一种壁挂式室内空气消毒机及其控制方法与流程

本发明涉及空气消毒净化，尤其涉及一种壁挂式室内空气消毒机及其控制方法。

背景技术：

1、随着社会的发展与进步，人们将会越来越注重生活或工作环境的安全健康。传统技术中有多种空气消毒方式，其原理各不相同，常见的空气消毒原理包括：1、化学消毒药物喷洒，缺点是对人体有害，有人时不能使用；2、臭氧消毒，缺点是对人有害，对设备有较强的腐蚀作用，不适合在有人和精密仪器仪表的空间使用；3、过滤杀毒，缺点是空气质量越差，维护周期越短，维护成本越高，风速越大消毒效果越差，若是配合离子吸附技术能提高消毒效果，但是容易产生臭氧，对空气造成二次污染。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种壁挂式室内空气消毒机及其控制方法，本发明根据控制粉尘浓度、二氧化碳浓度、甲醛浓度、温度控制壁挂式室内空气消毒机的工作状态，实现壁挂式室内空气消毒机的智能化运行；本发明的智能控制方法，在节约能源的同时，能够将壁挂式室内空气消毒机的工作状态调节到充分保障人体健康的适宜水平，创造良好的室内卫生环境。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、本发明首先提供一种壁挂式室内空气消毒机，包括检测单元和控制单元；所述检测单元包括粉尘传感器模块、温度传感器模块、二氧化碳传感器模块、甲醛传感器模块；所述检测单元用于检测室内粉尘浓度、温度及活物、二氧化碳浓度、甲醛浓度；

4、所述控制单元包括紫外灯驱动模块、风速驱动模块、负离子驱动模块、外阀门驱动模块、内阀门驱动模块；所述控制单元用于控制紫外灯、风机、负离子、调节风循环的外阀门、调节风循环的内阀门。

5、本发明另一方面还提供了上述的一种壁挂式室内空气消毒机的控制方法，包括以下步骤：

6、1)检测室内粉尘浓度、温度、甲醛浓度及是否存在活物。

7、2)默认进行室内空气循环，并根据处于室内空气循环下，当二氧化碳浓度超过的时候主动进入室外空气循环，退出室内空气循环；处于室外空气循环下，当二氧化碳浓度小于时，进入室内空气循环，退出室外空气循环。判断后续是室外空气循环或是室内空气循环。

8、a.室外空气循环，调节风循环的外阀门工作，外阀门完全打开后，调节风循环的内阀门工作，完全关闭内阀门。

9、b.室内空气循环，调节风循环的内阀门工作，内阀门完全打开后。根据，以下换气条件，判断是否换气以便调节风循环的外阀门工作：非换气时外阀门完全关闭；换气时外阀门根据二氧化碳浓度自动调节开起比例u％，具体见公式(6)。

10、首次进入室内空气循环默认上次换气进度m(n-1)为0，且立即执行换气。换气达到p(n)分钟结束，见公式(5)，记录本次换气进度m(n)，换气结束后计时换气间隔时间，当达到qstd(qstd>3pstd)后再换气p(n+1)分钟至换气结束，如此每隔qstd分钟再换气，之后循环。

11、由室外空气循环进入室内空气循环时，需主动另上次换气进度m(n-1)为100％，并认为当前换气结束，后续开始计时，转至a中换气结束处，如此进入a循环。

12、3)根据外阀门打开来调节粉尘浓度，外阀门完全关闭来调节甲醛浓度，判断负离子调节对象。负离子发生器根据调节对象实时浓度ct及期望标准浓度进行以下状态工作。

13、a.当ct>(cstd+δc)时，负离子全功率工作。

14、b.当(cstd+δc)≥ct ≥cstd时，以增量式pid控制器为基础，辅以风速挡位进行调节负离子平均工作功率，见公式(7)至公式(8)。

15、c.当ct<cstd时，负离子关闭，停止工作。

16、4)根据房间内活物数量、消杀时间间隔、换气状态及上次消杀完成度调节消杀时间，调节紫外灯输出挡位及时长。

17、a.根据房间内活物数量n，切换至不同紫外灯挡位，具体见公式(9)

