用于监测通过建筑物围护结构的空气泄漏并控制通风系统的方法和系统与流程

1.本发明总体上涉及建筑物的气密性、通风和空气调节的监测和控制。


背景技术：

2.当空气穿过建筑围护结构时，建筑物会泄漏能量。这种泄漏可能是双向的，并且是基于建筑围护结构内部和外部压差的。这种泄漏会在加热和冷却的建筑物中造成相当大的能量损失。
3.解决这个问题最常见的方法是试图关闭或密封空气可能通过的开口。然而，为节省大量能源而对旧建筑物进行改造的费用是昂贵的。
4.替代方法是控制建筑物内部的气压，使外部和内部气压之间的差最小化。这种方法需要了解建筑物的属性以及建筑物内部和外部的当前状况。
5.已经开发出确定建筑物气密性的方法。国际标准iso 9972定义了一种风扇加压方法，旨在表征建筑围护结构或其部分的透气性。该标准涉及建筑物的热性能、建筑物透气性的确定、和风扇加压方法。该标准的内容通过引用整体并入本文。
6.气压控制方法的有效利用需要改进的方法和装置，用于测量热性能，并且特别是透气性，以及影响建筑物性能的实时条件，以及能够利用所获得的信息以通过建立室内
‑
室外气压平衡来减少能量损失的方式控制通风和空气调节的系统。


技术实现要素：

7.本发明通过提供用于监测建筑物中的空气泄漏以及基于这种监测控制通风系统的方法和系统来解决这些需要。
8.在本发明的第一方面中，提供了一种方法，用于：获得通过建筑物围护结构的空气流量与围护结构的各个侧面上的气压差之间的对应关系的估计；获得在围护结构的各个侧面上的当前气压差的测量值；基于对应关系和当前气压差计算每单位时间通过围护结构的当前空气流量；以及显示或传输计算出的每单位时间通过围护结构的当前空气流量的表示。该结果可以例如显示在图形用户界面上，或者可以被传输到远程系统以在那里显示或进行进一步处理。
9.在一些实施方式中，该方法还包括：获得测量或计算建筑物围护结构外部的绝对气压、建筑物围护结构外部的湿度以及建筑物围护结构外部和内部的温度；基于计算出的每单位时间通过围护结构的当前空气流量，以及测量或计算出的建筑物围护结构外部的绝对气压、建筑物围护结构外部的湿度和建筑物围护结构外部和内部的温度，计算由空气泄漏引起的能量损失；以及显示或传输计算出的能量损失的表示。
10.该方法可用于加热的建筑物以及冷却的建筑物。因此，实施方式可以包括建筑物，其中，能量损失是从建筑物围护结构流出的热的净流动导致对加热的需求增加的结果，或者是进入建筑物的热的净流动导致对冷却的需求增加的结果。
11.在本发明的一些实施方式中，计算能量损失的过程包括计算建筑物围护结构外部的空气的热容量和建筑物围护结构内部和外部空气之间的温差，以及对于与计算出的每单位时间通过围护结构的当前空气流量相对应的外部空气体积，计算将温度从外部温度改变到内部温度所需的能量。在一些实施方式中，该计算可以包括表示加热处理或冷却处理的效率的调节。
12.根据本发明的一些实施方式，该方法包括获得测量或计算建筑物围护结构外部和内部的绝对气压、建筑物围护结构外部和内部的空气湿度以及建筑物围护结构外部和内部的温度。例如，绝对气压可以在围护结构的一侧测量，并且基于该测量和在围护结构的各个侧面上测量的当前气压差计算围护结构的另一侧。从这些测量中，可以分别计算建筑物围护结构外部和内部空气的湿度差或绝对水分含量。现在可以基于计算出的湿度差或绝对水分含量和计算出的每单位时间内通过围护结构的当前空气流量，计算由于空气泄漏而导致的通过围护结构的净水分输送。显示或传输所得到的计算出的水分输送的表示。
13.在本发明的一些实施方式中，通过测量或计算获得在围护结构的最热侧上的空气的露点。如果露点高于围护结构最冷侧上的温度，并且围护结构最热侧上的气压较高，则在显示或传输计算的水分输送的表示中包括警报。
14.通过测量选定压差下的空气流速并从测量得出对应关系的估计值，可以获得通过建筑物围护结构的空气流量与围护结构各个侧面上的气压差之间对应关系的估计。可选地，可以使用其他方法，或者可以基于对类似建筑物中的建筑材料和相应测量的知识来估计对应关系。
15.在本发明的各种实施方式中，与湿度、温度和气压相关的参数是从以下组中选择的传感器获得的：温度计、湿度计、气压差传感器和气压计。然而，从远程天气数据提供商获得与建筑物围护结构外的条件相关的至少一些参数也符合本发明的原理。
16.在本发明的另一方面，提供了一种用于控制建筑物中的通风的方法。该方法与前一个方面类似，但根据该方面，能量损失不是基于已知的气压和空气泄漏之间的对应关系来计算的。相反，通风系统是直接控制的，以便获得在围护结构的内部和外部之间气压的平衡。因此，该方法包括获得建筑物围护结构的各个侧面上的当前气压差的测量，以及控制建筑物中的通风系统以将压差调整到接近于零的值。在一些实施方式中，该方法进一步包括获得建筑物围护结构的外部和内部的温度测量值，以及控制通风系统，使得接近于零的值是非零的，使得围护结构的最冷侧上的气压比围护结构的最热侧上的气压至少高预定阈值。
