СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ВОЗДУХООБМЕНА В КОМНАТЕ ИЛИ ЗДАНИИ Российский патент 2021 года по МПК F24F11/00 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения скорости воздухообмена в пространстве.

По смыслу изобретения «пространство» означает любое пространство, ограниченное физической границей, в частности жилым или складским пространством.

Это может быть постоянное жилое или складское пространство, такое как отдельный дом или здание, особенно для жилья или третичного использования, часть такого здания, например, квартира в многоэтажном здании или даже резервуар для хранения.

Это может быть мобильное жилое помещение или складское пространство, такое как каюта или резервуар для хранения в транспортном средстве, а именно в автомобиле, грузовике, поезде, корабле, подводной лодке, самолете, космическом корабле.

Скорость воздухообмена в пространстве, обозначаемая ACH, представляет собой объем воздуха внутри пространства, который изменяется за один час, выраженный в м³.ч^-1. Это может быть скорость воздухообмена посредством естественной вентиляции или скорость воздухообмена посредством принудительной вентиляции (а именно, использованием управляемой механической вентиляции).

Для старого здания, которое должно быть отремонтировано, определение скорости воздухообмена посредством естественной вентиляции, без механической вентиляции, используется для оценки того, является ли объемный расход воздуха достаточно высоким для внутреннего качества воздуха, и для определения влияния естественной инфильтрации на энергетический баланс здания.

Для новой конструкции, содержащей систему механической вентиляции с рекуперацией тепла, можно определить скорость воздухообмена посредством естественной вентиляции, в конфигурации, в которой механическая вентиляция отключена, что позволяет оценить воздухонепроницаемость здания; также может быть определена скорость воздухообмена посредством принудительной вентиляции с механической вентиляцией в активной конфигурации, что позволяет оценить расход системы механической вентиляции и убедиться, что она работает оптимально.

Известной является практика определения скорости воздухообмена в здании с использованием теста типа «аэродверь», при котором получается испытательное механическое повышение давления или сброс давления в здании, и полученные скорости воздушного потока измеряются в диапазоне разниц статического давления между внутренней и внешней частью здания.

Один коэффициент, обычно измеренный, представляет собой скорость утечки воздуха при 50 Па, деленную на нагретый объем, обозначенный n₅₀, который соответствует объему воздуха, измененному за один час в здании, подвергнутому разности давлений 50 Па между внутренней и внешней частью здания.

В этом способе «аэродверь», образовывается глухая дверь из воздухонепроницаемого брезента, в которой неподвижно установлен вентилятор в проеме здания, затем включается вентилятор для создания разности в давлении между внутренней и внешней частью здания, а объемный расход воздуха и разность давления измеряются в диапазоне разностей давления, обычно варьирующихся от 20 Па до 70 Па. Эти большие разности давления не позволяют учитывать влияние внешних условий на здание. Необходимо использовать физические модели, чтобы экстраполировать результаты на меньшие разности давления и вернуться к реалистичным физическим параметрам, например, Persily-Kronvall модели. Однако трудно получить удовлетворительный результат простым способом, поскольку упрощенные физические модели не подходят для всех типов зданий, а более сложные физические модели являются сложными в использовании. Кроме того, посредством этого способа необходимо проводить измерения в условиях низкого ветра, что не всегда возможно.

Кроме того, в строительной физике известной является практика определения скорости воздухообмена с использованием способа индикаторного газа, который имеет преимущество учета естественных условий измерения. В наиболее традиционном варианте этого способа, в здание вводится большое количество определенного газа, такого как SF₆ или CO₂, и измеряется уменьшение концентрации этого газа в воздухе в течение нескольких часов. Затем скорость воздухообмена оценивается с использованием соотношения временного изменения концентрации газа внутри здания и разности их абсолютного количества между внутренней и внешней частью. Однако этот способ не очень широко используется на строительных площадках после строительства, главным образом из-за его стоимости и из-за продолжительных длительностей измерений.

Именно это является недостатками, которые изобретение, в частности, намеревается преодолеть, предлагая способ и устройство, которые позволяют быстро определять скорость воздухообмена в пространстве, а именно, в течение нескольких часов, с умеренной стоимостью и с разумной точностью, для любого типа пространства.

С этой целью, одним объектом изобретения является способ определения скорости ACH воздухообмена в пространстве, отличающийся тем, что он содержит этапы, при которых:

- по меньшей мере, в течение двух последовательных периодов D_k времени, соответствующих разным расходам заданного газа, примененного в пространстве, проводится операция измерений, позволяющая определить концентрацию С_ik газа внутри пространства с малыми временными интервалами, и концентрацию С_ek газа вне пространства, определяемую с малыми временными интервалами;

- значение скорости ACH воздухообмена в пространстве определяется посредством обеспечения сходимости: с одной стороны, диффузионной модели, выражающей временное изменение концентрации С_ik газа внутри пространства как функции от концентрации С_ek газа вне пространства, и физических параметров пространства, из которых могут быть рассчитаны параметры скорости ACH воздухообмена в пространстве, а с другой стороны, измеренного изменения С_ik(t) в концентрации С_ik газа внутри пространства как функции времени.

По смыслу изобретения, «концентрация газа» может представлять собой содержание газа в воздухе в граммах газа на кубический метр воздуха (г/м³), что в случае газа H₂O соответствует абсолютной влажности, или содержание газа в воздухе в граммах газа на грамм воздуха (г/г воздуха), что в случае газа H₂O соответствует удельной влажности.

Таким образом, скорость ACH воздухообмена может быть задана либо в м³/ч, либо в граммах воздуха/ч.

Кроме того, в контексте изобретения, «внутренняя часть пространства» и «внешняя часть пространства» обозначают две массы воздуха, которые разделены физической границей пространства и расположены соответственно внутри и снаружи физической границы пространства.

Газы, используемые в контексте изобретения, в котором различные расходы применяются в пространстве и изменяются в концентрации, могут быть выбраны, в частности, из H₂O, CO₂, He, SF₆, H₂, N₂ или других охлаждающих индикаторных газов, при этом этот список не является исчерпывающим. Существует ряд важных критериев для выбора газа; в частности, газ должен быть легко идентифицируемым и измеримым в атмосфере; газ не должен быть опасным при длительном или частом вдыхании, даже если способ не требует присутствия человека при всех измерениях; предпочтительно, газ не вредный для окружающей среды. Кроме того, использование газа, присутствующего в атмосфере, такого как H₂O или CO₂, влечет за собой учет его концентрации в атмосфере и исправление этого при расчете скорости воздухообмена. Использование водяного пара H₂O в контексте изобретения в качестве газа, в котором различные расходы применяются в пространстве, и изменяются в концентрации, которая контролируется, является выгодным из-за его низкой стоимости, его безвредности и легкости, с которой может образовываться поток водяного пара.

Изобретение позволяет на месте определять скорость воздухообмена в пространстве. Принцип, лежащий в основе изобретения, заключается в использовании переходных изменений концентрации данного газа внутри пространства, когда пространство подвергается управляемым внутренним воздействиям, и в измеренной внешней среде. Количественный анализ изменения концентрации газа внутри пространства позволяет количественно определять изменение воздуха внутри и снаружи пространства в течение короткого периода, порядка нескольких часов, ограничивая количество параметров, влияющих на то, как ведет себя пространство. В частности, краткость измерений позволяет обойти влияние условий использования пространства, изменений внешних условий и явлений поглощения или десорбции газа строительными материалами и/или обстановкой пространства.

В контексте изобретения, «расход газа, применяемого в пространстве», означает любое рабочее состояние, которое генерирует изменение концентрации газа внутри пространства при заданных условиях концентрации газа вне пространства. Понятно, что расход газа, применяемого в пространстве, может быть положительным, нулевым или отрицательным. Положительный расход газа соответствует введению газа в пространство, тогда как отрицательный расход газа соответствует извлечению газа из пространства. В случае нулевого или, по существу, нулевого расхода газа, применяемого в пространстве, изменение концентрации газа внутри пространства может быть результатом дисбаланса между начальными концентрациями газа внутри и вне пространства. Согласно изобретению, предусматривается, что, по меньшей мере, один из расходов данного газа будет отличным от нуля.

В контексте изобретения, значение скорости ACH воздухообмена в пространстве определяется посредством обеспечения сходимости диффузионной модели и измеренного изменения С_ik(t) в концентрации газа внутри пространства в зависимости от времени. В одном предпочтительном варианте осуществления, диффузионная модель выражает временное изменение концентрации С_ik газа внутри пространства в зависимости от концентрации С_ek газа вне пространства и расхода газа в пространстве. Когда временное изменение С_ik выражается только как функция от С_ek, можно получить оценку , где V является эффективным объемом пространства, что означает, скажем, что его возможно достичь несколькими измененными объемами в час.

