内区房间通风换气智能控制系统应用

宗兆春，冯泽龙，王广齐，魏志立，杨文玉

（中建交通建设集团有限公司，北京 100000）

1 引言

空调通风与空气调节系统已经成为居民日常生活中不可缺少的设备。内区房间环境复杂多变，如灰尘大、温度高等严重影响人们生活质量，不及时地进行室内换气或通风系统改造，会导致设备工作效率下降，同时增加能源消耗及空气污染。内区房间通风换气智能控制系统由现代化智能控制装置和管理模式组成，它具有较高可靠性，可以根据不同房间的功能需求对房间内的空气、湿度、温度等参数进行智能化调控。根据房间实际需要选择不同功能类型，设置控制面板和按键，同时检测与监控室内环境。

2 内区房间通风换气系统的智能控制系统研究

2.1 影响内区房间通风换气系统的主要因素

1）空调水压波动、冷冻风温度升高对室内冷凝器传热量的影响。

2）空气流量和温度。如果室内环境温差较大，就会导致换气口关闭，影响空调区的正常工作。

3）二氧化碳浓度和热量消耗。在整个循环过程中总有大量气体从吸尘口进入室外机而产生污染源问题。

4）系统的压力降。在空气处理机组中，压缩机、电机和执行器等部件产生压差，引起气体流量变化以及气流分布不均匀。当压缩机出口蒸汽温度超过设定值时就会导致换气口附近气压升高。

5）系统负荷的影响：空调制冷机组运行过程中都有大量的工质损失，尤其是冷凝水，它的损失很大，从而造成了空调系统耗电量巨大[1]。

2.2 智能控制系统工作过程

智能控制系统主要由中央控制器、传感网络控制部分和综合环境感知3 个子系统构成。工作过程如下：首先，传感器将收集到的室内温度、湿度等信息，转换成单片机可接受并处理后送至中央控制器，由中央控制器进行相应处理后再发送给下位机，上位PC 通过对该温控系统来判断当前环境是否适宜换气或者换热，然后再由集中控制算法生成相应指令来驱动执行机构完成换气或温度湿度调控。在实际应用中可根据设定值进行相应智能切换来实现对环境温度监测功能的有效结合与转化达到节能目的，当系统运行过程中出现人为因素导致室内环境参数发生变化时，通过传感器数据采集及智能处理模块将相关信息传递给通风空调系统各级设备，同时显示实时温度及允许的最大舒适度值。

2.3 模糊控制

模糊控制的基本原理是根据人脑对客观事物的认识程度，将系统划分为若干个相对独立但又相互联系的子过程，通过经验或理论来进行推理和判断。通风空调系统中应用了模糊逻辑控制，通过检测空调机组与空气分离之后所得到的数据值和设定好的参数之间比较，确定偏差是否超出范围并进行处理，应用中一般采用闭环控制系统、差分微动控制阀和变压装置组成的系统模型，来分析各个子系统之间存在的联系以及它们相互协调的工作过程[2]。

2.4 内区房间通风换气算法

在实际工程中，有许多因素会影响到房间内的空气质量，比如：工作时间、空调等设备。为了解决这些问题就需要一种换气方法。这种控制技术主要是通过温度、湿度和洁净度来判断，利用PID 算法确定风量、温度等环境变量之间相互转换关系来实现换气规律，首先建立控制系统模型及相关信息，如送风口风速、走道的压力值以及环境所产生的二氧化碳浓度等，在试验过程中，需要不断地检测控制装置对空气流量、温度等环境参数的变化情况。在换气之前，需要对房间的空气质量和污染物进行检测。根据测试结果判断室内环境是否符合要求，得出数据再供用户使用智能空调系统控制设备执行操作，同时再通过显示器提醒人们温降和通风换气所设定的时间等。

2.5 对房间通风换气系统评价

根据实际情况对房间进行了多个方面评价：

1）房间的舒适性。该系统是否可以实现室内空气温度、湿度和洁净度等参数自动控制系统调节。

2）房间的清洁性。通过检测人员换气时排出废气物含量来判断环境条件是否良好。

3）安全性或可靠性。使用者能够在安全的环境下生活，系统良好运行[3]。

3 内区房间通风换气智能控制系统应用

3.1 系统总体设计方案

1）温度控制。温度检测器是该设备最重要也最为关键性的一部分，当环境温湿度发生变化时，热湿变化情况就会出现。所以需要对其设定一定范围来保证它能够正常运行，在设定好参数后，单片机通过采集温度、湿度、二氧化碳浓度值和空气温度湿度等数据来判断房间里的实际温度湿度是否超过或低于设定标准。当传感器检测到室内环境异常时驱动声光报警。

2）气体浓度显示及降噪处理功能。本系统温度控制采用液晶显示屏LCD1602 作为显示器件，噪声分贝以单片机为核心，软件系统的设计主要是为了满足内区房间空气质量、监控点温度和风量并在控制室对温度湿度进行独立调节，实现智能换气。

