新風(fēng)系統(tǒng)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(qū) 110172）

0 前言

城市的發(fā)展，現(xiàn)代建筑呈現(xiàn)高密閉性，大量裝飾材料的應(yīng)用導(dǎo)致室內(nèi)空氣污染日趨嚴(yán)重。新風(fēng)系統(tǒng)能夠有效地解決室內(nèi)空氣污染問題，將室內(nèi)的有害氣體排到室外，同時(shí)將新鮮的空氣換進(jìn)室內(nèi)，與此同時(shí)過濾PM2.5、甲醛等氣態(tài)污染物，已逐漸成為住宅和各種建筑的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平的提高，智能家居在現(xiàn)代家庭中也逐漸普及。然而新風(fēng)系統(tǒng)往往與智能家居是相互獨(dú)立的，因此將新風(fēng)系統(tǒng)的控制集成到智能家居系統(tǒng)中，能極大地提升新風(fēng)系統(tǒng)的使用便捷性和智能化。

1 新風(fēng)系統(tǒng)的組成

新風(fēng)系統(tǒng)是由送風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)組成的一套獨(dú)立空氣處理系統(tǒng)，它分為管道式新風(fēng)系統(tǒng)和無管道新風(fēng)系統(tǒng)兩種。管道式新風(fēng)系統(tǒng)由新風(fēng)機(jī)和管道配件組成，新風(fēng)機(jī)將室外空氣導(dǎo)入，經(jīng)過凈化后，通過管道送入到室內(nèi)。排風(fēng)系統(tǒng)同時(shí)工作，將室內(nèi)污濁空氣排出。

無管道新風(fēng)系統(tǒng)多為壁掛式或柜式安裝，同樣新風(fēng)機(jī)將凈化室外空氣導(dǎo)入室內(nèi)。相對(duì)來說管道式新風(fēng)系統(tǒng)由于工程量大更適合裝修前安裝，以及工業(yè)或者大面積辦公區(qū)使用，而無管道新風(fēng)系統(tǒng)因?yàn)榘惭b方便，適合已裝修家庭使用。

新風(fēng)最基本的作用還是補(bǔ)充氧氣，降低二氧化碳，同時(shí)排出室內(nèi)污濁空氣，讓室內(nèi)空氣質(zhì)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?yàn)殪F霾而增加的賣點(diǎn)。國(guó)外已經(jīng)普及并進(jìn)入規(guī)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(huì)進(jìn)入室內(nèi)。因此采用新風(fēng)系統(tǒng)不僅僅可以更換新鮮空氣，還有讓窗關(guān)閉，隔絕噪音、灰塵、汽車尾氣等一系列的室外污染。

新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須關(guān)閉門窗，可以起到在不開窗的時(shí)候，將室外空氣經(jīng)過凈化處理后，送入室內(nèi)，同時(shí)有效驅(qū)除室內(nèi)的有害氣體，保證室內(nèi)空氣的含氧量和潔凈度，維持室內(nèi)健康安全的呼吸環(huán)境。

新風(fēng)系統(tǒng)主要由5部分組成，包括新風(fēng)機(jī)主體、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)。目前普遍使用的是吊頂式新風(fēng)機(jī)，其各部分功能如下表。

2 新風(fēng)控制系統(tǒng)

新風(fēng)系統(tǒng)的控制通過控制器實(shí)現(xiàn)。主要控制新風(fēng)機(jī)啟停，調(diào)速，定時(shí)，自動(dòng)運(yùn)行，顯示空氣質(zhì)量等?？筛鶕?jù)用戶的需求配置不同控制器或控制開關(guān)。目前常配套的控制器包括：機(jī)械式開關(guān)，普通型新風(fēng)控制器，WIFI型新風(fēng)控制器，485總線型新風(fēng)控制器。

2.1 機(jī)械式開關(guān)

機(jī)械式開關(guān)是新風(fēng)系統(tǒng)最為經(jīng)濟(jì)型的控制器，通常為機(jī)械式旋鈕三速開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)就地開關(guān)和調(diào)速。

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2.2 普通型新風(fēng)控制器

普通型新風(fēng)控制器一般帶有液晶面板，內(nèi)部集成有溫度、濕度傳感器，控制模塊，能夠就地實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)操作，風(fēng)速調(diào)節(jié)，時(shí)間顯示，溫/濕度顯示，自動(dòng)開關(guān)機(jī)，多時(shí)段控制，旁通閥，濾網(wǎng)更換提醒等功能。

2.3 WIFI型新風(fēng)控制器

WIFI型新風(fēng)控制器在普通型新風(fēng)控制器的基礎(chǔ)上，在其內(nèi)部增加了WIFI通信模塊，基于Internet網(wǎng)絡(luò)無線WIFI，通過專有的手機(jī)APP，可實(shí)現(xiàn)新風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，操作簡(jiǎn)單，方便靈活。但是該控制方式是獨(dú)立的，自成一套的系統(tǒng)，因此不能隨意納入智能家居（中央）控制管理系統(tǒng)。

