对室内外空气双重监控的调节净化系统

暂无

对室内外空气双重监控的调节净化系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及环境监测及净化，采用有过滤的强制通风和封闭其他空气流通渠道的方式对室内外空气污染物予以监测和净化的技术。\n背景技术\n[0002] 人们对室内空气中的传染病病原体认识较早，而对其他有害因子则认识较少。其实，早在人类住进洞穴并在其内点火烤食取暖的时期，就有烟气污染。但当时这类影响的范围极小，持续时间极短暂，人的室外活动也极频繁，因此，室内空气污染无明显危害。随着人类文明的高度发展，尤其进入20世纪中叶以来，由于民用燃料的消耗量增加、进入室内的化工产品和电器设备的种类和数量增多，更由于为了节约能源寒冷地区的房屋建造得更加密闭，室内污染因子日渐增多而通风换气能力却反而减弱，这使得室内有些污染物的浓度较室外高达数十倍以上。\n[0003] 此外，某些地区的煤中含有较多的氟、砷等无机污染物，燃烧时能污染室内空气和食物，吸入或食入后，能引起氟中毒或砷中毒。\n[0004] 烹调。烹调产生的油烟不仅有碍一般卫生，更重要的是其中含有致癌突变物。\n[0005] 室内不清洁，致敏性生物滋生。主要的室内致敏生物是真菌和尘螨。主要来自家禽、尘土等。真菌的滋生能力很强，只要 略有水分和有机物，即能生长。例如玻璃表面、家用电器内部、墙缝里、木板上、甚至喷气式飞机的高级汽油筒的塞子上也能生长。尘螨喜潮湿温暖，主要生长在尘埃、床垫、枕头、沙发椅、衣服、食物等处。无论是活螨还是死螨，甚至其蜕皮或排泄物，都具有抗原性，能引起哮喘或荨麻疹。\n[0006] 病人传播病原体。患有呼吸道传染病的病人，通过呼出气、喷嚏、咳嗽、痰和鼻涕等，可将病原体传播给他人。\n[0007] 室内使用的复印机、静电除尘器等仪器设备产生臭氧（O3）；O3是一种强氧化剂。对呼吸道有刺激作用，尤其能损伤肺泡。\n[0008] 家用电器产生电磁辐射。如果辐射强度很大，也会使人头晕、嗜唾、无力、记忆力衰退。\n[0009] 室内的尘埃、 燃烧颗粒物、飞沫等污染物，与室内的空气轻离子结合，形成重离子。前者在污浊空气中仅能存留1分钟，而后者则能存留1小时，这样就加强了重正离子的不良影响：头痛、心烦、疲劳、血压升高、精神萎靡、注意力衰退、工作能力降低、失眠等。\n[0010] 室内物品中有害因子的直接散发 室内有很多物体和用品，其本身即含有各种有害因子，一旦暴露于空气中，就会散发出来 造成危害。主要来自以下几方面：\n[0011] 建筑材料。某些水泥、砖、石灰等建筑材料的原材料中，本身就含有放射性镭。待建筑物落成后，镭的衰变物氡（222Rn） 及其子体就会释放到室内空气中，进入人体呼吸道，是肺癌的病因之一。室外空气中氡含量约为10Bq/m3以下，室内严重污染时可超过数十倍。美国由氡及其子体引起的肺癌超额死亡人数为1～2万。\n[0012] 使用脲-甲醛泡沫绝热材料（UFFI）的房屋，可释放出大量甲醛，有时可高达10mg/m3以上。甲醛具有明显的刺激作用，对眼 、喉、气管的刺激很大；在体内能形成变态原，引起支气管哮喘和皮肤的变态反应；能损伤肝脏，尤其是有肝炎既往史的人，住进UFFI活动房屋以后，容易复发肝炎。长期吸入低浓度甲醛，能引起头痛、头晕、恶心、呼吸困难、肺功能下降、神经衰弱，免疫功能也受影响。动物试验能诱发出鼻咽癌。尚未见到人体致癌的流行学证据。\n[0013] 有些建筑材料中含有石棉，可散发出石棉纤维。石棉能致肺癌，及胸、腹膜间皮瘤。\n[0014] 家具、装饰用品和装潢摆设。