3）换热器由空气冷却泵、冷凝器和蒸发罐组成。其中空气冷却泵与暖风机之间通过喷水或抽气管道连接在一起实现能量交换作用。

3.2 系统硬件配置

1）换热器监控系统：该部分主要监测空气流量、蒸发温度值。在实际应用过程中，可将这些数据通过网络传输到智能中心。同时，也可以利用智能控制装置对空调设备进行远程监视与管理。

2）中央控制器：根据下位机的设计要求配置相应的电控阀，来实现对风量及温差变化情况，及时做出处理或提供一定时间间隔供用户使用。

3）温度传感器。通过温度传感器检测房间的湿度和温度，并将温控器输出为数字信号，通过单片机设定一个标准值来对室内空气环境参数进行自动调节[4]。

3.3 智能通风系统

智能通风系统通过RS485 通信协议，每台设备带不同数量的面板，通过面板来控制新风模块与排风模块。通过控制面板，得到新风模块的反馈信号，由智能通风系统新风机组统计风量的大小，实现新风、排风机自动调节联动功能。智能通风系统主要由电动风阀，设备自带温度、湿度、压差传感器，盘管电动比例调阀，加湿调节阀集成，并通过通信接口实现远程控制功能。该控制系统是通过温度、湿度和洁净度等参数来决定风机的开启与关闭。当室内环境指标达到设定值时，系统自动启动换热器并进行循环检测；在测量范围外还可对传感器本身发出指令或执行程序完成相应功能操作，以满足设计性能要求。

3.4 系统抗干扰能力

系统抗干扰能力是指控制设备在受到外界因素的影响时，能否及时、准确地对环境中存在的不稳定条件或者突发事件做出反应，并保证能够持续有效运行。控制系统在遇到外界噪声、电磁信号等环境突变时，能抵抗各种不利条件，它要求控制电路具有一定的稳定性，即不间断地对其进行检测。

为了保证内区房间空气品质达到要求值或者避免外界因素对其环境条件产生不良影响，可以采取以下抗干扰措施：

1）在控制器中，应采用屏蔽线、稳流圈等方式提高系统的稳定性；

2）布设新风机消声器，加装过滤网来降低噪声污染；

3）在系统中安装屏蔽套，以防止干扰耦合；

4）当被控对象具有一定强度或者灵敏度后，可采用闭式门或声控开关来进行内部控制，而不需要使用双作用触点，在设计时必须考虑其延时性[5]。

3.5 换气系统阻力曲线拟合

当换气系统的阻力和压力分布近似相同，即在该气流条件下，空气流量与各房间内风口速度相垂直，而当各房间内的压力分布不均匀时，换热器阻力系数、传热面积和壁面温度也会出现较大变化，因此，需要对参数进行一定程度上的修正，以使其接近实际情况。当气流速度较高时（即在相同风速条件下）会出现较大温差；反之则相反。因此，当入口侧吸入新鲜风流形成一定角度后，所产生阻力值变化很小或没有达到设计标准要求时，换气系统不能正常工作运行。因此，需要根据测试数据，对风机、水泵和电动风扇进行空气阻力PID 的控制曲线拟合。

3.6 参数设置

系统的温度设定，开始时设置好环境中的温度和湿度，当室内温度、湿度不同时，首先选择一个合适值进行计算。恒温和流量设定：根据实际测量数据控制风机转速、定时换气时间和有功耗散率测定参数，分别对每个独立按键执行对应I/O 口数值不同功能指令，对实时温度阈值进行比较。该系统设置的参数为室内温度、湿度以及额定风速。

3.7 数据处理

智能控制系统实验数据处理，主要包括以下步骤：

1）对采集到的室内环境空气参数进行采样；获取房间内温度、湿度以及二氧化碳浓度等信息后，通过温差和压力转换器转化为标准数值送入单片机。

2）检测出所测气体与标定气值对比结果是否超过设定规范要求。若没有达到规定的指标，则控制继电器接通并打开换热管或加热风系统，来实现对室内环境空气进行补全处理。主要以内区房间空气换气为核心环境温度进行智能调节，通过多次测试及比较结果得出，控制继电器闭合或断电。同时，在控制系统中设置温度、湿度和甲醛浓度的检测，并将数据记录下来。

3）根据以上测试结果，结合相关规范要求对建筑房间内空气环境进行补全处理。

3.8 内区房间空气质量检测

内区房间空气质量检测装置应具有以下几个功能：

1）能够检测出当前所处房间内有哪些区域有可能会出现不稳定或波动，以提醒房间内的空气质量是否在正常范围之内。

2）检测当前环境中是否出现异常因素，并根据此状况发出警报，使智能控制系统能对该故障区域进行及时处理。

3）能够检测到室内温度和湿度参数是否超出预设定值，监控系统的相关功能设置及操作方式控制等程序实现了实时性要求[6]。

4 结语

本文主要介绍了内区空调系统的智能控制系统，将整个系统划分为多个小部分并完成各自的功能，在系统的软硬件方面，需要注意内区房间温度控制系统性能指标稳定性问题，当环境温度湿度发生变化时，被控对象的输出也会相应变化，因此，控制精度和稳定性将受到影响。该系统根据室内湿度和温度等因素自动调节通风换气时间，可编程逻辑器件来完成整个监控过程，对内部环境的温度湿度数据实时监测，控制风机的开启与关闭。