2.4 485總線型新風(fēng)控制器

485總線型新風(fēng)控制器在普通型新風(fēng)控制器的基礎(chǔ)上，在其內(nèi)部增加了485通信模塊，通過485總線，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(tǒng)，但需要編程和調(diào)試。適用于集成了智能家居系統(tǒng)的新建樓盤。

3 智能家居系統(tǒng)的組成

智能家居系統(tǒng)是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。

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

在硬件方面，智能家居部件通過網(wǎng)絡(luò)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(jī)APP，可實(shí)現(xiàn)就地/遠(yuǎn)程控制。

將新風(fēng)系統(tǒng)納入到智能家居系統(tǒng)中，即將新風(fēng)控制器接入到智能家居系統(tǒng)中，成為家庭環(huán)境控制系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分。

4 新風(fēng)控制系統(tǒng)與智能家居的組網(wǎng)

精裝修樓盤的智能家居系統(tǒng)一般采用485總線組網(wǎng)通信。這種情況下，新風(fēng)系統(tǒng)需要選擇485總線型新風(fēng)控制器，即新風(fēng)控制器需要具有RS-485網(wǎng)絡(luò)接口。

RS-485網(wǎng)絡(luò)接口應(yīng)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(qiáng)的場(chǎng)合可用工業(yè)專用的帶屏蔽的雙絞線，但實(shí)際上多用價(jià)格便宜購買方便的5類或超5類的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線，而且效果良好。目前的實(shí)際應(yīng)用中，用9600波特率，采用廉價(jià)的5類雙絞線最長(zhǎng)布線已達(dá)3km。

RS-485總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。即采用一條總線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。布線方法圖1、圖2。

圖1 正確接線方法

圖2 錯(cuò)誤接線方法

將485總線型新風(fēng)控制器按照以上組網(wǎng)方式接入智能家居中控器的對(duì)應(yīng)接口，根據(jù)相應(yīng)的Modbus RTU通信協(xié)議進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，即可實(shí)現(xiàn)智能家居中控器對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)的控制。

5 新風(fēng)系統(tǒng)的控制策略

新風(fēng)系統(tǒng)重要的監(jiān)測(cè)參數(shù)包括CO2濃度、PM2.5濃度。

二氧化碳是人體呼吸的產(chǎn)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(yīng)如下。

①350～450ppm：同一般室外環(huán)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(dǎo)致嚴(yán)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(nèi)空氣質(zhì)量的重要監(jiān)控參數(shù)。世界衛(wèi)生組織（WHO）認(rèn)為，PM2.5小于10是安全值；其在2005年版《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》中指出：當(dāng)PM2.5年均濃度達(dá)到每立方米35μg時(shí)，人的死亡風(fēng)險(xiǎn)比10μg/m3的情形約增加15%[2]。美國(guó)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為 35μg/m3濃度的PM2.5對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量指數(shù)為100，即高于35為不達(dá)標(biāo)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)為75μg/m3濃度的PM2.5對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量指數(shù)為100，即高于75為不達(dá)標(biāo)[3-4]。

《住宅新風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ∕T 440-2018）中，對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制也做了相關(guān)說明，強(qiáng)調(diào)了CO2濃度、PM2.5濃度宜作為參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

所以進(jìn)行新風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括：

①室外CO2濃度、PM2.5濃度；

②室內(nèi)CO2濃度、PM2.5濃度；

③室內(nèi)送風(fēng)口的PM2.5濃度；

④新風(fēng)系統(tǒng)的啟停狀態(tài)；

⑤過濾器進(jìn)出口靜壓差。

新風(fēng)系統(tǒng)從控制上，宜根據(jù)CO2濃度進(jìn)行新風(fēng)量的控制，并有室內(nèi)空氣污染物超標(biāo)報(bào)警功能。同時(shí)為了提升室內(nèi)空氣舒適度，應(yīng)加入濕度、溫度等其他監(jiān)測(cè)參數(shù)，系統(tǒng)隨著空氣環(huán)境的變化自動(dòng)開啟或關(guān)閉，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量大小和溫濕度、過濾空氣[5]。

