CN107091514B - 一种室内自动开窗换气的*** - Google Patents

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Abstract

本发明属于开关控制装置领域，具体为一种室内自动开窗换气的***，包括自动开窗机构以及用于控制自动开窗机构工作的控制机构；所述控制机构包括风向风速检测器、二氧化碳浓度检测器与单片机；风向风速检测器安装于窗外并连接于单片机；二氧化碳浓度检测器有两个，一个二氧化碳浓度检测器安装于窗内并连接于单片机；另一个二氧化碳浓度检测器安装于窗外；单片机通信接收风向风速检测器与二氧化碳浓度检测器发送的信息，同时单片机在判断接收的信息后控制自动开窗机构工作。其能根据用户设定的二氧化碳浓度值，通过机械装置自动地开关窗户，以达到更新空气的效果。

Description

一种室内自动开窗换气的***
技术领域
本发明属于开关控制装置领域，具体为一种室内自动开窗换气的***。
背景技术
随着天气的逐渐转冷，人们习惯在室内紧闭窗户，开着空调取暖。由于室内空气长时间得不到更新，导致室内二氧化碳浓度急剧上升，这就需要人们将窗户打开，使得室内空气与外界空气进行流通，从而降低室内二氧化碳浓度。但是人体无法检测室内空气二氧化碳浓度，而无法实现定时开关窗进行换气。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种室内自动开关窗换气的***，其能根据用户设定的二氧化碳浓度值，通过机械装置自动地开关窗户，以达到更新空气的效果。
为实现上述技术目的，本发明采取的具体的技术方案为，一种室内自动开关窗换气的***，包括自动开窗机构以及用于控制自动开窗机构工作的控制机构；所述控制机构包括风向风速检测器、二氧化碳浓度检测器与单片机；风向风速检测器安装于窗外并连接于单片机，用于检测风速与风向，并将检测的信息发送至单片机；二氧化碳浓度检测器有两个，一个二氧化碳浓度检测器安装于窗内并连接于单片机，用于检测窗内空气中二氧化碳的浓度，并将检测的信息发送至单片机；另一个二氧化碳浓度检测器安装于窗外并连接于单片机，用于检测窗外空气中二氧化碳的浓度，并将检测的信息发送至单片机；单片机通信接收风向风速检测器与二氧化碳浓度检测器发送的信息，同时单片机在判断接收的信息后控制自动开窗机构工作。
作为本发明改进的技术方案，自动开窗机构开窗换气的时间t为：式中，v：开窗时室内外空气交换速度，单位m3/s；ρ1：室外空气的二氧化碳浓度，单位为g/m3；ρi：用户设定的刚关窗时室内二氧化碳浓度，单位g/m3；ρj：用户设定刚开窗时室内污染物浓度，单位为g/m3；V：房间体积，单位m3；ρ2：室内污染源释放二氧化碳的速度，单位g/s。
作为本发明改进的技术方案，取暖时间t′，式中ρi：用户设定的刚关窗时室内二氧化碳浓度，单位g/m3；ρj：用户设定刚开窗时室内污染物浓度，单位为g/m3；V：房间体积，单位m3；ρ2：室内污染源释放二氧化碳的速度，单位g/s。
有益效果
该装置组能够根据室内二氧化碳浓度，室外风向、风速，自动控制窗户的开合，以此达到温和舒适，清新怡人的室内环境，既可靠安全，又在一定程度上减轻了人力的负担。
附图说明
图1本发明***的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
如图1所示一种室内自动开关窗换气的***，包括自动开窗机构以及用于控制自动开窗机构工作的控制机构；所述控制机构包括风向风速检测器、二氧化碳浓度检测器；风向风速检测器安装于窗外并连接于单片机，用于检测风速与风向，并将检测的信息发送至单片机；二氧化碳浓度检测器有两个，一个二氧化碳浓度检测器安装于窗内并连接于单片机，用于检测窗内空气中二氧化碳的浓度，并将检测的信息发送至单片机；另一个二氧化碳浓度检测器安装于窗外并连接于单片机，用于检测窗外空气中二氧化碳的浓度，并将检测的信息发送至单片机；单片机通信接收风向风速检测器与二氧化碳浓度检测器发送的信息，同时单片机在判断接收的信息后控制自动开窗机构工作。
(1)待定数据测量
①风向风速检测(室外)：
v：开窗时室内外空气交换速度(m3/s)(1.开窗时室内外空气交换速度方向为垂直窗户向室内，在利用风向风速检测器(室外)测得数据时，需将其进行转换(vk＝v'k·sinαk,k＝1,2,..,n，其中v'k和αk为第k次检测器测得的风速和风向角度，vk为垂直窗户指向室内的室外风的风速)，下面所述的风速的风向均是垂直窗户向室内的；2.在关窗期间(除了因风速发生剧烈改变而关窗)，间隔3分钟记录一次室外风速值，开窗时取之前所记录的室外风速值v1,v2,...vn的平均值，再乘以一扇窗户的面积S，即为下一次开窗时室内外空气交换速度v)
