操作空气净化集群的方法与流程

本公开涉及一种操作空气净化集群的计算机实施的方法，该空气净化集群包括布置在空气体积内的多个空气净化设备。本公开还涉及一种用于控制空气净化集群的控制设备；空气净化设备；空气净化系统；以及计算机程序产品。

背景技术：

1、室内空气质量是一个术语，其指的是建筑物和结构内的空气质量，影响建筑物居住者的健康和舒适。室内空气质量是一个重要的课题，因为人们无论是在家、工作还是在学校，在室内花费了差不多他们90％的时间。因此，室内环境对健康和福利是重要的。室内空气质量可能会受微生物污染物(霉菌、细菌)、气体(包括一氧化碳、氡、挥发性有机化合物)、微粒或可能引起不利健康条件的任何质量或能量应激物的影响。与室外空气相比，室内空气变成越来越令人担忧的健康危害。此外，室内空气质量不仅影响居住者的健康和舒适，而且也对工业过程具有显著影响，极大地影响所生产的产品以及生产机器本身的质量。例如，化学工业，特别是制药工业具有非常严格的标准，该标准不仅被定义为要确保产品质量，而且被定义为要满足监管要求。作为另外的示例，半导体工业，特别是基于半导体的电路的生产对污染物高度敏感，其中，甚至纳米尺度的粉尘颗粒也会危害半导体电路的质量。

2、使用通风(自然和/或机械)来稀释污染物、过滤和源头控制长期以来都是用于改善大多数建筑物中的室内空气质量的主要方法。通风是将新鲜空气供应到封闭空间(空气体积)以便更新/去除/替换现有空气的过程。通风通常用于去除污染物，诸如烟、粉尘或蒸汽，并提供健康和安全的工作环境；换句话说，它是一种工程控制，目的是从建筑物中去除“陈旧的”室内空气，并用“新鲜的”室外空气替代。假定外部空气具有合理的质量，或者外部空气在被允许进入室内空间之前被净化。通风可以通过自然方式(例如，打开窗户)或机械方式(例如，风扇或鼓风机)来实现。不应将通风与排气混淆。例如，在燃烧设备如热水器、锅炉、壁炉和木材炉的情况下，提供排气以携带燃烧产物，这些燃烧产物必须以不对建筑物内的居住者造成伤害的方式从建筑物中排出。空气在室内空间而不是外部空间之间的移动被称为转移。

3、然而，随着能源成本的显著增加，已经并且正在进行大量努力以通过例如建造气密建筑物来防止外部空气泄漏到建筑物中或调节后的空气从建筑物中泄漏。此外，由于使外部空气达到符合舒适/调节标准的温度和/或湿度水平(例如，通过加热、相应地冷却)的成本增加，将会尽可能地减少通风(即内部和外部空气的交换)。

4、为了能够改善/维持室内空气质量并同时使由于通风而造成的能量损失最小化，空气净化已经成为室内空气质量管理中的一种已被认可的方法。空气净化是指通过再循环从空气体积中去除(至少一部分)污染物的过程。根据空气净化，与通风相反，污染物不是被“新鲜”空气稀释，而是从空气体积中去除。应当注意，用于管理室内空气质量的大多数安装设备都会采用通风和空气净化的组合。

5、空气净化通常是通过使用布置在空气体积内的一个或多个空气净化设备来执行的，空气净化设备被配置成通过再循环从空气体积中去除污染物的至少一部分。现有技术空气净化设备被配置成通过空气入口从空气体积中吸入空气；迫使吸入的空气的至少一部分通过一个或多个空气净化过滤器，以从所述吸入的空气的部分中物理地捕获污染物的一部分；并使经过滤的空气的至少一部分通过空气出口返回到所述空气体积。