常用的有地板革、地板砖、化纤地毯、塑料壁纸、绝热材料、脲-甲醛树脂粘合剂以及用该粘合剂粘制成的纤维板、胶合板等做成的家具等等都能释放多种挥发性有机化合物，主要是甲醛。中国沈阳市某新建高级宾馆内，甲醛浓度最高达\n1.11mg/m3，普通居室内新装饰后可达0.17mg/m3左右，以后渐减。此外，有些产品还能释放出苯、甲苯、二甲苯、CS2、三氯甲烷、三氯乙烯、氯苯等不下百余种挥发性有机物。其中有的能损伤肝脏、肾脏、骨髓、血液、呼吸系统、神经系统、免疫系统等，有的甚至能致敏、致癌。\n[0015] 日常生活和办 公用品。例如化妆品、洗涤剂、清洁剂、消毒剂、杀虫剂、纺织品、油墨、油漆、染料、涂料等都会散发出甲醛和其他种类的挥发性有机化合物、表面活性剂等。这些都能通过呼吸道和皮肤影响人体。\n[0016] 从室外进入室内的污染物室外环境中的一部分有害因子，也能通过各种适当的介质进入室内。常见以下情况：\n[0017] 当大气中的污染物高于室内浓度时，可通过门窗、缝隙等途径进入室内。例如颗粒物、SO2、NO2、多环芳烃以及其他有害气体。\n[0018] 土壤中含镭的地区，镭的衰变物氡及其子体可以通过房屋地基或房屋的管道入口处的缝隙进入室内。也可以先溶入地下水，当室内使用地下水时，即逸出到空气中。地下室或底层房间内空气中的氡浓度可达几百B9/m3，楼层越高，浓度越低。\n[0019] 土壤中或天然水体中可含一种革兰氏阴性的杆菌，称为军团杆菌。可随空调冷却水，加湿器用水甚至淋浴喷头的水柱进入室内形成气溶胶，进入人体呼吸道造成肺部感染，称为军团病（嗜肺炎军团杆菌病）。\n[0020] 人为带入。服装、用具等可将工作环境或其他室外环境中的污染物如铅尘带入室内。\n[0021] 除了以上三大方面的来源以外，还有一些其他来源。例如，紫外线的光化学作用可以产生臭氧。\n[0022] 总之，室内 空气污染物的来源很广、种类很多，对人体健康可以造成多方面的危害。而且，污染物往往可以若干种类同时存在于室内空气中，可以同时作用于人体而产生联合有害影响。\n[0023] 人们每天平均大约有80%以上的时间在室内度过。随着生产和生活方式的更加现代化，更多的工作和文娱体育活动都可在室内进行，购物也不必每天上街，合适的室内微小气候使人们不必经常到户外去调节热效应，这样，人们的室内活动时间就更多，甚至高达\n93%以上。因此，室内空气质量对人体健康的关系就显得更加密切更加重要。虽然，室内污染物的浓度往往较低，但由于接触时间很长，故其累积接触量很高。尤其是老、幼、病、残等体弱人群 、机体抵抗力较低、户外活动机会更少，因此，室内空气质量的好坏与他们的关系尤为重要。\n[0024] 鉴于我国发展生产的实际要求，城乡间均存在严重的空气污染现象，城市的问题集中在工业建设和建筑材料的污染，人量的工业废料、装修材料都是污染源；乡村的问题是生产资料的进一步处理过程中衍生的污染问题，改善生活条件、装潢室内也趋于城市污染的程度。因此如何协调生产发展和环境冶珲、保护之间的关系成为全球共同而对的难题。空气是人类赖以生存的重要资源，不可改变的事内活动生存性质形成了室内污染威胁的双重限制，针对甲醛等化学物质的危害性质分析，老人和青少年更容易受到侵害，极容易打破本就低下的抵抗力的最后防线。该现象结合我国的国力、国情，形成了亟待解决的问题。否则将严重制约人口的良性发展，打破群体健康素质的长效保证模式。建立系统的空气监测机制是目前解决\n[0025] 空气问题的有效方案，通过科学的分析、监测、处理实现细致的控制。