用于室内空气污染物监控的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的示例性实施例提供了用于空气污染物监控的方法和装置，空气污染物监控涉及使用多点空气采样系统或分立的本地空气质量参数传感器来感测空气污染物和空气参数中的一个或多个，以便确定独立于室外空气污染物水平的存在于给定室内空间中的室内空气污染物的量，当所述室内空间由被称为回风空气处理单元的空气处理单元送风时，室外空气污染物被吸入建筑物中，回风空气处理单元至少部分地使室内空气中的一些空气再循环回到给定室内空间中，而不是排出回风空气的全部。所确定的室内空气污染物水平可以仅用于信息的目的或者用于生成控制信号来增大进入室内空间的送风气流，增大进入所述空气处理器的室外空气水平或者用于其它的建筑物控制目的。
[0002]本发明的示例性实施例使用了空气处理单元中的过滤器，该过滤器将在送风空气中感测到的污染物水平减小到小于大约100%的某种程度。在一个实施例中，空气污染物包括颗粒物，并且具体来说，确定独立于总的室外空气颗粒的空间中的环境烟草烟雾(ETS)颗粒水平。在优选实施例中，对房间送风空气和/或外部空气进行控制将是为了稀释通风的目的来控制室内空间或房间中的环境烟草烟雾(ETS)的水平。
【背景技术】
[0003]如在本领域中所公知的，存在用于监控室内环境或空气质量参数的各种方法。一种方法涉及使用还被称为多点空气监控系统的设施监控系统。多点空气监控系统被定义为包括用于测量多个位置中的一个或多个空气质量参数的一个或多个环境或空气质量参数传感器，多个位置包括用于对至少一个房间、空间、部分密闭的区域或建筑物内的环境中一个或多个空气质量参数进行测量的至少一个位置，加上用于对馈送房间、空间、部分密闭的区域或建筑物内的环境的送风空气的一个或多个空气质量参数进行测量的至少一个其它位置。后一个位置通常是馈送房间、空间、部分密闭的区域或者建筑物内的环境的空气处理单元的送风空气管道或送风空气出口。可以对其它类型的区域可选地进行感测，例如馈送所述房间或空间的回风空气处理单元的回风空气进口和外部空气进口。
[0004]正因如此，多点空气监控系统可以涉及使用放置在要测量的空间或区域中的一个或多个个体的、分立的、本地的、有线的或无线的传感器。还可以使用在多个空间之中复用或共享的远程或集中式空气质量参数传感器。最后，多点空气监控系统可以使用之前提及的远程和本地空气质量参数传感器的组合。在名称为“Multipoint Air Sampling SystemHaving Common Sensors to Provide Blended Air Quality Parameter Informat1n forMonitoring and Building Control”的美国专利第8，147,302 B2号中公开了多点空气监控系统的许多示例，通过引用的方式将该专利并入本文中。
[0005]对于使用远程传感器的那些多点空气监控系统，通过管子或管道来运送空气用于采样或测量的目的。例如，多点空气监控系统可以具有一个或多个集中放置的空气质量参数传感器，而不具有对所感测的环境来说是本地的分布式传感器。正因如此，可以在这些系统中使用这种集中式空气质量参数传感器来感测若干位置或大量位置。这些集中式空气监控系统也被称为多点空气采样系统，或者被称为基于复用或基于共享的传感器的设施监控系统。
[0006]多点空气采样系统被具体定义使用共享或复用的传感器的设施监控系统，共享或复用的传感器包括用于通过将空气样本或空气分组从要监控的空间运送到至少一个空气质量参数传感器来对建筑物内或邻近设施的外部的多个空间、区域或房间进行监控的单个远程传感器或一组远程放置的传感器。