17.在其它实施方式中，该方法包括获得测量或计算围护结构最热侧的露点，并且仅当围护结构的最热侧的露点高于围护结构的最冷侧上的温度时，才要求围护结构的最冷侧上的气压比围护结构的最热侧上的气压至少高预定阈值。露点可以从温度和相对湿度的测量计算。
18.在各种实施方式中，可以使用不同的传感器。与湿度、温度和气压相关的参数可以是从以下组中选择的传感器获得的：温度计、湿度计、气压差传感器和气压计。在一些实施方式中，与建筑物围护结构外部的条件相关的至少一些参数是从远程天气数据提供商获得的。
19.根据本发明的又一方面，提供了一种用于测量建筑物中空气泄漏的系统。该系统
包括计算机化控制系统，具有：通信接口，该通信接口使控制系统能够接收和传输传感器数据和从传感器数据导出的数据；存储器，保存模型，该模型表示通过建筑物围护结构的空气流量与围护结构的各个侧面上的气压差之间对应关系的估计；以及处理器，该处理器能够基于接收到的传感器数据和模型计算每单位时间通过围护结构的当前空气流量。还包括差压传感器，该差压传感器被配置为测量围护结构的各个侧面上的气压差，并将得到的传感器数据传输到控制系统；以及通信接口或用户接口，用于传输或显示由处理器计算的空气流量的表示。
20.根据该方面的系统可进一步包括传感器或到传感器的通信链路，该传感器是从以下组选择的：温度计、湿度计、气压差传感器和气压计。然后，存储器可以进一步保存指令，该指令使处理器能够基于计算出的每单位时间通过围护结构的当前空气流量，以及从传感器接收的数据或基于从传感器接收的数据计算的数据，计算由空气泄漏引起的能量损失，该数据表示建筑物围护结构外部的绝对气压、建筑物围护结构外部的湿度和建筑物围护结构外部和内部的温度。传输或显示由处理器计算的空气流量的表示可以包括计算出的能量损失。
21.通信接口可以是从以下组选择的：无线通信接口、有线通信接口和图形或字母数字显示器。
22.在本发明的第四方面中，提供了一种用于控制建筑物中空气泄漏的系统。这样的系统可以包括计算机化控制系统，包括：通信接口，该通信接口使控制系统能够接收和传输传感器数据和从传感器数据导出的数据；存储器，保存用于控制通风系统中的风扇的指令；以及处理器，能够基于指令向通风系统发出控制信号。差压传感器可以被配置为测量围护结构的各个侧面上的气压差，并将得到的传感器数据传输到控制系统，并且指令将使处理器控制风扇，使得气压差朝着接近零的值调整。
23.根据第四方面的系统可进一步包括：传感器或到传感器的通信链路，以便获得建筑物围护结构外部和内部的温度测量；以及存储器中的指令，该指令使得处理器能够控制通风系统，使得接近于零的值是非零的，使得围护结构的最冷侧上的气压比围护结构的最热侧上的气压至少高预定阈值。
24.根据该方面的系统还可包括传感器或到传感器的通信链路，该传感器是从以下组选择的：湿度计、气压差传感器和气压计；以及存储器中的指令，该指令使处理器能够获得测量或计算围护结构最热侧的露点，并发出控制信号，即，仅当围护结构的最热侧的露点高于围护结构的最冷侧上的温度时，才要求围护结构的最冷侧上的气压比围护结构的最热侧上的气压至少高预定阈值。
附图说明
25.附图示出了本发明的示例性实施方式，旨在结合详细描述进一步解释各个方面和实施方式。在附图中
26.图1是多层建筑中堆叠效应的示意图；
27.图2是用于测量在建筑物围护结构的内部和外部之间的不同气压差下的空气泄漏的设置的示意图；
28.图3是用附加传感器和计算机系统增强的类似设置，该计算机系统可被配置为显
示能量损失估计值或控制根据本发明的通风系统；
29.图4是传感器放置在具有几层或几个房间的建筑物中的示意图；
30.图5是示出用于计算由空气泄漏引起的能量损失和水分输送的方法的流程图；以及
31.图6是示出用于控制通风系统的方法的流程图。
具体实施方式
32.在该具体描述中，将描述各个方面的示例性实施方式。该描述基本上依赖于标准和其他文献中使用的与建筑渗透性和空气泄漏有关的术语。具体地，建筑物可以是任何具有将内部与外部分开的基本上明确界定的边界或屏障的结构。建筑物旨在包括严格意义上的建筑物的其他类型的人造建筑物，例如，包括隧道、船舶等，以及这些建筑物的部分。
33.建筑物围护结构，或围护结构，是将建筑物内部或建筑物的一部分与外部环境或另一建筑物或建筑物的另一部分隔开的边界或屏障。术语内部和外部是指围护结构的内部和围护结构的外部，即，围护结构的相对侧。术语室内和室外分别指围护结构内部和外部的空间或区域，并且可以与内部和外部同义使用。
