用于房间的空气管理的设备和方法与流程

用于房间的空气管理的设备和方法
1.本技术是国际申请号为pct/ep2015/080898、国际申请日为2015年12月22日、进入中国国家阶段日期为2017年6月26日、国家申请号为201580071108.2、发明名称为“用于房间的空气管理的设备和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及用于房间的空气管理的设备和方法。


背景技术：

3.室内空气质量是与人体健康和舒适感密切相关的重要问题。考虑到许多人在室内度过他们大部分的时间(例如90％以上的时间)，室内空气污染构成了各种健康问题的重大风险因素。一般来说，空气污染物可能是颗粒污染物、气体污染物和微生物中的一种或多种。
4.许多建筑物都配备了所谓的hvac系统，即加热、通风和空调系统，用于提供热舒适性和可接受的室内空气质量。然而，在某些环境中，特别是大城市中，室外空气污染可能非常严重，并且已经发现在这样的环境中，目前的hvac系统不能够足够地对所有颗粒进行过滤，其中这些系统特别在从输入空气中去除相对较小的颗粒方面不是很有效。此外，大多数hvac系统不能从室内空气中去除各种气体污染物如甲醛和其他voc(挥发性有机化合物)，因为这些系统中使用的过滤器不适合这样做。hvac系统的另一个缺点是系统消耗大量能量，特别是当系统持续开启(实践中通常是这样的情况)以维持空气质量时。
5.在室内空气质量管理领域，为了弥补hvac系统的缺点，已经开发出独立的空气净化器。这种空气净化器的示例从wo2012/066453a1已知。独立的空气净化器将放置在房间内，对生活在高度污染城市里的人们非常有用，因为它们在从室内空气中去除各种污染物方面帮助非常大。独立的空气净化器的运行比hvac系统的运行需要少得多的功率。此外，由于作为空气净化器的一部分并且用于迫使空气流过空气净化器的风扇具有足够大的功率以实现高效率过滤器在空气净化器中的应用，所以独立的空气净化器能够从空气中去除大颗粒和小颗粒两者。独立的空气净化器的另一个优点在于空气净化器能够用于去除室内气体污染物。
6.通常建议将应用了独立的空气净化器的房间保持封闭，使得可以具有良好的空气净化效率。如果独立的空气净化器将在开放的房间中运行，那么由于源强度太高，室内空气将难以通过空气净化器来清洁。然而，在封闭的房间中运行独立的空气净化器涉及在房间中存在一个或多个人的情况下房间中二氧化碳水平的增加。例如，如果在50立方米的封闭房间内存在两个人，则二氧化碳将聚积在房间内，并且二氧化碳水平在半小时内上升到1000ppm以上。因此，二氧化碳水平能够在相对较短的时间段内变得非常高，其中不再可能符合国家和/或全球标准，所述标准通常基于作为阈值的1000ppm的值。
7.独立的空气净化器不能够从空气中去除二氧化碳。因此，存在这种空气净化器的房间需要至少不时地被通风。一般来说，假设房间有窗户，可以通过打开窗户来实现通风，
但如果室外空气质量非常差，那么这可能会使室内空气质量恶化。不能留待由用户来确定打开窗户的正确时间以及确定通风行为的适当持续时间。
8.从jph11201511已知提供一种空气清洁系统，其包括用于对房间内的空气进行循环和过滤的送风机以及用于将外部空气引入房间内的通风装置。当气体检测器检测到房间内的气体水平超过规定的基准范围时，通风装置被启动以将外部空气引入房间内。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于缓解一方面需要良好的室内质量和另一方面需要通风的困境。有鉴于此，根据本发明，提供了一种用于房间的空气管理的设备，其包括：用于实现房间的内部环境与房间的外部环境之间的空气交换的通风装置；独立的空气净化器，其与通风装置分开布置，并且适于从房间的内部环境中的空气中去除污染物；以及与通风装置和空气净化器都通信的控制系统，其适于根据与房间的内部环境和房间的外部环境相关的空气质量数据来控制通风装置和空气净化器的运行，所述控制系统被配置为根据与房间的外部环境相关的空气质量数据是高于预定基准还是低于预定基准而不同地控制所述通风装置和所述空气净化器。优选地，控制系统适于处理与房间的内部环境和房间的外部环境相关的空气质量数据。
