针对可变空气量系统的室内空气质量的制作方法

1.本公开的示例性实施例涉及加热通风和空调(hvac)系统，并且更特别地涉及用于响应于要由hvac系统调节的区域的感测到的室内空气质量来控制hvac系统的一个或多个部件的操作的方法。


背景技术：

2.在诸如加热通风和空调(hvac)系统的建筑物的典型气候控制系统中，恒温器控制建筑物内待调节区域的温度。建筑物集中加热/冷却单元通过管道工程迫使加热或冷却的空气到达建筑物中的各个点。因此，通过改变输送到待调节区域的空气流来控制温度。系统的控制还可依赖于手动分配的占用计划表。因此，现有的控制策略并不总是将建筑物室内空气质量(iaq)控制在期望的状态下，并且hvac能量使用可能被浪费。


技术实现要素：

3.根据实施例，加热通风和空调(hvac)系统包括：空气处理单元，其具有出口；至少一个区，其可操作地联接到空气处理单元的出口；和至少一个室内空气质量传感器，其能够操作以监测一种或多种污染物的水平。所述至少一个室内空气质量传感器布置在所述至少一个区内。控制器可操作地联接到所述至少一个室内空气质量传感器，并且配置成确定所述至少一个区内的一种或多种污染物的量何时超过允许阈值并实现多级通风策略以将所述至少一个区内的一种或多种污染物的量减少到允许阈值以下。
4.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，包括流体连接到空气处理单元的出口和所述至少一个区的供应管道，其中，所述至少一个室内空气质量传感器还包括多个室内空气质量传感器，所述多个室内空气质量传感器中的一个布置在供应管道内。
5.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，空气处理单元还包括外部空气挡板(air damper,有时也称为调风门)，其中，所述至少一个室内空气质量传感器还包括多个室内空气质量传感器，所述多个室内空气质量传感器中的一个相对于外部空气的流布置在外部空气挡板处或在外部空气挡板的上游。
6.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，多级通风策略还包括：第一正常操作模式；第二室内空气质量操作模式；第三增强室内空气质量操作模式；和第四节能操作模式。
7.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，包括过滤设备，当所述至少一个区内的一种或多种污染物的量超过允许阈值时，该过滤设备在第一正常操作模式期间能够选择性地操作。
8.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，包括设置在空气处理单元的出口和所述至少一个区之间的终端单元，该终端单元包括用于控制到所述至少一个区的空气流的部件，其中，在第二室内空气质量操作模式下，与终端单
元相关联的空气流设定点被最大化。
9.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，从空气处理单元输送到所述至少一个区的空气是外部空气和返回空气的混合物，其中，在第三增强室内空气质量操作模式下，外部空气和返回空气的混合物内的外部空气与返回空气的比率增加。
10.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，空气处理单元还包括外部空气挡板，并且在第三增强室内空气质量操作模式下，外部空气挡板的开度被最大化。
11.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，在第四节能操作模式下，外部空气和返回空气的混合物内的外部空气与返回空气的比率降低。
12.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，所述至少一个区包括多个区，并且所述至少一个室内空气质量传感器包括多个室内空气质量传感器，其中，至少一个室内空气质量传感器布置在所述多个区中的每一个内。