34.图1示出了具有建筑物围护结构11的四层建筑物10。围护结构包括前门12和窗户13。此外，围护结构11将总是包括额外的预期和非预期开口，例如通风口、裂缝等。建筑物围护结构11内部的空气受到许多力的作用，包括室内和室外压差14、风15，以及由气压、温度和湿度的差异引起的室内和室外空气密度的差异。当室内空气密度小于室外空气密度时，室内空气将上升16，空气将渗入17低层，并从高层渗出18。通常被称为“堆叠效应”的这种情况在较冷的季节是典型的，此时建筑物10内的空气比建筑物外的空气热。
35.当建筑物围护结构11内部的空气比室外空气密度小时，即当内部空气被冷却时的典型情况，会产生反向堆叠效应。内部空气下沉16，内部和外部空气之间的压差增加，并且空气从下层渗出18，并通过上层渗入17。
36.在上层和下层之间的某个地方，外部和内部空气相等的地方将有中性压力水平。可以通过变化室内气候来控制中性压力水平的升高。
37.风15通常将空气通过建筑物10的迎风侧推入，并将空气从背风侧拉出。这除了上面提到的垂直差异外，还造成了气压的水平差异。
38.被动通风系统通过在适当的位置和适当的区域提供通过建筑物围护结构11的通风口来利用上述的堆叠效应。
39.除了上述由风和天气引起的力之外，建筑物围护结构11内的气压还受到建筑物的主动通风系统的影响。主动通风系统可以包括进气风扇和排气风扇(或排气扇)，以及被配置为将热从排出的内部空气传递到进入的外部空气以减少能量损失的热交换器。
40.进气口和排气风扇将对建筑物围护结构11的内部和外部之间的压差产生影响。过量的空气吸入将在室内和外部环境之间产生正压差，将室内空气通过建筑围护结构11中的开口推出。相反，过量的排气会导致相应的负压差，并通过开口拉入外部空气，产生通风，并将未经过滤的污染空气引入建筑物。
41.本领域技术人员将容易认识到，通过建筑物围护结构11的过量气流可能导致能量损失，无论是必须加热的加热空气的渗出和较冷空气的渗入，还是必须冷却的冷却空气的
渗出和热空气的渗入。此外，当较暖的潮湿空气遇到较冷的干燥空气时，空气的不希望的渗入或渗出可能会造成冷凝引起的损害。
42.控制风和天气是不可能的，虽然可以控制室内温度和湿度，从而控制空气密度，但所需的值取决于居住在建筑物中的人的舒适性，而不是避免空气渗入或渗出。因此，通过限制通过建筑物围护结构的气流来防止能量损失可以通过两种方式获得：通过关闭建筑物围护结构中的开口或通过控制提供进气和排气的风扇。当然，这两种方法可以结合起来。
43.虽然严格地说，控制室内外压差并不需要了解建筑物围护结构11的气密性，但这种了解是有利的，并且允许更精确地监测和控制参数。已经提出了几种测量气密性的方法，例如国际标准iso 9972。该标准描述了一种风扇加压方法，其可以用于测量建筑物的透气性，比较几个类似建筑物的相对透气性，并确定改造措施导致的空气泄漏减少量。
44.iso 9972描述了在建筑围护结构中产生负压或正压以确定透气性的几种方法。图2示出了典型的设置。
45.图2示出了具有差压测量装置1的建筑物10，差压测量装置被配置为测量室内和室外气压之间的相对差。根据iso 9972标准，压力测量装置在0pa至100pa范围内的精度应为
±
1pa。温度测量装置2测量室内和室外温度。包括空气流量计3的空气流量测量系统测量通过管道和风扇组件5的空气流量，风扇组件包括被配置为控制风扇速度的风扇控制器4。风管的尺寸和风扇的容量相匹配，使得风管内的线性流速落在空气流量计3的测量范围内。用于测量的设备可以专门为此目的设计，或者可以使用建筑物的永久加热、通风或空调系统风扇。
46.当室内压力低于室外压力(建筑物被减压)时，如差压测量装置1所示，空气将通过建筑物围护结构11渗入17。相反，如果室内压力较高(建筑物被加压)，空气将通过建筑物围护结构11渗出。iso 9972要求在施加的压差范围内以不超过大约10pa的增量进行测量。最高压差应至少为50pa，但建议为100pa。对于大型建筑和容量有限的空气移动设备，这可能无法实现，但在气压差低至25pa的情况下，测试可能是有效的。建议在建筑物的加压和减压期间进行两组测量。
47.已经提出了用于进行类似测量的其他方法。一些方法建议使用调制气流，即在两个不同的流量之间进行相对快速的变化，并且气密性是根据测量的建筑物压力对调制流速的响应来计算的。也已经建议，特别是对于较小的建筑物或房间，使用以脉冲形式而不是风扇形式释放的压缩空气。
48.本发明不依赖于任何具体的用于测量透气性的方法，并且也可以在没有精确测量的情况下工作，而是依赖于假设，例如基于对具有类似结构和尺寸的建筑物的特征和透气性的知识。然而，精确的测量可以改善通过使用本发明获得的结果。