Диффузионная модель, используемая для определения скорости воздухообмена в пространстве, может быть любого типа, известного специалистам в данной области техники.

Согласно одному аспекту изобретения, диффузионная модель, используемая для определения скорости воздухообмена в пространстве, может быть R-C моделью с соответствующим количеством резисторов и конденсаторов. Предпочтительно, диффузионная модель представляет собой простую R-C модель с одним резистором и одним конденсатором. В качестве альтернативы, диффузионная модель может быть более сложной R-C моделью, чем простая R-C модель, например, так называемой «3R2C» моделью с тремя резисторами и двумя конденсаторами.

Согласно другому аспекту изобретения, диффузионная модель, используемая для определения скорости воздухообмена в пространстве, может представлять собой модель параметрической идентификации (или модель идентификации системы), а именно ту, в которой математическая модель системы получается из измерений, например, модели, описанные в работе «Анализ временных рядов» Henrik Madsen, Chapman и Hall, 2008 (ISBN-13: 9781420059670 0).

В частности, диффузионная модель, используемая для определения скорости воздухообмена в пространстве, может быть авторегрессионной моделью, в частности ARX моделью (авторегрессионной моделью с внешними входами). В качестве альтернативы, могут использоваться другие авторегрессионные модели, такие как, например, ARMAX модели.

Известно, что ARX модель представляет собой авторегрессионную модель, образующую один выход y(t) как функцию одного или нескольких входов u(t), v(t) и остаточного случайного моделирования, отличающуюся нулевым средним белым шумом e(t), с t, обозначающим рассматриваемый момент замера. ARX модель, если учитывать задержку, может быть описана:

A(p^-1)y_k=B(p^-1)u_k+D(p^-1)v_k+e_k

с

A(p ^-1)=1+a₁p^-1+…+a_np^-n

B(p^-1)=b₁p^-1+…+b_np^-n

D(p^-1)=d₁p^-1+…+d_np^-n

и

p ^-1 u_k=u_k-1

p ^-1 v_k=v_k-1

p ^-1 называется оператором задержки и учитывает прошлые состояния, которые влияют на систему в настоящее время. n представляет собой порядок ARX модели. Что касается выбора порядка n ARX модели, значение n должно быть достаточно высоким, чтобы учитывать инерцию системы, но достаточно низким, чтобы избежать перепараметризации модели.

Этапы идентификации модели известны сами по себе и поэтому здесь подробно не рассматриваются. Коэффициенты, которые необходимо идентифицировать путем корректировки (подгонки) ARX модели к измеренному изменению С_ik(t), являются коэффициентами a_i, b_i, d_i, i=1, …, n, с которыми скорость ACH воздухообмена в пространстве связана.

В частности, в случае, когда это является диффузией газа в пространстве, которое моделируется, можно считать, что выход y(t) ARX модели представляет собой концентрацию С_ik газа внутри пространства, а входы u(t) и v(t) ARX модели представляют собой, соответственно, концентрацию С_ek газа вне пространства и расход газа в пространстве. Для идентификации, эта процедура является одной из аналогий между статическим состоянием ARX модели (p^-1=1):

A(1)С_ik=B(1)С_ek+D(1)+e

и баланс физического вещества:

=ACH(С_ek-С_ik)+e

Затем физические параметры получаются просто путем сравнения между двумя предыдущими уравнениями. В частности, благодаря обычной математической обработке, доступной в научной литературе, возможно, получить скорость ACH воздухообмена в пространства как средневзвешенное значение и .

Можно отметить, что входы и выходы модели параметрической идентификации могут поменяться местами. В частности, в контексте изобретения, для обработки данных измерения С_ik(t) с использованием ARX модели, можно считать, что выход y(t) ARX модели представляет собой расход газа в пространстве, а входы u(t) и v(t) ARX модели представляют собой, соответственно, концентрацию С_ek газа вне пространства и концентрацию С_ik газа внутри пространства.

По смыслу изобретения, факт создания диффузионной модели и сходимость измеренного изменения С_ik(t) означает, что значение физических параметров пространства, которые используются в диффузионной модели, регулируются (устанавливаются) таким образом, чтобы минимизировать несоответствие, по меньшей мере, в течение временного интервала, содержащегося в каждом периоде D_k времени между временным изменением концентрации газа внутри пространства, рассчитанным по диффузионной модели, и временным изменением концентрации газа внутри пространства как фактически измеренного С_ik(t). Таким образом, установка может быть выполнена по всей протяженности каждого периода D_k времени или через один или несколько временных интервалов, содержащихся в каждом периоде D_k времени.

В качестве примера, в случае, когда диффузионная модель представляет собой простую R-C-модель с одним резистором и одним конденсатором, и в которой для каждого периода D_k времени существует временной интервал Δt_k, для которого измеренное изменение С_ik(t) в концентрации газа внутри пространства в зависимости от времени является, по существу, линейным, простая R-C-модель и измеренное изменение С_ik(t) могут быть выполнены для сходимости по временным интервалам Δt_k следующим образом: для каждого периода D_k времени градиент a_k касательной к изменению С_ik(t) определяется по временному интервалу Δt_k, а значение скорости ACH воздухообмена в пространстве выводится из градиентов a_k из расходов газа, применяемого в пространстве, и от разности в концентрация газа внутри и снаружи пространства.

Согласно другому примеру, в случае, когда диффузионная модель представляет собой более сложную R-C модель, такую как «3R2C» модель или ARX модель, диффузионная модель и измеренное изменение Сik(t) выполняются для сходимости посредством регулирования значения физических параметров пространства, которые используются в модели таким образом, чтобы минимизировать несоответствие («установку») по всем временным периодам D_k между временным изменением концентрации газа внутри пространства как рассчитанным по диффузионной модели, и временным изменением концентрации газа внутри пространства, как фактически измеренным С_ik(t).

Примерами параметров пространства, которые могут влиять на то, как ведет себя пространство в отношении диффузии газа, являются, в частности, общая площадь поверхности физической границы пространства, количество и размер столярных работ, что позволяет, например, определить эквивалентную площадь поверхности отверстий.

Согласно одному аспекту изобретения, способ включает этапы, при которых:

- в течение, по меньшей мере, двух последовательных периодов D_k времени, соответствующих разным расходам газа, применяемого в пространстве, проводится кампания измерений, позволяющая определять концентрацию С_ik газа внутри пространства с близкими временными интервалами, и концентрацию С_ek газа вне пространства, определенную с близкими временными интервалами;

- для каждого периода D_k времени, начиная с измеренного изменения С_ik(t) в концентрации С_ik газа внутри пространства в зависимости от времени:

- либо, если имеется временной интервал Δt_k, для которого изменение С_ik(t) является, по существу, линейным, градиент a_k касательной при изменении С_ik(t) определяется за этот временной интервал Δt_k и значение скорости ACH воздухообмена в пространстве выводится из градиентов a_k;

- или, если отсутствует временной интервал Δt_k, для которого изменение С_ik(t) является, по существу, линейным, выбирается временной интервал Δt_k', в котором изменение С_ik(t) является, по существу, экспоненциального типа exp(-t/τ), где τ является временем, в конце которого объем воздуха внутри пространства был изменен, и выводится значение скорости ACH воздухообмена в пространстве, при этом это значение является таким, что изменение является прямой линией, где =c_ik(t)- c_ekm', где С_ekm' является средним значением концентрации С_ek газа вне пространства за временной интервал Δt_k'.

Разумеется, способ согласно изобретению не обязательно требует графического представления изменения С_ik(t), которое должно быть установлено.

В частности, по каждому временному интервалу Δt_k, градиент a_k касательной к изменению С_ik(t) равен производной от изменения С_ik(t) на интервале Δt_k. Следовательно, этап определения градиента a_k касательной к изменению С_ik(t) в интервале Δt_k может быть выполнен, в контексте изобретения, путем вычисления производной от изменения С_ik(t) на интервале Δt_k, не прибегая к графическому представлению изменения С_ik(t).

Этапы вычисления по способу, в частности, для определения градиентов a_k, могут быть реализованы с использованием любых подходящих вычислительных средств. Это может быть, в частности, оконечное устройство, содержащее систему сбора данных для получения измерений, требуемых для способа, и средства вычисления для выполнения всех или некоторых этапов способа на основе полученных измерений.

