一种基于物联网技术的室内环境管理系统

技术领域

本发明涉及一种基于物联网技术的室内环境管理系统，属于物联网领域。

背景技术

甲醛是一种有机化学物质，是无色有刺激性气体，对人眼、鼻等有刺激作用。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，将甲醛放在一类致癌物列表中。2019年7月23日，甲醛被列入有毒有害水污染物名录(第一批)。甲醛在工业中有很多用途，室内装修常用的板材、油漆、地毯、壁纸等多含有并释放甲醛。燃料和烟叶的不完全燃烧也释放甲醛。医学上，甲醛还常被用作防腐剂和消毒剂。人类接触甲醛的主要途径为经呼吸道吸入、经口食入和经皮肤接触。在大型场馆等设施中，装修后残留的甲醛量是很大的，而且甲醛残留在装修材料中挥发时限为10至20年不等，在这些大型场馆中出入的人群会受到较大的危害。大型场馆中一般会配备有新风设施以保证场馆内的空气的流通，但是大型场馆内的新风设施是间隔开启的，不能保证大型场馆内的甲醛浓度保持在国家标准之内。

发明内容

本发明提供一种基于物联网技术的室内环境管理系统，通过感知层检测大型场馆内各个区域的甲醛浓度并通过应用层计算甲醛的预估浓度，根据甲醛的预估浓度控制开启大型场馆通风设备，有效的保持大型场馆室内的甲醛浓度在较低的水平。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，一种基于物联网技术的室内环境管理系统，包括用于采集数据的感知层、用于进行数据传输的网络层、用于进行数据存储处理的应用层；所述感知层包括若干带有检测电路的电化学式甲醛气体传感器、若干带有数据处理模块的新风控制器、感知层网络网关、感知层检测服务器；所述电化学式甲醛气体传感器、新风控制器通过感知层网络网关、网络层与应用层进行数据传输；所述感知层检测服务器按照固定时间间隔向电化学式甲醛气体传感器、新风控制器发送检测数据并检测电化学式甲醛气体传感器、新风控制器的运行；其中一部分电化学式甲醛气体传感器设置于室内的通风通道处并测量计算室内向室外扩散的甲醛浓度，一部分电化学式甲醛气体传感器设置于每个单独空间的中央区域上并测量计算室内的甲醛浓度，一部分电化学式甲醛气体传感器设置于室内甲醛释放源的表面上并测量室内甲醛释放源表面的甲醛释放浓度；应用层通过感知层网络网关、网络层接收室内向室外扩散的甲醛浓度、室内的甲醛浓度、甲醛释放源表面的甲醛释放浓度数值并计算室内的甲醛预测浓度，当甲醛预测浓度高于设定阈值，应用层通过网络层、感知层网络网关控制新风控制器开启。

优化的，上述基于物联网技术的室内环境管理系统，应用层接收室内向室外扩散的甲醛浓度、室内的甲醛浓度、甲醛释放源表面的甲醛释放浓度数值后计算室内的甲醛预测浓度如下：

优化的，上述基于物联网技术的室内环境管理系统，将M

优化的，上述基于物联网技术的室内环境管理系统，感知层还包括若干温度传感器，每个电化学式甲醛气体传感器的侧部分别设置有一个温度传感器，温度传感器通过感知层网络网关、网络层与应用层进行数据传输。

优化的，上述基于物联网技术的室内环境管理系统，应用层包括数据存储器、数据处理器和应用层网关，网络层包括移动网络，数据处理器对电化学式甲醛气体传感器、温度传感器分为若干检测组且每组检测组包含一个电化学式甲醛气体传感器、一个温度传感器；电化学式甲醛气体传感器、新风控制器、温度传感器、感知层检测服务器依次通过感知层网络网关、移动网络、应用层网关与数据存储器、数据处理器进行数据传输；每组每组检测组按一定的时间间隔t检测甲醛浓度、温度并将甲醛浓度、温度数据发送至数据存储器；数据存储器内存储甲醛/空气分配系数与检测温度的关系表，其中检测温度低于等于15摄氏度则甲醛/空气分配系数为4.7，检测温度低于等于23摄氏度并高于15摄氏度则甲醛/空气分配系数为2.2，检测温度低于35摄氏度并高于23摄氏度则甲醛/空气分配系数为0.8。

优化的，上述基于物联网技术的室内环境管理系统，感知层检测服务器定时向电化学式甲醛气体传感器的检测电路发送检测信号，电化学式甲醛气体传感器的检测电路在接收感知层检测服务器发送的检测信号后向感知层检测服务器发送返回信号并对电化学式甲醛气体传感器进行监测，电化学式甲醛气体传感器的检测电路将检测结果信号发送至感知层检测服务器。