13.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，将第二室内空气质量操作模式、第三增强室内空气质量操作模式和第四节能操作模式下的至少一个应用于多个区中的至少一个。
14.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，当所有多个区内的一种或多种污染物的量等于或小于允许阈值时，在所有多个区的情况下，将第四节能操作模式应用于所有多个区。
15.根据实施例，一种操作加热、通风和空调(hvac)系统的方法包括：检测hvac系统的区内的至少一种污染物的量；确定所述区内的所述至少一种污染物的量高于允许阈值；增加到所述区的空气流；以及增加提供到所述区的空气流内的外部空气的量。
16.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，增加到所述区的空气流还包括将所述区的空气流设定点调整到最大空气流设定点。
17.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，所述区的空气流设定点到最大空气流设定点逐渐地发生。
18.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，增加提供到所述区的空气流内的外部空气的量还包括打开外部空气挡板。
19.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，打开外部空气挡板还包括：完全打开外部空气挡板；以及将外部空气挡板朝向关闭位置微调。
20.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，响应于确定在到所述区的空气流在预定时间段内已经最大化之后所述区内的所述至少一种污染物的量高于允许阈值，增加提供到所述区的空气流内的外部空气的量发生。
21.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，响应于确定在所述区内的过滤设备已经操作预定时间段之后所述区内的所述至少一种污染物的量高于允许阈值，增加到所述区的空气流发生。
22.除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为前述实施例中的任何的备选方案，
包括响应于确定所述区内的所述至少一种污染物的量低于允许阈值而减少提供到所述区的空气流内的外部空气的量。
附图说明
23.以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参考附图，相同的元件编号相同：图1是根据实施例的加热、通风和空调系统的一部分的示意图；图2是根据实施例的基于一个或多个室内空气质量条件操作图1的hvac系统的方法的流程图；图3是根据实施例的在第二室内空气质量操作模式下评估hvac系统的操作的方法的流程图；和图4是根据实施例的在图1的hvac系统内检测失效和诊断失效的原因的方法的流程图。
具体实施方式
24.参照附图，在此通过例示而非限制的方式呈现了所公开的装置和方法的一个或多个实施例的详细描述。
25.现在参照图1，图示了诸如可变空气量(variable air volume,有时也称为变风量)或专用室外空气多区系统的加热通风和空调(hvac)系统20的示例。在其最简单的形式中，hvac系统20使用具有恒定温度的可变空气流来加热和冷却待调节区域。尽管在图中仅图示了hvac系统20的单个区22或待调节区域，但应当理解，具有任何数量的区22(包括单个区、至少两个区、至少三个区或至少五个区)的hvac系统20在本公开的范围内。
26.hvac系统20由诸如例如屋顶单元的空气处理单元组成，该空气处理单元在24处示意性地图示。空气处理单元24包括混合箱26，该混合箱26构造成经由外部空气挡板28的操作接收外部空气oa的供应。在一些实施例中，混合箱26可备选地或附加地构造成诸如例如经由联接到返回空气管道32的返回空气挡板30接收来自hvac系统20的区22中的一个或多个的供应或返回空气ra，返回空气导管32在所述至少一个区22和空气处理单元24之间延伸。外部空气oa或外部空气和返回空气的混合物(oa+ra)通过过滤部段34内的一个或多个过滤器。诸如例如变速风扇的风扇36构造成以由风扇36的速度确定的量向位于过滤部段34下游的一个或多个盘管单元38供应空气。尽管风扇36示出为位于盘管单元38的下游，并且因此具有吸出通风式(draw-through)构造，但应当理解，其中风扇36布置在另一个位置和/或具有吹扫通风式(blow-through)构造的实施例也在本公开的范围内。