6、为了适应受不同污染物影响的不同环境，不同类型和尺寸的空气净化过滤器、相应不同类型和尺寸的空气净化设备可用于捕获相应的污染物。

7、为了管理大型和/或高度敏感的室内环境的室内空气质量，已知在空气体积内安装若干独立的空气净化设备，其中，每个空气净化设备独立于布置在该空气体积中的其它空气净化设备而操作。

8、室内空气质量是一组复杂因素相互作用的结果。当管理室内空气质量时，必须考虑这些因素中的每一个。室内空气质量专业人员会使用下面列出的四个因素作为调查方法的基础。

9、-来源：室内、室外或建筑物的机械系统内的污染或不适的来源。

10、-通风：通风系统控制存在的空气污染物并确保热舒适性(对于大多数居住者来说舒适的温度和湿度条件)的能力。

11、-路径：所述一个或多个污染物路径将污染物源关联到居住者、生产设备和/或利用现有驱动力生产的产品，从而使污染物沿着(一个或多个)路径移动。

12、-居住者：建筑物居住者存在并且受到足以引起室内空气质量问题的影响。

13、室内空气质量的确定涉及空气(空气样本)的收集、监测人暴露于污染物、建筑物表面上的样本的收集以及建筑物内的气流的计算机建模。

14、然而，空气体积内的室内空气质量不是静态的，而是会受到各种内部因素和/或外部因素的强烈影响，所述内部因素是诸如房间/大厅/建筑物中的活动，而所述外部因素是诸如开门、开窗、通风水平的变化。此外，在较大空气体积中，内部因素可以取决于空气体积内的位置。另一方面，空气净化设备的性能在其使用寿命内也不是恒定的。例如，随着时间的推移过滤器劣化或故障会大大降低空气净化设备的性能。空气净化设备的已知安装不能确保这种动态变化环境的室内空气质量，它们既不能对内部因素和外部因素起反应，也不能管理空气净化集群的空气净化设备的性能变化。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种用于操作空气净化集群的方法、控制设备和计算机程序产品，其至少克服了现有技术中的一些缺点。本发明的另外的目的是提供一种用于在空气净化集群中操作的空气净化设备和空气净化系统，其至少克服现有技术中的一些缺点。

2、特别是，本公开的目的是提供一种用于以协调的方式并且如果适当的话考虑局部事件来操作受管理的空气净化集群的方法、控制设备和计算机程序产品，其允许甚至在动态变化的环境中以高效的方式维持室内空气质量。

3、针对上述目的，在第一方面，已经观察到，仅基于与空气体积内的空气质量水平相关的一组假设(例如，假设影响污染的内部和/或外部因素、假设空气净化设备的劣化和寿命)来确定多个独立空气净化设备的尺寸不足以在延长的时间段内有效地维持空气质量。在已知的方法中，当设计多个独立空气净化设备以试图在所有预期情况下确保室内空气质量时，会考虑假设的估计变化。然而，这种方法无意中导致多个独立空气净化设备的尺寸过大，因此是一种非常低效的方法。

4、此外，在第二方面，已经观察到，孤立地控制单独的空气净化设备会导致效率低下并对保持室内空气质量的能力的限制。例如，空气净化集群中的特定空气净化设备可比另一空气净化设备更适于从空气体积中去除特定污染物。然而，单独空气净化设备的孤立的控制(即，没有在整个空气净化集群上的整体视图并且不考虑局部条件)将不允许空气净化负载从一个空气净化设备传递到另一个空气净化设备。

5、根据本公开的空气净化集群的多个空气净化设备被布置成通过空气体积彼此互连。如本文所用，短语“通过空气体积彼此互连”是指空气净化设备布置/安装成使得它们之间存在空气连通，特别包括空气净化设备布置在由墙壁、地板和天花板(房间)封闭的同一建筑物部分/分区中或在由至少一个空气通道(诸如管道)互连的不同房间中。短语“通过空气体积彼此互连”不应被解释为涵盖空气净化设备布置在流体隔离的建筑物部分中、建筑物部分仅由于无意缺乏气密性而流体连通、或建筑物部分通过通风系统流体连通(例如，位于建筑物部分或建筑物的内部的空气净化设备和位于建筑物部分或建筑物的外部的另一空气净化设备)。

