具自洁除尘功能的新风通风装置及其除尘方法
【专利摘要】本发明涉及通风领域，公开了一种具自洁除尘功能的新风通风装置，包括执行单元、检测单元、控制器和气源单元；检测单元将与自洁除尘相关的环境量和系统部件的工作状态物理量转换成电量，并调理成与控制器兼容的电量信号传送给控制器；执行单元是指与自洁除尘相关的执行部件及其驱动电路、驱动机构，执行单元的主要作用是在控制器调节作用下，按控制策略的运算结果，各执行部件协同动作，实现对过滤网的自洁除尘功能。控制器为微处理器，主要功能为：定时采集和处理检测单元的环境量和系统工作状态信息，按除尘策略对滤网的灰尘积聚过程趋势和结果进行运算评估，对于不同程度或者不同类别的滤网积尘情况输出不同的除尘控制方式。本发明还公开了一种使用上述新风通风装置的自洁除尘方法。本发明具有能适时高效除尘和节约能源的优点。
【专利说明】具自洁除尘功能的新风通风装置及其除尘方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通风领域，尤其是涉及一种能对滤网的全过程进行智能化控制，从而通过扫描式进行自洁除尘的新风通风装置及其除尘方法。
【背景技术】
[0002]随着社会经济和通信行业的迅猛发展，大量的通信基站建成投入运营，机房的空调耗能和节能问题已引起了全社会的普遍关注。为响应国家节能减排政策，降低通讯基站运营成本，目前大量新建或改造基站开始使用智能新风节能系统，使基站内、外空气进行对流和热交换，以达到适时减少基站内空调开启时间的目的。智能新风系统直接引入室外新风进行热交换，换热效率闻，能够节省基站空调全年能耗的30%?80% (根据不同基站环境而定)。但实际应用中该系统的缺点也很明显:由于室外空气直接引入室内，新风节能系统的滤网易脏易损耗，特别是地处风沙严重地域或坐落在马路边等扬尘频繁地段移动基站的新风系统初效滤网，极易被空气中的灰尘、柳絮及树叶等杂物堵塞，时间越长堵塞越严重。滤网被积尘等异物覆盖堵塞后，会严重影响风量及热交换能力，需要频繁的人工定时巡视和更换滤网，造成人工成本和滤网更换成本的增加，特别是一些偏远地区，人力成本昂贵，维护费时费力，但若维护不及时的话还常常会造成机房高温影响通信设备正常工作。
【发明内容】
[0003]为克服传统机房中新风冷却系统的滤网被积尘等异物覆盖堵塞后造成人工成本和滤网更换成本增加的缺点，提供一种能通过对空气环境量和通风系统状态进行检测，并综合分析检测信号，从而对滤网的积尘量、积尘趋势做出预先评估，选择相对应的控制策略，对滤网的各种积尘情况采用不同强度的新风通风装置及其除尘方法。
[0004]本发明的目的是通过以下技术措施实现的，一种具自洁除尘功能的新风通风装置，包括执行单元、检测单元、控制器和气源单元；
[0005]所述执行单元包括将室外空气送入室内的送风机、设置在所述送风机进风口的一过滤网、设置于所述送风机的进风口的一电动风门，还包括设置在过滤网内侧面的除尘头、驱动除尘头工作的驱动机构，所述过滤网内侧设置有一垂直指向其表面的喷头，所述喷头通过一电磁阀管接气源单元；
[0006]所述检测单元包括设置在室外的空气湿度传感器、气温传感器、空气灰尘浓度传感器，设置在所述过滤网二侧面的气压传感器，以及设置在所述风机上的风机转速传感器、设置在所述风门的风门开度传感器、设置在所述驱动机构的位置传感器、设置在所述驱动机构电路上的检测电路；
[0007]所述控制器电性连接检测单元的各传感器和检测电路，用于接收采集的信息并根据相关信息计算选择除尘方案；所述控制器电性连接执行单元和气源单元，用于根据选择的除尘方案向执行单元的各部件和气源单元发送运行或停止信号。
[0008]具体的，所述气源单元为管接所述喷头的气泵或压缩气罐。
[0009]作为一种增强式除尘的优选方式，所述过滤网处还设置有受控于控制器的超声波换能器。
[0010]作为一种除湿的优选方式，所述气源单元出口与喷头之间的气道上设置有一受控于控制器的加热器。
[0011]本发明还公开了一种使用上述新风通风装置的自洁除尘方法，包括如下步骤:
[0012]101、装置开机及初始化；
[0013]102、控制器按预定时间接收检测单元传送来的采集信息；