В контексте изобретения, периоды D_k времени могут быть либо разделены друг от друга, либо сразу же следовать друг за другом. В последнем случае, способ может считаться выполненным, в целом, в течение непрерывного периода времени, образованного последовательностью периодов D_k времени.

Предпочтительно, этот способ реализуется двумя последовательными временными периодами D₁ и D₂, соответствующими двум различным заданным значениям расхода и газа, применяемого в пространстве.

Согласно одному аспекту изобретения, первый расход газа, применяемого в течение первого периода D₁ времени, и второй расход газа, применяемого во втором периоде D₂ времени, имеет значения, сильно отличающиеся друг от друга. В одном предпочтительном варианте осуществления, первый расход газа, применяемого в течение первого периода D₁ времени, является строго положительным или строго отрицательным, тогда как второй расход газа, применяемого во второй период D₂ времени, равен нулю или, по существу, равен нулю.

Предпочтительно, для каждого периода D_k времени расход газа, применяемого в пространстве, содержит расход , сообщаемый посредством, по меньшей мере, одного устройства с регулируемым расходом. То, что здесь подразумевается под «устройством с регулируемым расходом», представляет собой устройство, в котором количество газа, вводимого или извлекаемого устройством, может быть точно определено. Предпочтительно, чтобы управление или устройство с регулируемым расходом было автоматизированным.

Когда используемым газом является водяной пар, указанное или каждое устройство с регулируемым расходом может быть увлажнителем, например ультразвуковым увлажнителем. Одним способом для точного определения расхода водяного пара, вводимого в течение каждого периода D_k времени, затем является взвешивание увлажнителя в начале и в конце периода D_k и, зная продолжительность, на которую увлажнитель включен, выводится средний расход водяного пара, применяемого в пространстве за период D_k.

В контексте изобретения, различные расходы газа, применяемого в пространстве в течение различных периодов D_k времени, могут быть различными заданными значениями расхода газа, что означает, что для каждого периода D_k времени расход газа является постоянным на протяжении всего период D_k. В качестве альтернативы, расход газа может быть непостоянным в течение одного или нескольких периодов D_k и варьироваться относительно среднего значения расхода при условии, что средний расход газа за период D_k отличается от (постоянного или среднего) расходов газа, применяемого в течение периодов времени, окружающих период D_k. В этом случае, расход газа, рассматриваемый за период D_k времени, представляет собой средний расход газа. Изменение в расходе газа в течение каждого периода D_k времени должно быть небольшим по сравнению с разницей между расходами газа, применяемого в течение двух последовательных периодов времени, и предпочтительно, изменение расхода газа по каждому периоду D_k времени менее чем 30%, более предпочтительно, менее чем 20%, более предпочтительно, еще менее чем 10% разницы между расходами газа, применяемого в течение двух последовательных периодов времени.

Если источник данного газа, отличный от аппаратов, используемых для применения заданного расхода является активным в пространстве за период D_k времени, расход газа, применяемого в пространстве, равен заданному расходу . Напротив, если в течение периода D_k времени существует дополнительный расход газа, применяемого в пространстве в дополнение к расходу , то расход газа, применяемого в пространстве, равен +. Поэтому необходимо либо иметь возможность измерять дополнительный расход, либо обрезать все источники, кроме аппаратов, используемых для применения заданного расхода.

В частности, когда используемым газом является водяной пар, дополнительный расход водяного пара в пространстве может поступать из источников, таких как дыхание пассажиров, приготовление пищи, наличие прачечной, сушки, использование душа, использование сушильного барабана. Предпочтительно, способ реализуется, пока пространство не занято. Кроме того, любые бытовые электроприборы, которые могут присутствовать, предпочтительно выключаются.

Способ согласно изобретению основан на том факте, что изменение концентрации газа внутри пространства пропорционально количеству воздуха, измененного путем инфильтрации. Если концентрация газа внутри пространства не является однородной, существует риск того, что большее количество воздуха, чем газа, будет заменено, или наоборот, то, что может сделать измерения неточными. Такой же риск может быть вызван расслоением газа, вызванным чрезмерными температурными расхождениями в пространстве. Чтобы улучшить однородность концентрации газа и температуры внутри пространства, предпочтительным является открывать сообщающиеся двери внутри пространства и устанавливать систему перемешивания воздуха внутри пространства. Когда пространство имеет большой внутренний объем, несколько устройств с регулируемым расходом, предпочтительно, распределяются по пространству, связанными с системой для перемешивания воздуха.

Согласно одному аспекту изобретения, измерения, измерения, делающие возможность определять концентрацию С_ik газа внутри пространства, берутся с использованием одного или нескольких датчиков упомянутого газа, которые размещаются во внутреннем объеме воздуха в пространстве. В тех случаях, когда используемым газом является водяной пар, каждый датчик упомянутого газа представляет собой датчик влажности, выполненный с возможностью измерения концентрации С_ik водяного пара, также называемой абсолютной влажностью внутри пространства.

Предпочтительно, каждый датчик упомянутого газа связан с датчиком температуры, который способен измерять температуру воздуха внутри пространства. Концентрация С_ik газа внутри пространства, и температура T_ik внутри пространства, затем могут считаться средними из измерений различных датчиков, распределенных по объему воздуха внутри пространства. Чем более несовершенна однородность концентрации газа и температуры внутри пространства, тем больше требуется количество датчиков. Использование нескольких датчиков в разных точках может также обеспечить возможность обнаружения утечек воздуха, например, путем определения того, что датчик, расположенный вблизи нескольких негерметичных столярных работ, ведет себя иначе, чем датчик, расположенный в центре объема воздуха внутри пространства.

Предпочтительно, за каждый период D_k времени, температура T_ik воздуха внутри пространства является стабильной. Изменения температуры воздуха внутри пространства могут фактически влиять на концентрацию газа в воздухе внутри пространства. Следовательно, предпочтительным является в течение каждого периода D_k времени отключать источники тепла или холода в пространстве, особенно устройства отопления или кондиционирования воздуха, или поддерживать их при постоянном заданной установке. В частности, когда используемым газом является водяной пар, повышение температуры внутри пространства может привести к высыханию материалов внутри пространства, в результате чего водяной пар испарится в воздухе, тогда как падение температуры внутри пространства может привести к конденсации водяного пара, присутствующего в воздухе, на поверхности материалов.

Также предпочтительным является, чтобы за каждый период D_k времени обладать низким, предпочтительно, нулевым солнечным излучением, чтобы избежать повышения температуры внутри пространства под воздействием солнечной радиации. Жалюзи, шторы или другие элементы, которые закрывают пространство, могут быть закрыты в течение каждого периода D_k времени, особенно на стороне пространства, которая обращена на юг. Предпочтительно, способ согласно изобретению реализуется ночью.

Согласно одному предпочтительному аспекту, с целью ограничения времени, затрачиваемого на внедрение способа, и в то же время уменьшения вклада солнечной радиации, способ выполняется целиком непрерывно в течение одного ночного периода времени.

Для того чтобы изменение абсолютной влажности внутри пространства во время реализации способа было связано только с изменением воздуха, необходимо работать в условиях, при которых обмен водяного пара, содержащегося в воздухе и в строительных материалах и/или мебели был ничтожным. Теперь, в качестве примера, площадь 50 м² поверхности нелакированного дуба может хранить приблизительно 2 кг воды за 3 часа, когда влажность внутри помещения колеблется от 60% до 80%. Поэтому, предпочтительным является применение различных расходов водяного пара и проведение измерений согласно изобретению в течение периодов D_k времени, которые являются как можно более короткими, чтобы ограничить эти обмены. Предпочтительно, каждый период D_k времени длится 2 часа или менее, более предпочтительно, 1 час или менее.

Если необходимо измерять скорость воздухообмена путем естественной инфильтрации пространства, оборудованного системой механической вентиляции, механическую вентиляцию необходимо дезактивировать в течение каждого периода D_k времени, чтобы не вводить дополнительный воздушный поток. В качестве альтернативы, можно сохранить механическую вентиляцию в активной конфигурации с требуемым расходом в течение периодов D_k времени, при этом способ согласно изобретению позволяет измерять расход воздуха, создаваемый механической вентиляцией и, таким образом, проверить ее работу.

Предпочтительно, за каждый период D_k времени, концентрация С_ek газа вне пространства является стабильной.

