一种通风管道系统壁面积尘量实时预测方法、系统及介质

技术领域

本发明涉及通风管道技术领域，特别涉及一种通风管道系统壁面积尘量实时预测方法、系统及介质。

背景技术

在建筑环境中，通风管道是各种室内场所暖通空调系统中的重要组成部分，负责将温度适宜的空气输送到各个区域或者将污染过的空气排出室外，有利保障了室内人员的热舒适性。然而，室外或室内产生的微小颗粒物在风道系统长期统循环会在多种因素作用下沉积在风道系统中，颗粒物在通风管道中大量沉积会导致室内空气清洁度降低、送风阻力增加而加大能源消耗、细菌在风道内滋生加剧疾病传播风险等问题。已有研究指出，许多与人类健康相关的问题都是由通风管道的污染引起的。为此，需要对风道系统中的颗粒物沉积量进行检测。但是，微小颗粒物在通风管道中的沉积是一个漫长且复杂的过程，加上所处环境的差异，导致风道系统的实际污染程度达到需要清理的时间难以确定。现有的资料中仅是对简单的风道模型(风道系统的局部结构)进行了评估和预测，没有提出风道系统整体的预测方法。对于通风管道系统壁面积尘量总体的预测仍然是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是，针对上述背景技术中存在的不足，提供一种能够根据建筑实际所处的环境制定明确通风管道系统清理周期的方案。

为了达到上述目的，本发明提供了一种通风管道系统壁面积尘量实时预测方法，包括：

S1，根据风道结构形式、颗粒物和风道材料属性及对应的空气条件，结合试验数据与仿真计算建立各种形式风道内颗粒物沉积速度数据库；

S2，根据人工输入或自动计算的每段风道相关的参数，将输入的参数与数据库中的参数进行比较，通过插值确定在某一预设条件下的颗粒物沉降速度；

S3，根据不同形式风道段内的空气阻力系数计算每段风道空气流速；

S4，对每段风道及整个风道内颗粒物沉积量进行预测，依据S2、S3获取的参数，结合风道工作时长计算出风道内颗粒物沉积总量及每段风道内的颗粒物局部沉积量；

S5，根据人工输入的实际颗粒物沉积量进行系数修正，逐渐适应实际场景。

进一步地，S1中通过流体力学计算软件计算出不同风道形式在各种条件下颗粒物沉降的速度V

V

进一步地，颗粒物密度ρ能够通过采样的方式进行精确检测，颗粒物浓度c和粒径分布d

进一步地，S3中局部风道结构的阻力系数通过检索获得，根据每段风道的阻力系数计算出每段的风量衰减量，从而计算出不同形式风道的风道空气流速，每段风道空气流速u＝风量/风道截面面积。

进一步地，S3中还能够通过试验测量数据定义实际的风道空气流速和风量，当实际测量数据与理论计算的相对误差超过预设值时，自动修正风量损失修正系数以匹配实际风道内的风量衰减特性。

进一步地，S4中局部沉积量J

进一步地，S4中风道内颗粒物沉积总量为J

进一步地，S5中能够通过试验测量每段风道或者某段风道内在一段时间的颗粒物累积量，将测量值与预测值进行对比，当测量值与预测值的相对误差超过一定阈值时，修正沉积速度对应的修正系数。

本发明还提供了一种通风管道系统壁面积尘量实时预测系统，采用如前所述的方法，包括颗粒物沉积速度数据库模块、流速计算模块、颗粒物沉积量计算模块；

所述颗粒物沉积速度数据库模块结合试验数据和仿真计算建立，基于风道结构参数G、表面粗糙度Ra、风道空气流速u、颗粒物密度ρ、颗粒物浓度c、粒径分布d

所述流速计算模块用于根据每段风道阻力系数计算出每段的风量衰减量，进而计算出不同形式风道的风道空气流速；

所述颗粒物沉积量计算模块基于所述颗粒物沉积速度数据库模块、所述流速计算模块得到的参数，结合风道工作时长计算出风道内部颗粒物沉积总量及每段风道内的局部沉积量。

本发明还提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如前所述的一种通风管道系统壁面积尘量实时预测方法。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的通风管道系统壁面积尘量实时预测方案，可以解决通风管道系统整体积尘量的预测难题，方便管理者实时监测建筑通风管道系统的污染程度并做出恰当的风道清理周期；可以灵活地输入系统初始参数，能够广泛地适用于不同风道结构内部颗粒物沉积量的预测，使用者可以通过选型的方式匹配自己实际中的风道结构，可以跳过复杂的计算过程快速检索到对应的颗粒物沉积速度；该方法将理论研究与实际生产需求很好地完成了结合；

