智能可控式家用新風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析及優(yōu)化設(shè)計

張棋 劉雨釗 王慧娟 王錦榮 殷凱強

摘要：論文研究一種智能可控式的家用新風(fēng)系統(tǒng)，屬于綠色能源和節(jié)能減排領(lǐng)域的研究課題，具有很好的社會效益。本文主要的研究工作是重點分析家用新風(fēng)系統(tǒng)的進排風(fēng)口位置和空氣流量對于室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響，以舒適度為切入點，研究家用新風(fēng)系統(tǒng)的溫度、相對濕度、風(fēng)量等指標(biāo)，在保證智能化、可控式以及合理性的前提下，提出一套家用新風(fēng)系統(tǒng)的最佳安裝方案及通用準則。

關(guān)鍵詞：智能化;可控式;家用新風(fēng)系統(tǒng);舒適度;通用準則

引言

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市污染問題日益嚴重，霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，空氣中的有害氣體嚴重影響著人們的身體健康。國內(nèi)外呼吸道及肺部疾病發(fā)病率升高，且人們每日在住宅內(nèi)活動時間至少為八小時，在外界環(huán)境無法得到有效改善時，保證住宅內(nèi)空氣的健康逐漸成為人們關(guān)注的熱點。家用新風(fēng)系統(tǒng)是有效維持住宅內(nèi)良好空氣質(zhì)量的最佳裝置，目前我國的家用新風(fēng)系統(tǒng)發(fā)展尚處于剛剛起步的階段，可滿足對空氣的初步凈化處理，在智能化及系統(tǒng)優(yōu)化方面仍有待提高。為了滿足人們對身體健康及高生活質(zhì)量的需求，對家用新風(fēng)系統(tǒng)進行合理優(yōu)化設(shè)計與正確的運行管理，在保證室內(nèi)熱舒適的同時，有效地改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，實現(xiàn)住宅室內(nèi)空氣質(zhì)量的綜合智能控制，是本文的研究重點。

智能新風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與運行

進排風(fēng)口位置設(shè)計

進風(fēng)口應(yīng)該盡可能安排在人體經(jīng)?；顒拥奈恢?，例如在睡眠時的床頭、餐廳、以及辦公桌的上部等;同樣的，排風(fēng)口的位置應(yīng)盡量安排在空氣難以流通以及難以排出的房間死角。上述方式安裝進排風(fēng)口的位置，能讓人在第一時間呼吸到進風(fēng)口送進來的新風(fēng)，減少新風(fēng)量的損失，使新風(fēng)的利用效率達到最大化，從而實現(xiàn)能耗最小，同時能在最短時間內(nèi)優(yōu)化室內(nèi)空氣質(zhì)量。

送排方式設(shè)計

效率最高最合適的排送方式為上送下排，效率適中的排送方式為上送上排，最次的即為下送上排。在通常環(huán)境下，有污染的空氣顆粒密度較大，于是污濁空氣更貼近地面，下排上送能夠形成一種不錯的循環(huán)，即在室內(nèi)可形成一種頂部送入良好的過濾凈化過后的新鮮空氣，而在底部將污濁污染的空氣排出，然而這種安裝方式的施工難度也是最大的;上排上送只需在頂部安裝吊頂，但其效率完全不如下排上送式;最后為上排下送式，底部進入的新鮮空氣會將室內(nèi)原有的污濁空氣吹起，會起到適得其反的作用[1]。

風(fēng)量控制

在新風(fēng)系統(tǒng)運行過程中，風(fēng)量大小會影響系統(tǒng)完成凈化的時間和效果，若風(fēng)量過大，則過濾效果會降低，若風(fēng)量過小，凈化時間會加長。一臺機器每小時能置換（排出送入）多少立方米。計算公式如下：

Q=S*h*0.7

式中：Q=需要的風(fēng)量;S=居住面積;h=層高。比如100平實用面積×3米層高，選擇210–300m3風(fēng)量較合理。

影響人體舒適度主要參數(shù)的確定

在不同的外界環(huán)境下人體的各器官有不同的感覺，這種種感覺整合在一起再經(jīng)過大腦皮層的綜合判斷得到人體的舒適度。然而濕度、空氣流速和風(fēng)量等是影響人體舒適度的最主要的因素。以熱舒適方程和ASHRAE七點標(biāo)度為依據(jù)提出的與預(yù)測平均投票數(shù)PMV（Predicted Mean Vote）和預(yù)測不滿意分數(shù)PPD（Percentage of Discussion）指標(biāo)是使用范圍最廣的綜合性熱舒適指標(biāo)。以下是PMV與PPD之間的關(guān)系：如表1.PMV與PPD的關(guān)系。

濕度

室內(nèi)空氣的相對濕度影響人體與環(huán)境的換熱、皮膚溫度和皮膚濕潤度，從而影響人體的舒適度。下面是相對濕度與人體舒適度的關(guān)系，如圖1. t=25℃，v=0.10m/s時相對濕度對PMV的影響。

圖1.是溫度為25℃、空氣流速為0.1m/s時的相對濕度對人體舒適度的影響，此圖并不能得到人體最佳的相對濕度，只能得到其他條件一定時，舒適度與相對濕度成線性關(guān)系。研究表明，夏季23–28℃，相對濕度40%–50%，冬季18–26℃，相對濕度40%–60%時，人體最為舒適。

室內(nèi)空氣的流動直接影響皮膚表面與環(huán)境的對流換熱及皮膚表面水分蒸發(fā)，也就對人體舒適度產(chǎn)生影響。一般來說，空氣流速=風(fēng)量/房間體積。

通用準則

通過上述研究，可以得出一套家用新風(fēng)系統(tǒng)的最佳安裝方案和通用準則。

進風(fēng)口位置：床頭、客廳沙發(fā)、餐廳、書桌上方等人體最需要新鮮空氣的位置。

排風(fēng)口位置：房間死角。房間死角空氣污濁，是排風(fēng)口的最佳位置。

送排方式：上送下排。有利于把污濁的空氣從地面排風(fēng)口抽走，形成良好的空氣循環(huán)。

溫度：26℃。綜。亦是綜合冬、夏季的人體最適濕度，選定50%。

風(fēng)量：居住面積*層高*0.7。比如100平實用面積×3米層高，選擇210–300風(fēng)量。

空氣流速：風(fēng)量/房間體積。一般認為，風(fēng)量與房間體積之商即為最佳空氣流速。

結(jié)語

在研究過程中，首先分析了進排風(fēng)口的布置位置對室內(nèi)空氣質(zhì)量及能耗的影響，科學(xué)優(yōu)化布置風(fēng)口位置可使新風(fēng)系統(tǒng)達到效率最佳;然后，研究了適宜的進排風(fēng)口的空氣流量和空氣流速，計算得到優(yōu)化通用準則;此外，對新風(fēng)系統(tǒng)和控制元件進行綜合集成，利用濕度傳感器、二氧化碳含量傳感器、pm2.5粉塵傳感器對室內(nèi)空氣質(zhì)量進行實時監(jiān)測，并在顯示屏上輸出，通過結(jié)果得到新風(fēng)系統(tǒng)運行的智能判據(jù)，是否需要調(diào)整風(fēng)量、工作時長等參數(shù)，是否需要更換或清洗過濾設(shè)備，以滿足用戶需求，方便使用。

參考文獻

李金輝.新風(fēng)系統(tǒng)原理、設(shè)計安裝及未來展望[J].黑龍江科技信息，2015（13）：129.