49.现在参考图3，其示出具有与上面参考图2所描述的设置非常相似的设置的建筑物。除了已经描述的部件之外，该附图中所示的系统包括计算机系统20和无线接入点21。无线接入点21被配置为与系统中包括的各种装置建立通信。如上所述，差压测量装置1被配置为测量室内和室外环境之间的压差。这里，温度测量装置2被示为连接到多个传感器的控制器。在附图中所示的实施方式中，传感器包括用于温度t、气压b和空气湿度h的室内和室外传感器。应当注意，大多数当前气压传感器的绝对精度不足以测量围护结构11的内部和外部之间的压差。因此，一些实施方式仅在围护结构的一侧(外部或内部)上包括气压传感器，
然后可以基于来自该传感器的测量和由差压测量装置1测量的差来计算在主体围护结构11的另一侧上的绝对气压。差压测量装置1在这里被示为单独的装置，而其余的传感器被连接到公共控制器上。本领域技术人员将认识到，差压测量装置1可以与其余传感器连接到相同的控制器，并且这些传感器中的任何一个或全部可以连接到单独的控制器。不同的传感器也可以是公共壳体中相同电子电路的一部分，并且它们可以被专门设计为作为根据本发明的系统的一部分，或者它们可以是通用设计，并且甚至被配置为将数据传送到一个以上的系统。
50.一些实施方式还可以包括热交换器6，其能够冷却流出建筑物10的空气并使用提取的热来加热流入建筑物的空气。在温暖的季节，当建筑物冷却时，这个过程可以逆转。
51.空气流量计3测量风管中的空气流速，风扇控制器4控制风扇组件5中的风扇的速度。执行上述方法可能需要空气流量计3，以获得压差和空气泄漏之间的对应关系。然而，在获得该对应关系后，不需要空气流量计来控制建筑物中的气压差。传感器1、2、3和风扇控制器4可以包括无线通信能力，并且被配置为与无线接入点21建立通信。当然，与本发明的原理一致的是，包括有线通信而不是无线通信能力或除了无线通信能力之外还包括有线通信能力。
52.本发明的一些实施方式可以不包括空气流量计3、风扇控制器4和/或风扇组件5。未被配置为与建筑物中的通风系统集成并控制通风系统的实施方式主要提供对来自建筑物10的能量泄漏的监测。
53.监测能量泄漏的方法可以从提供空气泄漏系数c
l
和空气流量指数n的估计开始。c
l
和n表示通过建筑物围护结构的空气流量与围护结构各个侧面上的气压差之间的对应关系，并且可以通过测试来确定，例如通过遵循iso 9972。但是，也可以使用基于建筑物的结构构造、使用的材料、建造时的要求等知识的该系数的估计。估计值越接近实际值，监测的结果就越好，并且基于测试的估计将比基于建筑物已知特征的估计更好。
54.空气泄漏率可表示为压差的函数，使得来自差压测量装置1的压差δp
r
的测量可用于计算通过建筑物围护结构的空气流量q
pr
。
55.q
pr
＝c
l
(δp
r
)
n
ꢀꢀꢀ
(1)
56.对于适当的c
l
值，这给出了以立方米每小时为单位的空气泄漏率。除以3600可以得出每秒的空气泄漏率。
57.由于水比空气有更高的热容量，湿空气会比干燥空气有更高的热容量。因此，由于空气泄漏而通过围护结构传输的能量取决于内部和外部空气之间的温差以及外部空气的湿度。当然，通过围护结构的实际能量输送将取决于泄漏空气本身的能量含量。但是，由于泄漏到建筑物内的空气是外部空气，而泄漏到建筑物外的空气是必须被外部空气所取代的空气，这些空气必须被加热或冷却，因此，与此相关的是相应数量的外部空气的能量含量。
58.外界空气的热容量作为湿度的函数可近似为
59.c
p，humid
＝1.01+1.82
·
x
ꢀꢀꢀ
(2)
60.其中，x是湿度比，由下式给出
[0061][0062]
并且其中，m
w
是水的质量，m
d
是干空气的质量，p
w
是水蒸气的分压，p
‑
p
w
代表干空气
的分压，由p
d
＝p
‑
p
w
给出。
[0063]
此外，
[0064]
p
w
＝φ
·
p
sat
ꢀꢀꢀ
(4)
[0065]
其中，φ是相对湿度，p
sat
是湿空气的饱和蒸气压，由tetens方程给出。
[0066]
p
sat
＝f
·
p
t
[0067]
f＝1.0016+3.15
·
10
‑6p
‑
0.074p
‑1ꢀꢀꢀ
(5)
[0068][0069]
其中，t
c
是以摄氏度为单位的温度，p是气压。应当注意，tetens方程是一种近似，并且已经提出该方程的其他版本，并且可以在本发明的实施方式中使用。
[0070]
热容量把能量和质量联系起来，而空气泄漏率给出的是泄漏空气的体积，而不是质量。因此，有必要考虑空气的密度。由于水分子比空气轻，当湿度增加时，密度降低。这种关系可以表示为
[0071][0072]
其中，t是以开尔文为单位的温度，p
d
是上面定义的干空气的分压，m
d