[0014]103、判断包括空气湿度、气温、空气灰尘浓度的环境量是否超过预定量，是，则跳转至201，否，则执行104 ；
[0015]104、判断滤网二侧面的气压差是否超过预定量，是，则跳转至106，否，则执行105 ；
[0016]105、判断本采集周期的采集次数是否与预定次数相同，是，则执行106，否，则采集次数加I并跳转至102 ；
[0017]106、控制器统计本采集周期环境量、通过滤网风量、滤网二侧面的气压差计算出本采集周期的积尘增量，通过加权计算出本采集周期的状态参数；
[0018]107、判断本采集周期的状态参数是否在预定的除尘状态参数中，是，则执行下一步骤，否，则采集次数清零并跳转至102 ；
[0019]112、启动除尘头和嗔头工作；
[0020]113、判断除尘头和喷头工作的工作时间是否超过本采集周期的状态参数中的时间，是，则执行114，否，则继续执行113 ；
[0021]114、步骤107至步骤112中开机的各设备停止工作，采集次数清零并跳转至102 ；
[0022]201、环境量超限报警并装置停机。
[0023]作为一种增强式除尘的优选方式，所述步骤107后还包括以下步骤:
[0024]108、判断本采集周期的状态参数是否在预定的超声除尘状态参数中，是，则执行109，否，则跳过109执行下一步骤；
[0025]109、启动超声波辅助除尘，并执行下一步骤。
[0026]作为一种除湿的优选方式，所述步骤112前还包括以下步骤:
[0027]110、判断本采集周期的状态参数是否在预定的除湿状态参数中，是，则执行111，否，则跳转至112 ；
[0028]111、启动加热器，并执行112。
[0029]积尘增量的计算可以是:将实验过程获得的单位时间内积尘增量与灰尘浓度和通风量的特性关系曲线离散化制成二维数据表格，定义为蓄尘系数保存在控制器的掉电非易失存储器中，则T时间内的蓄尘系数Ld可通过此时段内的灰尘浓度和风量查表得到，从而积尘增量Λ S可由时间与蓄尘系数之积得到，S卩AS = T*Ld。
[0030]积尘增量的计算计算公式也可以是:
[0031]AS = TD*1(T3Q η ;
[0032]其中:Λ S-T时间内滤网的积尘增量，单位为g ;
[0033]T-时间值，单位为h;
[0034]D-T时间内滤网外侧的平均灰尘浓度，单位为mg/m3 ；
[0035]Q-T时间内通过滤网的平均风量，单位为m3/h ；
[0036]η -滤网的计重效率。
[0037]通过滤网风量的计算公式为:
[0038]
Q^n
δ额ηη
[0039]其中:ns为风机额定转速；Qs为在风机额定转速下滤网的通风量，由额定转速下测量得到；n为风机当前转速；Q为通过滤网风量。
[0040]本发明具有如下优点:
[0041]1、在沙尘暴、雨雾天等异常气候条件下，通过对影响积尘过程的空气含尘量、湿度等环境量的检测分析，可对滤网的积尘量、积尘趋势的变化过程和结果做出预先判断，采取预防性措施避免滤网性能的加速劣化，减少其维护频次，延长使用寿命。
[0042]2、本发明通过空气洁净度传感器、湿度传感器采集环境空气质量，通过压力传感器监测滤网堵塞情况，然后综合这些监测数据的当前及历史记录，选择相应的控制策略，采用不同强度的除尘措施，兼顾了适时高效除尘与节能降耗两大目标的均衡关系。
[0043]3、本发明在试验基础上对滤网容尘特性进行分析导入到控制策略中，建立运算模型对滤网积尘量进行计算，使预估积尘量与实际积尘量更加贴近，提高了估算的准确性。
[0044]4、通过对空气湿度的检测和分析，在雨雾天气且滤网有一定积尘情况下，将启动加热元件对除尘气流进行加热干燥反吹到滤网，防止滤网灰尘与水汽作用形成黏性颗粒造成滤网堵塞。
[0045]5、本发明还可配置超声波换能器，在扫描除尘的同时利用超声波的高频振荡效应使灰尘加速凝聚成微粒团，在重力或惯性力作用下从气体中分离出来，从而达到增强除尘和清洁空气的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0046]图1为本发明的结构示意图；
[0047]图2为本发明工作方法的流程框图。
【具体实施方式】