Концентрация С_ek газа вне пространства может определяться измерениями с использованием датчиков упомянутого газа, которые помещаются в воздух вне пространства, а именно датчиков влажности и температуры, когда используемым газом является водяной пар. Эти датчики влажности и температуры помещаются в объем внешнего воздуха, исключая их размещения вблизи источников тепла или источников, образующих водяной пар, с тем, чтобы измерения отображали общую массу воздуха вблизи внешней поверхности физической границы пространства.

В качестве альтернативы, когда используемым газом является водяной пар, а пространство открывается непосредственно наружу, концентрация водяного пара или абсолютная влажность вне пространства С_ek может быть определена путем интерполяции метеорологических данных для места, в котором расположено пространство.

В целом, внешний воздух содержит водяной пар, особенно во влажные периоды. Способ согласно изобретению является более надежным, если расходы водяного пара, применяемого в пространстве согласно способу по изобретению, хорошо подходят для внешних условий и если разница в абсолютной влажности между внутренней частью и внешней частью пространства является значительной.

В контексте изобретения, можно использовать простую R-C-модель для описания пространства с двумя узлами концентрации однородного газа (в г.м^-3), один внутри пространства, а другой вне пространства, которые разделены резистором, представляющим инверсию скорости ACH воздухообмена в пространстве (в м³.ч^-1). Узел концентрации газа внутри пространства соединен с конденсатором, который представляет эффективный объем пространства (в м³). Расход газа, применяемого в пространстве (в г.ч^-1), компенсируется обменом газа через физическую границу пространства и количеством газа, хранящегося в структуре физической границы, что описывается уравнением:

где представляет собой общий расход газа, применяемого в пространстве, С_ik и С_ek представляют, соответственно, концентрацию газа внутри пространства и концентрация газа вне пространства, ACH представляет собой скорость воздухообмена в пространстве, а V представляет собой эффективный объем пространства.

Предполагается, что откликом пространства является простая убывающая экспоненциальная функция и что ее постоянная времени является произведением скорости ACH воздухообмена и эффективного объема V пространства. На самом деле, отклик пространства является более сложным и представляет собой суперпозицию большого количества убывающих экспоненциальных функций, но было экспериментально подтверждено, что путем адаптации условий испытаний, в частности, продолжительности испытания и величины расхода газа, применяемого в пространстве, основную роль играет только самая большая постоянная времени, и модель, описанная выше, является справедливой.

Посредством применения двух расходов q1, q2 газа с разными значениями в пространство в течение двух периодов D1 и D2 времени, возможно, определить скорость ACH воздухообмена в пространстве с использованием уравнения:

(1)

и эффективный объем V пространства с использованием уравнения:

(2)

где ()_{k=1 или 2} расход газа, применяемого за период D_k времени, (a_k) _{k=1 или 2}, является градиентом по временному интервалу Δt_k касательной к изменению С_ik(t) в концентрации газа внутри пространства как функция времени, а (Δc_km)_{k=1 или 2} является разностью между средней концентрацией газа внутри пространства и средней концентрацией газа вне пространства в течение временного интервала Δt_k.

Согласно одному аспекту изобретения, после того, как значение V_calc эффективного объема V пространства было рассчитано согласно способу, выполняется проверка для подтверждения того, что это значение V_calc действительно соответствует фактическому объему пространства, а именно, в пределах 20%. Если это не так, то необходимо изменить способ обработки измерений, чтобы получить скорректированное значение для скорости ACH воздухообмена в пространстве.

Конкретно, было обнаружено, что способ согласно изобретению может приводить к расчетному значению V_calc для эффективного объема пространства, которое отличается от фактического объема пространства. В частности, когда используемым газом является водяной пар, введенный в пространство, было обнаружено, что, когда продолжительность каждого периода D_k времени является слишком коротким, расчетное значение V_calc является ниже фактического объема, тогда как при длительности каждого период D_k времени слишком длинной, расчетное значение V_calc является больше фактического объема. Это можно объяснить тем, что расчетное значение V_calc для эффективного объема V пространства не соответствует фактическому объему пространства, а скорее тому объему, на который эффективно воздействует газ, используемый в контексте способа. Расчетное значение V_calc, которое недооценивается по отношению к фактическому объему пространства, может указывать на то, что газ не успел исследовать весь объем пространства, тогда как расчетное значение V_calc, которое переоценивается относительно фактического объема пространства, может указывать на эффект, связанный с газом, поглощаемым материалами, присутствующими в пространстве.

Поэтому для обработки измерений, полученных согласно способу изобретения, целесообразно использовать длительности, достаточные для того, чтобы газ успевал воздействовать на весь объем пространства, но достаточно короткими, чтобы избегать какого-либо эффекта, связанного с поглощением газа строительными материалами и/или мебелью пространства, так чтобы это было только изменением воздуха, ответственного за изменение в концентрации газа в воздухе, который измеряется. Если используемый газ представляет собой водяной пар, вводимый в пространство, было обнаружено, что благоприятная продолжительность обработки измерений за каждый период D_k времени составляет порядка от 10 минут до 1 часа.

Очень предпочтительно, сравнение расчетного значения V_calc эффективного объема пространства с фактическим объемом дает возможность проверить правильность определения скорости ACH воздухообмена в пространстве, чтобы помочь определить благоприятную длительность обработки измерений за каждый период D_k времени согласно материалам, присутствующим в пространстве, и даже делать пост измерительные коррекции к расчетному значению ACH_calc для скорости воздухообмена в пространстве, если при обработке измерений применялась чрезмерно долгая продолжительность. В частности, такая пост измерительная коррекция может быть выполнена для значения ACH_calc путем смещения временных интервалов Δt_k в течение каждого периода D_k времени, чтобы уменьшить продолжительность обработки измерения до тех пор, пока не будет получено значение для эффективного объема V_calc, которое, по существу, равно фактическому внутреннему объему пространства.

Согласно одному варианту осуществления, способ включает этапы, при которых:

- выполняют следующее в течение двух последовательных периодов D₁ и D₂ времени:

i. в течение первого периода D₁ времени в пространстве применяется первый расход газа и проводится кампания измерений для определения концентрации С_i1 газа внутри пространства с близкими временными интервалами, и концентрация С_e1 газа вне пространства определяется с близким временными интервалами, причем первый расход газа является таким, что параметр α=1 является меньше или равен 0,8, с , где t=0 является начальной точкой для первого периода D₁ времени, С_em является средней концентрацией газа вне пространства на протяжении всех периодов D₁ и D₂ времени, а ACH_ref является опорным значением для скорости воздухообмена в пространстве, затем

ii. в течение второго периода D₂ времени в пространстве распространяется практически нулевой расход газа, и проводится кампания измерений для определения концентрации С_i2 газа внутри пространства с близкими временными интервалами, и концентрация С_e2 газа вне пространства определяется с близкими временными интервалами;

- значение скорости ACH воздухообмена в пространстве определяется посредством обеспечения сходимости: с одной стороны, диффузионной модели, выражающей временное изменение концентрации С_ik газа внутри пространства как функции от концентрации С_ek газа вне пространства, и физических параметров пространства, из которых могут быть рассчитаны параметры скорости ACH воздухообмена в пространстве, а с другой стороны, измеренного изменения С_ik(t) в концентрации С_ik газа внутри пространства как функции времени.

В этом варианте осуществления, выбирается конкретное действие на пространстве, которое обеспечивает хорошую доступность к скорости ACH воздухообмена в пространстве, и в течение короткого времени это конкретное действие представляет собой применение первого расхода газа, который является строго положительным или строго отрицательным, способным вызвать вынужденное изменение концентрации С_i1 газа внутри пространства, за которым следует применение второго расхода газа, который, по существу, равен нулю, что приводит к свободному изменению концентрации С_i1 газа внутри пространства.

Предпочтительно, первый расход газа является таким, что параметр α=1- является больше или равен 0,3, предпочтительно, больше или равен 0,4. Конкретно, для сред, мало проявляющихся при инфильтрации, когда параметр α меньше 0,3 или 0,4, чувствительность обычных измерительных датчиков не позволяет получить удовлетворительные данные относительно изменения концентрации С_i1 газа внутри пространства в течение первого периода D₁ времени, следовательно, увеличивается неопределенность значения скорости ACH воздухообмена в пространстве, как определено согласно изобретению.

Определение значения первого расхода газа, который должен быть применен в течение первого периода D₁ времени, чтобы соответствовать критериям относительно параметра α, влечет за собой знание опорного значения ACH_ref для скорости ACH воздухообмена в пространстве.

Одним способом доступа к контрольному значению ACH_ref для скорости АСН воздухообмена в пространстве является использование количества, полученного из теста типа «аэродверь» в пространстве. Другие способы получения доступа к контрольному значению ACH_ref также возможны, и, в частности, контрольное значение может быть значением воздухообмена, указанным в тепловом исследовании, представленном в заявке на производство строительных работ.