是干空气的摩尔质量，m
w
是水蒸气的摩尔质量，p
w
是水蒸气的分压，r是干空气的特定气体常数。
[0073]
在等式(2)到(6)中，使用的参数是用于外部空气的参数。无论空气泄漏是进入建筑物还是离开建筑物，并且无论外部空气比建筑物内部的空气更暖或更冷，都是通过空气泄漏或通风系统输送到建筑物内部的外部空气需要加热或冷却到室内空气的温度。因此，外部空气的热容量与计算泄漏引起的能量损失有关。
[0074]
现在可以将能量因子k
e
定义为
[0075][0076]
其中，热容量和密度分别从等式(2)和(6)中得出，1/3.6是kj到wh的换算，η是加热或冷却过程的效率。后者确保计算出的能量损失是根据需要多少能量来弥补空气泄漏造成的损失而给出的，而不仅仅是空气泄漏的能量含量。对此进行补偿所需的功率(以瓦特为单位)可表示为
[0077]
e＝q
pr
·
δt
·
k
e
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0078]
从上面的等式可以看出，能量损失可以基于内部和外部压力、外部相对湿度和外部和内部温度的测量来发现。除了空气泄漏率q
pr
(如上所述确定)之外，所有其他参数都是从这些参数导出的，或者它们是已知常数。这些测量和计算提供了补偿通过建筑物围护结构泄漏的空气造成的能量损失所需的功率估计。
[0079]
内部和外部之间的温差可以由传感器控制器2基于来自连接到传感器控制器2的温度传感器t的输入来提供。类似地，压差可以基于来自差压测量装置1的输入由传感器控制器2提供。绝对气压可以分别由外部和内部气压传感器b提供。可选地，仅在内部或外部提供一个气压传感器b，另一侧的绝对气压由测量的绝对压力和由差压测量装置1测量的压差计算。由湿度传感器h测量围护结构的外部和内部的湿度。计算机系统20可以通过无线接入
点21从传感器控制器2和差压测量装置1接收传感器数据，并使用上述等式计算每小时的空气泄漏率。
[0080]
该系统可进一步被配置为计算建筑物外部和内部的空气含有多少水。基于此，该系统可进一步被配置为计算通过围护结构泄漏的空气包含多少水，以及如果空气从较暖侧泄漏到较冷侧，空气将损失多少水以冷凝。如果冷空气或足够干燥的暖空气通过墙壁泄漏，泄漏的空气不会引起任何冷凝。然而，如果暖湿空气泄漏到冷空气中，可能会导致冷凝，这取决于温暖潮湿空气的露点和冷空气的温度。如果夏季热的湿空气被吸入冷的建筑物，或者冬季热的湿空气泄漏到干燥、寒冷的室外空气中，通常会发生冷凝。
[0081]
到底有多少水将会通过冷凝沉积取决于几个因素。将认识到，如果湿热的空气只被冷却到高于露点的温度，就不会发生冷凝。并且，当然，如果冷空气泄漏到较暖的一侧，就不会发生冷凝。
[0082]
然而，通过计算外部和内部空气的绝对湿度，并使用等式(1)计算空气泄漏率，可以确定水冷凝的上阈值。以千克每立方米为单位得绝对湿度可以计算为
[0083][0084]
其中，p
w
和p
sat
是蒸气分压和饱和蒸气压，如上文已经描述，r
w
是水蒸气的特定气体常数，约为461.5j/kg
·
k，φ是相对湿度。如上，可以由tetens等式(5)求出p
sat
，并测量压力、相对湿度和温度。等式(7)可以用来计算外部和内部空气的绝对湿度。如果差值为正(即，如果湿热空气泄漏到干冷空气)，则将外部和内部空气之间的绝对湿度差乘以空气泄漏率，提供冷凝的上限阈值。
[0085]
冷凝速率限制＝q
pr
·
|ah
out
‑
ah
in
|
ꢀꢀꢀ
(10)
[0086]
冷凝速率限制表示当湿热空气冷却到与围护结构另一侧的干冷空气相同的温度时，可能作为冷凝而沉积的水量的上限。
[0087]
本领域技术人员将理解，如果空气从围护结构的湿热侧移动到围护结构的较冷侧，则水可能作为冷凝物沉积。如前所述，如果较冷空气的温度高于湿热空气的露点，则多余的湿度将会简单地被干冷空气吸收。如果冷空气的温度低于较暖、潮湿空气的露点，则泄漏的空气在冷却至干冷空气的温度时，将失去多余的湿度，形成冷凝。
[0088]
本领域技术人员将认识到，该等式不考虑附加因素，例如露点、通风、热回收或其他方面。可以进行更精确的计算，例如通过使用莫利耶(mollier)图。等式(10)也没有说明冷凝在哪里发生。然而，如果泄漏的空气相对缓慢地移动通过建筑物围护结构，其温度在通过墙体时会大大下降，并且很有可能在墙体内部发生冷凝，从而导致结构损坏、霉菌或其他问题。
[0089]
为了消除或减少这种风险，本发明的一个方面包括使用测量和计算的结果来控制建筑物的通风系统，以防止或至少减少通过建筑物围护结构从较暖、潮湿的一侧到较冷、干燥的一侧的空气泄漏。
[0090]