优化的，上述基于物联网技术的室内环境管理系统，感知层检测服务器向电化学式甲醛气体传感器的检测电路发送检测信号到电化学式甲醛气体传感器的检测电路接收到检测信号的时长为T

本发明的优点在于：

在室内环境下，随着温度不同，甲醛从甲醛释放源释放的速度不同，甲醛释放源表面的甲醛浓度也不同，当甲醛从释放源快速释放时，由于室内的空气流通性差，甲醛在空气中的扩散速度可能不会很快，室内单独空间的中央区域测得甲醛浓度数值远远低于靠近甲醛释放源区域内的甲醛浓度值，此时如果不开启新风设备，则室内人员可能受到甲醛的侵害；本申请中将电化学式甲醛气体传感器分别放置于通风通道处、单独空间的中央区域和室内甲醛释放源的表面上，这样分别可以测量甲醛向室外释出处的浓度、甲醛在室内中央区域的浓度和甲醛在释放源表面的释放浓度，这样可以全面的对室内的甲醛浓度进行预估，根据预估数值适时的开启新风设备，可以有效的防止室内甲醛浓度过高。

本申请的室内环境管理系统，将甲醛从大型场馆的通风通道处(如门、窗、自然排气孔等)向室外主动扩散的情况考虑到系统内，通过放置于通风通道处的电化学式甲醛气体传感器测量通风通道处的甲醛浓度，并根据通风通道处的气流量计算甲醛的释放量，这样通过网络层的计算可以得到较准确的甲醛浓度预估数值，防止因甲醛浓度预估数值的不准确造成新风系统的误开启，降低新风系统的耗能。

本申请的室内环境管理系统，通过感知层检测服务器检测每个电化学式甲醛气体传感器的工作情况，感知层检测服务器向电化学式甲醛气体传感器的检测电路发送检测信号并接收电化学式甲醛气体传感器的检测电路发送的返回信号，这样可以得到检测的总时长T＝T

本申请的室内环境管理系统，通过电化学式甲醛气体传感器的检测电路在接收到检测信号后对电化学式甲醛气体传感器进行检测，保证每个电化学式甲醛气体传感器均为正常工作状态，进而保证室内甲醛浓度预估的数据基础准确无误。

附图说明

图1是本发明的室内环境管理系统的连接结构图；

图2为本发明的甲醛释放源的甲醛释放扩散示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。

本发明为一种基于物联网技术的室内环境管理系统，包括用于采集数据的感知层、用于进行数据传输的网络层、用于进行数据存储处理的应用层；所述感知层包括若干带有检测电路的电化学式甲醛气体传感器1、若干带有数据处理模块的新风控制器2、感知层网络网关3、感知层检测服务器4；所述电化学式甲醛气体传感器1、新风控制器2通过感知层网络网关3、网络层与应用层进行数据传输；所述感知层检测服务器4按照固定时间间隔向电化学式甲醛气体传感器1、新风控制器2发送检测数据并检测电化学式甲醛气体传感器1、新风控制器2的运行；其中一部分电化学式甲醛气体传感器1设置于室内的通风通道处并测量计算室内向室外扩散的甲醛浓度，一部分电化学式甲醛气体传感器1设置于每个单独空间的中央区域上并测量计算室内的甲醛浓度，一部分电化学式甲醛气体传感器1设置于室内甲醛释放源的表面上并测量室内甲醛释放源表面的甲醛释放浓度；应用层通过感知层网络网关3、网络层接收室内向室外扩散的甲醛浓度、室内的甲醛浓度、甲醛释放源表面的甲醛释放浓度数值并计算室内的甲醛预测浓度，当甲醛预测浓度高于设定阈值，应用层通过网络层、感知层网络网关3控制新风控制器2开启。

在室内环境下，随着温度不同，甲醛从甲醛释放源释放的速度不同，甲醛释放源表面的甲醛浓度也不同，当甲醛从释放源快速释放时，由于室内的空气流通性差，甲醛在空气中的扩散速度可能不会很快，室内单独空间的中央区域测得甲醛浓度数值远远低于靠近甲醛释放源区域内的甲醛浓度值，此时如果不开启新风设备，则室内人员可能受到甲醛的侵害；本申请中将电化学式甲醛气体传感器1分别放置于通风通道处、单独空间的中央区域和室内甲醛释放源的表面上，这样分别可以测量甲醛向室外释出处的浓度、甲醛在室内中央区域的浓度和甲醛在释放源表面的释放浓度，这样可以全面的对室内的甲醛浓度进行预估，根据预估数值适时的开启新风设备，可以有效的防止室内甲醛浓度过高。

将甲醛从大型场馆的通风通道处如门、窗、自然排气孔等向室外主动扩散的情况考虑到系统内，通过放置于通风通道处的电化学式甲醛气体传感器1测量通风通道处的甲醛浓度，并根据通风通道处的气流量计算甲醛的释放量，这样通过网络层的计算可以得到较准确的甲醛浓度预估数值，防止因甲醛浓度预估数值的不准确造成新风系统的误开启，降低新风系统的耗能。

