一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统及方法

1.本发明涉及一种通风系统，更具体的说是涉及一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统及方法，属于室内通风技术领域。


背景技术：

2.随着人们生活水平的不断提高，将整个房间看作一个整体来进行调控的通风方法，已经逐渐不能满足人们对于室内通风的需求。现有的这些通风方法通用性强但适应性差，在房间使用通风空调系统时不仅难以对不同的使用功能或使用需求进行适应，无法营造最适宜的室内环境，且在面对如今大规模空气传染病的威胁时，这种将室内空气混合处理的方法更会提高整个房间内人们交叉感染的概率。
3.因此，如何提供一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统及方法成为了本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统及方法，可以将室内空间分割成不同子空间，将污染物控制在较小的区域内，减少了大规模污染物扩散的可能性，同时实现了送回风口可相互切换，以适应不同使用场景和需求。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统，包括：至少一个多风口通风模块，所述多风口通风模块包括换向风阀和通风管路，所述多风口通风管路与所述换向风阀相连通；所述换向风阀包括箱体、箱盖、换向机构、送风干管、回风干管、固定送风支管和多个可变风向支管，所述箱体内部设置有空腔，所述箱盖扣设在所述箱体顶端，所述换向机构安装在所述空腔内，所述箱盖顶端中心连接有所述送风干管，所述箱体底部中心连接有所述回风干管；所述固定送风支管连接在所述送风干管的一侧；多个所述可变风向支管均匀布设在所述箱体的周向。
7.进一步的，所述箱体和箱盖上开设有风口，所述风口分别与所述送风干管、回风干管、固定送风支管以及多个可变风向支管相连通。
8.进一步的，所述可变风向支管设置有三个，三个所述可变风向支管的中心线在同一平面上，且相邻可变风向支管的中心线的夹角为120度。
9.进一步的，所述换向机构包括中心杆、齿轮、电机、纵向隔板、横向底板和横向顶板，所述中心杆设置在所述空腔内，并与所述箱体底部中心转动连接，所述齿轮连接在所述中心杆顶部，所述电机安装在所述箱盖底端，且所述电机的输出端与所述齿轮啮合，所述隔板设置有三个，均布在所述中心杆的周向；三个隔板将空腔分割成三个区域，其中一个区域的底端连接有所述横向底板，另外两个区域的顶端均连接有所述横向顶板。
10.进一步的，所述多风口通风模块设置有多个，呈并排平行设置；调节换向机构，能够分别形成三种送回风口排布方式：交叉排布、平行排布和垂直排布。
11.一种基于多风口通风模块的室内适应性通风方法，根据室内空间划分的需求，在室内适当位置单独或成组安装多风口通风模块，以适应不同规模尺度的室内建筑；单独布置实现小范围内个性化控制，成组布置为不同应用场景或不同人员聚集模式下的环境控制提供适应性解决方案。
12.进一步的，单独布置实现小范围内个性化控制的方法为：调节多风口通风模块，实现送回风口在交叉排布、水平排布与垂直排布三种模式间进行切换。
13.进一步的，成组布置为不同应用场景或不同人员聚集模式下的环境控制提供适应性解决方案的方法为：分别调节多个多风口通风模块，实现送回风口在交叉排布、水平排布与垂直排布三种模式间进行切换。
14.本发明的有益效果在于：
15.本发明为一种能将室内空间划分成多个子空间的通风策略，将污染物控制在较小的区域内，减少了大规模污染物扩散的可能性，同时实现了送回风口可相互切换，以适应不同使用场景和需求，能够防止感染者释放的污染物在整个房间内大规模扩散造成的群体感染现象，同时在未受到疾病传播的威胁时，还能够适应不同的房间功能需求，提高室内人员的热舒适性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