\n[0026] 随着生活水平的提高，人们越来越注重居室和办公场所条件改善，大量使用美化、装饰材料，导致大量的化学品在室内使用，许多有毒有害的物质正在悄悄地威胁着人体的健康。那些常见的呼吸道疾病、过敏性疾病、皮肤病、癌症等发病率的上升，都与室内空气污染密切相关，室内空气污染已成为危害人类身体健康的“隐形杀手”。与此同时，室内空气污染净化技术研究被提到议事日程。\n[0027] 对室内空气质量进行监测和净化的技术已经相当成熟。亦有多种成熟方案可以对空气中的颗粒状悬浮物、硫化物、氮氧化物等成分进行监测，并根据监测对象的类型、浓度等情况报警或启动空气净化装置。\n[0028] 这些技术并未考虑到室外环境出现较严重的空气污染时应采取何种应对措施。近年来，我国大中城市的空气污染日趋严重。PM2.5等颗粒状悬浮物以及汽车尾气、工业锅炉排烟中包含的燃烧产物对人体健康的不利影响已经相当明显。虽然从空气中滤除这些有害成分的技术均已存在，但是，还没有一种综合性环境监控系统，在考虑到室外空气污染影响的情况下，对室内有限空间的空气质量进行控制。\n发明内容\n[0029] 本发明需要解决的技术问题是如何对室内外的空气参数同时进行监测，当室外空气出现明显对人体健康不利的污染时，采用有过滤的强制通风和封闭其他空气流通渠道的方式，确保室内空气质量基本无害于人体健康。\n[0030] 一种对室内外空气双重监控的调节净化系统，包括：通风及净化装置、开窗器及其控制模块、监测装置、状态显示及控制装置、中央控制器，其特征在于：所述通风及净化装置设置通风管、风机及其控制模块、空气净化器，通风管的始端位于室外，末端与室内各处通风口连接；所述监测装置设有颗粒状悬浮物传感器、硫化物传感器、挥发性有机物传感器及信号采集电路，在室内外各设置一套以上；所述状态显示及控制装置设有触摸屏；所述中央控制器与各装置之间通过数字通讯线路连接，接收来自各装置的信号并根据设定的程序对各装置发出指令信号；\n[0031] 其运行方式为，当安装在室内的监测装置测量到室内空气中有一项以上污染物超过预先设定的阈值时，采集电路发送数据到中央控制器，中央控制器在接收到此信息后启动风机，将经过净化的空气通入室内；当安装在室外的监测装置测量到环境空气中有一项以上污染物超过预先设定的阈值时，采集电路发送数据到中央控制器，中央控制器在接收到此信息后向状态显示及控制装置发送信号，对室内人员发出警报，若在给定时间内没有人工操作反馈，则中央控制器向开窗器控制模块发出关闭窗户的指令。\n[0032] 进一步地，所述通风及净化装置、开窗器控制模块、监测装置均采用RS485总线与所述中央控制器间通讯，每一套装置都有相应的地址码，所述中央控制器在与任意一套装置通讯的过程中可以辨识该装置的类型和安装位置。\n[0033] 进一步地，所述风机的控制模块采用光电耦合隔离控制电路每个风机控制模块有相应的地址码；所述中央控制器对任意风机控制模块发送的指令中包括该风机控制模块的地址码及调节风机工况的指令。\n[0034] 进一步地，所述开窗器的控制模块有相应的地址码；中央控制器接收来自各开窗器控制模块的窗户开闭状态信号，对任意开窗器控制模块发送的指令中包括该开窗器控制模块的地址码及开闭窗户的指令。\n[0035] 进一步地，每一窗户旁边设置有手动窗启闭按钮，可以由操作者人工控制该窗户的开窗器而改变窗户的开闭状态；人工控制的优先级高于所述中央控制器的自动控制，当人工控制窗户的开闭状态与系统处于运行状态中窗户的默认开闭状态相违背时，将在所述状态显示及控制装置上显示警告信息。