应用层接收室内向室外扩散的甲醛浓度、室内的甲醛浓度、甲醛释放源表面的甲醛释放浓度数值后计算室内的甲醛预测浓度如下：

将M

如图2所示，图中D处为大型场馆内某一个单独空间H内的气流进入流向，箭头A的方向为大型场馆内某一个单独空间H内的主气流流向，区域E为甲醛释放源，箭头B为甲醛释放源的甲醛释放方向，虚线C为拟定的气流边界层，气流边界层与甲醛释放源之间的区域体积为甲醛释放源的甲醛释放挥发体积。甲醛释放挥发体积内的甲醛浓度在室温的情况下会大于大型场馆内的其他区域，如果在计算甲醛浓度时将甲醛释放挥发体积内的浓度与大型场馆内的其他区域的甲醛浓度等同，得出的甲醛浓度预估结果会偏低，造成预估不准确，所以本申请中将其划为单独的计算区域，提高甲醛浓度预估的准确性。

感知层还包括若干温度传感器5，每个电化学式甲醛气体传感器1的侧部分别设置有一个温度传感器5，温度传感器5通过感知层网络网关3、网络层与应用层进行数据传输。

应用层包括数据存储器7、数据处理器8和应用层网关9，网络层包括移动网络10，数据处理器8对电化学式甲醛气体传感器1、温度传感器5分为若干检测组且每组检测组包含一个电化学式甲醛气体传感器1、一个温度传感器5；电化学式甲醛气体传感器1、新风控制器2、温度传感器5、感知层检测服务器4依次通过感知层网络网关3、移动网络10、应用层网关9与数据存储器7、数据处理器8进行数据传输；每组每组检测组按一定的时间间隔t检测甲醛浓度、温度并将甲醛浓度、温度数据发送至数据存储器7；数据存储器7内存储甲醛/空气分配系数与检测温度的关系表，其中检测温度低于等于15摄氏度则甲醛/空气分配系数为4.7，检测温度低于等于23摄氏度并高于15摄氏度则甲醛/空气分配系数为2.2，检测温度低于35摄氏度并高于23摄氏度则甲醛/空气分配系数为0.8。

在大量的研究论文中已经通过实验得出了在不同的温度下甲醛/空气分配系数，本申请中直接使用甲醛/空气分配系数数据，在室温下也就是23摄氏度时，甲醛/空气分配系数大约在2.2，15摄氏度下，甲醛/空气分配系数大约在4.7，在35摄氏度下，甲醛/空气分配系数大约在0.8，也就是甲醛的甲醛/空气分配系数不是随温度升高而增加的，只是在一定的浓度范围内随温度上升而升高，而高于30摄氏度左右时，甲醛/空气分配系数反而随温度升高而降低，这个与甲醛释放源在内部的甲醛释出过程有关。本申请中，将不同的温度范围内的甲醛/空气分配系数设定为一个固定值，可以降低计算难度，并且不会引起较大误差。

感知层检测服务器4定时向电化学式甲醛气体传感器1的检测电路发送检测信号，电化学式甲醛气体传感器1的检测电路在接收感知层检测服务器4发送的检测信号后向感知层检测服务器4发送返回信号并对电化学式甲醛气体传感器1进行监测，电化学式甲醛气体传感器1的检测电路将检测结果信号发送至感知层检测服务器4。

感知层检测服务器4向电化学式甲醛气体传感器1的检测电路发送检测信号到电化学式甲醛气体传感器1的检测电路接收到检测信号的时长为T

电化学式甲醛气体传感器1的检测精度高，但是电化学式甲醛气体传感器1的使用寿命较短，一般在大于等于两年的使用寿命，如果使用频率较高，电化学式甲醛气体传感器1较容易损坏从而造成检测结果和预估结果的不准确。本申请中，通过感知层检测服务器4向电化学式甲醛气体传感器1的检测电路发送检测信号对电化学式甲醛气体传感器1进行网络通信检测，并通过检测电路对电化学式甲醛气体传感器1进行监测，能够及时检测到损坏的电化学式甲醛气体传感器1，通过电化学式甲醛气体传感器1的检测电路在接收到检测信号后对电化学式甲醛气体传感器1进行检测，保证每个电化学式甲醛气体传感器1均为正常工作状态，进而保证室内甲醛浓度预估的数据基础准确无误。

通过感知层检测服务器4检测每个电化学式甲醛气体传感器1的工作情况，感知层检测服务器4向电化学式甲醛气体传感器1的检测电路发送检测信号并接收电化学式甲醛气体传感器1的检测电路发送的返回信号，这样可以得到检测的总时长T＝T

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。