在一些实施方式中，如果内部空气比外部空气更冷和更干燥，本发明简单地确保建筑物内部的气压等于或略高于建筑物外部的气压，并且相反，如果内部空气比外部空气更热和更潮湿，则内部气压等于或略低于外部气压。这将确保通过建筑围护结构泄漏的空气比它在围护结构另一侧遇到的空气更冷和更干燥。这种内部气压的控制可以通过使用风
扇控制4控制进气风扇和排气风扇的速度来获得。
[0091]
如参考图1所解释的，堆叠效应会导致内部气压变化，使得空气可以以一种方式穿过建筑物下部的围护结构，而以另一种方式穿过建筑物上部的围护结构。气压差也可能由于其他原因而变化，例如风15、建筑物不同部分的不同温度、建筑物不同部分泵入或泵出建筑物的空气量的变化、空气在建筑物不同部分之间自由流动的程度等。
[0092]
像刚刚描述的情况增加了额外的考虑。由于在建筑物的所有部分，都应该在围护结构的湿热一侧具有略低的气压，因此建筑物的某些部分可能会经历比建筑物该部分所需的更高的差。为了确保空气一致地从较冷的一侧流向较暖的一侧，在测量压差的一个或多个位置上，压差到底需要多高，可能取决于建筑物的高度、空气泄漏系数、有效泄漏面积、风和其他变量。因此，可能需要基于特定于安装本发明的建筑物的特性的测量或理论计算来校准最小气压差。
[0093]
围护结构内部和外部之间的气压差不一定很大以确保空气沿着所需的方向泄漏。建筑物两侧压势差的最小值将导致空气从压力最高的一侧净转移，直到两侧的压力平衡为止。影响需要多少势差的一个因素是气流腔路径中的阻力。壁组件的组成和复杂性，以及移动空气的通道所在位置和形状将引起阻力，并因此增加确保空气沿一个方向通过壁移动所需的势差。此外，风和堆叠效应会引起建筑物不同侧面和不同楼层的压差异和波动。因此，有必要确保在任何地方都能获得所需的压差，而不仅仅是在压力测量装置1的位置。因此，虽然仅0.1pa的压差可能足够，但可能需要将该差增加到例如1pa或更多，以确保在整个建筑物中获得所需的最小压差。本发明不限于任何特定的压差。相反，所需的压差可以是可调节的，使得特定安装的配置可以基于差压测量装置1的位置、楼层数、空气如何在楼层和建筑物内部的房间之间移动(取决于风扇、通风井、门和开放走廊)、风以及可能与具体情况相关的其他因素。
[0094]
本领域技术人员将认识到，如果湿热侧的露点低于冷侧的温度，那么空气泄漏的方向可能不重要，至少不是为了避免冷凝，并且防止能量损失可能仍然是最高优先事项。然而，也可以考虑到其他方面的考虑。例如，如果在将空气引入建筑物之前，根据污染、灰尘或其他可能存在于外部空气中但由通风系统除去的元素来控制围护结构内的大气，则可能需要确保围护结构内部的气压高于外部。
[0095]
现在参考图4，其在第一视图中图4a示出了具有多层的建筑物。在该示例中，每个楼层设置有差压测量装置1和传感器控制器2。每个传感器控制器2可以连接到一个或多个室内和/或室外传感器。可能不需要为每个传感器控制器2提供全套传感器。为了避免不必要地弄乱附图，附图中不包括传感器t、b、h。可以假定它们连接到各种传感器控制器2。
[0096]
气压随高度而变化。如果其他一切都相等，这种差异在建筑物内部和外部是一样的。然而，由于上述的堆叠效应，压差将随楼层而变化，并且由此产生的渗入17和渗出18也将是如此。由于空气通过电梯井、楼梯间和其他开口在楼层之间移动，因此确定单个楼层的空气泄漏率可能并不实际。作为近似，可以假设空气泄漏率与特定楼层的围护结构面积成正比。例如，如果整个围护结构具有规则的形状，并且可以忽略地板和屋顶，则可以假设每层的空气泄漏率是六层建筑总空气泄漏率的1/6。如果围护结构的形状、尺寸或特征因楼层而异，例如根据楼层高度、窗户或通风口的数量和大小、门(主要在底层)、不规则形状、用途等，可能需要进行调整。考虑到所有这些因素，并通过测量或估计每层的气压差，可以估计
各层楼的空气泄漏和由此造成的能量损失。
[0097]
在图4b的第二视图中，从上面示出了建筑物的简化平面图。在该具体示例中，楼层包括通过内部门21和门口22连接的多个房间20。也可能存在其他开口，例如通风口、通道等。地板的细分和空气在它们之间流动的方式越复杂，测量和计算就变得越复杂。在所示的示例中，传感器控制器2存在于两个房间中，而一个房间没有任何传感器。这意味着在没有传感器的情况下估计房间内的状况变得必要。这种情况并不妨碍通过本发明获得的解决方案，但是每当必须用估计来代替精确的测量时，获得的结果的精确度可能会降低。作为第一近似值，因为空气将从压力较高的房间流向压力较低的房间，直到建立平衡，可以假定整个楼层的气压相等。如果存在多个气压传感器并对不同的房间给出不同的结果，则可以根据传感器与其他房间的连接方式和这些其他房间中的测量压力来近似没有传感器房间中的气压。
[0098]
