86控制器集成空氣傳感器的HVAC空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)總覽圖

在暖通空調(diào)與新風(fēng)系統(tǒng)不斷升級(jí)的今天,用戶對(duì)于“空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)”的期待,早已不只是看一個(gè)數(shù)值, 更不是簡(jiǎn)單地把設(shè)備打開或關(guān)閉。真正有價(jià)值的系統(tǒng),應(yīng)當(dāng)能夠回答三個(gè)問題:

第一,這個(gè)房間里的人現(xiàn)在呼吸到的空氣到底怎么樣?

第二,系統(tǒng)該不該調(diào)、該調(diào)多少、調(diào)哪一路?

第三,調(diào)節(jié)之后,空氣質(zhì)量有沒有真的改善,而不是只是設(shè)備動(dòng)作了?


這三個(gè)問題,決定了空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)不能只停留在“有傳感器”層面,而必須走向按房間感知、 按區(qū)域判斷、按需求調(diào)節(jié)、按結(jié)果驗(yàn)證的閉環(huán)邏輯。

也正因?yàn)槿绱耍芽諝鈧鞲衅髦苯蛹傻?86 控制器中,不只是一個(gè)安裝形式的變化, 而是從“設(shè)備中心”走向“空間中心”、從“粗放聯(lián)動(dòng)”走向“區(qū)域閉環(huán)”的關(guān)鍵一步。

行業(yè)里,CO? 傳感器既有裝在墻面房間內(nèi)的,也有裝在回風(fēng)管或風(fēng)管內(nèi)的。美國(guó)綠色建筑委員會(huì)(USGBC)的 LEED 參考指南明確要求,CO? 傳感器應(yīng)位于 breathing zone,并指出安裝在回風(fēng)管中的 CO? 傳感器不能滿足該要求; Trane 關(guān)于多分區(qū) VAV 系統(tǒng)的技術(shù)資料也指出,單個(gè)回風(fēng)管 CO? 傳感器測(cè)到的是平均濃度,可能導(dǎo)致部分空間通風(fēng)不足、部分空間過度通風(fēng)。 [外部依據(jù)1] [外部依據(jù)2]

不同通風(fēng)方式下房間內(nèi)CO2分布不均勻示意圖

進(jìn)一步地,建筑環(huán)境研究也表明,傳感器位置會(huì)顯著影響 CO? 對(duì)人員暴露的代表性, 室內(nèi)不同位置的濃度分布并不一定均勻,因此監(jiān)測(cè)點(diǎn)位本身會(huì)影響控制結(jié)果與判斷準(zhǔn)確性。 [外部依據(jù)3] [外部依據(jù)4]

一、為什么傳統(tǒng)“管道內(nèi)監(jiān)測(cè)”很難做到真正的房間級(jí)空氣識(shí)別

很多傳統(tǒng)方案會(huì)把空氣質(zhì)量傳感器安裝在回風(fēng)管、風(fēng)道、機(jī)組內(nèi)部,或者把一個(gè)公共區(qū)域傳感器作為整套系統(tǒng)的控制依據(jù)。 這樣做有其工程上的合理性,比如布線簡(jiǎn)單、成本低、便于集中控制。Trane 的技術(shù)資料也提到, 在多分區(qū)系統(tǒng)中,若每個(gè)房間都布置一個(gè) CO? 傳感器,成本會(huì)明顯上升,因此工程上經(jīng)常出現(xiàn)以回風(fēng)或系統(tǒng)級(jí)點(diǎn)位替代的做法。 [外部依據(jù)5]

HVAC控制空氣流動(dòng)與用戶關(guān)心房間體驗(yàn)的差異圖

但問題在于,HVAC 系統(tǒng)控制的是空氣流動(dòng),用戶在意的是房間體驗(yàn)。這兩者并不總是一回事。

當(dāng)傳感器裝在回風(fēng)側(cè)時(shí),測(cè)到的往往是多個(gè)房間混合后的平均值。Trane 明確寫到, 單個(gè)回風(fēng)管傳感器測(cè)得的是平均 CO? 濃度,因此可能造成一些空間通風(fēng)不足、另一些空間過度通風(fēng)。 這意味著,當(dāng)兒童房里有人長(zhǎng)期停留、門窗關(guān)閉、CO? 快速上升時(shí),如果系統(tǒng)只看回風(fēng)或公共區(qū)域平均值, 它可能根本感知不到這間房的惡化速度。 [外部依據(jù)6]

