机械通风。西北风向时各房间窗户开度需求具体如表3，西南风向时各房间窗户开度需求具体如表5中室外温度27℃所对应的窗户开度需求。

表3西北风向不同窗户开度各房间空气品质表

注：co2浓度×表示不可(co2浓度≥1500ppm)，o表示尚可(1000ppm<co2浓度<1500ppm)，◎表示最佳(co2浓度≦1000ppm)温度×表示不可(温度>28℃或者温度<18℃)，o表示尚可(18℃<温度<22℃或者26℃<温度<28℃)，◎表示最佳(22℃≦温度≦26℃)

工况二：

如图3，对杭州市临平银泰城幼儿园建筑分别进行相同室外温度27℃、窗户开度为50％的1.1m/s、1.9m/s、2.5m/s来流风速模拟计算，得到不同送风风速时银泰城幼儿园建筑周围空气速度(图8)、室内co2浓度等值线分布(图9)。根据室内空气品质要求，结合室内空气品质参数分布，在不同风速送风时通过室外及室内传感器向控制板发出空气品质信号，经执行机构调整并移动窗户扇，完成调节窗户开度即可达到自然通风效果，如房间7-9及房间16在室外风速小于2.5m/s时，在原50％窗户开度的基础上需扩大窗户开度，其余房间在室外风速小于1.9m/s时，在原50％窗户开度的基础上也需扩大窗户开度，才能使室内空气品质达到人员舒适指标；若室内co2浓度过高或温度不在人员适宜温度范围内，则控制板及执行机构共同自动控制关闭窗户、开启机械设备中的变风量新风设备或空调设备，采用机械通风方式，使室内空气品质达到人员舒适指标。西南风向时不同来流风速的各房间窗户开度需求具体如表4。

表4西南风向不同来流风速各房间空气品质表

注：co2浓度×表示不可(co2浓度≥1500ppm)，o表示尚可(1000ppm<co2浓度<1500ppm)，◎表示最佳(co2浓度≦1000ppm)温度×表示不可(温度>28℃或者温度<18℃)，o表示尚可(18℃<温度<22℃或者26℃<温度<28℃)，◎表示最佳(22℃≦温度≦26℃)

工况三：

如图3，对杭州市临平银泰城幼儿园建筑分别进行相同室外风速的16℃、23℃、27℃风温模拟计算，得到不同风温时银泰城幼儿园建筑内不同窗户开度的室内空气温度等值线分布(图10、图11、图12)。根据室内空气品质要求，结合室内空气品质参数分布，在不同风温送风时通过室外及室内传感器向控制板发出空气品质信号，经执行机构调整并移动窗户扇，完成调节窗户开度即可达到自然通风效果，如室外温度16℃时房间1-11及13-16，达到50％以上窗户开度，才能保证co2浓度要求，又能基本满足温度要求；其中房间12建议关闭窗户、采取空调制热的机械通风，用于保温及提高空气质量；室外温度23℃时基本满足室内温度要求，但是房间7-9及房间12、房间16窗户开度需达到100％，其余房间窗户开度至少达到50％，才能满足室内co2浓度要求；室外温度27℃时同室外温度23℃，除房间7-9及房间12、房间16需开度100％外，其余房间需50％窗户开度。若室内co2浓度过高或温度不在人员适宜温度范围内，则控制板及执行机构共同自动控制关闭窗户、开启机械设备中的变风量新风设备或空调设备，采用机械通风方式，使室内空气品质达到人员舒适指标，如16℃时房间12，需进行机械通风。西南风向时不同来流风温的各房间窗户开度需求具体如表5。

表5西南风向不同温度及窗户开度各房间空气品质表

注：co2浓度×表示不可(co2浓度≥1500ppm)，o表示尚可(1000ppm<co2浓度<1500ppm)，◎表示最佳(co2浓度≦1000ppm)温度×表示不可(温度>28℃或者温度<18℃)，o表示尚可(18℃<温度<22℃或者26℃<温度<28℃)，◎表示最佳(22℃≦温度≦26℃)。