6、布置在空气净化集群中的空气净化设备被配置成从空气体积中去除污染物的至少一部分。根据本文公开的实施例，空气净化设备通过再循环从空气体积中去除污染物，即通过经由空气入口从空气体积中吸入空气；迫使所述吸入空气的至少一部分通过一个或多个空气净化过滤器，以从所述吸入空气的部分中物理地捕获污染物的一部分；以及使经过滤的空气的至少一部分通过空气出口返回到所述空气体积。特别是，空气净化设备吸入空气；迫使空气通过空气净化过滤器，并在空气推进装置(诸如风扇)的帮助下使经过滤的空气返回。通过包括壳体和布置其中的相同或不同类型的一个或若干个过滤器(例如，以串联方式布置)的空气净化设备实现了良好的结果。根据本公开的实施例，(一个或多个)空气净化设备的过滤器还包括分子过滤装置；基于uv光的去污染装置和/或光催化去污染装置。

7、壳体通常包括至少一个入口和至少一个出口。至少一个风扇相对于气流的方向布置在过滤器的后侧上。通过至少一个入口将空气从空气体积吸入壳体中，其中，至少一个风扇在至少一个过滤器的后侧上产生负压。在空气通过至少一个风扇并通过至少一个出口离开壳体之前，空气没有污染。所述至少一个出口可以配备有至少一个空气引导翻板(flap)，以影响排出空气的方向。空气净化设备通常包括至少一个传感器(压力、温度、湿度等)以生成指示空气净化设备的(一个或多个)操作状态的数据。根据特定实施例，空气净化设备还包括如在下文中更详细地描述的控制设备。

8、根据本公开的操作空气净化集群的方法包括：一个或多个控制设备接收指示空气体积内的空气质量的数据；以及(一个或多个)控制设备接收指示多个空气净化设备的(一个或多个)操作状态的数据。特别是，指示空气质量的数据源自空气质量数据源，诸如通信地连接到一个或多个控制设备的空气质量传感器。空气质量传感器布置在与空气净化设备相同的空气体积内。根据特定实施例，指示空气质量的数据还源自外部数据源，诸如空气体积外部但由于通风而间接影响空气体积内的室内空气质量的污染物水平数据源。指示空气质量的数据包括诸如(一个或多个)特定污染物/颗粒的(一个或多个)浓度和/或分布之类的测量值。指示空气净化设备的操作状态的数据包括诸如多个空气净化设备的负载水平和/或过滤器劣化水平的数据。特别是，指示空气净化设备的操作状态的数据源自空气净化设备本身。作为替选或补充，指示空气净化设备的操作状态的数据可以由计算系统提供，该计算系统聚集和/或预测空气净化设备的操作状态，特别是基于历史和/或统计操作数据。

9、根据本公开的操作空气净化集群的方法，(一个或多个)控制设备(特别是其处理器)控制空气净化集群的多个空气净化设备中的一个或多个，以便影响空气体积内的室内空气质量。特别是，控制空气净化集群的步骤包括控制空气净化集群的多个空气净化设备中的一个或多个，使得来自一个或多个空气质量数据源的指示空气质量的数据对应于室内空气质量目标值。根据本公开的实施例，室内空气质量目标值是恒定值或根据安排而改变的值，诸如对应于空气体积内的安排的活动而确定的室内空气质量目标值安排。

10、(一个或多个)控制设备使用指示室内空气质量的数据和指示多个空气净化设备的操作状态的数据来控制多个净化设备。因此，作为解决上述第一和第二方面的组合解决方案，本公开提供了一种操作具有多个空气净化设备的空气净化集群的方法，该方法不是基于假设，而是基于指示空气体积内的空气质量的数据以及指示空气净化集群的多个空气净化设备的(一个或多个)操作状态的数据。

