新風系統在智能家居中的控制

張薇

（1.通用空氣（深圳）有限公司，廣東 深圳 518000；2.通用空氣（沈陽）有限公司，遼寧 沈撫新區 110172）

0 前言

城市的發展，現代建筑呈現高密閉性，大量裝飾材料的應用導致室內空氣污染日趨嚴重。新風系統能夠有效地解決室內空氣污染問題，將室內的有害氣體排到室外，同時將新鮮的空氣換進室內，與此同時過濾PM2.5、甲醛等氣態污染物，已逐漸成為住宅和各種建筑的標準配置。隨著國民經濟和科學技術水平的提高，智能家居在現代家庭中也逐漸普及。然而新風系統往往與智能家居是相互獨立的，因此將新風系統的控制集成到智能家居系統中，能極大地提升新風系統的使用便捷性和智能化。

1 新風系統的組成

新風系統是由送風系統和排風系統組成的一套獨立空氣處理系統，它分為管道式新風系統和無管道新風系統兩種。管道式新風系統由新風機和管道配件組成，新風機將室外空氣導入，經過凈化后，通過管道送入到室內。排風系統同時工作，將室內污濁空氣排出。

無管道新風系統多為壁掛式或柜式安裝，同樣新風機將凈化室外空氣導入室內。相對來說管道式新風系統由于工程量大更適合裝修前安裝，以及工業或者大面積辦公區使用，而無管道新風系統因為安裝方便，適合已裝修家庭使用。

新風最基本的作用還是補充氧氣，降低二氧化碳，同時排出室內污濁空氣，讓室內空氣質量上升，使人可以呼吸到清潔的空氣。除霾只是附加功能，近年因為霧霾而增加的賣點。國外已經普及并進入規范，替代開窗。窗最大的功能是采光，城市里開窗，噪音、灰塵、污染物、汽車尾氣等都會進入室內。因此采用新風系統不僅僅可以更換新鮮空氣，還有讓窗關閉，隔絕噪音、灰塵、汽車尾氣等一系列的室外污染。

新風系統運行時必須關閉門窗，可以起到在不開窗的時候，將室外空氣經過凈化處理后，送入室內，同時有效驅除室內的有害氣體，保證室內空氣的含氧量和潔凈度，維持室內健康安全的呼吸環境。

新風系統主要由5部分組成，包括新風機主體、控制系統、動力系統、過濾系統、熱交換系統。目前普遍使用的是吊頂式新風機，其各部分功能如下表。

2 新風控制系統

新風系統的控制通過控制器實現。主要控制新風機啟停，調速，定時，自動運行，顯示空氣質量等。可根據用戶的需求配置不同控制器或控制開關。目前常配套的控制器包括：機械式開關，普通型新風控制器，WIFI型新風控制器，485總線型新風控制器。

2.1 機械式開關

機械式開關是新風系統最為經濟型的控制器，通常為機械式旋鈕三速開關，能夠實現就地開關和調速。

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2.2 普通型新風控制器

普通型新風控制器一般帶有液晶面板，內部集成有溫度、濕度傳感器，控制模塊，能夠就地實現手動/自動操作，風速調節，時間顯示，溫/濕度顯示，自動開關機，多時段控制，旁通閥，濾網更換提醒等功能。

2.3 WIFI型新風控制器

WIFI型新風控制器在普通型新風控制器的基礎上，在其內部增加了WIFI通信模塊，基于Internet網絡無線WIFI，通過專有的手機APP，可實現新風系統的遠程控制，操作簡單，方便靈活。但是該控制方式是獨立的，自成一套的系統，因此不能隨意納入智能家居（中央）控制管理系統。

2.4 485總線型新風控制器

485總線型新風控制器在普通型新風控制器的基礎上，在其內部增加了485通信模塊，通過485總線，可實現遠程有線控制。該通信方式是有線的，能夠納入智能家居（中央）控制管理系統，但需要編程和調試。適用于集成了智能家居系統的新建樓盤。

3 智能家居系統的組成

智能家居系統是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。

智能家居系統主要包括家居布線系統、家庭網絡系統、智能家居（中央）控制管理系統、家居照明控制系統、家庭安防系統、家庭樓宇系統、家庭環境控制系統、家庭影音系統。

在硬件方面，智能家居部件通過網絡以有線或無線的方式，接入智能家居中控器；用戶通過操作智能家居中控器面板及配套手機APP，可實現就地/遠程控制。

將新風系統納入到智能家居系統中，即將新風控制器接入到智能家居系統中，成為家庭環境控制系統中的一個組成部分。

4 新風控制系統與智能家居的組網

精裝修樓盤的智能家居系統一般采用485總線組網通信。這種情況下，新風系統需要選擇485總線型新風控制器，即新風控制器需要具有RS-485網絡接口。

RS-485網絡接口應采用雙絞線連接，不能用電源花線、絞線或電話線連接，干擾很強的場合可用工業專用的帶屏蔽的雙絞線，但實際上多用價格便宜購買方便的5類或超5類的計算機網絡線，而且效果良好。目前的實際應用中，用9600波特率，采用廉價的5類雙絞線最長布線已達3km。

RS-485總線網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構。即采用一條總線將各個節點串接起來，不支持環形或星型網絡。布線方法圖1、圖2。

圖1 正確接線方法

圖2 錯誤接線方法

將485總線型新風控制器按照以上組網方式接入智能家居中控器的對應接口，根據相應的Modbus RTU通信協議進行程序設計，即可實現智能家居中控器對新風系統的控制。

