一种基于止回阀原理的抗冷风除霾门斗系统

1.本发明涉及门斗系统领域，特别是涉及一种基于止回阀原理的抗冷风除霾门斗系统。


背景技术：

2.高大空间建筑是一类空间高度高且单层面积大的建筑空间类型。如高铁站建筑由于人流量大，出入口在运营期间频繁开启，导致冬季进站口冷风侵入现象以及室内空气污染问题比其他高大空间建筑更为严重。既有研究表明，渗透风对建筑负荷的影响占高大空间建筑负荷的66％～85％，显著高于在普通办公和住宅建筑等空间中的占比。
3.目前与本技术最接近的现有专利及论文如下：
4.1)一种客厅带竖直通风烟囱的被动式太阳房(110005222a)，此种太阳能房包括房体、南面透明的坡屋顶、防风式门斗、附加阳光间和竖直通风烟囱。其中防风门斗位于附加阳光间外，由合金夹心墙体构成，合金夹心墙体为两层合金表皮与保温填充物密封而成，保温填充物为聚苯板。
5.但该太阳房主要解决的是住宅建筑整体节能技术，其中的防风式门斗未考虑门斗平面形式及空间参量对防风节能效果的影响，并且未形成门斗的优选方案。
6.2)寒地城市的冬季充气门斗(109488173a)，该门斗包含墙体金属框架、转轴合页和充气膜。原有外门的外侧加设一个易拆、易移、可持续循环使用的防寒门斗，可以减少冷风进入屋内，使房间在寒冷天气更为舒适。并且，充气膜采用透光膜材，可以充分利用自然光；在冬季搭建夏季拆卸，可折叠放置，节省空间。
7.但该门斗主要提出了一种可拆卸门斗结构的节能思路，缺乏对门斗内导风构件选型以及视频识别自动运行策略优化。
8.3)一种用于防止木构低矮房屋遭受风暴灾害的快装防风装置(111287535a)。该装置包括脚手架、多块防风网以及多个混凝土配重块，利用防风网阻挡一部分风且允许一部分风通过，减弱风的冲击力和破坏力，从而实现了较好的防灾减灾、保护居民住宅的效果。
9.但该防风装置并未解决门斗作为缓冲空间降低严寒以及寒冷地区室外空气污染物颗粒侵入室内的问题。