11、根据本公开的实施例，(一个或多个)操作状态包括指示多个空气净化设备的(一个或多个)负载水平(例如，10％负载、100w最大负载的10w、100m3/h负载的最大值的10m3/h等)的数据，该方法还包括控制设备控制空气净化集群，以便：

12、-实现所述多个空气净化设备之间的负载平衡。负载平衡可以是多个空气净化设备之间的相等负载，或者是基于由(一个或多个)空气质量传感器测量的污染物的局部类型和局部浓度的平衡负载。

13、-将所述多个空气净化设备中的一个或多个空气净化设备设置成处于或低于阈值效率水平的负载水平。即使具有较高的最大能力(例如，较大量的干净空气输送率)，某些空气净化设备在高达某一负载水平时也是最节能的。例如，某些空气净化过滤器的空气阻力(空气净化过滤器的入口侧和出口侧之间的压降)随着空气体积的增加而增加是非线性的。因此，为了提高能量效率，根据本公开的实施例，负载被分布在若干空气净化设备之间，以相比于整个空气净化负载是由以高但低效负载操作的单个空气净化设备承载而其它空气净化设备空闲，确保每个空气净化设备都高效地操作。能量效率例如被表达为输送一定流速的干净空气所需的能量的量w/(m3/h)。

14、-将所述多个空气净化设备中的一个或多个设置在低于增加的磨损水平。除了变得低效之外，即使具有更高的最大能力(例如，更大量的干净空气输送率)，某些空气净化设备也易于在超过一定负载水平时增加磨损。因此，为了延长空气净化设备的寿命，根据本公开的实施例，负载分布在若干空气净化设备之间，以便确保没有空气净化设备在超过其增加的磨损水平下操作。

15、根据本公开的实施例，(一个或多个)操作状态包括指示多个空气净化设备中的第一空气净化设备的劣化水平的数据，该方法还包括控制设备控制多个空气净化设备中除第一空气净化设备之外的一个或多个空气净化设备，以补偿第一空气净化设备的劣化水平。特征“补偿第一空气净化设备的劣化水平”包括至少暂时增加一个或多个空气净化设备(除了第一空气净化设备之外)的负载水平(功率设置)直到劣化的第一空气净化设备的维护/更换的过程。一个或多个空气净化设备(除了第一空气净化设备之外)的负载水平的暂时增加甚至可能超过上述平衡；阈值效率和/或增加的磨损水平。

16、劣化水平包括指示剩余污染物去除效率的百分比、污染物保持能力和空气净化过滤器的气流阻力的数据。另外，劣化水平包括指示空气净化设备的另外的组件的劣化的数据，所述另外的组件诸如是空气推进装置。根据本公开的实施例，如果指示劣化水平的数据高于维护阈值，则控制设备将第一空气净化设备切换至维护状态，并且生成标识第一空气净化设备的警报信号。该警报信号可以是由数据通信装置发送到例如系统所有者、服务技术人员、后台、或者甚至是用于统计目的r&d的可听、可视信号和/或警报消息。

17、根据本公开的实施例，指示空气质量的数据源自(一个或多个)空气质量传感器和/或空气质量数据源。指示空气质量的数据包括指示空气体积内的污染物类型的数据，特别是污染物的颗粒尺寸。因此，操作空气净化集群的方法还包括：

18、-通过所述控制设备接收指示所述多个空气净化设备中的每一个被配置成从所述空气体积中去除(或最适合于去除)的污染物类型的数据。指示多个空气净化设备中的每一个被配置成去除的污染物类型的数据可源自空气净化设备本身。作为替选或补充，指示多个空气净化设备中的每一个被配置成去除的污染物类型的数据可由控制设备从对应于空气净化集群的配置文件中提取。