17.图1为本发明的结构示意图。
18.图2为本发明单个多风口通风模块实现的三种不同的风口布置图。
19.图3为纵向隔板、横向底板与横向顶板间的连接结构示意图。
20.图4为适应性通风系统的应用示意图二。
21.图5为适应性通风系统切换示意图。
22.图6为多个多风口通风模块实现的三种不同的风口布置图。
23.图7为典型办公室及感染者位置示意图。
24.图8为咳嗽方向和速度示意图。
25.图9为随时间变化的污染物分布图。
26.图10为室内人员口鼻处的污染物浓度变化情况图。
27.其中，图中，
28.1-箱体；2-箱盖；3-隔板；4-送风干管；5-回风干管；6-固定送风支管；7-可变风向支管；8-中心杆；9-齿轮；10-电机；11-横向底板；12-横向顶板；100-换向风阀；200-通风管路。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅附图1-2，本发明提供了本发明提供了一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统，包括：至少一个多风口通风模块，所述多风口通风模块包括换向风阀100和通风管路200，所述多风口通风管路200与所述换向风阀100相连通；所述换向风阀包括箱体1、箱盖2、换向机构、送风干管4、回风干管5、固定送风支管6和多个可变风向支管7，所述箱体1内部设置有空腔，所述箱盖2扣设在所述箱体1顶端，所述换向机构安装在所述空腔内，箱盖2顶端中心连接有送风干管4，箱体1底部中心连接有回风干管5；固定送风支管6连接在送风干管4的一侧；多个可变风向支管7均匀布设在箱体1的周向。
31.所述箱体1和箱盖2上开设有风口，所述风口分别与所述送风干管4、回风干管5、固定送风支管6以及多个可变风向支管7相连通，来实现送风与回风，从而实现了室内空气环境的更新。图1中实现箭头表示送风，虚线箭头表示回风。
32.所述可变风向支管7设置有三个，三个所述可变风向支管7的中心线在同一平面上，且相邻可变风向支管7的中心线的夹角为120度。
33.参考图3，所述换向机构包括中心杆8、齿轮9、电机10、纵向隔板3、横向底板11和横向顶板12，所述中心杆8设置在所述空腔内，并与所述箱体1底部中心转动连接，所述齿轮9连接在所述中心杆8顶部，所述电机10安装在所述箱盖2底端，且所述电机10的输出端与所述齿轮9啮合，所述隔板3设置有三个，均布在所述中心杆8的周向；三个隔板3将空腔分割成三个区域，其中一个区域的底端连接有所述横向底板11，另外两个区域的顶端均连接有所述横向顶板12。通过电机旋转驱动齿轮转动，从而带动连接有三个隔板的中心杆旋转，固定送风支管以及三个可变风向支管位置不变，通过纵向隔板3、横向底板11和横向顶板12位置的变化实现送回风口在三种模式间进行切换。三个隔板将空腔分割成三个区域，位于横向底板11正上方的区域为送风腔，与送风腔相连通的可变风向支管则为送风支管；位于横向顶板12正下方的区域为回风腔；分别与两个回风腔连通的可变风向支管则为回风支管。另外在电机的作用下，送风支管与回风支管可进行切换。
34.进一步的，所述多风口通风模块设置有多个，呈并排平行设置，包含n行m列排布方式；调节换向机构，能够分别形成三种送回风口排布方式：交叉排布、平行排布和垂直排布。
35.如图4所示，为某办公室应用适应性通风。该办公室将四组通风模块组合使用，布置方式为2*2，即顶部共设有16个风口。该方案可将室内空间分割成若干子空间进行控制，避免污染物在室内大范围扩散，降低了群体感染的情况。同时，可切换的送回风口可以减少室内人员始终位于送风口或回风口下的情况，降低风口直吹带来的不舒适感，并减少长期处于空气质量较差的回风区所带来的不舒适问题。