\n[0036] 进一步地，所述空气净化器内沿空气流动方向依次设置可拆出清洗的静电除尘模块与可更换的活性炭吸附模块，所述静电除尘的风管中安装有压差检测传感器，与其信号采集电路连接；所述活性炭吸附模块的出口端设有甲醛、硫化物、氮氧化物气体传感器，与其信号采集电路连接；所述的积尘信号采集电路与气体信号采集电路通过监测装置所用的RS485总线与中央控制器通讯，发送其采集的积尘和气体数据；所述中央控制器检测到积尘信号或气体信号中有某项超过相应阈值时，将在所述状态显示及控制装置上显示出需清洗除尘模块或更换吸附模块的报警信息。\n[0037] 进一步地，所述状态显示及控制装置采用的触摸屏，能显示室外和室内的环境监测状况、通风运行状态、窗户启闭状态、各项报警信息。\n[0038] 本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：\n[0039] 1. 本发明提供的环境监测及调节系统，通过对室内外的空气同时进行监测，并在需要时对空气进行净化通风，确保室内空气污染物的含量在预定的阈值之下，自动化程度高，解决了传统空气净化系统无法有效隔绝室外空气污染的问题，为清洁的室内空气提供了可靠保障；\n[0040] 2. 本发明能够顺畅的让建筑物的内部空间得到换气，并且能够降低安装成本，为家居提供了一个健康舒适的环境；\n[0041] 3. 本发明的空气净化器内设有静电除尘模块与可更换的活性炭吸附模块，在静电除尘的风管中安装有压差检测传感器，在活性炭吸附模块的出口端设有甲醛、硫化物、氮氧化物气体传感器结构设计合理，能够有效地调节室内的空气质量；\n[0042] 4. 本发明的开窗器的控制模块有相应的地址码；中央控制器接收来自各开窗器控制模块的窗户开闭状态信号，对任意开窗器控制模块发送的指令中包括该开窗器控制模块的地址码及开闭窗户的指令，当安装在室外的所述监测装置测量到环境空气中有一项以上污染物超过预先设定的阈值时，中央控制器能向开窗器控制模块发出关闭窗户的指令，达到自动调控室内空气质量的效果；\n[0043] 5.本发明的触摸屏，能显示室外和室内的环境监测状况、通风运行状态、窗户启闭状态、各项报警信息，便于对整个系统的装置进行调控；\n[0044] 6. 本发明的对室内外空气双重监控的调节净化系统及其实现方法，结构设计合理，操作简单方便，具有节能、环保的优点，符合国家目前的节能减排、节能降耗的战略方针。\n附图说明\n[0045] 图1为本发明实施例中的对室内外空气双重监控的调节净化系统框图；\n[0046] 图2为本发明实施例提供的触摸屏接口电路框图；\n[0047] 图3为本发明实施例提供的开窗器模块控制模块电路框图；\n[0048] 图4为本发明实施例提供的风机控制模块电路框图；\n[0049] 图5为本发明实施例提供的监测装置电路框图；\n[0050] 图中各序号所示装置或设备意义如下：10-三星S3C2410中央控制器，20-触摸屏，\n30-开窗器控制模块，40-手动开窗器控制开关，50-风机控制模块，60-空气质量监测模块。\n具体实施方式\n[0051] 如图1所示，本发明提供的对室内外空气双重监控的调节净化系统的一个实施例包括：设置一台三星S3C410作为中央控制器10，主要负责各种信号的采集和处理；一台800×480分辨率的电阻式触摸屏20作为输入及显示装置；中央控制器10自带有三路485通讯接口，每路485总线在采用通讯芯片MAX487和双绞线屏蔽通讯电缆后可接入127个设备；本例中只使用到一路标准485通讯接口就可满足所有设备接入。