[0048]下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
[0049]一种具自洁除尘功能的新风通风装置，可广泛应用于机房或厂房的通风系统中，充分发挥其效能，提升除尘效果以及减小除尘系统的维护频次和维护成本；它包括执行单元、检测单元、控制器和气源单元；
[0050]执行单元包括将室外空气送入室内的送风机17、设置在所述送风机17进风口的一过滤网20、设置于所述送风机17的进风口的一电动风门15，还包括设置在过滤网20内侧面的除尘头7、驱动除尘头7工作的驱动机构9，所述过滤网20内侧设置有一垂直指向其表面的喷头10，所述喷头10通过一电磁阀13管接气源单元14 ;气源单元14可以是管接喷头的气泵或压缩气罐，气源单元14出口与喷头10之间的气道上设置有一受控于控制器I的加热器12和温度传感器11，用于在除湿时对气源出来的气体进行加热，过滤网20处还设置有受控于控制器I的超声波换能器5 ；
[0051]检测单元为控制器I提供被控对象的检测信息，包括设置在室外用于检测环境量的空气湿度传感器2、气温传感器4、空气灰尘浓度传感器3等，设置在过滤网二侧面用于检测滤网二侧面的通风量的气压传感器8，以及设置在所述风机17上的风机转速传感器19、设置在所述风门15的风门开度传感器16、设置在所述驱动机构的位置传感器18以及设置在所述驱动机构电路上的检测电路；
[0052]控制器I电性连接检测单元的各传感器和检测电路，用于接收采集的信息并根据相关信息计算选择除尘方案；所述控制器I电性连接执行单元和气源单元，用于根据选择的除尘方案向执行单元的各部件和气源单元发送运行或停止信号。
[0053]参考图2，为本发明的工作流程，包括如下步骤:
[0054]101、装置开机及初始化；
[0055]102、控制器按预定时间接收检测单元传送来的采集信息；
[0056]103、判断包括空气湿度、气温、空气灰尘浓度的环境量是否超过预定量，是，则跳转至201，否，则执行104 ；
[0057]104、判断滤网二侧面的气压差是否超过预定量，是，则跳转至106，否，则执行105 ；
[0058]105、判断本采集周期的采集次数是否与预定次数相同，是，则执行106，否，则采集次数加I并跳转至102 ；
[0059]106、控制器统计本采集周期环境量、通过滤网风量、滤网二侧面的气压差计算出本采集周期的积尘增量，通过加权计算出本采集周期的状态参数；
[0060]107、判断本采集周期的状态参数是否在预定的除尘状态参数中，是，则执行下一步骤，否，则采集次数清零并跳转至102 ；
[0061]108、判断本采集周期的状态参数是否在预定的超声除尘状态参数中，是，则执行109，否，则跳过109执行下一步骤；
[0062]109、启动超声波辅助除尘，并执行下一步骤；
[0063]110、判断本采集周期的状态参数是否在预定的除湿状态参数中，是，则执行111，否，则跳转至112 ；
[0064]111、启动加热器，并执行112 ;
[0065]112、启动除尘头和嗔头工作；
[0066]113、判断除尘头和喷头工作的工作时间是否超过本采集周期的状态参数中的时间，是，则执行114，否，则继续执行113 ；
[0067]114、步骤107至步骤112中开机的各设备停止工作，采集次数清零并跳转至102 ；
[0068]201、环境量超限报警并装置停机。
[0069]下面以配置有灰尘浓度传感器、湿度传感器、空气压力传感器的通风系统为例描述控制器的工作原理:
[0070]1、控制器以时间T为一个采集周期，采集周期内定时检测通风系统的风机转速，
采集周期结束后计算出平均转速η ;因通风系统风量与风机转速存在如下近似线性关系:
[0071]Q = η
Q?.”额
[0072]其中:ns为风机额定转速…-为在风机额定转速下滤网的通风量，由额定转速下测量得到；n为风机当前转速；Q为通过滤网风量；
[0073]由此关系可计算出一个采集周期内的通过滤网的平均风量。
[0074]2、从上一次除尘开始计时至今，共计N个采集周期内，这N个采集周期内的平均灰尘浓度记为D1......Dn，平均风量记为Q1......Qn，平均湿度记为H1......Hn。