5 新風系統的控制策略

新風系統重要的監測參數包括CO2濃度、PM2.5濃度。

二氧化碳是人體呼吸的產物，也是一種令人窒息的氣體。二氧化碳濃度含量與人體生理反應如下。

①350～450ppm：同一般室外環境；

②350～1000ppm：空氣清新，呼吸順暢；

③1000～2000ppm：感覺空氣渾濁，并開始覺得昏昏欲睡；

④2000～5000ppm：感覺頭痛、嗜睡、呆滯、注意力無法集中、心跳加速、輕度惡心；

⑤大于5000ppm：可能導致嚴重缺氧，造成永久性腦損傷、昏迷、甚至死亡。[1]

PM2.5也是影響室內空氣質量的重要監控參數。世界衛生組織（WHO）認為，PM2.5小于10是安全值；其在2005年版《空氣質量準則》中指出：當PM2.5年均濃度達到每立方米35μg時，人的死亡風險比10μg/m3的情形約增加15%[2]。美國的現行標準為 35μg/m3濃度的PM2.5對應的空氣質量指數為100，即高于35為不達標。國內現行的標準為75μg/m3濃度的PM2.5對應的空氣質量指數為100，即高于75為不達標[3-4]。

《住宅新風系統技術標準》（JGJ∕T 440-2018）中，對新風系統的監測和控制也做了相關說明，強調了CO2濃度、PM2.5濃度宜作為參數進行監測。

所以進行新風控制系統設計時，具體監測點包括：

①室外CO2濃度、PM2.5濃度；

②室內CO2濃度、PM2.5濃度；

③室內送風口的PM2.5濃度；

④新風系統的啟停狀態；

⑤過濾器進出口靜壓差。

新風系統從控制上，宜根據CO2濃度進行新風量的控制，并有室內空氣污染物超標報警功能。同時為了提升室內空氣舒適度，應加入濕度、溫度等其他監測參數，系統隨著空氣環境的變化自動開啟或關閉，自動調節風量大小和溫濕度、過濾空氣[5]。

6 新風系統的控制原理

新風系統要實現以上功能，控制系統在硬件上應配置CO2濃度傳感器、PM2.5濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等空氣質量傳感器，布置于室內。配置可編程控制模塊，傳感器信號作為模擬量輸入，接入可編程控制器中，經過處理，一方面在顯示器上顯示實時空氣質量狀態參數，另一方面，作為控制參數，控制風機的啟停。在新風機內部配置壓差傳感器，監測過濾器前后壓差，壓差過大時報警并提示更換過濾器。軟件上，在達到室內適宜溫濕度的前提下，新風系統可根據CO2的濃度進行控制。控制流程圖如圖3。

7 新風與空調的聯動

在智能家居中，新風系統和空調系統同時作為家庭環境控制系統的重要控制單元，應該密切聯動，組成整體的室內空氣品質控制系統。

圖3 控制流程圖

IAQ是英文Indoor Air Quality的縮寫，即“室內空氣品質”，室內空氣品質是指在某個具體的環境內，空氣中某些要素對人們生活、工作的適宜程度，它是反映了人們的具體要求而形成的一種概念，如何評價室內空氣品質是目前為人們所關心的主要問題之一。它包括室內空氣的溫度、濕度、空氣新鮮度和潔凈度等情況。

在功能上，空調是通過制冷制熱來調節室內溫度的，新風系統是利用室內外空氣的循環來保證室內空氣質量的。在提升生活舒適度上，兩者互補。空調利用制冷制熱的功能使人體處在一個相對舒適的溫度下，新風系統則可以保證室內空氣的新鮮度。

日常生活中，人們在使用空調時，為保證換熱效果，都會關閉門窗。如果人體在密閉空間內待的時間較長，由于密閉空間空氣流動性差，容易導致二氧化碳濃度過高，引起人體不適。這種現象在空調房內尤為嚴重。為了減少房間內二氧化碳濃度過高對人體造成的不舒適感，通常會在房間內開啟新風系統，在房間二氧化碳濃過高時，新風系統工作，將室外的新鮮空氣引入房間內，降低房間內二氧化碳濃度。在房間二氧化碳濃度降低到無害濃度后，關閉新風系統。

全熱型新風機能夠和空調系統更好的配合。全熱型新風機是指新風機內部具有空氣全熱交換功能的新風機，全熱交換的功能是對室內、室外的空氣進行溫度、濕度的交換，使進入室內的新風溫度與濕度能夠與室內的空氣進行交換，減少室外空氣對室內空氣的溫度與濕度的影響。一般的全熱交換器材質為紙，導熱及導濕性能好。

所以與空調配合使用時，新風系統與傳統通風的效果可明顯表現出來。由于新風系統具有熱交換的功能，不會對空調的制冷制熱效果和能耗有顯著影響。需要注意的是，為了達到更好的節能效果，新風和空調系統聯動在設計上應該引入室外溫度、濕度參數。將室外和室內參數進行對比，當室外溫度低于室內溫度時，優先開啟新風進行溫度調節。這樣可以最大限度的利用自然冷量，減少空調的能耗。

8 結語

新風系統能夠解決室內空氣污染的所有問題，將室內的有害氣體排到室外，同時將新鮮的空氣換進室內，與此同時過濾灰塵等，避免室外的污染物進入室內，越來越受到人們的重視。將新風系統加入智能家居系統中，通過組網，與空調系統、空氣質量監控傳感器聯動，可達到良好的室內空氣品質控制效果，同時還能夠降低空調能耗，減少碳排放。隨著人們對室內環境舒適度要求的提高，相信新風系統會逐漸成為每個家庭的標配。