10.在本发明的上下文中，“内部环境”和“室内”等表述应被理解为与房间内存在的空气相关，而“外部环境”和“室外”等表述应被理解为与存在于房间外并且可以通过通风装置进入房间的空气相关，这些空气在大多数情况下是来自存在于所述房间构成其一部分的建筑物的外部的露天的空气。
11.基于本发明，可以实现包括通风装置和独立的空气净化器的设备的最佳运行，使得室内空气质量持续处于可能的最佳水平，并且能量消耗可以达到最小。此外，构成控制系统的功能的基础的控制算法可以被选择为例如考虑关于房间中的二氧化碳水平的预定阈值。因此，本发明提供了避免下述情形的方式：由于独立的空气净化器的长期运行而导致房间内的二氧化碳水平变得危险地高的情形、浪费能量的情形以及空气清洁仅以较低的速度进行的情形。
12.如上所述，根据本发明的设备包括三个主要部件，即通风装置、独立的空气净化器和控制系统。通风装置安装在房间的墙壁上或固定在房间内可能存在的窗户或空调上是实用的。通风装置可以包括双向风扇、一组风扇(其中一个风扇用于从房间排出空气，另一个风扇用于向房间供应空气)、自动控制的窗户或者可以具有如下功能的任何其他机械结构，即在房间的内部环境与房间的外部环境之间交换空气，以用于从房间内排出污浊空气，并将新鲜空气引入房间内。独立的空气净化器的主要功能是清洁污浊的室内空气。特别地，空气净化器可以适于从室内空气中去除气体污染物和颗粒污染物中的至少一者。理想地，可以调节通风装置和空气净化器中的至少一者的气流。
13.控制系统提供通风装置与空气净化器之间的通信，使得根据本发明的设备的这些部件的运行可以彼此适配，以便以最小的功率消耗获得最佳的空气清洁结果。通风装置和空气净化器的控制包括确定通风装置和空气净化器何时应该开启和关闭，并且还可以包括例如设定气流速率。在某些情况下，控制系统适于使用与房间的内部环境和房间的外部环境中的至少一者相关的空气质量数据。空气质量数据可以从合适的感测装置和/或通用数
据源收集，其中后者特别适用于与房间的外部环境相关的空气质量数据。通常，数据可以通过数据收集器获得，其中数据收集器可以是位于房间内的任何适当位置处的传感器和/或是网站数据收集器。在根据本发明的设备的实用实施例中，可以应用位于通风装置上或通风装置附近的合适的控制器，其中该控制器布置成从位于通风装置上或通风装置附近的用于检测碳二氧化碳、颗粒物或气体污染物的传感器接收信息，以及从适于从关于实际室外空气质量的官方网站收集数据的数据收集器接收信息。控制器与通风装置和空气净化器中的至少一者之间的通信可以以无线方式进行。在某些情况下，合适的控制器是这样的控制器：其适于遵循旨在实现操作通风装置和空气净化器的某些算法，使得室内空气质量在给定情况下总是处于最佳状态，避免浪费能量。
14.为了完整起见，应当注意的是，控制系统优选地能够自动运行程序。然而，这不会改变本发明还涵盖了可以由用户设置控制系统运行这种情形的事实，即根据本发明的设备包括用户接口并且用户能够通过用户接口确定通风装置和空气净化器的状态的情形——假设用户不采取任意行动，但考虑了空气质量、室内和/或室外的实际情况。在本文中，以具有房间的自动空气管理的最实际的选择为出发点。
15.在下文中，将提及和阐明关于控制系统的各种选择。