\n[0052] 本系统采用一块TFT8048BS-8WKT 8寸电阻式触摸屏作为显示及输入装置，该触摸屏20已自带驱动电路，采用并口总线(Intel8080接口)方式与中央控制器10相连接。如图2所示，中央控制器10的A[8：1]引脚与触摸屏20的Data[7:0]数据引脚相连，中央控制器10的B1-B5分别与触摸屏20的A0、A1、/CS、/WR、/RD引脚相连。系统的人机界面包括室内和室外的颗粒状悬浮物(PM2.5,PM10)、有害气体和挥发性有机物监测值显示；各个风机的状态显示；\n净化模块的状态和窗户控制模块的状态显示。其中，室内和室外的各项污染物监测值显示框下方均显示有设定的动作阈值供用户对比。当通风与净化装置中有静电除尘模块或活性炭吸附模块处于饱和状态时，触摸屏上会显示出需清洗除尘模块或更换吸附模块的警告信息；当有窗户的开闭状态与系统当前对窗户的开闭状态需求相违背时，该触摸屏上会显示相应的警告信息；若监测到室外环境中有一种或一种以上污染物含量超过动作阈值时，触摸屏上亦会显示出相应的警告信息。上述内容的显示通过软件实现。\n[0053] 中央控制器10与开窗器控制模块30、风机控制模块50和空气监测控制模块60均采用同一标准485通讯回路相连。各个模块模块均组成独立子系统，拥有独立地址和独立诊断能力，当某个模块发生故障时只发送指令到中央控制器10，而不影响其他模块模块的运行。\n[0054] 如图3所示为开窗器控制模块30的电路框图；其中控制器A采用ATmega8L单片机,控制器A的PB0引脚经光耦后与继电器K1（触点容量为AC250V,10A）相连；继电器K1的辅助触点接入电动开窗器的控制回路实现对电动开窗器的开关控制。控制器A的PB1引脚经过光耦后接入开窗器控制回路中的选择开关辅助触点K2，控制器A通过K2的状态判断开窗器是处于手动还是自动控制状态。控制器A的PB2引脚经光耦后接入开窗器信号线引出的辅助触点K3，控制器A通过K3的状态判断开窗器是否已开关到位。控制器A的PB3引脚经过光耦后与开窗器的过热反馈信号K4相连，控制器A通过K4的状态可判断开窗器是否被堵住或出现故障。\n每个开窗器控制模块30均有唯一的地址码；中央控制器10接收来自各开窗器控制模块30的窗户开闭状态信号，对任意开窗器控制模块30发送的指令中包括该开窗器控制模块的地址码及开闭窗户的指令；当中央控制器向开窗器控制模块发出关闭窗户的指令后，相应的窗户将在开窗器的驱动下关闭。然而，如果开窗器在关闭时遇到了过载的阻力而无法关闭窗户，将向相应的控制模块反馈信号，控制模块随后向中央控制器10发出信号，中央控制器从而在前述触摸屏20上显示出该处窗户故障的警告信息；另一方面，当中央控制器10判定需要关闭窗户，而用户人工操作某扇或某几扇窗户打开时，也将在前述的触摸屏20上显示警告信息。\n[0055] 如图4所示为风机控制模块50的电路框图，其中控制器A采用ATmega8L单片机，控制器A的PB0引脚通过光耦后与5V继电器K1（触点容量为AC250V,10A）电路相连，通过继电器K1实现对风机回路的控制；控制器A的PB1经光耦后与风机控制回路中的接触器辅助触点K2相连，以通过K2的状态判断风机的运行状况；控制器A的PB2引脚经光耦后与风机控制回路中的热继电器的辅助触点K3相连，以通过K3判断是否风机出现过热故障。控制器A的ADC0引脚与风压差传感器S1的信号输出引脚OUT相连，通过判断进出风口的压差来判断是否需要清洗空气过滤片。控制器A的RXD和TXD经MAX487芯片后接入中央控制器10的485总线，中央控制器10通过该RS485总线向任意风机控制模块发出控制风机启动或停止的指令信号。