36.本发明还提供了一种基于多风口通风模块的室内适应性通风方法，根据室内空间划分的需求，在室内适当位置单独或成组安装多风口通风模块，以适应不同规模尺度的室内建筑；单独布置实现小范围内个性化控制，成组布置为不同应用场景或不同人员聚集模式下的环境控制提供适应性解决方案。
37.单独布置实现小范围内个性化控制的方法为：调节多风口通风模块，实现送回风口在交叉排布、水平排布与垂直排布三种模式间进行切换。
38.成组布置为不同应用场景或不同人员聚集模式下的环境控制提供适应性解决方
案的方法为：分别调节多个多风口通风模块，实现送回风口在交叉排布、水平排布与垂直排布三种模式间进行切换。
39.本发明为一种能将室内空间划分成多个子空间的通风策略，将污染物控制在较小的区域内，减少了大规模污染物扩散的可能性，同时实现了送回风口可相互切换，以适应不同使用场景和需求，能够防止感染者释放的污染物在整个房间内大规模扩散造成的群体感染现象，同时在未受到疾病传播的威胁时，还能够适应不同的房间功能需求，提高室内人员的热舒适性。
40.本发明提出基于多风口通风模块的室内适应性通风系统及方法，可通过单独或成组安装多风口通风模块来实现对于室内空间的划分，可应用于不同规模尺度的室内建筑。若单独布置可实现小范围内个性化控制，成组布置可以为不同应用场景或不同人员聚集模式下的环境控制提供适应性解决方案；适应性通风可以针对不同感染者位置切换最适合的送回风口布置方案，降低室内污染物的扩散，保护室内人员。
41.本发明能够解决现有技术存在的如下问题：
42.现存通风方法大多不能实现将室内空间分区并进行独立控制，难以满足小范围内个性化通风的环境需求；现有顶部送风多是固定送回风口位置，若室内功能或人员聚集情况发生改变时，固定送回风口的系统不能实现送回风口位置的改变，无法适应新的需求；现有的混合通风模式易造成污染物在室内大范围扩散，容易造成群体感染。
43.应用例1
44.现实生活中，房间的使用功能往往不是固定的，人员的聚集方式也不是始终一致的。因此使用同一套风口布置方案，便无法满足所有需求。图5展示的是同一房间在会议室和办公室之间进行功能转换时，风口的随动方案。会议模式中两排人员上方为送风口，新鲜空气由此送入室内，同时回风口位于桌子上方。此方案可保证在长时间会议的情况下，每位参会人员都能得到足够的新鲜空气。当室内恢复办公模式后，风口布置可根据需求进行变换。在教室中也可以应用适应性通风，现在学生在上课过程中往往会经历授课、讨论、汇报等多种环节，每种环节都拥有不同的室内人员分布，使用适应性通风可以针对不同的人员分布实现不同的送回风口布置，时刻保证最佳的通风效果。每组通风模块可以单独切换，也可以统一切换，一切以需求为中心。
45.如图6所示，图6(a)为交叉排布，图6(b)为平行排布，图6(c)为垂直排布。在室内用途固定的情况下，适应性通风也可通过风口布局的切换，来减少污染物在室内的扩散。不同的风口布局会形成不同的气流组织形态，它们在面对不同的感染源位置时的表现也不尽相同。择优选取该位置下最适合的风口布局方案，就能将室内其他人员的感染风险进一步降低。
46.应用例2
47.1.模型概况
48.选取一典型办公室，其尺寸为10m*6m*3m，室内有两张办公桌，桌子高度为0.7m，桌面尺寸为3.6m*1.6m。每张办公桌上放置6个显示器，尺寸为0.6m*0.4m。同时桌两侧面对面设有6个高度为1.35m的人体模型，并为了加快计算速度将其简化为头、躯干以及腿部，人体模型口部尺寸为4.3cm2，口部气流方向与水平呈30度向下。办公室顶部设置有16个风口，单个风口尺寸为0.2m*0.2m。
49.2.模拟计算