18、b.根据房间体积v与消毒性能f得出该房间能对空气中自然菌的消亡率≥90％、对空气中致病菌的消亡率≥99.9％的消毒时间estd，见公式(10)。根据房间体积、换气时长、室外进风比、风速及各进出风口面积得出额外延长消毒时间eadd，见公式(11)。

19、根据以下状态控制消毒执行。

20、当首次工作时，默认从未消毒，立即执行消毒，并开始计时(按照除最低档挡位消毒时间换算至最低档消毒时间计时)，当时长达到estd后消毒结束，当达到j(j>2estd)后再次执行消毒，如此间隔性自动循环消毒。

21、当执行换气后，进行额外消毒，即额外延长消毒时间eadd，见公式(11)。

22、5)根据紫外灯状态、负离子调节对象浓度达标状态、外阀门状态来工作与关闭，控制风机以下述状态工作。

23、a.当外阀门完全关闭、紫外灯完全关闭、负离子调节对象浓度达标时，见公式(1)。

24、b.当外阀门完全关闭时，且紫外灯工作时或负离子调节对象浓度未达标时，见公式(2)。

25、c.当外阀门完全打开时，且紫外灯工作时或负离子调节对象浓度未达标时，见公式(3)。

26、d.当外阀门部分打开执行换气时，且紫外灯工作时或负离子调节对象浓度未达标时，见公式(4)。

27、6)如此跳至1)。

28、风机作为消毒净化、清新换气辅助执行单元，其根据紫外灯状态、负离子调节对象浓度达标状态、外阀门状态来工作与关闭，具体控制方法如下：

29、当外阀门完全关闭、紫外灯完全关闭、负离子调节对象浓度达标时，见公式(1)。

30、fanspeedgear＝0 (1)

31、其中，fanspeedgear为风机风速挡位。

32、当外阀门完全关闭时，且紫外灯工作时或负离子调节对象浓度未达标时，见公式(2)。

33、

34、其中，i为风机风速挡位具体值，i∈[imin,imax]，1≤imin<imax-1，i∈n+，imin∈n+，imax∈n+，imax一般小于8，t为实时温度，tcomfort为人体适宜温度,cpm2.5为粉尘实时浓度，单位ug/m3，datai为经验定义的范围分界值，a为温度调节权值且a≤0.1，b为粉尘调节权值且b≤0.05。

35、当外阀门完全打开时，且紫外灯工作时或负离子调节对象浓度未达标时，见公式(3)。

36、

37、当外阀门部分打开执行换气时，且紫外灯工作时或负离子调节对象浓度未达标时，见公式(4)。

38、fanspeedgear＝imin+1 (4)

39、调节风循环的内外阀门主要控制空气循环风道，是清新换气的主要执行单元，其根据二氧化碳浓度调节换气。具体控制方法如下：

40、默认进行室内空气循环。处于室内空气循环下，当二氧化碳浓度超过的时候主动进入室外空气循环，退出室内空气循环；处于室外空气循环下，当二氧化碳浓度小于时，进入室内空气循环，退出室外空气循环，并执行换气程序。

41、所述室外空气循环，即调节风循环的外阀门工作，外阀门完全打开后，调节风循环的内阀门工作，完全关闭内阀门。

42、所述室内空气循环，即调节风循环的内阀门工作，内阀门完全打开后，调节风循环的外阀门工作，非换气时外阀门完全关闭；换气时外阀门根据二氧化碳浓度自动调节开起比例。

43、所述换气程序，即①首次进入室内空气循环默认上次换气进度m(n-1)为0，且立即执行换气p(n)分钟，记录本次换气进度m(n)，换气结束后每隔qstd(qstd>3pstd)分钟再换气，形成自动换气循环；②由室外空气循环进入室内空气循环时，需主动令上次换气进度m(n-1)为100％，并认为当前换气结束，开始计时，间隔qstd分钟再换气，如此进入上述自动换气循环，引入新风。其中，记忆换气计时时间与间隔时间，即除非换气结束，否则换气计时时间与换气间隔时间不清零，相关公式见公式(5)。

44、p(n)＝(2-m(n-1))pstd (5)

45、其中，pstd为人为设定的经验值。

46、所述换气时外阀门根据二氧化碳浓度自动调节开起比例u％，见公式(6)。

47、

48、其中，j为换气挡位，umax为最大换气挡位，umax∈n+，umax<9，j＝1,2,...,umax-1，u∈[10，10(umax+1)]，cco2为二氧化碳实时浓度，单位ppm，为经验定义的范围分界值，