[0075]3、计算一个采集周期T时间内的积尘增量:
[0076]方法1:试验法，即在试验数据基础上，对单位时间内积尘增量与灰尘浓度和通风量的特性关系曲线离散化制成二维数据表格，定义为蓄尘系数保存在控制器的掉电非易失存储器中，则第I个采集周期的D1灰尘浓度和Q1风量下的蓄尘系数可通过查表得到，记为Ld1,依此类推，第N个采集周期的Dn灰尘浓度和Qn风量下的蓄尘系数可通过查表得到，记为 LdN。
[0077]由蓄尘系数可得出第I个采集周期的积尘增量为AS1= T^Ld1,......，第N个采集周期的积尘增量为ASn = T*LdN。
[0078]方法2:公式法，根据采集周期内的平均灰尘浓度和平均通风量，按下列经验公式可计算出第N个采集周期的积尘增量:
[0079]ASn = TDn* I(T3QN η
[0080]其中:
[0081]Λ SNs第N个采集周期滤网的积尘增量；(g)
[0082]T-采集周期的时间；(h)
[0083]Dn-第N个采集周期滤网外侧的平均灰尘浓度；(mg/m3)
[0084]Qn-第N个采集周期通过滤网的平均风量；(m3/h)
[0085]n -滤网的计重效率.N
[0086]4、从上一次除尘开始计时至今的N个采集周期的积尘量$ = ΣΔ&.Y=I
O
[0087]5、本发明用灰尘浓度均方差来估算灰尘积聚的变化过程趋势，由当前采集周期向前追溯M个周期的灰尘浓度值计算得出:
[0088]ijDs~DAf (其中 a =M<N)。
UAqe —--> ,
MM ,
[0089]6、将积尘量S的数值离散化为A个等级，对浓度均方差的数值离散化为B个等级，根据通风系统在不同积尘量S和灰尘浓度均方差试验条件下的最优化除尘动作方式、时间、次数等信息做成A*B的二维策略表保存在控制器的掉电非易失存储器中。
[0090]7、将最近几个采集周期内的平均空气湿度数值H离散化成干燥、轻度潮湿、中度潮湿、高度潮湿、湿度超限5个等级，如湿度超限，将立即停止通风状态，使滤网无气流通过，保护滤网及室内环境免受湿气侵扰；如为中度潮湿、高度潮湿情况，将依据湿度等级对积尘量和灰尘浓度均方差进行湿度补偿校正，即增大其对应的等级值。补偿后的积尘量和灰尘浓度均方差等级记为S'和D' Aqe0
[0091]8、本发明的基于积尘量和灰尘浓度均方差的除尘策略选择为:系统运行时，由湿度补偿后的积尘量等级S'和灰尘浓度均方差等级D' _查二维策略表，得出是否需启动除尘及除尘装置的除尘动作方式、时间、次数等执行信息。
[0092]上述控制策略通过对空气环境量指标和通风系统状态的检测，综合分析了系统各状态的当前及历史记录，结合滤网和风道的规格和特性，对灰尘在滤网的积聚过程趋势和结果进行估算和策略分析，选择与之对应的差异化除尘方式，兼顾了高效除尘和节能降耗的均衡关系。
[0093]执行单元的主要作用是根据控制器计算出的除尘方式、时间和次数等执行信息，启动相对应的电机、电磁阀、风机、风门等执行机构，驱动毛刷、高压气体喷头或吸尘嘴按设计的固定轨迹扫描过滤网，除去滤网上积聚的灰尘。执行单元可包括超声波换能器，可安装在通风系统滤网的外侧或内侧。在除尘时，同时启动超声波换能器辅助除尘，增强除尘效果:灰尘微粒表面所带电荷，经超声波振动，颗粒在筛分作用、惯性作用、凝聚作用和电磁力作用下凝聚成微粒团，增加微粒的质量，在重力或惯性力的作用下从气体中分离出来，从而达到清洁空气的作用。执行单元还可包括加热器，如果室外空气湿度处于中度潮湿或高度潮湿等级，且按控制策略启动了自洁除尘，将打开加热器对除尘气流进行加热干燥，以吹干过滤网，防止湿气与灰尘形成黏性颗粒造成滤网的堵塞。