本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明的步骤流程图；

图2为本发明的风道形式示意图，其中(a)为直风道、(b)为弯管风道、(c)为渐缩/阔风道、(d)为折弯风道；

图3为本发明的不同结构风道中颗粒物在各种条件下的沉降速度数据库；

图4为本发明的不同风道形式内空气流速示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种通风管道系统壁面积尘量实时预测方法，主要针对建筑内的通风管道系统，建筑内的通风管道系统为了布局方便，一般由多段不同形式的风道组成。以常见的方形截面的风道为例，常包含水平/竖直风道、弯管风道、渐缩/阔风道以及折弯风道等形式，如图2所示(不限于图中列举的结构)。根据实际风量要求和环境的差异，这些不同形式风道的长度、宽/高比、或者半径/高度比、扩张角度和折弯角度等参数会在一定范围类变动。这些风道结构参数与通风管道系统所处的环境中的颗粒物浓度以及风道内的空气流速共同决定了单位时间内系统内颗粒物沉积量Q。颗粒物沉积量Q除了受风道结构影响，还与颗粒物属性和环境参数有关。为了计算风道颗粒物沉积量Q，关键的步骤是需要先确定颗粒物沉降速度V

本方法结合试验数据与仿真计算建立各种形式风道内颗粒物沉积速度数据库。现有技术中已经通过试验或者仿真对不同类型风道类型中的颗粒物沉降规律做了研究，但是其使用的风道结构参数一般比较单一，为了满足复杂通风管道系统预测的需要，本方法在现有技术的基础上，进一步对风道结构参数在适当范围内进行泛化处理，以更加全面地获得颗粒物沉降速度数据。

本方法通过流体力学计算软件(比如商用流体计算软件fluent或者star ccm+或其他计算程序)计算出不同风道形式在各种条件下颗粒物沉降的速度V

V

其中，颗粒物的密度ρ可以通过采样的方式进行精确检测，颗粒物的浓度c和粒径分布d

根据上述输入的结果或传感器实时测量的结果，将输入的参数与数据库中的参数进行比较，通过插值确定在某一特定条件下的颗粒物沉降速度V

然后，根据不同形式风道段内的空气阻力系数λ计算每段风道空气流速u。对于一个确定的通风管道系统而言，由于风道结构特征和内部壁面的摩擦阻力，不同形式风道内部的空气阻力系数λ不同，不同的阻力系数会导致不同的风量下降比例或者风道内空气流速u下降。局部风道结构的阻力系数的计算和相关数值可以从《通风管道沿程阻力计算选用表》检索。根据每段风道阻力系数计算出每段的风量衰减量，进而可以估算出不同形式风道的风道空气流速。如图4所示，Q

最后，对风道内颗粒物沉积量进行预测及修正，依据前述步骤中获取的参数，结合风道工作时长t就能够计算出风道内部颗粒物沉积总量J

其中，J

根据在上述条件下风道工作时间t，即可计算出时间周期t内风道内总的颗粒物质量为J

采用本实施例提供的通风管道系统壁面积尘量实时预测方法，可以解决通风管道系统整体积尘量的预测难题，方便管理者实时监测建筑通风管道系统的污染程度并做出恰当的风道清理周期；该方法可以灵活地输入系统初始参数，能够广泛地适用于不同风道结构内部颗粒物沉积量的预测，使用者可以通过选型的方式匹配自己实际中的风道结构，可以跳过复杂的计算过程快速检索到对应的颗粒物沉积速度；该方法将理论研究与实际生产需求很好地完成了结合。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种通风管道系统壁面积尘量实时预测系统，包括颗粒物沉积速度数据库模块、流速计算模块、颗粒物沉积量计算模块。

其中，颗粒物沉积速度数据库模块结合试验数据和仿真计算建立，该颗粒物沉积速度数据库模块基于风道结构参数G、表面粗糙度Ra、风道空气流速u、密度ρ、浓度c、粒径分布d

流速计算模块能够根据每段风道阻力系数计算处每段的风量衰减量，进而可以计算出不同形式风道空气流速。其中，除了通过理论公式计算外，系统允许使用者通过试验测量数据定义实际的风道空气流速和风量，当实际测量数据与理论计算的相对误差超过一定值时，流速计算模块自动修正风量损失修正系数以匹配实际风道内的风量衰减特性。

颗粒物沉积量计算模块基于颗粒物沉积速度数据库模块、流速计算模块得到的参数，结合风道工作时长计算出风道内部颗粒物沉积总量及每段风道内的局部沉积量。需要说明的是，在该模块中用户可以通过试验测量每段风道或者某段风道内在一段时间的颗粒物累积量，将测量值与预测值对比，当测量值与预测值的相对误差超过一定阈值时，颗粒物沉积量计算模块自动修正沉积速度对应的修正系数，保证颗粒物沉积量计算模块后续预测的准确性。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述的通风管道系统壁面积尘量实时预测方法。

该计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM、RAM、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是说，可读介质包括由设备(例如计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。

本实施例提供的计算机可读存储介质，与前述的方法具有相同的发明构思及相同的有益效果，在此不再赘述。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。