②二氧化碳检测(室外)
ρ1：室外空气的二氧化碳浓度(g/m3)，由安装于窗外二氧化碳浓度检测器检测；
③二氧化碳检测(室内)
ρt：在某一时刻t的室内二氧化碳浓度(g/m3)，由安装于窗内二氧化碳浓度检测器检测；
(2)其余数据设置
ρi：刚关窗时室内污染物浓度(g/m3)(用户设定)；
ρj：刚开窗时室内污染物浓度(g/m3)(用户设定，需满足ρj＞ρi)；
V：房间体积(m3)(测量即得)；
S：一扇窗户面积(m2)
ρ2：室内污染源释放二氧化碳的速度(g/s)(关窗取暖时，主要污染源是人，间隔5分钟记录一次室内二氧化碳含量(单位：g)，记为ρk(k＝1,2,..).取前6组数据ρ1,ρ2,ρ3,ρ4,ρ5,ρ6,根据公式求得ρ2的平均值，并以此值作为室内污染源的释放二氧化碳的速度)
(3)单片机进行数据处理
处理数据之前，先做出几点约定：
1.室内外空气过程中，室内体积相对于室外体积可忽略不计，因此室内二氧化碳的排出量对室外空气的二氧化碳浓度的影响极小，可视室外空气的二氧化碳浓度ρ1不变；
2.当室外空气二氧化碳含量远小于室内空气二氧化碳且室外空气污染指数较低时，可开窗进行换气，这也是符合实际情况的。若室外空气污染严重，开窗换气反倒会对室内空气质量造成影响；
3.开窗换气过程中，间隔30秒记录一次室外风速，间隔10分钟求出一次室外风速的数学期望；
4.由于开窗换气时间与风速v有关，所以每次开窗换气过程中，我们将风速v取一固定值，该值即是间隔时间所测的风速的平均值。若在开窗换气过程中，风速发生剧烈改变时(对剧烈改变判定设定如下：开窗换气过程中，当室外风速的平均值(约定3中所求得的)大于开窗换气速度的3倍时)，关闭窗户，按照约定3中的记录计算方法重新设定v，再进行开窗换气。
5.当因风速发生剧烈改变而关窗时，ρj临时改为开窗时室内的二氧化碳监测数据，而不是用户先前所设定的数值。若ρj＜ρi，则无需开窗。
分析问题可知，二氧化碳的排出量(简称排出量)与室内二氧化碳浓度有关.在开窗换气的过程中，室内二氧化碳的产生主要来自室外新鲜空气的送入量(简称送入量)和室内污染源的二氧化碳释放量(简称释放量).故有如下等式：送入量+释放量-排出量＝开窗过程二氧化碳的变化量；
由此可得在开窗过程中一段微小时间dt内，室内二氧化碳变化的微分方程；vρ1dt+ρ2dt-vρtdt＝Vdρt ①；
当室内空气二氧化碳浓度达到指定浓度ρi时，关闭窗户取暖，此时，室内二氧化碳总量应为室内原有的二氧化碳量与关窗取暖时间t′内污染源释放的二氧化碳量之和。根据假设，有如下等式：ρiV+ρ2t′＝ρjV ②；
当室内二氧化碳浓度再次到达ρj时，再次开窗。
由此得到：
(1)开窗换气时间
由①，得：
开窗t时间内，室内污染物浓度从ρj变化到ρi，对③两边积分，得：
即：
由此可知，开窗换气时间为：
(2)关窗取暖时间
由②知，关窗取暖时间为：
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种室内自动开关窗换气的***，包括自动开窗机构以及用于控制自动开窗机构工作的控制机构；其特征在于，所述控制机构包括风向风速检测器、二氧化碳浓度检测器与单片机；风向风速检测器安装于窗外并连接于单片机，用于检测风速与风向，并将检测的信息发送至单片机；二氧化碳浓度检测器有两个，一个二氧化碳浓度检测器安装于窗内并连接于单片机，用于检测窗内空气中二氧化碳的浓度，并将检测的信息发送至单片机；另一个二氧化碳浓度检测器安装于窗外并连接于单片机，用于检测窗外空气中二氧化碳的浓度，并将检测的信息发送至单片机；单片机通信接收风向风速检测器与二氧化碳浓度检测器发送的信息，同时单片机在判断接收的信息后控制自动开窗机构工作；自动开窗机构开窗换气的时间t为：式中，v：开窗时室内外空气交换速度，单位m3/s；ρ1：室外空气的二氧化碳浓度，单位为g/m3；ρi：用户设定的刚关窗时室内二氧化碳浓度，单位g/m3；ρj：用户设定刚开窗时室内污染物浓度，单位为g/m3；V：房间体积，单位m3；ρ2：室内污染源释放二氧化碳的速度，单位g/s。
2.根据权利要求1所述的一种室内自动开关窗换气的***，其特征在于，取暖时间t′，式中ρi：用户设定的刚关窗时室内二氧化碳浓度，单位g/m3；ρj：用户设定刚开窗时室内污染物浓度，单位为g/m3；V：房间体积，单位m3；ρ2：室内污染源释放二氧化碳的速度，单位g/s。
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