27.一个或多个供应管道40从空气处理单元24的出口延伸到hvac系统20的多个区22并将空气处理单元24的出口联接到hvac系统20的多个区22。在图示的非限制性实施例中，混合箱26、过滤部段34、盘管单元38和风扇36中的每一个在此图示和描述为布置在空气处理单元24内，使得从其输出的空气已经被调节以输送到一个或多个区22。然而，在其它实施例中，混合箱26、过滤部段34、盘管单元38和风扇36中的一个或多个可位于远离空气处理单元24的地方，诸如例如在位于空气处理单元24下游的供应管道40的一部分内。
28.单独的终端单元42在与相应区22相关联的出口44处或该出口的上游可操作地联接到多个供应管道40中的每一个。因此，终端单元42是设置在各个区级别的流量控制设备，
并且因此构造成控制从混合箱26提供到相应区22的空气流的流率。在实施例中，诸如当hvac系统是vav系统时，终端单元42包括具有在46处组合表示的空气挡板和致动器的终端箱，致动器能够操作以调整空气挡板46的位置以控制通过空气挡板46进入区22的空气流。在其它实施例中，终端单元42包括具有位于其中的风扇的风扇盘管单元，以将空气流驱动到相邻区22。在本文中设想了具有用于控制进入区22的流的任何合适构造的终端单元42。
29.一个或多个传感器布置在整个hvac系统20内，包括在hvac系统20的每个相应区22内。在图示的非限制性实施例中，一个或多个传感器可包括一个或多个温度传感器s
t
，所述温度传感器构造成测量区22内的环境、供应管道40内的供应空气和混合箱26内的空气混合物中的至少一个的温度。备选地或此外，一个或多个传感器可包括湿度传感器s
rh
，其可操作地监测区22内的环境的相对湿度。hvac系统20还可包括其它类型的传感器，包括但不限于诸如例如静压传感器s
dsp
的压力传感器或以s
air
示出的空气流传感器。
30.hvac系统20的一个或多个传感器备选地或附加地包括至少一个传感器s
iaq
，其能够操作以监测与室内空气质量(iaq)相关联的参数。在实施例中，本文中也称为室内空气质量传感器(iaq传感器)的所述至少一个传感器s
iaq
能够操作以检测包括但不限于例如二氧化碳、挥发性有机化合物和颗粒物质的一种或多种污染物的水平或量。hvac系统20可包括多个iaq传感器，其布置在系统20内不同位置处，诸如在每个区22内、在供应管道40内、和/或在外部空气挡板的上游或在外部空气挡板处。如图所示，为被监测的每种单独的污染物提供单独的传感器s
iaq
。然而，其中单个传感器s
iaq
能够操作以测量多种污染物或者备选地污染物和另一操作参数的实施例也在本公开的范围内。本文中描述的传感器中的每一个可能够操作以连续地监测环境，或者以一定间隔(诸如例如少于或等于每分钟一次)测量环境。
31.hvac系统20的操作由控制器50控制，控制器50可操作地联接到多个传感器中的每一个、外部空气挡板28、风扇36、以及每个相应终端单元42的致动器。控制器50可包括微处理器、微控制器、专用集成电路(asic)或本领域中已知的任何其它形式的电子控制器中的一个或多个。控制器50可为hvac系统20的一部分，或者备选地可为用于具有要由hvac系统20调节的至少一个区域的建筑物的建筑物控制系统的一部分。在其中控制器50是hvac系统20的整体部分的实施例中，控制器50可配置成与建筑物控制系统的控制器直接通信，或者备选地可配置成存放和访问存储在云上的数据，诸如例如一个或多个算法或程序。
32.现有的hvac系统典型地基于与区22相关联的期望温度(例如与区22相关联的恒温器的设置)和区22内的环境的实际温度来调整一个或多个操作参数，诸如空气挡板46在相应终端单元42内的位置。然而，在实施例中，本文中图示和描述的hvac系统20的控制器50配置成响应于如由一个或多个iaq传感器s