В одном предпочтительном варианте осуществления, для каждого периода D₁ и D₂ времени существует временной интервал Δt₁ или Δt₂, для которого измеренное изменение (c_ik(t))_{k=1 или 2} в концентрации газа внутри пространства в зависимости от времени является, по существу, линейным, а диффузионная R-C модель и измеренное изменение (c_ik(t))_{k=1 или 2} сводятся к следующему: для каждого периода D_k времени градиент a_k касательной к изменению c_ik(t) определяется по временному интервалу Δt_k, а значение скорости ACH воздухообмена в пространстве определяется из градиентов a_k и из расхода газа, применяемого в пространстве.

Предпочтительно, временные интервалы Δt₁ и Δt₂, по которым обрабатываются измерения, демонстрируют «симметрию», где под «симметрией» временных интервалов Δt₁ и Δt₂ понимается, что эти два интервала имеют, с одной стороны, одинаковую продолжительность и, с другой стороны, начальную точку, расположенную на одном и том же промежутке по времени от начала периода D₁ или D₂ (в частности, через x минут после начала каждого периода D₁ или D₂).

Как описано ранее, изобретение предлагает введение различных расходов газа в пространство, по меньшей мере, в течение двух последовательных периодов D_k времени, и измерение для каждого периода D_k времени временного изменения концентрации С_ik(t) газа внутри пространства.

В качестве альтернативы, возможно также вводить различные концентрации С_ik газа в пространство, по меньшей мере, в течение двух последовательных периодов D_k времени и измерять для каждого периода D_k времени временное изменение расхода (t) газа внутри пространства.

Согласно этой альтернативной форме, одним объектом изобретения является способ определения скорости ACH воздухообмена в пространстве, отличающийся тем, что он содержит этапы, при которых:

- в течение, по меньшей мере, двух последовательных периодов D_k времени, соответствующих разным концентрациям С_ik заданного газа, применяемого в пространстве, проводят кампанию измерений, позволяющую определить расход газа внутри пространства с близкими временными интервалами и концентрацию С_ek газа вне пространства, определяемую с близкими временными интервалами;

- значение скорости ACH воздухообмена в пространстве определяется посредством обеспечения сходимости:

с одной стороны, диффузионной модели, выражающей временное изменение расхода газа внутри пространства в зависимости от концентрации С_ek газа вне пространства и физических параметров пространства, из которых возможно вычислить параметры скорости ACH воздухообмена в пространстве; и

с другой стороны, измеренного изменения (t) в расходе газа внутри пространства как функции времени.

Предпочтительно, этот способ реализуется с двумя последовательными периодами D₁ и D₂ времени, соответствующими двум различным заданным значениям концентрации газа С_i1 и С_i2, применяемого в пространстве.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые из этапов способа определения скорости ACH воздухообмена в пространстве определяются командами компьютерной программы.

В результате, другой объект изобретения представляет собой компьютерную программу на носителе записи, причем эта программа может быть реализована в оконечном устройстве или, в более общем плане, на компьютере, причем эта программа содержит команды, предназначенные для реализации всех или некоторых этапов способа, как описано выше.

Эта программа может использовать любой язык программирования и быть в виде исходного кода, объектного кода или кода где-то между исходным кодом и объектным кодом, например, в частично скомпилированной форме.

Другой объект изобретения представляет собой машиночитаемый носитель записи, содержащий инструкции для компьютерной программы, упомянутой выше. Носителем записи может быть любой объект или устройство, способное хранить программу. Например, среда может содержать средство хранения, такое как постоянное запоминающее устройство, перезаписываемая энергонезависимая память, например USB-накопитель, SD-карта, EEPROM или даже магнитное средство записи, например, жесткий диск.

Носитель записи также может быть интегральной схемой, в которую включена программа, причем эта схема предназначена для выполнения или для использования при выполнении способа.

Носитель записи может быть передаваемым носителем, таким как электрический или оптический сигнал, который может переноситься электрическим или оптическим кабелем по радио или другими средствами. Программа согласно изобретению, в частности, может быть загружена в сети интернет типа.

Другим объектом изобретения является устройство для определения скорости ACH воздухообмена в пространстве, причем это устройство содержит:

- по меньшей мере, одно устройство, выполненное с возможностью применения, по меньшей мере, в течение двух последовательных периодов D_k времени, различных расходов заданного газа в пространстве;

- по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью измерения концентрации С_ik газа внутри пространства с близкими временными интервалами;

- оконечное устройство, содержащее модуль обработки, сконфигурированный для обеспечения сходимости, с одной стороны, диффузионной модели, выражающей временное изменение концентрации С_ik газа внутри пространства в зависимости от концентрации Сek газа вне пространства и физических параметров пространства, из которых могут быть вычислены параметры скорости ACH воздухообмена в пространстве, а с другой стороны, измеренного изменения С_ik(t) в концентрации С_ik газа внутри пространства как функции времени, с тем, чтобы получить значение скорости воздухообмена в пространстве.

Каждый расход газа, применяемого в пространстве в течение периода D_k времени с использованием устройства или устройств для применения расхода газа, может представлять собой положительный расход, соответствующий введению газа в пространство, отрицательный расход, соответствующий извлечению газа из пространства, или нулевой расход.

Согласно одному аспекту изобретения, когда используемым газом является водяной пар, устройство может содержать для применения каждого расхода водяного пара в пространстве один или несколько увлажнителей, а именно, ультразвукового типа увлажнителя, а для измерения концентрации водяного пара в воздухе внутри пространства, один или несколько датчиков влажности, предназначенных для размещения в объеме воздуха внутри пространства.

Согласно одному признаку, устройство также содержит, по меньшей мере, один датчик, выполненный с возможностью измерения концентрации С_ek газа за пределами пространства с близкими временными интервалами.

Согласно еще одному признаку, устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, один датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры T_ik воздуха внутри пространства.

Другим объектом изобретения является оконечное устройство, содержащее модуль обработки, выполненный с возможностью обеспечения сходимости, с одной стороны, диффузионной модели, выражающей временное изменение концентрации С_ik данного газа внутри пространства в зависимости от концентрации С_ek газа снаружи пространства и физических параметров пространства, из которых могут быть вычислены параметры скорости ACH воздухообмена в пространстве, а с другой стороны, измеренного изменения С_ik(t) в концентрации С_ik газа внутри пространства как функции времени, для получения значения скорости воздухообмена в пространстве.

Согласно одному аспекту, модуль обработки оконечного устройства согласно изобретению содержит компьютерную программу, упомянутую выше, причем эта программа записывается на носитель записи согласно изобретению и состоит из перезаписываемой энергонезависимой памяти оконечного устройства, инструкций упомянутой программы, которая интерпретируется процессором оконечного устройства.

Оконечное устройство, компьютерная программа и носитель записи согласно изобретению имеют те же признаки, что и способ согласно изобретению. Изобретение может быть реализовано с любым типом оконечного устройства, таким как ноутбук или непереносимый компьютер, планшет или смартфон.

В контексте изобретения, указанный или каждый датчик для измерения концентрации С_ik газа внутри пространства может быть датчиком, независимым от оконечного устройства. В качестве альтернативы, каждый датчик для измерения концентрации С_ik газа внутри пространства может быть датчиком, встроенным в оконечное устройство. В частности, согласно изобретению, возможно, проводить измерения с использованием газовых датчиков и, возможно, датчиков температуры, которые встроены в планшет или смартфон, и иметь приложение, установленное на планшете или смартфоне, для получения измерений и выполнения этапов способа.

В одном варианте осуществления, устройство согласно изобретению содержит средства, а именно, беспроводные средства, такие как Bluetooth, WiFi и т.д., соединения между каждым датчиком для измерения концентрации газа и оконечным устройством.

Предпочтительно, оконечное устройство содержит средство управления указанным устройством для применения расхода газа в пространстве.