合理墻裝傳感器提升精度并減少能耗示意圖

Vaisala 關(guān)于 HVAC 墻裝傳感器安裝的文章指出,即便傳感器本身性能很好,如果安裝位置不合理, 依然會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)失真;而當(dāng)房間傳感器安裝正確時(shí),HVAC 系統(tǒng)能夠更精確地響應(yīng)真實(shí)室內(nèi)條件, 同時(shí)改善舒適性并減少能源浪費(fèi)。 [外部依據(jù)7]

所以,從“看得見每個(gè)房間真實(shí)空氣狀態(tài)”的角度來說,傳統(tǒng)管道監(jiān)測(cè)更適合做系統(tǒng)級(jí)趨勢(shì)判斷, 卻不天然適合做房間級(jí)精細(xì)閉環(huán)控制。

二、把空氣傳感器集成進(jìn) 86 控制器,真正的價(jià)值不只是“省一個(gè)安裝位”

86box
產(chǎn)品為 MAXMAC 自研 86 集成控制器,搭載我司 MS03-010 CO? 傳感器模塊,及自研多合一傳感器。

86 控制器天然就在“房間控制節(jié)點(diǎn)”上。每個(gè)臥室、客廳、書房、會(huì)議室、酒店客房、診室、教室, 本來就需要一個(gè)本地控制界面。當(dāng)空氣傳感器直接集成進(jìn) 86 控制器,意味著傳感能力被自然下沉到每個(gè)房間, 這種架構(gòu)會(huì)帶來幾個(gè)非常明確的優(yōu)勢(shì)。

這種集成方式最大的價(jià)值,不是單純省掉一個(gè)獨(dú)立傳感器安裝位,而是讓傳感器天然進(jìn)入“房間內(nèi)部”。 由于每一個(gè)房間都需要一個(gè)控制器,那么每一個(gè)房間也就順帶獲得了一個(gè)空氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位, 安裝更加自然,墻面更整潔,布線與調(diào)試也更高效。

更重要的是,傳感器直接位于房間內(nèi)部,測(cè)到的就是該房間的實(shí)時(shí)空氣狀態(tài), 而不是由風(fēng)管數(shù)據(jù)、回風(fēng)平均值或其他區(qū)域間接推測(cè)出來的結(jié)果。 這使系統(tǒng)能夠真正觀察到每個(gè)房間自己的 CO?、溫濕度、VOC 或其他空氣參數(shù)變化, 從而為后續(xù)聯(lián)動(dòng)控制提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

三、核心優(yōu)勢(shì)一:房間內(nèi)直接感知,避免“平均值誤判”

控制界面加房間傳感加顯示加通訊四合一示意圖

對(duì)很多項(xiàng)目來說,最大的誤區(qū)并不是沒有空氣監(jiān)測(cè),而是“雖然有監(jiān)測(cè),但監(jiān)測(cè)點(diǎn)不在真正需要被關(guān)注的房間里”。 當(dāng)系統(tǒng)依賴風(fēng)管、回風(fēng)或公共區(qū)域數(shù)據(jù)時(shí),它看到的往往是多個(gè)空間疊加后的狀態(tài),而不是某個(gè)房間自己的問題。

把空氣傳感器做進(jìn) 86 控制器后,系統(tǒng)就可以直接看到:哪個(gè)房間 CO? 在持續(xù)升高, 哪個(gè)房間濕度偏高,哪個(gè)房間 VOC 異常波動(dòng),哪個(gè)房間始終保持在舒適區(qū)間。 這樣一來,系統(tǒng)不再依賴“全屋平均值”去推測(cè)局部問題,而是直接識(shí)別具體空間的真實(shí)空氣質(zhì)量。

對(duì)家庭用戶來說,這種能力的感知非常明確。比如兒童房、老人房、主臥、書房, 每個(gè)房間的重要性和使用方式都不同。用戶真正關(guān)心的不是“整套系統(tǒng)平均數(shù)值還不錯(cuò)”, 而是孩子睡覺的房間空氣到底好不好,老人休息的房間是否舒適,書房長(zhǎng)時(shí)間辦公時(shí)是否已經(jīng)發(fā)悶。

四、核心優(yōu)勢(shì)二:每個(gè)房間一個(gè)控制器,天然適合分區(qū)監(jiān)測(cè)與分區(qū)控制

不同房間顯示不同空氣質(zhì)量數(shù)值的多房間可視化圖

如果要用傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)真正的多房間空氣監(jiān)測(cè),往往需要額外增加多個(gè)獨(dú)立傳感器點(diǎn)位, 涉及安裝位置、電源、通訊、開孔、墻面協(xié)調(diào)和系統(tǒng)映射,項(xiàng)目復(fù)雜度會(huì)明顯上升。 而 86 控制器集成傳感器之后,這一切都天然簡(jiǎn)化了。