6 新風(fēng)系統(tǒng)的控制原理

新風(fēng)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以上功能，控制系統(tǒng)在硬件上應(yīng)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(zhì)量傳感器，布置于室內(nèi)。配置可編程控制模塊，傳感器信號(hào)作為模擬量輸入，接入可編程控制器中，經(jīng)過處理，一方面在顯示器上顯示實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量狀態(tài)參數(shù)，另一方面，作為控制參數(shù)，控制風(fēng)機(jī)的啟停。在新風(fēng)機(jī)內(nèi)部配置壓差傳感器，監(jiān)測(cè)過濾器前后壓差，壓差過大時(shí)報(bào)警并提示更換過濾器。軟件上，在達(dá)到室內(nèi)適宜溫濕度的前提下，新風(fēng)系統(tǒng)可根據(jù)CO2的濃度進(jìn)行控制?？刂屏鞒虉D如圖3。

7 新風(fēng)與空調(diào)的聯(lián)動(dòng)

在智能家居中，新風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)同時(shí)作為家庭環(huán)境控制系統(tǒng)的重要控制單元，應(yīng)該密切聯(lián)動(dòng)，組成整體的室內(nèi)空氣品質(zhì)控制系統(tǒng)。

圖3 控制流程圖

IAQ是英文Indoor Air Quality的縮寫，即“室內(nèi)空氣品質(zhì)”，室內(nèi)空氣品質(zhì)是指在某個(gè)具體的環(huán)境內(nèi)，空氣中某些要素對(duì)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(píng)價(jià)室內(nèi)空氣品質(zhì)是目前為人們所關(guān)心的主要問題之一。它包括室內(nèi)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(diào)是通過制冷制熱來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的，新風(fēng)系統(tǒng)是利用室內(nèi)外空氣的循環(huán)來保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的。在提升生活舒適度上，兩者互補(bǔ)。空調(diào)利用制冷制熱的功能使人體處在一個(gè)相對(duì)舒適的溫度下，新風(fēng)系統(tǒng)則可以保證室內(nèi)空氣的新鮮度。

日常生活中，人們?cè)谑褂每照{(diào)時(shí)，為保證換熱效果，都會(huì)關(guān)閉門窗。如果人體在密閉空間內(nèi)待的時(shí)間較長(zhǎng)，由于密閉空間空氣流動(dòng)性差，容易導(dǎo)致二氧化碳濃度過高，引起人體不適。這種現(xiàn)象在空調(diào)房?jī)?nèi)尤為嚴(yán)重。為了減少房間內(nèi)二氧化碳濃度過高對(duì)人體造成的不舒適感，通常會(huì)在房間內(nèi)開啟新風(fēng)系統(tǒng)，在房間二氧化碳濃過高時(shí)，新風(fēng)系統(tǒng)工作，將室外的新鮮空氣引入房間內(nèi)，降低房間內(nèi)二氧化碳濃度。在房間二氧化碳濃度降低到無害濃度后，關(guān)閉新風(fēng)系統(tǒng)。

全熱型新風(fēng)機(jī)能夠和空調(diào)系統(tǒng)更好的配合。全熱型新風(fēng)機(jī)是指新風(fēng)機(jī)內(nèi)部具有空氣全熱交換功能的新風(fēng)機(jī)，全熱交換的功能是對(duì)室內(nèi)、室外的空氣進(jìn)行溫度、濕度的交換，使進(jìn)入室內(nèi)的新風(fēng)溫度與濕度能夠與室內(nèi)的空氣進(jìn)行交換，減少室外空氣對(duì)室內(nèi)空氣的溫度與濕度的影響。一般的全熱交換器材質(zhì)為紙，導(dǎo)熱及導(dǎo)濕性能好。

所以與空調(diào)配合使用時(shí)，新風(fēng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)通風(fēng)的效果可明顯表現(xiàn)出來。由于新風(fēng)系統(tǒng)具有熱交換的功能，不會(huì)對(duì)空調(diào)的制冷制熱效果和能耗有顯著影響。需要注意的是，為了達(dá)到更好的節(jié)能效果，新風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)在設(shè)計(jì)上應(yīng)該引入室外溫度、濕度參數(shù)。將室外和室內(nèi)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)溫度時(shí)，優(yōu)先開啟新風(fēng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。這樣可以最大限度的利用自然冷量，減少空調(diào)的能耗。

8 結(jié)語

新風(fēng)系統(tǒng)能夠解決室內(nèi)空氣污染的所有問題，將室內(nèi)的有害氣體排到室外，同時(shí)將新鮮的空氣換進(jìn)室內(nèi)，與此同時(shí)過濾灰塵等，避免室外的污染物進(jìn)入室內(nèi)，越來越受到人們的重視。將新風(fēng)系統(tǒng)加入智能家居系統(tǒng)中，通過組網(wǎng)，與空調(diào)系統(tǒng)、空氣質(zhì)量監(jiān)控傳感器聯(lián)動(dòng)，可達(dá)到良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)控制效果，同時(shí)還能夠降低空調(diào)能耗，減少碳排放。隨著人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境舒適度要求的提高，相信新風(fēng)系統(tǒng)會(huì)逐漸成為每個(gè)家庭的標(biāo)配。