[发明专利]一种用于教室的传感器最优布置方法及其通风监控系统

说明书

本发明公开一种用于教室的传感器最优布置方法及其通风监控系统，布置方法包括：S1、基础数据库构建；S2、数据库扩充及低维离散处理；S3、数据库聚类分析；S4、制定最优传感器布置策略；S5、构建智能化通风监控系统。通风监控系统包括空调机组、风机组件、送风管道、回风管道、条缝型送风口、条缝型回风口、新风单元、传感器和课桌区域。本发明基于低维线性数据处理方法，可有效减小数值计算的存储成本和时间成本；基于无监督机器学习聚类算法，可实现对公共教室内的CO₂浓度聚类，并确定出合理的监测点部署方案；针对公共教室内的CO₂浓度和位置，可实现对室内的通风系统在线快速控制，能够快速降低公共教室内的CO₂浓度。

技术领域

本发明属于房间通风领域，具体涉及一种用于教室的传感器最优布置方法及其通风监控系统。

背景技术

中小学以及高校的公共教室的室内空气品质直接影响了学生的身心健康和学习效率，在室内空气品质的研究中，人们更关注甲醛、PM_2.5和VOCs等污染物的危害，而CO₂作为评价室内空气卫生质量的一项重要指标，往往容易被人们所忽视。当室内CO₂的浓度达到1％(1000ppm)时，人们会感到沉闷，注意力开始不集中，心悸。中小学以及高校的公共教室由于人数较多且集中，并且在教室中长时间上课会使室内的CO₂浓度迅速升高。因此，如何高效地降低公共教室内CO₂浓度是当前急需解决的难题。

当前对于公共教室的通风形式主要是独立空调器和混合通风两种形式，独立空调器可单独给公共教室提供制冷和供暖功能，但当室内存在高浓度CO₂时的净化作用较小。而混合通风在去除室内污染物时往往将送风量高于实际所需要的风量，因此这便造成了通风系统耗能大的问题。随着物联网监测、低成本的传感器等技术的快速发展，智能通风系统逐渐兴起，而智能通风系统对于公共教室的CO₂浓度在线控制仍旧面临着难题。

针对上述提出的问题，现设计一种用于教室的传感器最优布置方法及其通风监控系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于教室的传感器最优布置方法及其通风监控系统，解决了现有技术中独立空调器对于室内存在高浓度CO₂时净化作用小的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于教室的传感器最优布置方法，包括如下步骤：

S1、基础数据库构建—利用数值模拟软件完成所有基础通风案例的模拟计算，得到CO₂分布的数值结果并用于构建基础数据库；

S2、数据库扩充及低维离散处理—根据线性叠加原理，当存在多个CO₂污染源时，其产生的CO₂分布结果等于这些CO₂污染源单独作用时所产生的CO₂分布结果的叠加，即利用该原理能够快速地得到任意大于等于数量2的CO₂污染源所产生的CO₂分布情况，并完成数据库的有效扩充；

S3、数据库聚类分析—采用模糊聚类算法对基础的数据库和扩展后数据库进行聚类分析，可迅速得到通风环境的污染聚类信息；

S4、制定最优传感器布置策略—室内污染监测的主要目的是获得尽可能全面的室内污染分布信息，从而为通风系统的评估和控制等决策提供参考信息，根据聚类算法中所设定的聚类数，结合实际室内的体积和布局，确定传感器数量以及设置位置；

S5、构建智能化通风监控系统—设置具体的通风系统，实现公共教室内CO₂的有效排放。

进一步的，所述S2数值模拟计算的前提是大量网格节点的确定，使用一种离散化方法来减少网格数据量，分为以下三个过程：