因?yàn)槊總€(gè)房間本來就需要一個(gè)控制器,所以每個(gè)房間自然就擁有一個(gè)空氣感知節(jié)點(diǎn)。 這讓系統(tǒng)可以非常自然地建立“一房一策”的控制邏輯:一個(gè)房間一套數(shù)據(jù), 一個(gè)房間一套聯(lián)動(dòng)規(guī)則,一個(gè)房間一套狀態(tài)顯示。

這種架構(gòu)對(duì)于做真正的分區(qū)控制尤為關(guān)鍵。它不再是全屋統(tǒng)一粗放調(diào)節(jié), 而是根據(jù)每個(gè)房間自己的狀態(tài),決定哪一個(gè)空間優(yōu)先通風(fēng)、哪一個(gè)空間優(yōu)先除濕、 哪一個(gè)空間保持節(jié)能待機(jī),從而讓暖通與新風(fēng)系統(tǒng)從“平均控制”升級(jí)為“按需控制”。

五、核心優(yōu)勢(shì)三:真正打通暖通與新風(fēng)邏輯,形成閉環(huán)

感知判斷執(zhí)行驗(yàn)證四步閉環(huán)控制流程圖

很多系統(tǒng)雖然聲稱實(shí)現(xiàn)了“空氣質(zhì)量聯(lián)動(dòng)”,但實(shí)際只停留在簡(jiǎn)單的觸發(fā)邏輯層面: 例如 CO? 高了就讓新風(fēng)加大一點(diǎn),濕度高了就讓除濕開一下,VOC 波動(dòng)了就啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。 這更像是條件反應(yīng),而不是完整閉環(huán)。

真正的閉環(huán)應(yīng)該包括四個(gè)步驟:感知、判斷、執(zhí)行、驗(yàn)證。也就是說, 系統(tǒng)先通過房間內(nèi)的 86 控制器實(shí)時(shí)采集空氣數(shù)據(jù);再根據(jù)房間類型、時(shí)間段、占用狀態(tài)、 閾值策略和變化速度進(jìn)行判斷;然后驅(qū)動(dòng)暖通、新風(fēng)、凈化、風(fēng)機(jī)盤管、閥門或風(fēng)量調(diào)節(jié)執(zhí)行動(dòng)作; 最后繼續(xù)回看這個(gè)房間的數(shù)據(jù),驗(yàn)證調(diào)節(jié)是否真的起到了效果。

只有當(dāng)傳感器就在房間里時(shí),系統(tǒng)才真正知道:剛才那次提高新風(fēng)量,是否真的把兒童房 CO? 拉下來了; 剛才那次啟動(dòng)除濕,是否真的讓主臥濕度回到了舒適區(qū)間;剛才那次節(jié)能降檔,是否仍然維持了書房空氣質(zhì)量不惡化。 這才是結(jié)果閉環(huán),而不是單純的設(shè)備動(dòng)作閉環(huán)。

六、核心優(yōu)勢(shì)四:減少不必要自動(dòng)調(diào)節(jié),降低能源浪費(fèi)

局部精確調(diào)節(jié)與全屋粗放調(diào)節(jié)的能耗對(duì)比圖

在傳統(tǒng)平均值控制邏輯下,系統(tǒng)常常會(huì)面臨兩種問題:一種是某個(gè)房間空氣已經(jīng)變差, 但因?yàn)槠骄颠€沒有明顯變化,系統(tǒng)動(dòng)作滯后;另一種是某個(gè)局部區(qū)域短時(shí)波動(dòng), 引發(fā)全屋級(jí)別的調(diào)節(jié),造成過度運(yùn)行。

EPA 的空氣傳感器布點(diǎn)指南建議,室內(nèi)傳感器應(yīng)盡量位于典型呼吸區(qū)高度,并避開局部污染源、 空氣凈化器、角落、家具遮擋以及門窗、HVAC 送回風(fēng)口等容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真的位置, 以獲得更具代表性的室內(nèi)空氣讀數(shù)。換句話說,位置越接近真實(shí)使用空間,后續(xù)控制越有依據(jù)。 [外部依據(jù)8]

86 控制器集成空氣傳感器后,系統(tǒng)能夠更精確地把調(diào)節(jié)動(dòng)作限定在真正有需求的房間或區(qū)域, 避免因判斷粗糙而引發(fā)無效調(diào)節(jié)。它不是簡(jiǎn)單地“讓系統(tǒng)更敏感”,而是讓系統(tǒng)更有針對(duì)性地響應(yīng), 從而兼顧舒適性與節(jié)能性。