50.假设室内污染源为一感染者的单次咳嗽，咳嗽持续0.5s。感染者位于房间最右侧一排中间位置。人员在图7中被标号。cfd模拟计算边界条件如表1。咳嗽的速度及角度见图8，图8(a)展示的为咳嗽方向，图8(b)展示的为咳嗽速度。本发明选用了可实现的k-ε模型进行模拟。墙壁、桌面等固体壁面使用了标准壁面函数。室内空气流速较低，考虑了浮力效应使用了boussinesq模型。物种输运模型被用来计算污染物的示踪气体co2，从口部射出的气流初始co2摩尔分数为4％，接近人正常呼出的co2浓度，同时背景co2浓度为0。结合本案例中的口部尺寸与普遍的咳嗽流量，咳嗽的流速被设定为9m/s，咳嗽持续时间为0.5s，为一般单次咳嗽的持续时长，咳嗽气流的温度为34℃。本发明在进行了网格独立性检验后，最终采用具有270万网格的网格划分方案。
51.表1边界条件设置
[0052][0053]
表1
[0054]
整个模拟过程分为两部分，首先通过稳态计算，得到常规状态下的室内流场，再瞬态计算感染者咳嗽后的污染物扩散情况。在瞬态计算的前0.5s内，因射流速度较高，为了更好地还原咳嗽过程，选择时间步长为0.01s，随后时间步长设置为0.05s，共计算35s。
[0055]
图9(a)为交叉排布：5s，图9(b)为交叉排布：15s，图9(c)为交叉排布：30s；图9(d)为平行排布：5s，图9(e)为平行排布：15s，图9(f)为平行排布：30s；图9(g)为垂直排布：5s，图9(h)为垂直排布：15s，图9(i)为垂直排布：30s；图9(j)为混合通风：5s，图9(k)为混合通风：15s，图9(l)为混合通风：30s。适应性通风在本案例中共设置了三种可实现的风口排布策略，分别是交叉排列、平行排列和垂直排列。这是按照与咳嗽气流的相对位置命名的。图9比较了适应性通风与传统的混合通风的污染物扩散云图，混合通风的污染物扩散范围显著高于适应性通风。在三种适应性通风排布内部进行比较，交叉排列的污染物面积较大，平行排列的污染物范围呈现狭长的带状，垂直排列的污染物范围更宽，但扩散距离稍近。这是因为不同的排布策略将室内空间分割成不同的形状，在室内营造出不同的气流组织形态，故而相应的污染物扩散形状不同。
[0056]
图10是与感染者同桌而坐的五名乘员口鼻处的污染物浓度随时间变化曲线图，图10(a)为混合通风时室内人员口鼻处的污染物浓度变化情况，图10(b)为交叉排布时室内人员口鼻处的污染物浓度变化情况，图10(c)为水平排布时室内人员口鼻处的污染物浓度变化情况，图10(a)为垂直排布时室内人员口鼻处的污染物浓度变化情况，可以看出混合通风防止污染物扩散效果最差，三种适应性通风排布方式下，室内人员口鼻处污染物浓度水平均要小于混合通风情况。而在三种适应性通风排布模式中，垂直排布效果较为出色，室内除感染者外的其他人员口鼻处污染物浓度均处于较低水平，没有明显的高浓度时刻出现。
[0057]
根据以上计算结果可以看出，本发明新提出的通风方法——基于多风口通风模块
的室内适应性通风，在污染物去除效果方面要大幅度优于传统的混合通风。且在适应性通风的三种风口排布策略中，垂直排布的策略最佳，能够实现设计的初衷，减少室内人员感染风险。同时适应性通风还能够根据不同的室内场景进行切换，满足多种室内场景的不同的通风需求。
[0058]
本发明在控制污染物扩散、健康室内环境营造、提高室内空调系统适应性方面存在诸多有益效果。首先，该系统可分将室内空间分割成若干子空间，并对子空间内单独控制，在污染物控制方面可以降低污染物在子空间内向外扩散，减小了室内人员呼吸道疾病感染风险，在热环境营造方面，可以对子空间进行分区供应，避免冷热掺混的同时做到节能降耗。同时，该通风方法可以做到适应不同的室内功能及需求，随时切换风口布置方案，提高通风系统在房间内的适应性，做到精准应对需求。