16.首先，控制系统可以适于将与房间的内部环境相关的空气质量数据与预定的基准数据进行比较。例如，控制系统可以适于将能够通过合适的传感器检测到的室内空气的甲醛的实际水平与最大允许水平进行比较。从这样的比较开始，并且根据比较的结果，控制系统能够确定对通风装置和空气净化器的运行的适当控制。如果发现室内空气质量等于或优于可接受的标准，则不需要运行通风装置和空气净化器，因而它们可以保持在关闭模式，由此能够节约能量。因此，如果发现房间的内部环境的空气质量等于或优于预定基准，则控制系统适于设置通风装置和空气净化器两者的非激活状态是有利的。如果发现室内空气质量比可接受的标准差，则对通风装置和空气净化器的运行的控制旨在改善室内空气质量。因此，如果发现房间的内部环境的空气质量比预定基准差，则控制系统适于运行用于启动通风装置和空气净化器中的至少一者的程序是有利的。
17.如果发现房间的内部环境的空气质量比预定基准差，则如果控制系统还适于将关于房间的外部环境的空气质量数据与预定基准数据进行比较将是实用的。如果室外空气质量足够好，则运行通风装置和空气净化器中的任何一者都是没有问题的。但是，如果室外空气质量差，就需要在两个相冲突的要求，即，具有清洁室内空气的要求和防止室内空气的二氧化碳水平上升到不可接受的值的要求之间找到最佳方案。
18.在发现房间的外部环境的空气质量等于或优于预定基准的情况下，所述控制系统适于使所述通风装置的激活状态与所述空气净化器的激活状态相交替。不需要同时运行通风装置和空气净化器，从而节约能量。当空气净化器运行时，可以实现室内空气质量的改善。当通风装置运行时，在空气净化器运行期间聚积在房间中的二氧化碳可以从房间排出。在通过通风装置允许室内空气和室外空气交换之后，空气净化器可以再次开启。
19.通风装置和空气净化器的交替运行可以反复地重复进行。在此过程中实用的是，在室内空气质量与室外空气质量之间进行比较以确定最好是运行通风装置还是运行空气净化器。因此，有利的是，控制系统适于在关于房间的内部环境的空气质量数据与关于房间的外部环境的空气质量数据之间进行比较，以在发现房间的外部环境的空气质量优于房间
的内部环境的空气质量的情况下设置为通风装置的激活状态和空气净化器的非激活状态，并且在发现房间的外部环境的空气质量差于房间的内部环境的空气质量的情况下设置为通风装置的非激活状态和空气净化器的激活状态。
20.根据替代方案，控制系统可以适于运行用于分别控制通风装置和空气净化器的运行持续时间的计时器程序。在这方面有利的是，该设备包括用于使用户能够向控制系统提供关于房间特性的信息的用户接口，其中控制系统适于基于所述信息分别确定通风装置和空气净化器的运行持续时间。通过这种方式，通风装置和空气净化器的运行持续时间可以分别选择为对于房间的特性(包括房间的大小和房间内存在的人数)是最佳的。
21.根据另一替代方案，该设备包括用于测量通风空气量的流量计，其中控制系统适于一旦发现通风空气量达到预定基准水平，则停止通风装置的运行。同样在这种情况下有利的是，该设备包括用于使用户能够向控制系统提供关于房间特性的信息的用户接口。然后，可以由控制系统使用该信息来确定通风空气量的基准水平。
22.关于控制系统的上述选择涉及到室外空气质量与预定基准的比较表明室外质量等于或优于所述基准的情形。优选地，控制系统还适于在发现房间的外部环境的空气质量比预定基准差的情况下，设置为通风装置的非激活状态和空气净化器的激活状态。通过这种方式，避免了质量差的空气被供应到房间的情况，同时空气净化器用于改善室内空气质量。然而，为了防止房间中的二氧化碳水平变得过高，有利的是，所述设备包括用于感测房间中的二氧化碳水平的感测装置，并且控制系统适于只要发现房间中的二氧化碳水平高于预定基准，则改变通风装置的非激活状态至激活状态。通过这种方式，房间以仅仅足以将房间中的二氧化碳水平保持在可接受的值的最小程度通风。
23.应当注意的是，与房间的内部环境相关的空气质量数据可以包括二氧化碳水平数据、颗粒水平数据和气体污染物水平数据中的至少一项，并且与房间的外部环境相关的空气质量数据可以包括颗粒水平数据和气体污染物水平数据中的至少一项。其他类型的空气质量数据在室内空气质量和/或室外空气质量方面也是可行的。可以基于检测来获得与房间的外部环境相关的空气质量数据，但是也可以从诸如因特网的通用数据源检索这样的数据。