iaq
测量的区22内的室内空气质量来调整一个或多个操作参数以控制区22的通风。
33.hvac系统20可配置成基于污染物的测量水平应用多级通风策略，每个级别与通风模式相关联。例如，在第一正常操作模式下，污染物中的每一种的测量水平小于或等于与污染物中的每一种的可接受水平相关联的相应允许阈值。在第一正常操作模式下，选择提供到区22中的每一个的空气流以满足或保持区22的温度需求。
34.在本文中也称为iaq通风模式的第二操作模式下，当区22内的环境具有升高水平的一种或多种污染物时，提供到各个区22的空气流的一个或多个参数被调整。具体地，作为
稀释其中存在的一种或多种污染物的手段来增加提供到这种区22的通风。在实施例中，通过将空气流设定点从当前设定点增加到最大设定点，经由控制器50执行这种稀释。这种增加可能是逐渐的，在诸如例如五分钟的固定时间段内发生。然而，在其它实施例中，设定点可自动增加到最大设定点。可通过改变空气挡板46的位置或通过改变可操作地联接到区22的终端单元42内的风扇速度来调整空气流设定点。在实施例中，空气挡板46将进行调制以将空气流保持在可保持的最大空气流设定点。应当理解，由于第二操作模式在区22处实现，在其中hvac系统20具有多个区的实施例中，区22中的一个可在第二iaq通风模式下操作，而区22中的另一个可在第一正常模式下操作。
35.hvac系统20可另外能够在本文中也称为增强iaq通风模式的第三模式下操作。在增强iaq模式下，提供到区22中的每一个的空气流大体上与第三模式的开始之前保持相同。因此，先前在第二iaq通风模式下操作的区22保持在最大空气流设定点下，并且先前在第一正常模式下操作的区22保持在标准或当前空气流设定点下。响应于在第三模式下的操作，控制器50配置成打开外部空气挡板28，以增加外部空气oa进入hvac系统20(诸如例如进入空气处理单元24)的流动。结果，提供到hvac系统20的区22中的每一个的返回空气和外部空气的混合物oa+ra内的外部空气oa的量或者备选地返回空气和外部空气的混合物oa+ra内的外部空气oa与返回空气ra的比率将改变。
36.现在参照图2，描述了基于一个或多个iaq条件操作hvac系统的方法100。如在框102中所示，在正常操作期间，由一个或多个iaq传感器s
iaq
感测区22内的一种或多种污染物的水平。在正常模式下的操作期间，如果污染物中的一种或多种的感测到的水平超过与其相关联的相应阈值，则hvac系统20可配置成实现一个或多个缓解动作。例如，在其中污染物(诸如例如微粒物质)的水平在预定时间段内超过允许阈值的实施例中，诸如空气净化器的过滤设备52可被操作以试图去除污染物以达到可接受的水平。因此，如在框104中所示，控制器50可配置成确定过滤设备52是否存在于区22内并且是不操作的，并且如果是这样，则在框106中启动过滤设备52的操作。如在框108中所示，在过滤设备52的操作期间，将继续由iaq传感器s
iaq
对污染物的水平进行采样。如果在过滤设备52的操作期间污染物的水平下降到允许阈值以下，则hvac系统20将停止过滤设备52的操作，并且继续在第一正常模式下操作(参见框110)。然而，假如在过滤设备52的操作的预定时间段之后(诸如例如在过滤设备52已经操作两小时之后)一种或多种污染物的水平保持在允许阈值之上，则控制器50将把区22转换到第二iaq通风模式下操作，如在框112中所示。
37.继续参照图2，并且现在进一步参照图3，在进入第二iaq通风模式时，控制器50将评估区22的操作条件，如在框202中所示。具体地，控制器50将基于区22内的温度和相应的冷却和加热温度设定点来确定区22是否正在冷却条件、加热条件或非加热、非冷却条件下操作。当区22处于冷却条件并且区22的温度大于冷却设定点时，当区22处于加热条件并且区温度小于加热设定点时，并且当区温度在加热设定点和冷却设定点之间时，控制器50将继续区22在第二iaq通风模式下的操作。因为在第二iaq通风模式下的操作期间额外的冷空气典型地被发送到区22，如果这些温度条件中的任何不被满足，则控制器将继续在第一正常操作模式下操作，如在框204中所示。