19、-所述控制设备使用指示多个空气净化设备中的每一个被配置成去除的污染物类型的数据和指示所述空气体积的污染物类型的数据来控制所述空气净化集群。特别是，控制设备增加最适合于去除由(一个或多个)空气质量传感器检测到的污染物类型的空气净化设备的负载水平，同时保持或减小不适合于此的空气净化设备的负载水平。

20、这样的实施例是特别有利的，因为它们使得空气净化集群能够动态地适应变化的环境，并允许高效地使用可用资源，即空气净化设备。

21、根据本公开的实施例包括前瞻(预测性)方面，其中，控制设备接收指示预期室内空气质量影响的数据(诸如空气体积内的增加的活动的指示)。在具有这样的数据可用的情况下，控制设备还使用指示预期空气质量影响的数据来控制空气净化集群。因此，空气净化集群能够预先适应室内空气质量的变化，甚至在空气质量传感器/数据源检测到这样之前。例如，预期的室内空气质量影响可以包括指示某个工业过程将在安排的时间点开始的数据，与空气体积的特定污染物相关联的活动。作为预先措施，控制设备指示空气净化设备最适合于正好在活动被安排开始时，甚至在室内空气质量受到影响之前，去除由所述活动产生的特定污染物。以这样的方式，控制设备能够采取预防行动，以避免室内空气质量的劣化。另一方面，预期室内空气质量影响可以包括指示某个工业过程将在安排的时间点完成的数据，因此用户存在将减少。为了节约能量，控制设备指示空气净化设备，该空气净化设备配置成甚至在活动被安排完成之前去除由所述活动产生的特定污染物，从而预期保持室内空气质量超过用户存在的需求下降。

22、此外，指示预期室内空气质量影响的数据可以包括外部数据，诸如室内空气质量指数预测数据，其包括例如实际或预期花粉或nox浓度。

23、关于在空气体积中部署的空气净化系统的布局，根据本公开的实施例可以设想到以下拓扑：

24、-网状拓扑：空气净化系统包括多个控制设备，所述多个控制设备分布在空气体积中并且布置成网状网络配置。在这种系统布局中，多个控制设备协作地控制空气净化集群。为了实现空气净化集群的协作控制，多个(即2个或更多个)控制设备彼此通信连接，并且交换指示空气质量的数据、指示(多个空气净化设备的)(一个或多个)操作状态的数据和/或指示控制空气净化集群的多个空气净化设备中的一个或更多个的相应控制设备的数据。在这种分布式拓扑中，多个控制设备中的一个或多个可集成到相应的空气净化设备中。网状拓扑是有利的，因为空气净化系统没有单点故障。此外，具有集成/专用控制设备的空气净化设备可容易地部署到现有空气净化集群中，从而扩展网状网络。在网状拓扑中，当每个空气净化设备在其具有被配置成控制作为空气净化集群的一部分的相应空气净化设备的集成/专用控制设备的意义上是“智能”的时，可以实现良好的结果。

25、-星形拓扑：空气净化系统包括至少一个“主”控制设备，其通信地连接到空气净化集群的多个空气净化设备和多个空气质量传感器/数据源，并控制多个空气净化设备以影响该空气体积内的室内空气质量。

26、在星形拓扑中，并不是所有的空气净化设备必须在它们是自控制的意义上是“智能”的。相反，所谓的“主”控制设备被设置成控制“非智能”空气净化设备(没有集成/专用控制设备的空气净化设备)。这降低了单独的空气净化设备的复杂性，并且特别有利于升级包括多个现有空气净化设备的现有空气净化系统，特别是升级不同类型或甚至制造商的空气净化设备。使至少一个“主”控制设备连接到空气净化集群的多个空气净化设备简化了空气净化系统的维护。

27、-混合拓扑：根据本公开的特定实施例，空气净化系统以混合拓扑被部署在空气体积中，其中，空气净化设备的第一子集包括集成/专用控制设备，其形成网状拓扑网络以在它们之间交换数据，而空气净化设备的第二子集是由星形拓扑网络中的单个控制设备控制的。