[0007]对于这些多点空气采样系统中的一种类别，可以使用号称星形配置的多点空气采样系统或者仅仅是星形配置的系统、多个管子来将空气样本从多个位置带入集中式传感器。可以在这种方法中使用集中放置的空气开关和/或螺线管阀来顺序地将空气从这些位置通过不同的管子切换到传感器，以便对来自多个远程位置的空气进行测量。每个位置可以被感测十秒到几分钟之间。取决于感测多少个位置，可以对每个空间进行周期性的感测，周期可能从五分钟到六十分钟进行变动。这些星形配置的系统有时候被称为章鱼样系统或全皇打系统，并可以使用数量可观的管材。
[0008]举例来说，诸如这种系统之类的系统已经被用于提供监控功能以检测制冷剂泄漏，并用于其它有毒气体监控应用。类似于这种系统的其它系统，例如Veelenturf等人的美国专利第6，241，950号中所描述的系统，该专利通过引用并入本文中，其公开了一种包括集气管的液体采样系统，该集气管具有输入、共同的净化和采样路径、以及阀门来对第一组输入和第二组输入进行耦合/去耦用于测量跨越采样位置的压力差。
[0009]此外，这些类型的星形配置的系统已经被用于使用单个颗粒计数器对诸如干净的房间区域之类的多个区域中的颗粒物进行监控。这种颗粒计数器的现有技术示例是复用的颗粒计数器，例如Lighthouse Worldwide Solut1ns有限公司制造的通用集气管系统和控制器，与他们的颗粒计数器(例如他们的型号Solair 3100的基于便携式激光器的颗粒计数器或基于遮蔽的颗粒传感器)相耦合。
[0010]关于绝对水分或露点温度的测量，可用于测量露点温度的现有技术星形配置的多点空气采样系统的一个示例是AIRxpert 7000多传感器，由Massachusettes的Lexington的 AIRxpert Systems 制造的多点监控系统，www.airexpert.com。
[0011]被定义为网络化的空气采样系统的另一个多点空气采样系统使用集中的“支柱”管子，具有延伸到各个位置的分支，形成了类似于数据网络配置的总线配置的或树状的通路。通常，空气螺线管被远程地放置于临近多个采样位置。例如使用星形配置的系统的每个位置的采样时间可以从大约10秒变化为几分钟之多。每个位置的典型采样时间将是大约45秒，从而在20个位置被采样的情况下，可以每隔15分钟对每个位置进行采样。网络化的空气采样系统可以潜在地用于建筑物、空气处理单元管道系统、以及建筑物的排气烟道内或建筑物外部的位置进行采样。在Sharp的美国专利第6，125，710号中描述了示例性网络化空气采样系统，通过引用将该专利并入本文中。Sharp等人的题为“Air QualityMonitoring Systems and Methods”的美国专利申请第7，302，313号提到了不同的多点空气监控系统，包括如结合专家系统分析性能使用的多点空气采样系统，也通过引用而将该专利并入本文中。
[0012]设备监控系统的另一种复用的形式被定义为网络化的光子采样系统，其复用光的分组而不是空气的分组，并可以包括星形配置的布局或网络/总线类型的布局。基本概念使用集中激光发射器和集中激光检测器，集中激光检测器发送出激光分组，并对其进行检测，激光分组被切换进入房间，以由光学开关来感测。在所感测的区域中放置并使用光纤传感器、红外线吸收单元或传感器、以及其它感测技术，以便由于环境的影响而改变光的特性。随后，光分组被切换回到集中检测器，在集中检测器中确定环境对光特性的影响。这种系统的优点在于，诸如光纤传感器或开放式单元传感器之类的传感器潜在地成本很低。昂贵的部分是激光器和集中式的检测器系统。与前面的多点空气采样系统类似，可以使用集中设备和波分复用的电信概念来同时进行来自颗粒、气体和其它污染物、湿度等对光的多种影响，其中波分复用允许多个波长，并且因此多路信号共享相同的光纤。这种系统的明显优势是具有非常快速的周期时间的能力，该周期时间可以在几十毫秒内或更短。题为“Networked Photonic Distribut1n System for Sensing Ambient Condit1ns，，的美国专利第6，252，689号中详细描述了这种采样系统，其通过引用并入本文中。