38.如先前所指出的，在第二iaq通风模式下的操作期间，区22的空气流设定点将被最大化，以尝试稀释区22内的污染物。因此，在框206中，控制器50将确定当前空气流设定点是
否等于最大设定点。如果没有，则控制器50将继续逐渐地增加空气流设定点，如在框208中所示，直到达到最大空气流设定点。区22将以该最大空气流设定点继续操作预定时间段，诸如例如两小时。如果在这种条件下的操作期间(在框114和210中最清楚地示出)每一种污染物的水平低于相应的允许阈值，则控制器50将转换到在第一正常模式下操作(参见框116和212)。然而，假如在操作的预定时间段之后一种或多种污染物的水平保持在允许阈值之上，则控制器50将操作转换成在第三增强iaq通风模式，如在框216中所示。
39.在实施例中，控制器50可基于当前在第二iaq通风模式下操作的hvac系统20的区22的总数来确定是否将hvac系统20的操作转换成第三增强iaq通风模式。例如，如果在第二iaq通风模式下的区22的总数或者如果正在第二iaq通风模式下操作的hvac系统20的区22的总数的百分比等于或大于预定阈值，则控制器50可模仿在第三增强iaq通风模式下的操作。然而，在其中总数或百分比小于阈值的实施例中，各个区可继续在第二iaq通风模式下操作，直到达到或超过阈值。
40.如先前所指出的，在第三增强iaq通风模式下，吸入的室外空气流增加。因此，在实施例中，控制器50配置成测量外部空气oa内的污染物的水平并确定是否相应地将hvac系统20的操作转换成第三增强iaq通风模式。例如，如果外部空气oa内的污染物的水平处于或低于允许阈值，则系统20将进入第三增强iaq通风模式。
41.在实施例中，外部空气oa中的这种增加通过基于存储在控制器50内或能够由控制器50访问的优化算法打开外部空气挡板28而发生。优化算法可配置成平衡将外部空气挡板28保持在打开位置中，其中保持如由s
t
测量的供应空气的温度。例如，当hvac系统20最初转换到第三增强iaq通风模式时，室外空气挡板28可移动到完全或100%打开位置。室外空气挡板28的位置然后可根据需要朝向关闭位置调整，诸如例如以满足区22的温度要求。这种调整可经由微调和响应方法来执行。
42.应当理解，多级通风控制策略的一个或多个参数可基于建筑物内的区或整个建筑物的占用率而变化。例如，当区未被占用时该区内污染物的允许阈值可大于当该区被占用时该区内污染物的允许阈值。备选地或此外，控制器50可配置成基于检测到的建筑物的占用率、建筑物内的区或预定的占用计划表来选择性地实现多级通风控制策略。
43.当区22正在第一正常操作模式下操作并且如由iaq传感器s
iaq
测量的每种污染物的水平在可接受的阈值内时，控制器50可配置成转换到第四节能操作模式，在该模式下，hvac系统20的一个或多个操作参数被调整以使由系统20需要的操作能量最小化。例如，在第四节能模式下，控制器50可配置成降低最小空气流设定点并调整对应的风扇能量。备选地或此外，控制器50可配置成减少经由外部空气挡板28提供到系统20的外部空气的量。因此，在第四节能模式下，外部空气和返回空气的混合物内的外部空气oa与返回空气ra的比率降低。在实施例中，如果区内的所有污染物都低于允许阈值，则外部空气挡板28的最小设定点位置可从当前最小设定点朝向零线性地复位。这种复位可通过线性复位或通过微调和响应方法来执行。
44.通过实现这种顺序的多级污染物缓解策略，将直接控制hvac系统20内存在的临界空气污染物，从而减少室内空气污染并改善室内空气质量。此外，增加通风的这一序列提供动态控制，同时也最小化对hvac系统20的能量和舒适性影响。
45.备选地，或者除了上面讨论的多个通风模式之外，hvac系统20的控制器50配置成
使用从一个或多个iaq传感器s
iaq
收集的数据不仅检测故障或未满足的iaq条件的发生，而且执行诊断以确定故障的原因。控制器50可配置成运行存储在控制器50内或能够由控制器50访问的故障检测和诊断(fdd)程序，以实时地确定针对这些未满足的iaq条件的根本原因。未满足的室内空气质量条件的示例包括当污染物中的一种或多种的水平超过区22内的允许阈值时，或者当hvac系统20的一个或多个部件未能移动到命令位置时。除了由iaq传感器收集的信息外，至fdd程序的其它输入是实时操作数据，包括但不限于终端单元空气流、设定点、设计空气流、挡板位置和静压。