Признаки и преимущества изобретения станут очевидными в описании, которое следует из двух примеров осуществления способа и устройства согласно изобретению, при этом описание приведено исключительно в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых:

Фиг.1 представляет собой схематичный вид пространства, в котором скорость ACH воздухообмена должна определяться согласно способу по изобретению с использованием устройства согласно изобретению, содержащего, по меньшей мере, увлажнитель с регулируемым расходом для ввода водяного пара в пространство, по меньшей мере, один датчик влажности и оконечное устройство;

Фиг.2 представляет собой график, показывающий изменение абсолютной влажности С_ik внутри бунгало в зависимости от времени во время реализации способа по изобретению, включающему первый период D₁ времени, в течение которого положительный первый расход водяного пара применяется в бунгало, а затем второй период D₂ времени, в течение которого в бунгало подается, по существу, нулевой второй расход водяного пара, чтобы позволить свободно изменяться абсолютной влажности С_ik внутри бунгало, при этом изменение абсолютной влажности С_ek вне бунгало как функция времени, также показана на этой фигуре;

Фиг.3 представляет собой график, показывающий изменение абсолютной влажности С_ik внутри квартиры в зависимости от времени во время реализации способа по изобретению, включающему первый период D₁ времени, в течение которого положительный первый расход водяного пара применяется в квартире, а затем второй период D₂ времени, в течение которого в квартиру подается, по существу, нулевой второй расход водяного пара, чтобы позволить свободно изменяться абсолютной влажности С_ik внутри квартиры, при этом изменение абсолютной влажности С_ek вне квартиры как функция времени, также показана на этой фигуре;

Фиг.4 представляет собой график, иллюстрирующий настройку (установку) ARX модели на изменение, показанное на фиг.2, в абсолютной влажности С_ik внутри бунгало в зависимости от времени, которое получается путем создания ARX модели и измеренного изменения С_ik(t) в концентрации газа в течение установки двух периодов D₁ и D₂ времени;

Фиг.5 представляет собой график, иллюстрирующий настройку (установку) ARX модели на изменение, показанное на фиг.3, в абсолютной влажности С_ik внутри квартиры в зависимости от времени, которое получается путем создания ARX модели и измеренного изменения С_ik(t) в концентрации газа в течение установки двух периодов D₁ и D₂ времени;

Фиг.6 представляет собой схему так называемой «3R2C» модели пространства с тремя резисторами и двумя конденсаторами.

Экспериментальный протокол

Способ согласно изобретению реализуется для определения скорости ACH воздухообмена в бунгало (пример 1) и квартире (пример 2), каждая из которых составляет пространство по смыслу изобретения, обозначенное ссылочной позицией 1 на фиг.1. Экспериментальный протокол является аналогичным для обоих примеров, как описано ниже.

Для каждого примера, способ включает первую фазу увлажнения в течение первого периода D₁ времени, имеющего продолжительность одного часа для бунгало, с полуночи до 01:00 утра, и двух часов для квартиры, с полуночи до 02:00 утра, в течение которого в пространстве 1 применяется строго положительный первый расход водяного пара, что соответствует введению водяного пара в пространство.

За первой фазой следует вторая фаза «естественного осушения» в течение второго периода D₂ времени, продолжительность которого составляет 1 час для бунгало, с 01:00 до 02:00 утра и двух часов для квартиры, с 02:00 до 04:00 утра, и во время которого в пространстве 1 применяется нулевой второй расход водяного пара, что приводит к свободному уменьшению концентрации водяного пара внутри пространства. В каждом примере фаза естественного осушения имеет ту же продолжительность, что и фаза увлажнения.

Применение расходов и водяного пара в пространстве 1 осуществляется через один или несколько увлажнителей 20 типа «GOTA», продаваемых компанией Air Naturel, размещенных внутри помещения. Каждый увлажнитель 20 представляет собой ультразвуковой увлажнитель с резервуаром емкостью 3 л, способным к увлажнению со скоростью до 300 г.ч^-1. Каждый увлажнитель 20 подключается к программируемому разъему, для его автоматического включения/выключения. Разъемы являются запрограммированными таким образом, чтобы запускать указанный или каждый увлажнитель 20 в начале первого периода D₁ времени, и переключать указанный или каждый увлажнитель 20 на выключение в конце первого периода D₁ времени. Для того чтобы знать расход водяного пара, применяемого в пространстве в течение первого периода D₁ времени, каждый увлажнитель 20 взвешивается в начале и в конце периода D₁. Зная продолжительность, на которую включен каждый увлажнитель 20, можно определить средний расход водяного пара, применяемого в течение периода D₁.

В течение двух периодов D₁ и D₂ времени, изменение влажности и температуры внутри и снаружи пространства 1 измеряется с использованием датчиков 40 влажности и температуры типа SHT15, продаваемых компанией Sensirion. Для бунгало (пример 1) количество используемых датчиков 40 представляет собой один датчик 40, помещенный в воздух внутри бунгало, и один датчик 40 помещенный в воздух за пределами бунгало. Для квартиры (пример 2) количество используемых датчиков 40 представляет собой пять датчиков 40, распределенных путем размещения в воздухе внутри квартиры и одного датчика 40, размещенного в воздухе за пределами квартиры. Позиционирование датчиков 40 внутри пространства 1 регулируется таким образом, чтобы получить репрезентативное измерение средней влажности и средней температуры воздуха внутри пространства.

Для каждого примера, способ реализуется, пока пространство 1 не занято, и все источники, образующие водяной пар, отличные от увлажнителей 20 в пространстве, отключены. Механическая вентиляция или источник тепла или холода является не активным в пространстве 1 во время использования способа. Кроме того, в случае квартиры (пример 2) все внутренние сообщающиеся двери открыты. В каждом примере, внутренние вентиляторы устанавливаются в пространстве 1, чтобы слегка перемешивать воздух внутри помещения.

Затем необработанные данные измерения, полученные в пространстве 1, собираются системой сбора данных оконечного устройства 10, которое обрабатывает их, выполняя инструкции компьютерной программы PG согласно изобретению, установленной в оконечном устройстве 10 для определения скорости воздухообмена в пространстве 1.

Как показано схематично на фиг.1, оконечное устройство 10 в этом примере состоит из планшета или смартфона, предлагающего пользователю, в дополнение к функциям связи, доступ к различным приложениям после их установки на оконечное устройство.

С точки зрения аппаратного обеспечения оконечное устройство 10, в частности, содержит процессор 11, постоянное запоминающее устройство 12 ROM типа, в котором записаны системные функции, в частности, программные драйверы и операционная система оконечного устройства, экран 15, один или несколько модулей 17 (3G, 4G, Bluetooth, WiFi и т.д.) связи, и перезаписываемая энергонезависимая память 18, содержащая приложения APP и пользовательские данные, которые не были изображены на чертеже, причем эти элементы подключаются друг к другу посредством системы шин.

Известно, что экран 15 представляет собой сенсорный человеко-машинный интерфейс, изображающий значки I1, I2, IT, соответствующие системным приложениям и различным приложениям APP, установленным пользователем на оконечное устройство.

Среди этих значков, значок IT позволяет оконечному устройству получать доступ, удаленно через телекоммуникационную сеть, портал для загружаемых приложений, совместимых с операционной системой оконечного устройства, и устанавливать, возможно, за оплату и/или аутентификацию, новые приложения APP в перезаписываемую энергонезависимую память 18.

В описанном здесь варианте осуществления, компьютерная программа PG согласно изобретению может быть загружена с этого портала приложений, а связанный значок представлен на сенсорном интерфейсе 15.

В частности, оконечное устройство 10, на котором установлена компьютерная программа PG, содержит модуль обработки, который выполнен с возможностью реализации следующих этапов.

- Вычисление абсолютной влажности С_ik внутри пространства:

Изменение абсолютной влажности (или концентрации водяного пара) С_ik внутри пространства 1 определяется из относительной влажности и температур, измеренных во внутреннем объеме пространства. Среднее значение измерений от различных датчиков 40, распределенных по пространству 1, рассчитывается, взвешенным по объему воздуха, представляющему каждую точку измерения. Абсолютная влажность С_ik внутри пространства 1 затем определяется путем вычисления в первую очередь давления насыщенного пара, в частности, используя уравнение:

ln (3)

с ϑ=, где T представляет собой температуру в K, P_ws представляет собой давление насыщенного пара в гПа, T_c=647,096 K, критическую температуру, P_c=220640 гПа, критическое давление, C_i представляют собой безразмерные коэффициенты, приведенные в таблице 1 ниже.

Это соотношение дает хорошую точность при температурах от 0°C до 373°C. Конечно, уравнения, отличные от вышеприведенного уравнения (3), также могут быть использованы для расчета абсолютной влажности.

C ₁ -7,85951783 C ₂ 1,84408259 C ₃ -11,7866497 C ₄ 22,6807411 C ₅ -15,9618719 C ₆ 1,80122502 Таблица 1

Давление пара затем рассчитывается как P_w=P_ws.RH, где RH представляет собой относительную влажность воздуха, а абсолютная влажность рассчитывается как c_ik=, где C=2,16679 г.K/J есть постоянная.