七、典型應(yīng)用場(chǎng)景

場(chǎng)景一:兒童房 / 嬰兒房。 兒童房在夜間通常門窗關(guān)閉、空間較小、停留時(shí)間長(zhǎng),而且經(jīng)常存在大人陪睡、夜奶、看護(hù)等情況。 這樣的房間,CO?、溫濕度波動(dòng)通常會(huì)比白天公共區(qū)域更明顯。如果系統(tǒng)只看客廳、回風(fēng)口或公共區(qū)域平均值, 就容易出現(xiàn)“全屋看起來沒問題,但兒童房實(shí)際已經(jīng)偏悶”的情況。而當(dāng)傳感器就在兒童房的 86 控制器上, 系統(tǒng)看到的是兒童房自己的空氣變化,可直接聯(lián)動(dòng)新風(fēng)或送風(fēng)末端,優(yōu)先保障這個(gè)房間的空氣狀態(tài)。

場(chǎng)景二:臥室夜間睡眠。 臥室是典型的高停留、高封閉、慢變化空間。夜間睡眠時(shí),房門關(guān)閉、人員持續(xù)呼吸、外部擾動(dòng)少, CO? 往往會(huì)逐漸累積。房間內(nèi)傳感器可以持續(xù)追蹤這一變化曲線,當(dāng) CO? 或溫濕度達(dá)到閾值后, 系統(tǒng)按需提升新風(fēng)或協(xié)調(diào)空調(diào)運(yùn)行;當(dāng)空氣恢復(fù)后,再回到更節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài)。

場(chǎng)景三:書房 / 家庭辦公空間。 書房的特點(diǎn)不是人數(shù)多,而是停留集中、門常關(guān)、注意力需求高。一個(gè)人長(zhǎng)時(shí)間辦公、開會(huì)、學(xué)習(xí), 房間里的 CO? 和舒適性參數(shù)變化往往比想象中更快。如果系統(tǒng)仍按客廳或總回風(fēng)平均值調(diào)節(jié), 就很可能反應(yīng)不及時(shí)。把傳感器放進(jìn)書房控制器里,系統(tǒng)就能真正做到:有人用書房時(shí), 書房是一個(gè)獨(dú)立的空氣管理單元;沒人用書房時(shí),又不會(huì)為了這個(gè)房間白白運(yùn)行。

場(chǎng)景四:酒店客房 / 公寓單元。 酒店客房是非常適合 86 集成式空氣控制器的場(chǎng)景。因?yàn)槊總€(gè)房間本來就需要本地控制終端, 而客房入住狀態(tài)、人員密度、開窗習(xí)慣都不一樣。把空氣傳感器做進(jìn)控制器里,系統(tǒng)就可以圍繞“每間客房”建立獨(dú)立邏輯: 空房低能耗待機(jī);入住后按實(shí)際空氣狀態(tài)運(yùn)行;夜間根據(jù) CO?、濕度變化自動(dòng)調(diào)整新風(fēng)和空調(diào)協(xié)同; 退房后恢復(fù)基礎(chǔ)通風(fēng)與節(jié)能模式。

場(chǎng)景五:辦公室 / 會(huì)議室。 會(huì)議室是典型的高波動(dòng)區(qū)域:平時(shí)沒人,一開會(huì)瞬間多人聚集,CO? 迅速上升。 如果只看回風(fēng)側(cè)平均值,系統(tǒng)對(duì)會(huì)議室的變化通常會(huì)滯后。而當(dāng)會(huì)議室 86 控制器內(nèi)置空氣傳感器, 系統(tǒng)就能快速識(shí)別會(huì)議室這個(gè)特定區(qū)域的空氣壓力,并聯(lián)動(dòng)新風(fēng)量或風(fēng)機(jī)盤管運(yùn)行, 做到“誰有需求,誰優(yōu)先響應(yīng)”。

八、從產(chǎn)品方案角度,86 控制器集成空氣傳感器的落地優(yōu)勢(shì)

86集成式方案在布線、安裝、調(diào)試上的工程交付優(yōu)勢(shì)圖

如果從產(chǎn)品與項(xiàng)目實(shí)施角度總結(jié),86 集成式方案至少有五個(gè)非常直接的價(jià)值。

第一,安裝位置天然合理??刂破鞅揪臀挥趬γ?、位于房間、接近人員活動(dòng)區(qū), 比把傳感器塞進(jìn)風(fēng)管后再去推斷房間狀態(tài)更直接。