46.现在参照图4，图示了由fdd程序执行的评估方法300的示例。如图所示，该方法包括经由一个或多个iaq传感器感测区22内的一种或多种污染物的水平，如在框302中所示。如果污染物中的一种或多种的感测到的水平超过与其相关联的相应阈值，则fdd程序配置成识别污染物的来源，如在框304中所示。在实施例中，一个或多个iaq传感器s
iaq
可布置在与区22相关联的供应管道40内。通过比较供应管道40内的污染物的感测到的水平与区22内的污染物的感测到的水平，fdd程序可用来确定污染物的来源是否是供应空气，或者该来源是否布置在区22的环境内。
47.在污染物的来源是供应空气的情况下，控制器50可能能够进一步确定提供到hvac系统20的室外空气oa和/或与室外空气oa混合以形成供应空气的返回空气ra是否具有高水平的污染物。可基于污染物的相应来源采取纠正措施来降低供应空气内的污染物的水平。例如，如在框306中所示，在外部空气oa被污染的情况下，室外空气挡板28可关闭。备选地，如果返回空气ra包括污染物，如在框308中所示，则返回空气挡板30可关闭，并且室外空气挡板28可打开。
48.如果fdd程序确定污染物局限于区22内的环境，则fdd程序可进一步评估与提供到区22的空气的流相关联的条件。在实施例中，如在框310中所示，fdd程序配置成评估实际上提供到该区的空气流是否等于或匹配空气流设定点。如果输送的空气流匹配空气流设定点，则fdd程序可确定空气流正按预期控制(参见框312)。在实施例中，fdd程序可配置成进一步评估空气流，以确定最大空气流是否不足以将污染物稀释到可接受的水平，或者是否由于需要满足区22的热需求，最大空气流没有连续地输送到区22。
49.此外，在框314中，fdd程序可评估当命令这样做时与区相关联的终端单元42的空气挡板46是否朝向完全打开位置移动。确定即使当空气流低于设定点时空气挡板46也没有移动指示需要审查挡板控制，如在框316中所示。对挡板控制的这种审查可包括审查和校正控制序列和/或调谐挡板控制回路。如果空气挡板46确实按照命令移动，则fdd程序可配置成进一步评估空气处理单元24的静压是否小于静压设定点，如在框318中。小于设定点的空气处理单元24的静压可指示将空气处理单元24连接到区22的供应管道40内的静压可能阻碍到处于空气流设定点处的区22的空气流。因此，如在框320中所示，fdd程序可审查和校正静压控制序列和/或调谐静压控制回路。如果空气处理单元24的静压大于设定点，则空气流可能无法达到空气流设定点。因此，在框322中，fdd程序可评估空气挡板46是否被卡住和/或可增加空气处理单元24的静压的设定点。
50.如本文中所述，控制器50可经由fdd程序配置成通知与建筑物管理系统通信，或者警告与由hvac系统20调节的区域相关联的管理者存在不令人满意的iaq条件。此外，控制器50可识别包括污染物源位置的可能的根本原因，并提供操作建议，这可帮助快速且有效地
解决不令人满意的iaq条件。因此，将这样的程序结合到hvac系统20的操作中将节省时间和劳动力，同时改善待调节区域的空气质量。
51.术语“约”旨在包括与基于提交申请时可用的装备的特定数量的测量相关联的误差程度。
52.本文使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，而并不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合的存在或添加。
53.虽然已经参考一个或多个示例性实施例描述了本公开，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变，并且可用等同物来替代其元件。此外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于作为针对实施本公开想到的最佳模式公开的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书范围内的所有实施例。