- Вычисление расхода водяного пара во время периода D₁

Расход водяного пара, использованного в пространстве 1 в течение первого периода D₁ времени, рассчитывается как разность между общей массой увлажнителей 20 в начале и в конце периода D₁ и известной продолжительности, в течение которой водяной пар вводился:

где m_tot.end и m_tot.start являются соответственно суммарными массами увлажнителей в пространстве в начале и в конце периода D₁ в граммах, а t_inj является продолжительностью, в течение которой вводился водяной пар, в часах.

- Расчет абсолютной влажности С_ek вне пространства

Изменение абсолютной влажности (или концентрации водяного пара) С_ek за пределами пространства 1 определяется из относительной влажности и температуры, измеренных вне пространства, с использованием того же уравнения (3), которое использовалось для расчета абсолютной влажности С_ik внутри пространства.

- Расчет скорости ACH воздухообмена и эффективного объема V

Скорость ACH воздухообмена и эффективный объем V пространства 1 вычисляются с использованием вышеприведенных уравнения (1) и уравнения (2), соответственно.

В последующем описании, подробно описываются этапы расчета скорости ACH_calc воздухообмена и эффективного объема V_calc каждого пространства 1 со ссылкой на график на фиг.2 или на график на фиг.3, которые показывают изменение абсолютной влажности С_ik внутри пространства как функции времени. Эти графики иллюстрируют значения, включенные в уравнения (1) и (2), а именно градиенты a₁ и a₂ абсолютной влажности С_i1 и С_i2 внутри пространства за каждый временной интервал Δt₁ и Δt₂, выбранный за период D₁ или D₂, и различия в абсолютной влажности Δc_1m и Δc_2m между внутренним и внешним пространством на каждом временном интервале Δt₁ или Δt₂.

Несмотря на то что этапы расчета, описанные выше, могут выполняться вручную, они, предпочтительно, выполняются автоматически оконечным устройством, таким как оконечное устройство 10, описанное выше, которое, в частности, не должно прибегать к графическому представлению изменения С_ik(t).

То, что оконечное устройство требует от пользователя, являются входными данными, которые могут представлять собой объем пространства, расходы и газа, применяемого в периоды D₁, D₂ (или, в качестве альтернативы, значение параметра α и ссылочное значение для скорости ACH_ref воздухообмена).

Оконечное устройство снабжает на выходе расчетными значениями скорости ACH_calc воздухообмена и эффективного объема V_calc пространства, а также потенциальными другими параметрами, такими как те, которые указаны в таблицах 2 и 3 ниже.

В контексте изобретения, может быть выгодным хранить данные измерений, полученные в пространстве. Эти данные могут, например, использоваться в качестве истории в контексте обновления. Кроме того, эти данные могут быть повторно использованы для оптимизации вычисленных значений скорости ACH_calc воздухообмена и эффективного объема V_calc пространства путем изменения параметров обработки для одного и того же набора измерений, что иллюстрируется этапами коррекции в приведенных ниже примерах. Хранение данных измерений может выполняться в памяти оконечного устройства, используемого для реализации изобретения или во внешней памяти любого типа, подходящего для этой функции хранения.

Пример 1: Бунгало

Фиг.2 показывает результаты, полученные путем реализации способа в бунгало площадью 13 м², объемом 33 м³ и общей площадью граничной поверхности 70 м². Внешняя стенка бунгало выполнена из изолирующих сэндвич-панелей, состоящих из слоя полиуретана толщиной 4 см, вставленного между двумя листами металла, двери и двух окон с тройным стеклопакетом. К границе добавлена дополнительная изоляция, которая включает следующие материалы:

- мембраны типа STOPVAP, выпускаемые фирмой Saint-Gobain Isover,

- VIP-панели (вакуум-изолированные панели) типа Va-Q-vip F, продаваемые компанией va-Q-tec, покрывающие стены;

- 3 см пенополистирол для пола и потолка, пол также покрыт листом деревянной ориентированной стружечной плиты (OSB).

Граница бунгало имеет коэффициент теплопередачи UBAT около 0,6 Вт/м²K.

Коэффициент n₅₀ для бунгало, полученный посредством испытания с использованием аэродвери, составляет 8,6 ч^-1. Использование модели Persily-Kronvall, которая соответствует опорному значению скорости воздухообмена ACH_ref=15 м³.ч^-1.

В фазе увлажнения бунгало, в течение первого периода D₁ времени с полуночи до 01:00 утра увлажнители 20, присутствующие в бунгало, используются для применения строго положительного первого расхода водяного пара, который выбирается так, что параметр α=1 - , равен 0,46. В этом примере, опорное значение ACH_ref составляет 15 м³.ч^-1, а начальная абсолютная разность влажности Δc₁(0) составляет 6,4 г.м^-3, что соответствует значению порядка 180 г.ч^-1 для первого расхода водяного пара.

Кривая, представляющая изменение абсолютной влажности С_i1 внутри бунгало в зависимости от времени в течение первого периода D₁ времени, показана на фиг.2. Как видно на этой фигуре, кривая увеличения абсолютной влажности внутри бунгало имеет часть, которая является, по существу, линейной по временному интервалу Δt₁ с 00:45 до 01:00 утра. Ввод этой линейной части кривой в уравнение дает:

c_{i 1}=17,8 г.м^-3+0,00630 t, где t в секундах.

Фиг.2 также показывает изменение абсолютной влажности С_e1 вне бунгало в зависимости от времени в течение первого периода D₁ времени. Абсолютная влажность С_e1 вне бунгало в течение временного интервала Δt₁ является достаточно стабильной, что ее можно считать практически постоянной и равной средней абсолютной влажности за временной интервал Δt₁, а именно, в этом примере c_e1m=11,0 г.м^-3.

Во время фазы «естественного осушения» бунгало во второй период D₂ времени с 01:00 до 02:00 утра, увлажнители 20, присутствующие в бунгало, отключены с тем, чтобы использовать нулевой второй расход водяного пара.

Фиг.2 показывает кривую, представляющую изменение абсолютной влажности С_i2 внутри бунгало как функции времени во время второго периода D₂ времени. Как видно на этой фигуре, кривая снижения абсолютной влажности внутри бунгало имеет часть, которая, по существу, является линейной в течение временного интервала Δt₂ с 01:45 до 02:00 утра. Временной интервал Δt₂ обработки измерения во втором периоде D₂ выбирается так, чтобы он проявлял «симметрию» с интервалом Δt₁ обработки измерения в первом периоде D₁, а именно, чтобы два временных интервала Δt₁ и Δt₂ имели, с одной стороны, одинаковую продолжительностью 15 минут, а с другой стороны, начальную точку, расположенную для каждого интервала Δt_k, через 45 минут после начала периода D_k. Ввод линейной части кривой за временной интервал Δt₂ в уравнение дает:

c_{i 2}=19 г.м^-3-0,00311 t, где t в секундах.

Изменение абсолютной влажности С_e2 вне бунгало в зависимости от времени в течение второго периода D₂ времени также показано на фиг.2. Как и на первом этапе, абсолютная влажность С_e2 за пределами бунгало в течение временного интервала Δt₂ является достаточно стабильной, что ее можно рассматривать практически постоянной или равной средней абсолютной влажности в течение временного интервала Δt₂, а именно в этом примере С_e2m=11,0 г.м^-3.

Так как ACH= из вышеприведенного уравнения (1), принимая α₁=22,7 г.м^-3.ч^-1, α₂=-11,2 г.м^-3.ч^-1, Δc_1m=7,7 г.м^-3, Δc_2m=7,0 г.м^-3, =180 г.ч^-1, =0 г.ч^-1, значение для скорости ACH воздухообмена в бунгало получается:

ACH_calc=8,2 м³.ч^-1.

Это значение ACH_calc для скорости воздухообмена, полученное согласно изобретению, значительно отличается от оценки, полученной от теста аэродвери ACH_ref=15 м³.ч^-1 но находится в когерентном порядке величины. В частности, во время измерения типа «аэродверь», изменение воздуха происходит насильно с очень значительной разницей давления, что не встречается естественным образом, и необходимо использовать модель экстраполяции низкого давления, в этом случае модель Persily-Kronvall, чтобы вернуться к реалистичному физическому параметру.

Так как V= согласно вышеприведенному уравнению (2), значение эффективного объема бунгало также получается:

V_calc=122,9 м³.