类似于上面关于个别楼层的描述，个别房间的空气泄漏率可能基于房间的部分围护结构在建筑物的整个围护结构中的比例。例如，如果建筑物的围护结构为2500m2，而特定房间的外墙为10m2，则该房间的空气泄漏率作为压差的函数可以假定为整个建筑物的空气泄漏率的1/250
th
。
[0099]
在整个建筑中可能变化的不仅仅是气压。不同房间的温度也可能不同。例如，如果房间没有被占用，酒店房间的温度可能会被加热(或冷却)较少，以节省能源。如果是这种情况，则计算出的能量损失可以基于整个建筑物的平均温度，或者基于可与该地板或房间相关联的围护结构的比例部分对各个楼层和/或房间的计算，以及测量的温度和测量的或估计的气压差。
[0100]
最后，整个建筑物的湿度也可能不同。例如，湿度可能取决于空气通过围护结构(例如，通过建筑物的主入口)传输的程度，以及建筑物不同部分的使用情况。例如，在厨房、浴室或游泳馆，甚至在活动期间的集会大厅，湿度可能比建筑的其他部分高得多。再一次，在计算能量损失和露点期间，考虑到这一点的程度取决于传感器的可用性和在没有传感器的情况下可以做出的估计的准确性。
[0101]
如上所述，在各种实施方式中，根据本发明的系统可用于测量建筑物内和周围的当前状况，并计算由于空气泄漏和通过围护结构传输的空气的冷凝率而导致的通过围护结构的能量损失。
[0102]
在本发明的一些实施方式中，来自监测系统的结果可用于控制建筑物的通风系统。这样做是为了根据以下一个或多个标准优化通风：
[0103]
·
希望获得围护结构内的气压等于围护结构外的气压，以避免空气通过建筑物围护结构泄漏
‑
即，尽可能多的输送到建筑物内或输送到建筑物外的空气应该通过通风系统输送。
[0104]
·
希望避免将暖湿空气冷却下来，使得其在构成围护结构的结构元件(壁等)内或在围护结构内部的其他表面上满足其露点，以避免可能导致损坏的冷凝。
[0105]
·
就功率和负荷而言，在通风系统上使用比实际获得的收益更多的资源是不可取的
‑
例如，如果在获得压力相等方面花费更多的能量，而不是在没有获得压力相等的情况下因空气泄漏而损失的能量，则会适得其反。
[0106]
下面，将描述使用本发明的实施方式以控制通风系统的方法。将基于整个围护结
构内部的气压、温度和湿度相同的假设来描述这些方法。在建筑物不同部分的气压差、温度和湿度变化的程度上，上文讨论的关于传感器可用性、估计的准确性和可与建筑物不同房间或楼层相关联的围护结构的比例尺寸的考虑就变得相关。
[0107]
现在返回到图3，在本发明的实施方式中，其中，系统被配置为不仅监测选定的变量，而且还基于监测的结果控制通风或hvac系统，计算机系统20可以被配置为控制风扇控制器4。也可能是热交换器6以及通风系统的其他可控部分，例如通风口，和空气干燥器或加湿器。在较大的建筑物中，可以控制任意数量的风扇、热交换器和其他hvac部件，但为了简化解释，该示例包括一个风扇和一个热交换器。作出这一假设并没有失去一般性，但当系统更加复杂时，上面概述的考虑因素就变得相关。
[0108]
风扇控制器4控制风扇组件5中的风扇的速度，从而控制每单位时间内泵入或泵出建筑物(或如果同时存在进气风扇和排气风扇，则泵入或泵出建筑物)的空气量。将空气泵入建筑物增加了相对于室外压力的压力，而将空气泵出建筑物则降低了室内压力。能够控制打开的围护结构的面积(例如通过打开或关闭通风口)可能会有额外的效果。根据测量的压差来控制空气风扇控制器4可以用于获得第一个目标，即获得与室外相同的室内气压。如果建筑物由多个楼层和/或多个房间组成，它们之间的空气通道有限，则可能需要在建筑物的不同部分以不同的方式控制风扇。根据上述考虑，例如，可以基于适用于风扇所在的建筑物区域的变量的测量或估计来控制各种风扇。这增加了系统的复杂性，但不会改变问题本身。
[0109]
图5是示出根据本发明使用根据本发明的系统来确定由空气泄漏引起的能量损失的方法的流程图。该方法开始于第一步骤501，其中从差压测量装置1接收测量的压差。在随后的步骤502中，例如通过使用测量的压差和在等式(1)中先前获得的空气泄漏系数和空气流量指数来计算空气泄漏率。
[0110]
来自步骤502的输出是每单位时间通过围护结构泄漏的空气体积的计算值。
[0111]
在步骤503中，测量建筑物围护结构的各个侧面上的温度和湿度。应当理解，在本发明的各种实施方式中，这些测量是连续地或有规律地进行的，并且该方法使用最后接收的值。该方法不需要以特定顺序执行步骤，只要在进行计算时所需的测量值是可用的。
[0112]
基于获得的测量，可以在步骤504中计算能量损失。可以使用等式(8)计算能量损失。如上所述，等式(8)使用由等式(1)计算的空气泄漏量、测量的室内和室外温度之间的差以及由等式(7)中的能量因子k