[0013]在这之前已经描述的多点空气采样系统和网络化光子采样系统共同被称为采样系统，其可以应用于监控整个建筑物的广大范围的位置，包括任何种类的房间、走廊、大厅、间隙、阁楼、室外位置、以及管道系统、集气室和空气处理器内任意数量的位置。为了提供对这些不同空间的控制和监控，可以创建虚拟传感器信号或者连续的模拟信号或数字信号，虚拟传感器信号指的是软件变量或固件变量，连续的模拟信号或数字信号可以被传递到其它系统(例如建筑物控制系统或实验室气流控制系统)，并代表给定空间的空气质量参数值的状态。实际上，这些信号反映了如果使用本地传感器而不是多点空气采样系统或网络化光子采样系统(另外再次共同被称为采样系统)，则本地传感器将读取什么。
[0014]多点空气采样系统已经结合各种各样的空气质量参数传感器来使用，以对建筑物或设施的各种各样的空气质量属性或空气特性进行监控。空气质量参数传感器是可以检测一个或多个空气质量属性或参数的传感器，其将空气质量参数的存在情况的水平或关于空气质量参数的存在情况的信息转换成连续改变或不连续的气动、电子、模拟或数字信号，或转换成软件或固件变量，该软件或固件变量代表给定空间中空气质量参数的存在情况的水平或者关于空气质量参数的存在情况的信息。空气质量参数传感器可以基于对本领域技术人员来说公知的各种感测技术中的任何技术，举例来说，例如电化学、光子或光学、红外吸收、光声学、聚合物、可变电导率、火焰电离、光致电离、固体状态、混合金属氧化物、离子迀移率、表面声波或光纤。空气质量参数传感器可以是有线传感器类型或无线传感器类型，并可以用各种类型的物理硬件(举例来说，例如基于微机电系统(MEMS)的硬件、基于纳米技术的硬件、基于微系统的硬件、基于模拟的硬件或基于数字的硬件)来实现。此外，空气质量参数传感器可以感测多于一个的空气质量参数，并可以在单个封装设备中包括多于一个的空气质量参数传感器。
[0015]空气质量参数被定义为一种空气特性，其可以包括空气污染物、空气舒适度参数或二氧化碳(C02)。空气污染物指代空气的某种潜在有害或刺激性化学、生物、或放射性复合元素或性质，举例来说，例如CO、各种尺寸的颗粒、烟、悬浮物、TVOC(总的挥发性有机化合物)、感兴趣的特定V0C、甲醛、N0、N0X、S0X、S02、硫化氢、氯、氮氧化合物、甲烷、烃、氨、制冷气体、氡、臭氧、放射物、生物和/或化学恐怖活动制剂、其他有毒气体、霉菌、其他生物制剂、以及要感测的感兴趣的其它污染物。空气污染物并非具体指代这些其它空气质量参数，例如温度、二氧化碳、或者测量空气中的水分或湿度的多种形式中的任何一个，举例来说，例如相对湿度、露点温度、绝对湿度、湿球温度、焓等等。
[0016]此外，空气污染物还可以被细分成两种类别，基于气体的污染物和基于颗粒的污染物。基于气体的污染物被定义为作为基于气体或蒸汽的空气污染物(例如C0、TV0C、臭氧等)。另一方面，基于颗粒的污染物包括任意尺寸的能存活和不能存活的空气传播颗粒物质，但通常是直径0.01微米直到100微米的颗粒尺寸。正因如此，这种类别的污染物还包括生物颗粒物质，例如霉菌孢子、细菌、病毒等等。
[0017]如果这些空气污染物由室内源在建筑物内产生，那么它们被称为室内空气污染物，例如由室内吸烟者造成的环境烟草烟雾(ETS)。如果空气污染物由室外源产生，例如来自马路灰尘、汽车尾气或由燃烧煤炭或其它燃料所产生的颗粒物，即使它们被吸入建筑物中(例如通过空气处理单元)，但它们仍然被称为室外空气污染物。