技术实现要素：

10.本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于止回阀原理的抗冷风除霾门斗系统，利用止回阀构件增大流体阻力的特性，将其原理应用到门斗的平面设计中。在新型门斗内增设导风板构件和止回阀构件进一步提高门斗抗冷风效果。结合视频识别人员来流密度和速度，调控自动门的运行。并在门斗内设置负离子空气净化装置净化室外空气中的污染物颗粒。有效解决了目前门斗防风潜力未能完全挖掘的问题，可以有效提高门斗作为缓冲空间削弱风速和净化空气的作用。
11.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
12.一种基于止回阀原理的抗冷风除霾门斗系统，包括空间参量选型模块、防风构件选型模块、视频识别控制模块；
13.所述空间参量选型模块是将图纸和实测的门斗空间参数在各自维度的均值
±
标准差范围内取平均值，并选取作为空间参量调整步长和阈值的数据；对穷举法生成的门斗样本通过cfd 仿真软件进行若干种风环境工况模拟，对比各个门斗对冷风的削弱效果，得到抗冷风效果最佳的门斗空间参量组合的优选数据库；
14.所述防风构件选型模块包括导风板构件和止回阀构件，所述导风板构件布置于门斗侧壁面，门斗侧壁面的顶部设有安装槽，门斗顶部通过所述安装槽固定有若干级的止回阀构件，止回阀构件的开口朝向迎风的方向设置；
15.所述视频识别控制模块，通过对视频采集的数据进行预处理，以低帧率运行捕捉人员组团信息，以高帧率运行捕捉行人速度信息，并通过视频识别的slowfast网络训练人员组团信息和行人速度信息得到激发预设程序；通过激发预设程序对自动门所需启闭的尺寸以及启闭速度进行实时控制。
16.进一步的，门斗系统内还设置有门斗除霾模块，门斗除霾模块由空气净化装置构成。
17.进一步的，门斗空间参量组合包括门斗平面形式、门斗层数、门斗长度、门斗宽度、门斗高度、室外风速和室外风向。
18.进一步的，所述导风板构件为长方体形结构，厚度为100mm。
19.进一步的，所述止回阀构件包括由钢化玻璃制成的长方体形挡板、弧形挡板和s形挡板，每级止回阀构件由依次设置的弧形挡板、长方体形挡板和s形挡板构成。
20.进一步的，所述长方体形挡板的宽为150mm，所述弧形挡板的高和宽分别为550mm和 1625mm；所述s形挡板的高和宽分别为750mm和1700mm，弧形挡板弯曲方向向下安装在门斗侧壁面，且弧形挡板的弯曲面切线与水平面夹角为45
°
。
21.与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
22.1.本发明门斗的节能意义；针对现行门斗设计抗冷风效果有待提升的问题，通过定量的分析方法得到本发明门斗降低冷风侵入耗热量的节能潜力，在不延长流线路径的前提下，得到门斗抗冷风效果最佳的空间参量组合以及防风构件形式，使得在门开启状态下发挥最佳抗冷风效果。视频识别自动门运行控制尽可能降低门斗开启程度，对于门斗的侵入冷量进行了有效控制，并在空载时保持关闭状态，以实现除霾预热等其他功能。
23.2.本发明门斗的健康意义；针对冬季存在室外空气质量不佳的问题，减少污染物进入室内，通过门斗将室外空气净化有效保证主要使用空间的空气品质。目前，人流量较大的建筑入口往往采用长时间保持门扇开启的运行模式，在室外雾霾天气时污染颗粒物可通过门斗源源不断进入室内，降低室内空气品质。在门斗空间结合负离子空气净化器可以高效降低外来污染物浓度且运维成本较低，能够提升室内空气品质，可以有效降低使用者发生呼吸系统疾病的概率。
24.3.本发明门斗的经济意义；针对高大空间建筑入口冷风侵入严重的问题，提高门斗的抗冷风效果可以有效降低冷风侵入耗热量，进而可降低建筑冬季采暖所需的运行能耗。本发明门斗初投资成本较低，投资回收周期较短，长远来看大大降低了建筑运行成本。其中本发明门斗的空间参量优化模块、防风构件优化模块和视频识别控制模块后投资回收
周期可控制在一年之内，空气净化装置对使用者健康有积极影响且负离子空气净化器的运行成本非常低，可在第二年之内通过供暖负荷降低节约的运行费用抵消负离子空气净化器的投资成本。
附图说明
25.图1是本发明门斗系统的构建及优化流程示意图。
26.图2是具体实施中应用本发明门斗系统的门斗爆炸结构示意图。
27.图3是具体实施中应用本发明门斗系统的门斗平面图。
28.图4是具体实施中应用本发明门斗系统的剖面图。
29.图5a至图5d分别是具体实施中应用本发明门斗系统的前视、后视、左视和右视图。
30.图6是止回阀构件部分的结构示意图。
具体实施方式
31.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
32.如图1至图6所示，本发明提供一种基于止回阀原理的抗冷风除霾门斗系统，包括空间参量选型模块、防风构件选型模块、视频识别控制模块和门斗除霾模块。
33.空间参量选型模块，用于确定门斗的长、宽、高、层数、优化区域尺寸(即为达到更好的抗冷风效果，新型门斗较原型门斗增加的水滴形空间)、平面形式、室外风速、室外风向以及内部流线，作为防风构件选型模块的前提。空间参量选型模块将图纸和实测调研的门斗空间参数在各自维度的均值
±