28、混合拓扑结合了网状拓扑和星形拓扑的优点，避免了单点故障，同时允许容易地升级现有的“非智能”空气净化设备。

29、根据本公开的用于操作以网状或混合拓扑部署的空气净化集群的方法的实施例，所述方法还包括：

30、-在所述多个控制设备之间建立数据通信链路；

31、-在所述多个控制设备的每一个与所述多个空气净化设备中的一个或多个之间建立数据通信链路；以及

32、-所述多个控制设备交换指示控制所述空气净化集群的多个空气净化设备中的一个或多个的相应控制设备的数据。

33、在多个控制设备之间建立的数据通信链路和/或在多个控制设备中的每一个之间建立的数据通信链路是有线(诸如以太网)和/或无线电通信链路(诸如wifi、蓝牙或移动电信链路)。

34、根据本公开的实施例，提供远程服务器以收集和处理来自多个空气净化集群的数据，以便在多个环境中利用复合数据组。相应地，该方法还包括：

35、-所述远程服务器从布置在多个空气体积内的多个空气净化集群收集指示室内空气质量的数据和指示(一个或多个)操作状态的数据。根据特定的使用情况，多个空气体积位于相同和/或不同的建筑物中。

36、-所述远程服务器使用从所述多个空气净化集群收集的数据生成控制参数。

37、-所述远程服务器将所述控制参数传输到(一个或多个)控制设备。

38、-(一个或多个)控制设备还使用由所述远程服务器传输的所述控制参数来控制所述空气净化集群。特别是，控制参数旨在基于由远程服务器收集的数据所反映的不同环境的经验来进一步改进控制设备的控制算法。

39、根据本公开，(一个或多个)上述目的是进一步通过一种控制设备来解决的，该控制设备包括处理装置和存储装置，该存储装置包括计算机可执行指令，当该计算机可执行指令由处理装置执行时，使得控制设备执行根据本文公开的实施例之一的方法。控制设备可以是旨在用于星形拓扑(参见上文)的独立设备、被配置成集成到网状拓扑中的空气净化设备中的设备、和/或适于既用作独立设备又集成到空气净化设备中的通用设备。

40、根据本公开，(一个或多个)上述目的是进一步通过一种用于从空气体积中去除污染物的至少一部分的空气净化设备来解决的，该空气净化设备包括：根据本文公开的实施例之一的控制设备；空气入口；一个或多个空气净化过滤器；空气推进装置；以及空气出口。空气净化设备被配置成：通过所述空气入口从空气体积中吸入空气；通过所述空气推进装置迫使所述吸入空气的至少一部分通过所述一个或多个空气净化过滤器，以从所述吸入空气的所述部分中物理地捕获污染物的一部分；以及使经过滤的空气的至少一部分通过空气出口返回到所述空气体积。

41、根据本公开，(一个或多个)上述目的是进一步通过一种空气净化系统来解决的，该空气净化系统包括：空气净化集群，所述空气净化集群包括多个空气净化设备，其被配置成从空气体积中去除污染物的至少一部分；一个或多个空气质量数据传感器，其被配置成测量所述空气体积内的空气质量并且使得指示空气质量的数据可用；以及根据本文公开的实施例之一的一个或多个控制设备。根据本公开的实施例，(一个或多个)控制设备物理上远离空气净化设备和/或被多个空气净化设备包括。

42、根据本公开，(一个或多个)上述目的是进一步通过包括计算机可执行指令的计算机程序产品来解决的，当由一个或多个控制设备的处理单元(诸如cpu)执行时，所述计算机可执行指令使(一个或多个)控制设备执行根据本文公开的实施例之一的方法。

43、应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述二者都给出了实施例，并且旨在提供用于理解本公开的性质和特征的概述或框架。附图被包括进来以提供进一步的理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图示出了各种实施例，并且与描述一起用于解释所公开的发明构思的原理和操作。