[0094]以上是对本发明具自洁除尘功能的新风通风装置及其工作方法进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具自洁除尘功能的新风通风装置，其特征在于:包括执行单元、检测单元、控制器和气源单元； 所述执行单元包括将室外空气送入室内的送风机、设置在所述送风机进风口的一过滤网、设置于所述送风机的进风口的一电动风门，还包括设置在过滤网内侧面的除尘头、驱动除尘头工作的驱动机构，所述过滤网内侧设置有一垂直指向其表面的喷头，所述喷头通过一电磁阀管接气源单元； 所述检测单元包括设置在室外的空气湿度传感器、气温传感器、空气灰尘浓度传感器，设置在所述过滤网二侧面的气压传感器，以及设置在所述风机上的风机转速传感器、设置在所述风门的风门开度传感器、设置在所述驱动机构的位置传感器、设置在所述驱动机构电路上的检测电路； 所述控制器电性连接检测单元的各传感器和检测电路，用于接收采集的信息并根据相关信息计算选择除尘方案；所述控制器电性连接执行单元和气源单元，用于根据选择的除尘方案向执行单元的各部件和气源单元发送运行或停止信号。
2.根据权利要求1所述的具自洁除尘功能的新风通风装置，其特征在于:所述气源单元为管接所述喷头的气泵或压缩气罐。
3.根据权利要求1或2所述的具自洁除尘功能的新风通风装置，其特征在于:所述过滤网处还设置有受控于控制器的超声波换能器。
4.根据权利要求1或2所述的具自洁除尘功能的新风通风装置，其特征在于:所述气源单元出口与喷头之间的气道上设置有一受控于控制器的加热器。
5.一种使用权利要求1-4所述的任一新风通风装置的自洁除尘方法，其特征在于包括如下步骤: 101、装置开机及初始化； 102、控制器按预定时间接收检测单元传送来的采集信息； 103、判断包括空气湿度、气温、空气灰尘浓度的环境量是否超过预定量，是，则跳转至201，否，则执行104 ； 104、判断滤网二侧面的气压差是否超过预定量，是，则跳转至106，否，则执行105； 105、判断本采集周期的采集次数是否与预定次数相同，是，则执行106，否，则采集次数加I并跳转至102 ； 106、控制器统计本采集周期环境量、通过滤网风量、滤网二侧面的气压差计算出本采集周期的积尘增量，通过加权计算出本采集周期的状态参数； 107、判断本采集周期的状态参数是否在预定的除尘状态参数中，是，则执行下一步骤，否，则采集次数清零并跳转至102 ； 112、启动除尘头和喷头工作； 113、判断除尘头和喷头工作的工作时间是否超过本采集周期的状态参数中的时间，是，则执行114，否，则继续执行113 ； 114、步骤107至步骤112中开机的各设备停止工作，采集次数清零并跳转至102； 201、环境量超限报警并装置停机。
6.根据权利要求5所述的自洁除尘方法，其特征在于:所述步骤107后还包括以下步骤: 108、判断本采集周期的状态参数是否在预定的超声除尘状态参数中，是，则执行109，否，则跳过109执行下一步骤； 109、启动超声波辅助除尘，并执行下一步骤。
7.根据权利要求5或6所述的自洁除尘方法，其特征在于:所述步骤112前还包括以下步骤: 110、判断本采集周期的状态参数是否在预定的除湿状态参数中，是，则执行111，否，则跳转至112 ； 111、启动加热器，并执行112。
8.根据权利要求5所述的自洁除尘方法，其特征在于:所述积尘增量的计算包括:将实验过程获得的单位时间内积尘增量与灰尘浓度和通风量的特性关系曲线离散化制成二维数据表格，定义为蓄尘系数保存在控制器的掉电非易失存储器中，则T时间内的蓄尘系数Ld可通过此时段内的灰尘浓度和风量查表得到，从而积尘增量Λ S可由时间与蓄尘系数之积得到，即Δ S = T*Ld。
9.根据权利要求5所述的自洁除尘方法，其特征在于:所述积尘增量的计算公式为: as = td*1_3q η ； 其中:Λ S-T时间内滤网的积尘增量，单位为g ； T-时间值，单位为h ; D-T时间内滤网外侧的平均灰尘浓度，单位为mg/m3 ； Q-T时间内通过滤网的平均风量，单位为m3/h ； n-滤网的计重效率。
10.根据权利要求5所述的自洁除尘方法，其特征在于:所述通过滤网风量的计算公式为:
Q —: η
Qw nm 其中:ns为风机额定转速；QS为在风机额定转速下滤网的通风量，由额定转速下测量得到；n为风机当前转速；Q为通过滤网风量。
【文档编号】F24F13/28GK104180465SQ201310202525
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2013年5月23日
【发明者】谢代锋, 陈绍钦, 史璞玉, 葛俊 申请人:深圳市中兴新地通信器材有限公司