第二,省點(diǎn)位、省布線、省調(diào)試??刂破髋c傳感器一體化后,不用為每個(gè)房間再單獨(dú)找一個(gè)傳感器安裝點(diǎn), 項(xiàng)目交付會(huì)更整潔,墻面也更統(tǒng)一。

第三,天然適合一房一策。每個(gè)房間一個(gè)控制器,每個(gè)房間一套空氣數(shù)據(jù), 每個(gè)房間一套聯(lián)動(dòng)策略,這比后期再補(bǔ)傳感器更適合規(guī)模化落地。

第四,更容易做可視化與用戶感知。用戶在房間里直接就能看到當(dāng)前空氣狀態(tài)、模式狀態(tài)、聯(lián)動(dòng)狀態(tài), 不再是“系統(tǒng)在機(jī)房里默默調(diào),用戶卻不知道為什么在調(diào)”。

第五,更容易真正形成閉環(huán)。因?yàn)閭鞲?、控制、顯示、通訊都在同一個(gè)房間節(jié)點(diǎn)上, 系統(tǒng)更容易做到從數(shù)據(jù)采集到執(zhí)行反饋的一體化。

結(jié)語

未來高價(jià)值的 HVAC 與新風(fēng)系統(tǒng),競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)不會(huì)只是“有沒有空氣傳感器”, 而是系統(tǒng)能否真正識(shí)別具體房間的空氣狀態(tài),能否打通暖通與新風(fēng)控制邏輯, 并以結(jié)果為導(dǎo)向形成真正閉環(huán)。

把空氣傳感器直接集成進(jìn) 86 控制器,本質(zhì)上是在系統(tǒng)架構(gòu)上把空氣監(jiān)測(cè)能力下沉到每一個(gè)房間節(jié)點(diǎn), 讓系統(tǒng)不再只知道風(fēng)管里的空氣怎么樣,而是真正知道每個(gè)房間里的人正在呼吸什么。

這不僅讓空氣質(zhì)量識(shí)別更準(zhǔn)確,也讓自動(dòng)調(diào)節(jié)更有依據(jù)、能源使用更有效率、房間級(jí)體驗(yàn)更可感知。 對(duì)于追求舒適、健康、節(jié)能與智能聯(lián)動(dòng)并重的項(xiàng)目來說,這才是更接近正確答案的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)方案。


外部依據(jù)鏈接匯總

[外部依據(jù)1] USGBC:CO? sensors must be located in the breathing zone;return air ducts 不能滿足要求。
https://www.usgbc.org/node/2752139

[外部依據(jù)2] Trane:多分區(qū) VAV 系統(tǒng)中,回風(fēng)管單點(diǎn) CO? 傳感器測(cè)的是平均值,可能導(dǎo)致部分空間通風(fēng)不足、部分空間過度通風(fēng)。
https://www.trane.com/content/dam/Trane/Commercial/global/learning-center/ashrae-articles/CO2-Based%20Demand-Controlled%20Ventilation%20with%20ASHRAE%20Standard%2062.1.pdf

[外部依據(jù)3] 研究資料:傳感器位置會(huì)影響 CO? 控制表現(xiàn)。
https://escholarship.org/content/qt8n23p8c4/qt8n23p8c4.pdf

[外部依據(jù)4] ScienceDirect:不同位置的 CO? 傳感器對(duì)個(gè)人暴露和房間占用代表性不同。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778823007697

[外部依據(jù)5] 同 Trane 文檔,說明多房間逐點(diǎn)布置雖更精細(xì),但成本更高。
https://www.trane.com/content/dam/Trane/Commercial/global/learning-center/ashrae-articles/CO2-Based%20Demand-Controlled%20Ventilation%20with%20ASHRAE%20Standard%2062.1.pdf

[外部依據(jù)6] 同 Trane 文檔,回風(fēng)單點(diǎn)平均值不代表各個(gè)房間真實(shí)狀態(tài)。
https://www.trane.com/content/dam/Trane/Commercial/global/learning-center/ashrae-articles/CO2-Based%20Demand-Controlled%20Ventilation%20with%20ASHRAE%20Standard%2062.1.pdf

[外部依據(jù)7] Vaisala:墻裝傳感器正確安裝可提升 HVAC 響應(yīng)精度并減少能耗。
https://www.vaisala.com/en/expert-article/how-install-wall-mounted-sensors-optimal-energy-efficiency-and-indoor-air-quality

[外部依據(jù)8] EPA:室內(nèi)傳感器應(yīng)盡量靠近呼吸區(qū),并避開門窗、HVAC 風(fēng)口、家具遮擋和局部污染源。
https://www.epa.gov/air-sensor-toolbox/guide-siting-and-installing-air-sensors