49、负离子发生器主要去除和过滤掉甲醛等空气游离物，是空气净化的主要执行单元。其根据外阀门打开来调节粉尘浓度，外阀门完全关闭来调节甲醛浓度，通过更改负离子调节间隔时间内输出负离子工作时间与关闭时间的占比，来调节平均功率以达到不同对象的调节。具体控制方法如下：

50、当c>(cstd+δc)时，负离子全功率工作；

51、当(cstd+δc)≥c≥cstd时，以增量式pid控制器为基础，辅以风速挡位进行调节负离子平均工作功率；

52、当c<cstd时，负离子关闭，停止工作。

53、其中，实时浓度期望标准浓度调节对象浓度区域间隔值一般是cstd的倍数，为甲醛实时浓度，为室内甲醛标准浓度，为室内粉尘标准浓度。

54、本发明中，pid调节控制，以该对象浓度偏差e(n')和该对象浓度变化率ec(n')作为pid控制器输入变量，来实现有效节能的负离子变频输出控制，具体见公式(7)至公式(8)。

55、

56、其中，t为时刻；n'为该对象浓度控制周期次数，tinterval为算法参数负离子调节间隔时间；rin(n')为系统的期望输出，即第n'次周期的该对象浓度值，rin(n')＝cstd，yout(n')为系统的实际输出，即第n'次控制周期的该对象浓度值，

57、

58、其中，比例控制参数积分控制参数微分控制参数风速挡位调节权值u(n')为第n'次控制周期的负离子工作时间占比。

59、紫外灯主要杀灭空气中自然菌与致病菌，是空气消毒的主要执行单元。其根据房间内活物数量、消杀时间间隔、换气状态调节消杀时间。具体控制方法如下：

60、根据房间内活物数量n，切换至不同紫外灯挡位，具体见公式(9)。

61、

62、其中，h为紫外灯挡位，h∈[1，hmax]，hmax为紫外灯挡位最大值，hmax∈n+，k为室内活物数量挡位值，k＝1,2,...,hmax-1，为经验定义的范围分界值，

63、根据房间体积v与消毒性能f得出该房间能对空气中自然菌的消亡率≥90％、对空气中致病菌的消亡率≥99.9％的消毒时间estd，见公式(10)。根据房间体积、换气时长、室外进风比、风速及各进出风口面积得出额外延长消毒时间eadd，见公式(11)。

64、estd＝vf (10)

65、其中，estd＝[e1,...,ei]，f＝[x1,...,xi]，i＝hmax，每个挡位的消毒性能转换关系为x1＝a1x2＝...＝ai-1xi。

66、

67、其中，ti为执行完成的换气时长p(n)中外阀门不同开启比例的时长，为外部进风口面积，为内部进风口面积，sout为出风口面积，ratio1为室外进风比，fanspeed为风速，ratio2为室外进风体积占比。

68、最终根据下列状态得出本次消毒时间：

69、1)当首次工作时，默认从未消毒，立即执行消毒，并开始计时，当时长达到estd后消毒结束，当达到j(j＞2estd)后再次执行消毒，如此间隔性自动循环消毒。非最低档挡位消毒时间换算至最低档消毒时间计时。

70、2)当执行换气后，进行额外消毒，即额外延长消毒时间eadd，见公式(11)。

71、本发明的有益效果在于：

72、本发明的一种壁挂式室内空气消毒机的控制方法，风速控制在室内空气循环中以室内粉尘浓度、温度、换气状态为核心，根据实时屋况，打造低粉尘的人体适应的空气流速的同时，节能省电；调节风循环的内外阀门，自动实现清新换气，为空气引入新活力，并在室外循环中，迅速吸入大量空气，快速降低室内二氧化碳浓度。负离子发生器输出控制主要根据不同时段的对象浓度进行分时段调节，并辅以风速调节偏置量，实现前期快速全功率降所述对象浓度，后期缓慢工作，至尽可能地使室内所述对象浓度降至室内标准水平以下。紫外灯输出控制在确保室内空气中自然菌的消亡率≥90％、致病菌的消亡率≥99.9％的同时，智能化的减少对生物产生的危害，进一步节能。