24.根据在本发明的框架内存在的选项，通风装置和空气净化器中的至少一者的流速是可调节的，其中控制系统适于设定通风装置和空气净化器中的所述至少一者的流速。因此，可以进一步优化根据本发明的设备实现/保持良好的室内空气质量的方式。
25.本发明涉及用于房间的空气管理的设备和用于房间的空气管理的方法。从上文可以看出，该方法可以被定义为这样一种用于房间的空气管理的方法：该房间配备有用于实现房间的内部环境和房间的外部环境之间的空气交换的通风装置以及独立的空气净化器，该空气净化器与通风装置分开布置，并且适于从房间的内部环境中的空气中去除污染物，其中根据与房间的内部环境和房间的外部环境相关的空气质量数据控制通风装置和空气净化器的运行，其中根据与房间的外部环境相关的空气质量数据是高于预定基准还是低于预定基准，通风装置和空气净化器被不同地控制。
26.按照前面关于根据本发明的设备所描述的选项，以下选项适用于根据本发明的方法，其中应当注意，这些选项以或多或少地反映连续的控制步骤的逻辑顺序列出：
[0027]-将与房间的内部环境相关的空气质量数据与预定基准数据进行比较；
[0028]-在发现房间的内部环境的空气质量等于或优于预定基准的情况下，设置为通风装置和空气净化器的非激活状态；
[0029]-在发现房间的内部环境的空气质量比预定基准差的情况下，运行用于启动通风装置和空气净化器中的至少一者的程序；
[0030]-将与房间的外部环境相关的空气质量数据与预定基准数据进行比较；
[0031]-在发现房间的外部环境的空气质量等于或优于预定基准的情况下，使通风装置的激活状态与空气净化器的激活状态相交替；
[0032]-在与房间的内部环境相关的空气质量数据和与房间的外部环境相关的空气质量数据之间进行比较，在发现房间的外部环境的空气质量优于房间的内部环境的空气质量的情况下，设置为通风装置的激活状态和空气净化器的非激活状态，并且在发现房间的外部环境的空气质量比房间的内部环境的空气质量差的情况下，设置为通风装置的非激活状态和空气净化器的激活状态；
[0033]-在发现房间的外部环境的空气质量比预定基准差的情况下，设置为通风装置的非激活状态和空气净化器的激活状态；以及-应用用于感测房间中的二氧化碳水平的感测装置，并且只要发现房间中的二氧化碳水平高于预定基准，则改变通风装置的非激活状态至激活状态。
[0034]
关于根据本发明的设备提及的以下选项也适用于根据本发明的方法：
[0035]-运行用于分别控制通风装置和空气净化器的运行持续时间的计时器程序；
[0036]-基于由用户提供的信息分别确定通风装置和空气净化器的运行持续时间；
[0037]-应用用于测量通风空气量的流量计，并且一旦发现通风空气量已经达到预定基准水平，则停止通风装置的运行；
[0038]-与房间的内部环境相关的空气质量数据包括二氧化碳水平数据、颗粒水平数据和气体污染物水平数据中的至少一项，并且与房间的外部环境相关的空气质量数据包括颗粒水平数据和气体污染物水平数据中的至少一项；
[0039]-从通用数据源检索与房间的外部环境相关的空气质量数据；和
[0040]-假设通风装置和空气净化器中的至少一者的流速是可调节的，设置通风装置和空气净化器中的所述至少一者的流速。
[0041]
本发明的上述和其它方面将从以下对配备有用于房间的空气管理的设备(其包括通风装置、独立的空气净化器和控制系统)的房间以及关于通风装置和空气净化器的运行的控制的各种选项的详细描述而变得显而易见并将参考这些描述被阐释。
附图说明
[0042]
现在将参照附图更详细地解释本发明，在附图中：
[0043]
图1示意性地示出了配备有用于房间的空气管理的设备的房间，该设备包括通风装置、独立的空气净化器和控制系统；
[0044]
图2是适用于在外部空气质量良好的情况下控制通风装置和空气净化器的运行的方式的流程图；以及
[0045]
图3是适用于在外部空气质量差的情况下控制通风装置和空气净化器的运行的方式的流程图。
具体实施方式
[0046]