[0018]二氧化碳具体指代作为除了氧和氮之外的组成成分在大气中可自然找到的气体二氧化碳。通常在外部空气中以300PPM与500PPM之间的浓度找到二氧化碳，并且对于正在进行典型办公室工作的人来说，以每人0.0lCFM的近似速率由人类呼出二氧化碳。与供应到建筑物中的外部空气的量相比，办公室里的人数变化可以容易地将室内的C02水平改变到500PPM到2500PPM之间。正因如此，由于空间中C02的水平直接与空间中的人数除以来自室外的C02水平上升有关，因此C02可以被用作基于每个人的适当通风的极好指标(有时被称为外部空气每人的CMF)。虽然高C02水平通常与差的室内空气质量水平相关联，但并非是C02水平本身造成了与差的室内空气质量相关联的不舒适和症状，而是没有被适当稀释的空气污染物的相关联的增多。人类不受相对高水平的C02(例如高到5000PPM)的影响，5000PPM在任意普通结构的建筑物中都是极其罕见地被发现的。
[0019]空气舒适度参数具体指代温度的测量或空气中的水分或湿度的许多相关的干湿测量中的一种，再次例如相对湿度、露点温度、绝对湿度、湿球温度和焓。空气舒适度参数也并非指代二氧化碳或任何空气污染物。此外，空气质量参数、空气污染物或空气舒适度参数具体不包括对气流量、速度或压力的任何测量，举例来说，例如对以下参数的测量:可以以每分钟立方英尺空气为单位或其它单位来指示的空气量、速度压力、空气速率或速度、静压、压差或绝对压力。
[0020]回风空气处理单元被定义为从建筑物接收回风空气的空气处理单元，其中，这种回到回风空气处理单元的空气中的某些部分与外部空气中的某些部分混合，以提供回风空气和外部空气的混合物，可以以某种方式对该混合物进行调节也可以不对其进行调节，随后，将该混合物作为送风空气提供到由回风空气处理单元所作用的各个房间或空间。回风空气处理单元可以在回风、混合空气路径、或送风气流路径中包含过滤器或者不包含过滤器，过滤器可以降低来自空气处理器的回风空气进口、正被运送到送风空气流中的空气污染物水平。这些过滤器(如果使用)可以是颗粒物过滤器和气相过滤器中的任何一个或两者。
[0021]回风空气流中的空气污染物进入空气处理单元的送风空气流中的量将通过两个因子中的一个或两者而减小。被称为回风空气分数的第一个因子是未被排出并反而与外部空气进行混合来组成送风空气的回风空气的百分比。例如，25%的回风空气分数将表示75%的回风空气被排出，并且25%的回风空气与外部空气进行混合以产生回风空气处理单元的送风空气。这表示回风气流中总的污染物中的25%将被送入送风气流中(假设没有过滤)。
[0022]第二个因子涉及过滤的问题。放置在回风、混合空气路径、或送风气流路径中的过滤器将降低污染物的水平，污染物的水平通过这些过滤器受过滤效率的影响。过滤效率被定义为平均将被回风空气处理器的过滤器阻挡的空气污染物的百分比。相反地，过滤孔隙率指代平均穿过过滤器的空气污染物的百分比，并等于一减去过滤效率。例如，如果对于颗粒物，回风空气处理器具有70%的过滤效率，那么过滤孔隙率将是30%。这表示回风空气中30%的颗粒物将穿过过滤器，并且70%的颗粒物将被阻挡或被过滤到空气流之外。过滤效率或过滤孔隙率可以例如通过首先对进入过滤器的空气污染物水平和离开过滤器的空气污染物水平两者进行测量来测量。随后，过滤孔隙率等于离开过滤器的污染物水平除以进入过滤器的污染物水平。
[0023]术语回风空气污染物分数被定义为存在于回风空气中的总的空气污染物将进入送风空气流中的百分比。对于给定的空气污染物，回风空气污染物分数等于该空气污染物的回风空气分数和孔隙率的乘积。当回风空气处理单元中不存在过滤器或者所使用的过滤器对空气污染物并不有效(例如对于气体污染物和颗粒过滤器)时，那么过滤孔隙率将等于一，并且回风空气污染物分数将正好等于回风空气分数。
[0024]存在感测室内空气污染物水平是有用的许多理由，例如为了监控和安全性目的，或者为了控制稀释通风的量来对来自可能已经产生污染物的空间的这些污染物进行消除或净化的目的。感测室内空气污染物的水平(例如用于监控或用于稀释通风控制，具体针对通常在外部空气中所发现的这些污染物，例如颗粒、C0、TV0C或其它)的一个公知的问题在于，如果外部空气浓度变得足够高，则增加进入受控区域或房间的外部空气或送风空气的气流量用于净化或稀释通风将实际上提高了受