e
。可以针对加热或冷却过程的效率调整能量因子k
e
，以确定弥补损失所需的能量。
[0113]
在步骤505中，可确定或估计由于空气泄漏而输送出或进入建筑物的水分。该估计可以基于等式(9)和(10)，由此计算内部和外部空气的绝对水分含量的估计，并将两者之间的差乘以空气泄漏率。描述这一点的另一种方式是，计算出因空气泄漏每单位时间(例如，每小时)输送出(或进入)建筑物的空气的绝对水分含量的估计，计算出补偿空气泄漏的输送进(或送出)建筑物的空气的绝对水分含量的相应估计，并且净输送进或送出建筑物的水分是两者之间的差。
[0114]
如果空气从围护结构的潮湿侧泄漏到干燥侧，这种水分输送代表了由于冷凝而可能被困在建筑物墙内的湿气。
[0115]
图6是一种方法的流程图，其中根据本发明的系统用于控制通风系统以减少来自
空气泄漏的能量损失。
[0116]
在第一步骤601中，从差压测量装置1接收测量的压差。在步骤602中，接收室内和室外温度以及相对空气湿度的测量值。这些步骤不必以任何特定顺序执行，并且可以在任何时间更新接收的值中的任何一个或多个。室外测量值可以从作为系统的一部分的传感器接收，但是可选地，它们可以从提供商例如气象服务接收。
[0117]
在一些实施方式中，在步骤603中计算围护结构最热侧上的露点。只需确定最热侧的露点，因为从最热侧的冷却空气到最冷侧的温度可能会导致冷凝。反之则不然，因为从最冷侧到最热侧的温度变暖的空气不会导致冷凝。
[0118]
露点可以通过湿度计测量，或计算。露点的计算相当复杂，但在本领域是众所周知的。一个众所周知的近似是马格努斯(magnus)公式
[0119][0120][0121]
其中，t
c
为以摄氏度为单位的测量温度，φ为相对湿度，b＝18.678，c＝257.14℃。可以用更完整的公式或其他近似来代替等式(11)。
[0122]
如果围护结构最热侧的露点低于最冷侧的温度，则不必为避免冷凝而控制气压。这在步骤604中确定。如果确定是这种情况，则处理进行到步骤605，在该步骤，控制通风系统以将压差向零调整。这可以通过控制风扇控制器4来实现，使得如果内部压力低于外部压力，则更多的空气被泵入建筑物中(或更少的空气从建筑物中流出)，反之，如果建筑物内部压力较高，则更少的空气被泵入建筑物中(或更多的空气从建筑物中流出)。
[0123]
这种控制可以通过调节进气风扇和排气风扇的速度来实现，也可以通过控制通风口来实现。
[0124]
如果在步骤604中确定最冷侧上的温度低于最热侧上的露点，则可能需要确保空气不从最热侧泄漏到最冷侧。这可以通过控制通风系统来实现，使得最冷侧上的压力比最热侧上的压力高出预定阈值。以这种方式，任何通过围护结构泄漏的空气都将比它在另一边遇到的空气更冷，并且由于泄漏的空气没有被冷却，因此不会出现冷凝。
[0125]
这个阈值的大小不必特别大。在许多情况下，压差为0.1pa就可能足够了。为了增加安全裕度，该值可能增加到1pa。一般来说，建筑物的特征可能会有很大的不同，特别是如果建筑物包括多个楼层和同一楼层上的区域，它们之间的空气流动有限，并且空气温度和湿度有差异。对于更复杂的建筑物，应该在建筑物的所有部分都获得气压阈值，这可能要求差压测量装置1所在的地方有更高的阈值。不能为此指定一般规则。相反，这将是逐案确定的设计要求。
[0126]
应当注意，通过确保较冷的空气向较热侧泄漏来避免冷凝，并不一定是绝对的。无论以何种方式发生空气泄漏，较冷的空气与较热的空气相遇，并且局部地一些空气被加热，而一些空气被冷却。这意味着，即使是较冷的空气泄漏，也可能会有一些来自其遇到的较暖空气的冷凝。然而，由于泄漏的空气量远小于其遇到的空气量，泄漏的较冷的空气将其遇到的较热的空气吸收并加热，其程度比泄漏的暖空气遇到较冷的空气时的情况要大得多。然
而，在一些实施方式中，可以认为有利的是确保空气泄漏总是从围护结构内部流出，以避免冷空气泄漏到建筑物中的位置周围的冷表面。因此，在某些安装中，允许或强制空气从围护结构的较热侧向较冷侧泄漏符合本发明。
[0127]
本发明的一些实施方式不包括露点的计算，并且系统被简单地配置为将压差向零调整。在其他实施方式中，省略露点计算，但是强制阈值，使得总是存在从冷却器向较暖侧或从预定侧(内部或外部)向另一侧的一定的空气泄漏。
[0128]
在本公开中，术语通风系统已用于指代包括进气和/或排气扇的系统。这并不意味着该术语所涵盖的系统不包括附加功能，例如加热、冷却、加湿或除湿等。因此，该术语旨在包括空调和hvac系统。除了通过控制风扇来调节气压差之外，本发明还可以被修改为控制通风、加热、热交换器、加湿器和除湿器，从而以减少建筑物或墙壁内的能量损失或冷凝机会的方式调节室内气候。