[0059]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统，其特征在于，包括：至少一个多风口通风模块，所述多风口通风模块包括换向风阀和通风管路，所述多风口通风管路与所述换向风阀相连通；所述换向风阀包括箱体、箱盖、换向机构、送风干管、回风干管、固定送风支管和多个可变风向支管，所述箱体内部设置有空腔，所述箱盖扣设在所述箱体顶端，所述换向机构安装在所述空腔内，所述箱盖顶端中心连接有所述送风干管，所述箱体底部中心连接有所述回风干管；所述固定送风支管连接在所述送风干管的一侧；多个所述可变风向支管均匀布设在所述箱体的周向。2.根据权利要求1所述的一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统，其特征在于，所述箱体和箱盖上开设有风口，所述风口分别与所述送风干管、回风干管、固定送风支管以及多个可变风向支管相连通。3.根据权利要求2所述的一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统，其特征在于，所述可变风向支管设置有三个，三个所述可变风向支管的中心线在同一平面上，且相邻可变风向支管的中心线的夹角为120度。4.根据权利要求3所述的一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统，其特征在于，所述换向机构包括中心杆、齿轮、电机、纵向隔板、横向底板和横向顶板，所述中心杆设置在所述空腔内，并与所述箱体底部中心转动连接，所述齿轮连接在所述中心杆顶部，所述电机安装在所述箱盖底端，且所述电机的输出端与所述齿轮啮合，所述隔板设置有三个，均布在所述中心杆的周向；三个隔板将空腔分割成三个区域，其中一个区域的底端连接有所述横向底板，另外两个区域的顶端均连接有所述横向顶板。5.根据权利要求1所述的一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统，其特征在于，所述多风口通风模块设置有多个，呈并排平行设置；调节换向机构，能够分别形成三种送回风口排布方式：交叉排布、平行排布和垂直排布。6.一种基于多风口通风模块的室内适应性通风方法，其特征在于，根据室内空间划分的需求，在室内适当位置单独或成组安装多风口通风模块，以适应不同规模尺度的室内建筑；单独布置实现小范围内个性化控制，成组布置为不同应用场景或不同人员聚集模式下的环境控制提供适应性解决方案。7.根据权利要求6所述的一种基于多风口通风模块的室内适应性通风方法，其特征在于，单独布置实现小范围内个性化控制的方法为：调节多风口通风模块，实现送回风口在交叉排布、水平排布与垂直排布三种模式间进行切换。8.根据权利要求6所述的一种基于多风口通风模块的室内适应性通风方法，其特征在于，成组布置为不同应用场景或不同人员聚集模式下的环境控制提供适应性解决方案的方法为：分别调节多个多风口通风模块，实现送回风口在交叉排布、水平排布与垂直排布三种模式间进行切换。

技术总结
本发明公开了一种基于多风口通风模块的室内适应性通风系统及方法，包括至少一个多风口通风模块，多风口通风模块包括换向风阀和通风管路，多风口通风管路与换向风阀相连通；换向风阀包括箱体、箱盖、换向机构、送风干管、回风干管、固定送风支管和多个可变风向支管，箱体内部设置有空腔，箱盖扣设在箱体顶端，换向机构安装在空腔内，箱盖顶端中心连接有送风干管，箱体底部中心连接有回风干管；固定送风支管连接在送风干管的一侧；多个可变风向支管均匀布设在箱体的周向。本发明可以将室内空间分割成不同子空间，将污染物控制在较小的区域内，减少了大规模污染物扩散的可能性，同时实现了送回风口可相互切换，以适应不同使用场景和需求。和需求。和需求。


技术研发人员：张伟荣 张昊天 张惟佳 庆智喜
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2021.11.13
技术公布日：2022/3/8