每一套风机控制模块都具备自身特定的地址码，中央控制器通过RS485总线发出的信号中包含了指定风机控制模块的地址码，因此各套风机控制模块都可以独立操作。风机控制模块\n50也把自身地址、风机运行的状态（运行、停止、故障）和净化模块是否出现饱和的所有信息通过485总线发回给中央控制器10。\n[0056] 如图5所示为空气质量监测模块60的电路框图。其中控制器A采用ATmega8L单片机，控制器A的T0引脚与灰尘传感器DSM501A的输出引脚OUT相连，通过计数方法来测量大气中的PM10的含量；控制器A的T1引脚与灰尘传感器DSM501A的输出引脚OUT相连，通过计数方法来测量大气中的PM2.5的含量；控制器A的ADC0引脚与硫化物传感器的电压输出OUT引脚相连，通过测量输出电压来判断空气中硫化物等有害气体的含量；控制器A的ADC1引脚与VOCS(挥发有机物，如甲醛)传感器模块的电压输出OUT引脚相连，通过测量输出电压来判断空气中挥发有机物的含量。控制器A的RXD和TXD经MAX487芯片后接入中央控制器10的485总线，中央控制器定时向特定模块发出有地址辨识的查询指令，从该模块处接收测量到的数据。\n[0057] 每个活性炭吸附模块的出风口均相应安装一套监测装置，用于监控活性炭吸附的饱和状态。饱和后的活性炭无法继续吸附有害气体，出风口的硫化物等有害气体浓度将会接近或等同于室外环境的气体浓度。当检测到出风口的有害气体浓度与室外环境的有害气体浓度相等且后者超过阈值时，中央控制器将关闭该风路中的风机，并在触摸屏上显示活性炭吸附模块的饱和警告信息。\n[0058] 综上所述，上述实施例实现本发明功能的方法如下：\n[0059] 当系统电源接通后，中央控制器载入预设的空气污染物动作阈值，并查询从各监测装置发来的污染物监测数据，并根据下列几种不同的情况做出相应的反应：\n[0060] (1)如果室内、室外空气中的污染物监测数据均低于阈值，则所有风机均无动作。\n[0061] (2)如果室外空气中的污染物监测数据有至少一项不低于阈值，而室内空气中的污染物监测数据均低于阈值，则中央控制器发送指令至全部开窗器控制模块，将全部窗户关闭，同时在触摸屏上显示出“室外空气污染超限，已关窗”的警告信息。\n[0062] (3)如果室内空气中的污染物监测数据有至少一项不低于阈值，而室外空气中的污染物监测数据均低于阈值，则中央控制器发送指令至全部开窗器控制模块，将全部窗户开启，同时在触摸屏上显示出“室内空气污染超限，已开窗”的警告信息。\n[0063] (4)如果室内、室外空气中的污染物监测数据均有至少一项不低于阈值，则中央控制器发送指令至全部开窗器控制模块，将全部窗户关闭，并且发送指令至全部风机控制模块，将全部风机开启，同时在在触摸屏上显示出“室内外空气污染均超限，已关窗强制通风”的警告信息。\n[0064] (5)若在执行上述动作后有人工操作窗户关闭或开启而与预设的状态相违背，则在(2)(4)两种情形下，触摸屏上会显示“xx窗户被人为开启，请及时关闭”的警告信息；在(3)情形下，触摸屏上会显示“xx窗户被人为关闭，请及时开启”的警告信息。\n[0065] (6)在风机开启时，若中央控制器从空气净化器的监测装置接收到除尘模块饱和或吸附模块饱和的信号，则中央控制器发送指令至相应风机控制模块，将相关风路中的风机关闭，并且在触摸屏上显示“xx除尘模块已饱和，请及时清洗”或“xx吸附模块已饱和，请及时更换”的警告信息。\n[0066] 最后应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。