标准差范围内取平均值，并把连续变量统计中其他出现频次较高的尺寸数据也作为后续关键空间参量调整步长和阈值的依据。对穷举法生成的门斗样本通过 cfd仿真软件进行多种风环境工况模拟，对比门斗对冷风的削弱效果，得到抗冷风效果最佳的门斗空间参量组合的优选数据库。具体模拟过程如下，仿真模拟选定门常开状态的稳态情况，所有工况均采用相同的网格划分方式、计算精度以及仿真数学模型。为兼顾计算精度、软件运算效率与准确性进行网格无关性分析和模拟准确性分析，将单元网格尺寸对运算结果的影响进行了比对，综合考虑模拟时长和结果精度，仿真模拟网格精度定为0.3m；仿真数学模型开启能量方程，采用rng k-ε湍流模型并对壁面周边加强处理，采用discrete ordinates 辐射模型；本实施例中求解器设置选用考虑重力作用的body force weighted，模拟均采用最小二乘法进行计算。同时，为缩小多面体网格变量的误差选用二阶迎风法。可适用于不同建筑的入口尺寸需求，具有良好的泛化性和实际应用效果。同时，考虑将高铁站入口必要功能置入优化区域内，设置服务亭用作身份核验等功能；以及，在优化区域设置引流板引导气流在优化区域内回绕，为达到更佳的抗冷风效果。将空间参量选型模块得到的优选数据库作为防风构件选型步骤的输入。
34.防风构件选型模块包括导风板构件和止回阀构件，导风板构件布置于门斗侧壁面，导风板构件能够阻隔附壁射流，使流速明显降低；门斗侧壁面的顶部设有安装槽，门斗顶部通过所述安装槽固定有若干级的止回阀构件，止回阀构件的开口朝向迎风的方向设置；止回阀构件包括由钢化玻璃制成的长方体形挡板、弧形挡板和s形挡板，每级止回阀构件由依次设置的弧形挡板、长方体形挡板和s形挡板构成。长方体形挡板的宽为150mm，所述
弧形挡板的高和宽分别为550mm和1625mm；所述s形挡板的高和宽分别为750mm和1700mm，弧形挡板弯曲方向向下安装在门斗侧壁面，且弧形挡板的弯曲面切线与水平面夹角为45
°
；使得附近的气体被引流到止回阀内，受到多级挡风板的阻隔损耗动能，导致多次能量衰减，从而极大降低流速。两项措施并举，达到提高门斗抗冷风效果的目的。
35.视频识别控制模块用于调节自动门的启闭尺寸和启闭速度。通过视频识别人员的来流密度和速度，激发预设程序执行门斗运行。视频识别控制模块通过对视频采集的数据进行预处理，以低帧率运行捕捉人员组团信息，以高帧率运行捕捉行人速度信息，并通过视频识别的 slowfast网络训练人员组团信息和行人速度信息得到激发预设程序；通过激发预设程序对自动门所需启闭的尺寸以及启闭速度进行实时控制。
36.本实施例以北方中小型高铁站典型建筑对整体技术方案进行阐述。所选高铁站位于寒冷地区，为对比不同门斗的抗冷风效果，假设均为迎风向门斗，选用多种风向风速条件进行cfd 仿真模拟验证。
37.首先，基于穷举法和模拟对比筛选得到的新型门斗参量优选数据库，获得与中小型高铁站门斗需求尺度匹配的下列优选结果(见表1)。综合考虑入口通达需求以及当地节能设计要求选择门斗层数，再依据不同建筑尺度在优选数据库中选取抗冷风效果最佳的门斗空间参量进行组合。服务亭、引流板等功能性构件根据使用需求可放置在门斗内。
38.表1门斗空间参量优化模块优选结果
[0039][0040]
第二步，在上一步基础上选择增设防风构件，包含导风板构件和止回阀构件。利用防风构件选型模块对导风板和止回阀构件进行优选，获得与上述门斗相匹配的最优方案结果(见表2)，进而增大门斗壁面阻尼对风速进一步削减。双层新型门斗的平均防风效率在第一步的基础上，进一步提升约13％，三层门斗相较二层门斗构件数量显著增加，抗冷风效果提升较为明显，平均防风效率进一步提升约22％。
[0041]
表2门斗空间尺寸参量优化模块优选结果
[0042][0043]
第三步，在上一步的基础上增加视频识别控制模块，以降低入口开启程度，提升抗冷风效果。利用slowfast网络视频识别，对实时视频数据分析抓取，以低帧率的视频识别运行来捕捉人员组团信息，以高帧率的视频识别运行来捕捉精细时间分辨率的行人速度信息，得到对门斗门扇运行开启尺寸和开启速率的智能控制。自动门运行工况下通过将单次门启闭的最不利工况(即内外门同时开启)与被动优化模块门常开状态的侵入风量和温度变化进行对比，本发明门斗系统冷风侵入耗热量相较常开状态原型门斗下降54.35％，有效
降低了冷风侵入耗热量。在实际应用中存在内外门错时开启或仅单门开启的情况，因而实际节能效果会有更进一步的提升。
[0044]
第四步，在上一步的基础上增加门斗除霾模块。门斗除霾模块主要由空气净化装置构成；门斗内负离子空气净化装置持续保持开启的状态，由于其功率较低，故运行成本较低，且无需更换过滤设备，通过视频识别控制模块可以保证空载运行时有效去除空气中的污染物颗粒，结合实时运行数据，可以得到在使用基于止回阀原理的抗冷风除霾智能门斗时，高铁站日常运行状态下门斗空载运行(即无人通行状态)的平均时长约为158s，除霾效率可达58.79％，有效地降低了经由门斗的室外气流中携带的污染物颗粒。
[0045]
针对高大空间建筑入口冷风侵入严重的问题，提高门斗的抗冷风效果可以有效降低冷风侵入耗热量，进而可降低建筑冬季采暖所需的运行能耗。通过基于止回阀原理的抗冷风除霾智能门斗进行优化，初投资成本较低，投资回收周期较短，长远来看大大降低了建筑运行成本。其中使用基于止回阀的抗冷风除霾智能门斗的空间参量优化模块、防风构件优化模块和视频识别自动门运行控制优化模块后投资回收周期可控制在一年之内，除霾优化模块对使用者健康有积极影响且负离子空气净化器的运行成本非常低，可在第二年之内通过供暖负荷降低节约的运行费用抵消负离子空气净化器的投资成本，见表3
[0046]
表3
[0047][0048]
综上，本发明能够有效提高门斗的抗冷风效果和除霾性能。
[0049]
最后需要指出的是：以上实例仅用以说明本发明的计算过程，而非对其限制。尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实例所记载的计算过程进行修改，或者对其中部分参数进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应计算方法的本质脱离本发明计算方法的精神和范围。
[0050]
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。