智能可控式家用新风系统的现状分析及优化设计

张棋 刘雨钊 王慧娟 王锦荣 殷凯强

摘要：论文研究一种智能可控式的家用新风系统，属于绿色能源和节能减排领域的研究课题，具有很好的社会效益。本文主要的研究工作是重点分析家用新风系统的进排风口位置和空气流量对于室内空气质量的影响，以舒适度为切入点，研究家用新风系统的温度、相对湿度、风量等指标，在保证智能化、可控式以及合理性的前提下，提出一套家用新风系统的最佳安装方案及通用准则。

关键词：智能化;可控式;家用新风系统;舒适度;通用准则

引言

随着现代社会经济的飞速发展，城市污染问题日益严重，雾霾天气频繁出现，空气中的有害气体严重影响着人们的身体健康。国内外呼吸道及肺部疾病发病率升高，且人们每日在住宅内活动时间至少为八小时，在外界环境无法得到有效改善时，保证住宅内空气的健康逐渐成为人们关注的热点。家用新风系统是有效维持住宅内良好空气质量的最佳装置，目前我国的家用新风系统发展尚处于刚刚起步的阶段，可满足对空气的初步净化处理，在智能化及系统优化方面仍有待提高。为了满足人们对身体健康及高生活质量的需求，对家用新风系统进行合理优化设计与正确的运行管理，在保证室内热舒适的同时，有效地改善室内空气质量，实现住宅室内空气质量的综合智能控制，是本文的研究重点。

智能新风系统的优化设计与运行

进排风口位置设计

进风口应该尽可能安排在人体经常活动的位置，例如在睡眠时的床头、餐厅、以及办公桌的上部等;同样的，排风口的位置应尽量安排在空气难以流通以及难以排出的房间死角。上述方式安装进排风口的位置，能让人在第一时间呼吸到进风口送进来的新风，减少新风量的损失，使新风的利用效率达到最大化，从而实现能耗最小，同时能在最短时间内优化室内空气质量。

送排方式设计

效率最高最合适的排送方式为上送下排，效率适中的排送方式为上送上排，最次的即为下送上排。在通常环境下，有污染的空气颗粒密度较大，于是污浊空气更贴近地面，下排上送能够形成一种不错的循环，即在室内可形成一种顶部送入良好的过滤净化过后的新鲜空气，而在底部将污浊污染的空气排出，然而这种安装方式的施工难度也是最大的;上排上送只需在顶部安装吊顶，但其效率完全不如下排上送式;最后为上排下送式，底部进入的新鲜空气会将室内原有的污浊空气吹起，会起到适得其反的作用[1]。

风量控制

在新风系统运行过程中，风量大小会影响系统完成净化的时间和效果，若风量过大，则过滤效果会降低，若风量过小，净化时间会加长。一台机器每小时能置换（排出送入）多少立方米。计算公式如下：

Q=S*h*0.7

式中：Q=需要的风量;S=居住面积;h=层高。比如100平实用面积×3米层高，选择210–300m3风量较合理。

影响人体舒适度主要参数的确定

在不同的外界环境下人体的各器官有不同的感觉，这种种感觉整合在一起再经过大脑皮层的综合判断得到人体的舒适度。然而湿度、空气流速和风量等是影响人体舒适度的最主要的因素。以热舒适方程和ASHRAE七点标度为依据提出的与预测平均投票数PMV（Predicted Mean Vote）和预测不满意分数PPD（Percentage of Discussion）指标是使用范围最广的综合性热舒适指标。以下是PMV与PPD之间的关系：如表1.PMV与PPD的关系。

湿度

室内空气的相对湿度影响人体与环境的换热、皮肤温度和皮肤湿润度，从而影响人体的舒适度。下面是相对湿度与人体舒适度的关系，如图1. t=25℃，v=0.10m/s时相对湿度对PMV的影响。

图1.是温度为25℃、空气流速为0.1m/s时的相对湿度对人体舒适度的影响，此图并不能得到人体最佳的相对湿度，只能得到其他条件一定时，舒适度与相对湿度成线性关系。研究表明，夏季23–28℃，相对湿度40%–50%，冬季18–26℃，相对湿度40%–60%时，人体最为舒适。

室内空气的流动直接影响皮肤表面与环境的对流换热及皮肤表面水分蒸发，也就对人体舒适度产生影响。一般来说，空气流速=风量/房间体积。

通用准则

通过上述研究，可以得出一套家用新风系统的最佳安装方案和通用准则。

进风口位置：床头、客厅沙发、餐厅、书桌上方等人体最需要新鲜空气的位置。

排风口位置：房间死角。房间死角空气污浊，是排风口的最佳位置。

送排方式：上送下排。有利于把污浊的空气从地面排风口抽走，形成良好的空气循环。

温度：26℃。综。亦是综合冬、夏季的人体最适湿度，选定50%。

风量：居住面积*层高*0.7。比如100平实用面积×3米层高，选择210–300风量。

空气流速：风量/房间体积。一般认为，风量与房间体积之商即为最佳空气流速。

结语

在研究过程中，首先分析了进排风口的布置位置对室内空气质量及能耗的影响，科学优化布置风口位置可使新风系统达到效率最佳;然后，研究了适宜的进排风口的空气流量和空气流速，计算得到优化通用准则;此外，对新风系统和控制元件进行综合集成，利用湿度传感器、二氧化碳含量传感器、pm2.5粉尘传感器对室内空气质量进行实时监测，并在显示屏上输出，通过结果得到新风系统运行的智能判据，是否需要調整风量、工作时长等参数，是否需要更换或清洗过滤设备，以满足用户需求，方便使用。

参考文献

李金辉.新风系统原理、设计安装及未来展望[J].黑龙江科技信息，2015（13）：129.