图1示意性地示出了配备有用于房间100的空气管理的设备1的房间100，该设备1包括通风装置10、独立的空气净化器20和控制系统30。空气净化器20位于房间100内的适当位置，并且如果需要可以容易地由用户更换到房间100中的另一位置。在所示的示例中，通风装置10安装在房间100的墙壁101上，并且是用于将污浊空气从房间100的内部环境102排出到房间100的外部环境103以及从房间100的外部环境103向房间100的内部环境102供应新鲜空气的双向风扇。图1中通过一组两个相对的箭头示意性地描绘了空气交换。
[0047]
空气净化器20用于清洁房间100的内部环境102中的污浊空气。此外，空气净化器20包括风扇(未示出)，该风扇用于迫使待净化的空气在空气净化器20运行期间流过空气净化器20。通过图1中的弯曲箭头示意性地描绘了空气净化器20的进出气流。在所示的示例中，空气净化器20能够以无线方式接收和发送数据，特别是关于运行特性的数据。空气净化器20与控制系统30之间的无线通信通过图1中的虚线双头箭头示意性地描绘。
[0048]
控制系统30适于运行控制程序，该控制程序旨在使房间100的内部环境102中具有可能的最佳质量的空气，在某些情况下具有满足特定标准的空气。在所示的示例中，控制系统30包括控制器31和数据收集器32，数据收集器32可以是能够提供实时室内空气质量数据的传感器和/或可以从官方网站下载每日室外空气质量数据的软件。例如，传感器可以是二氧化碳传感器、颗粒传感器或气体污染物传感器。考虑到从数据收集器32获得的空气质量数据，控制程序用于在适当的时刻开启和关闭通风装置10和空气净化器20。控制器31和数据收集器32可以集成到如图1所示的通风装置10，但控制器31和数据收集器32的其他定位也是可能的，包括在空气净化器20上的定位。
[0049]
图2和图3示出了控制程序的多个可能的方面，其中图2涉及在室外空气质量良好的情况下适用的算法，并且图3涉及在室外空气质量差的情况下适用的算法。简言之，当室外空气质量良好时，通风装置10和空气净化器20交替地运行，而当室外空气质量差时，通风装置10和空气净化器20首先同时运行几分钟，然后仅运行空气净化器20以将室内空气质量置于可接受的水平。
[0050]
在下文中，将描述关于用于房间100的空气管理的设备1的各种选项。注意，在本发明的框架内，这些选项的组合是可能的。
[0051]
根据第一选项，设备1是传感器辅助设备。传感器可以放置在通风装置10处、空气净化器20处或房间100中的另一适当位置处，用于执行室内空气质量的及时测量。通风装置10和空气净化器20将根据传感器数据交替地运行。可以使用气体传感器和颗粒传感器两者。在下文中，作为示例，将假定用于房间100的空气管理的设备1包括甲醛传感器和二氧化碳传感器。
[0052]
甲醛传感器安装在空气净化器20上。当发现甲醛浓度是基准值(例如国家标准)的两倍或三倍时，空气净化器20被开启，并且通风装置10保持在非激活状态。在空气净化器20运行一段时间之后，甲醛传感器将收集新的数据。如果发现甲醛浓度低于基准值，则空气净化器20将被置于非激活状态，并且通风装置10将被置于激活状态约三分钟，以便将来自房间100的外部环境103的新鲜空气供应到房间100的内部环境102。当发现甲醛浓度比基准值高得多时(例如是基准值的四倍/五倍时)，通风装置10被开启十分钟，包括从房间100的内部环境102到房间100的外部环境103的空气排出的五分钟，以及之后的从房间100的外部环
境103向房间100的内部环境102供应新鲜空气的五分钟。当通风装置10的运行停止时，对传感器数据进行解读，并且开启空气净化器20以降低甲醛浓度。在空气净化器20运转一定时间后，例如半小时到一小时后，停止空气净化器20的运行，并且重启通风装置10十分钟。通风装置10和空气净化器20的运行时间可以根据室内空气质量和室外空气质量来调节。
[0053]
二氧化碳传感器可以安装在通风装置10上，用于指示通风装置10和空气净化器20的运行时间。当二氧化碳传感器检测到二氧化碳水平高于预定基准值时，例如当空气净化器20处于激活状态时的1600ppm的值时，停止空气净化器20的运行，并且将通风装置10置于激活状态，以便进行空气交换几分钟，直至二氧化碳水平处在较低的值，例如500ppm的值。只要房间100的内部环境102中的二氧化碳水平测量值低于空气净化器20处于激活状态时的1600ppm，则通风装置10保持在非激活状态。
[0054]
根据第二选项，用于房间100的空气管理的设备1是大数据辅助设备。关于室外空气质量的信息可以由适当的数据收集器在某些可以访问互联网的地方从官方网站获得。在这种情况下，数据收集器可以安装在通风装置10、空气净化器20和控制系统30中的一者上，或者安装在房间100中的另一适当位置。如果室外质量差，则通风装置10保持在非激活状态，而空气净化器20将保持在激活状态。在空气净化器20运行一定时间例如1小时或2小时后，为了将二氧化碳浓度保持在可接受的水平，通风装置10将被置于激活状态几分钟。随后，通风将停止，而空气净化器20将保持在激活状态。如果室外空气质量良好，则通风装置10也将在空气净化器20不处于激活状态的情况下开始空气交换。
[0055]
根据第三选项，用于房间100的空气管理的设备1是计时器辅助设备，其中使用计时器程序来控制通风和空气净化的持续时间。特别地，计时器程序可用于设置使通风和空气净化交替的时间间隔。例如，可以在五分钟内进行通风，每次通风发生在一小时的空气净化之后。可以使用预定的关系来确定对于房间100的特定大小和房间100中存在的人的特定数量，通风和空气净化的多大的持续时间是合适的。在通风装置10已经运行了对于房间大小和房间100中存在的人的数量是合适的特定时间之后，通风装置10将被置于非激活状态，并且空气净化器20将自动开启。在一定时间之后，空气净化器20将被关闭，并且通风装置10将再次开启，这有利于降低房间100中的二氧化碳水平，其由于房间100中人的存在和房间100保持关闭而在此期间变得越来越高。
[0056]
根据第四选项，用于房间100的空气管理的设备1是流量计辅助设备。流量计可用于测量通风空气量，并用于辅助控制系统30确定交替运行通风装置10和空气净化器20的时间间隔。在房间100被关闭的同时空气净化器20连续处于激活状态一小时之后，通风装置10将被置于激活状态，以将二氧化碳水平降低到可接受的值。通风装置10上的流量计用于确定何时可以停止通风，同时流速是能够根据房间大小调节的。一般来说，每小时进行一次在房间100的内部环境102中的空气与来自房间100的外部环境103的空气的交换将是实用和足够的。
[0057]
本领域技术人员将清楚，本发明的范围不限于上述的示例，而是在不脱离在所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下能够进行若干修改和改动。虽然已经在附图和说明书中详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述仅被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。
[0058]
所公开的实施例的变化可以由本领域技术人员在实践所要求保护的发明时根据
对附图、说明书和所附权利要求的研究来理解和实施。在权利要求中，“包括”一词不排除其他步骤或元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。例如，通风装置和空气净化器中的至少一者的流速可以是可调节的，其中控制系统适于设定通风装置和空气净化器中的所述至少一者的流速，不仅适用于如权利要求1所反映的本发明的主要概念，而且可以非常好地与本发明的一个或多个另外的方面相结合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制本发明的范围。