Можно видеть, что эффективный объем, определяемый V_calc=122,9 м³, является намного больше, чем фактический внутренний объем V_actual=33 м³ бунгало. Как объяснялось выше, это может быть связано с поглощением водяного пара материалами, содержащимися в бунгало, и тем фактом, что продолжительность, применяемая для обработки измерений, была чрезмерно длинной.

Когда такое избыточное значение получается для эффективного объема V_calc, в изобретении предлагается сделать пост измерительную поправку к расчетному значению ACH_calc скорости воздухообмена за счет уменьшения продолжительности, применяемой для обработки измерений. На практике эта коррекция выполняется путем смещения временных интервалов Δt₁ и Δt₂ в каждый период времени D₁ и D₂, в то же время, сохраняя «симметрию» временных интервалов Δt₁ и Δt₂, как определено выше, а именно путем выбора для двух временных интервалов Δt₁ и Δt₂, с одной стороны, одинаковой продолжительности, а с другой стороны, начальной точки, расположенной на одном и том же расстоянии во времени от начала периода D₁ или D₂ (в частности, x минут после начала каждого период D₁ или D₂) до тех пор, пока значение, полученное для эффективного объема V_calc, по существу, не будет равно фактическому внутреннему объему.

Используя такой подход, получают для бунгало «скорректированные» временные интервалы Δt₁' с полуночи до 00:15 утра и Δt₂' с 01:00 до 01:15 утра, как показано на фиг.2, что соответствует сокращенной продолжительности обработки измерений, дающей следующие скорректированные результаты:

ACH_calc'=9,6 м³.ч^-1;

V_calc'=56,6 м³.

В случае бунгало, скорректированный эффективный объем V_calc'= 56,6 м³, являющийся все еще выше фактического внутреннего объема бунгало V_actual=33 м³. Это связано с тем, что внутренние покрытия бунгало являются не законченными, что приводит к очень быстрому поглощению водяного пара строительными материалами бунгало. Для такого бунгало было бы предпочтительнее реализовать изобретение с газом, отличным от водяного пара, чтобы получить точность в отношении значения эффективного объема и скорости воздухообмена.

Из приведенных выше результатов видно, что изменение воздуха в бунгало составляет около 0,29 объема в час, что недостаточно для обеспечения хорошего качества внутреннего воздуха.

Тепловые потери бунгало, связанные с инфильтрацией являются такими, что K_inf=ρ.C_p.V.ACH, где ρ представляет собой плотность сухого воздуха при 20°C, а C_p представляет собой удельную теплоемкость сухого воздуха при 20°C. Из значения для скорости изменения воздуха ACH_calc'= 9,6 м³.ч^-1, следовательно, получается значение для потерь тепла, связанных с инфильтрацией K_inf=3,3 Вт.K^-1.

Также был оценен общий коэффициент потерь тепла для бунгало, дающий значение K_tot=29 Вт.К^-1. Таким образом, тепловые потери бунгало, связанные с инфильтрацией, составляют около 11% от общей тепловой потери бунгало, для годового баланса порядка 13 кВтч.м² год^-1.

Данные об инфильтрации и тепловой потери для бунгало приведены в таблице 2 ниже.

V
(м³) ACH_calc
(м³.ч^-1) V_calc
(м³) ACH (ч^-1) K
Вт.K^-1 E/Занимаемая площадь
(КВтч.м^-2.год^-1) Воздухообмен Способ по изобретению 33 9,6 56,6 0,29 3,3 13 Воздухообмен Аэродверь 15 0,43 4,9 20 Тепловые потери 29 118

Таблица 2 (бунгало)

Пример 2 Квартира

Фиг.3 показывает результаты, полученные путем реализации способа в квартире, расположенной в старом многоквартирном доме (год постройки: 1979), расположенный в Левалуа-Пере, Франция. Квартира является неизолированной, оснащена новейшим двойным остеклением, но имеет плохую воздухонепроницаемость. Площадь, занимаемая квартирой составляет 54 м², внутренний объем составляет 151 м³, и в квартире имеются две поверхности потери тепла площадью около 47 м².

Граница квартиры имеет коэффициент теплопередачи UBAT около 1,9 Вт/м²K.

Коэффициент n₅₀ квартиры, полученный при испытании аэродверь, составляет 7,3 ч^-1.

Использование модели Persily-Kronvall, которая соответствует эталонному значению для скорости воздухообмена ACH_ref=55 м³.ч^-1.

В фазе увлажнения квартиры в течение первого периода D₁ времени с полуночи до 02:00 утра, увлажнители 20, распределенные по всей квартире, используются для применения строго положительного первого расхода водяного пара, который выбирается таким образом, чтобы параметр α=1 - был равен 0,78. В этом примере, опорное значение ACH_ref составляет 55 м³.ч^-1 и начальная абсолютная разность влажности составляет 2,2 г.м^-3, что соответствует значению порядка 550 г.ч^-1 для первого расхода водяного пара.

Кривая, представляющая изменение абсолютной влажности С_i1 внутри квартиры в зависимости от времени в течение первого периода времени D₁, показана на фиг.3. Как видно на этой фигуре, кривая увеличения абсолютной влажности внутри квартиры имеет часть, которая, по существу, является линейной в течение временного интервала t1 с 01:30 до 02:00 утра.

Ввод этой линейной части кривой в уравнение дает:

c_{i 1}=7,4 г.м^-3+0,00578 t,

где t в секундах.

Фиг.3 также показывает изменение абсолютной влажности С_e1 вне квартиры в зависимости от времени в течение первого периода времени D₁. Абсолютная влажность С_e1 вне квартиры в течение временного интервала Δt₁ является достаточно стабильной, что ее можно считать по существу, постоянной и равной средней абсолютной влажности за временной интервал Δt₁, а именно в этом примере c_e1m=4,3 г.м^-3.

В фазе «естественного осушения» квартиры, во второй период D₂ времени с 02:00 до 04:00 утра, увлажнители 20, присутствующие в квартире, отключены, чтобы применить второй нулевой расход водяного пара.

Фиг.3 показывает кривую, отражающую изменение абсолютной влажности С_i2 внутри квартиры в зависимости от времени в течение второго периода D₂ времени.

Как видно на этой фигуре, кривая уменьшения абсолютной влажности внутри квартиры имеет часть, которая, по существу, является линейной по временному интервалу t2 с 03:30 до 04:00 утра. Как и в предыдущем примере, временной интервал Δt₂, для которого измерения, обработанные во втором периоде D₂, выбраны для проявления «симметрии» с временным интервалом Δt₁ для обработки измерений первого периода D₁, то есть другими словами так, что два временных интервала Δt₁ и Δt₂ имеют с одной стороны одинаковую продолжительность 30 минут, а с другой стороны, начальную точку, расположенную для каждого интервала Δt_k, 1ч30 после начала периода D_k. Ввод линейной части кривой за временной интервал Δt₂ в уравнение дает:

c_{i 2}=9,0 г.м^-3-0,00334 t,

где t в секундах.

Изменение абсолютной влажности С_e2 вне квартиры в зависимости от времени в течение второго периода D₂ времени также показано на фиг.3. Как и на первом этапе, абсолютная влажность С_e2 вне квартиры за временной интервал Δt₂ является достаточно стабильной, что ее можно считать практически постоянной и равной средней абсолютной влажности за временной интервал Δt₂, а именно в этом примере c_e2m=4,2 г.м^-3.

Так как ACH= согласно вышеприведенного уравнения (1), принимая α₁=20,8 г.м^-3.ч^-1, α₂=-12,0 г.м^-3.ч^-1, Δc_1m=4,8 г.м^-3, Δc_2m=2,9 г.м^-3, =550 г.ч^-1, =0 г.ч^-1, значение для скорости ACH воздухообмена в квартире получается:

ACH_calc=56,1 м³.ч^-1.

Это значение ACH_calc для скорости воздухообмена, которое получается согласно изобретению, согласуется с оценкой, полученной из теста «аэродверь» ACH_ref=55 м³.ч^-1.

Поскольку V= согласно приведенному выше уравнению (2), также получается значение для эффективного объема квартиры:

V_calc=321,7 м³.

Можно видеть, что определенный эффективный объем V_calc=321,7 м³ намного выше фактического внутреннего объема квартиры V_actual=151 м³, что может быть связано с поглощением водяного пара материалами, присутствующими в квартире, и фактом что для обработки измерений была применена слишком длительная продолжительность.

Как и в примере бунгало, после этого может быть произведена коррекция после измерения для вычисленного значения ACH_calc скорости изменения воздуха в квартире путем смещения временных интервалов Δt₁, Δt₂ в каждый период времени D₁ и D₂, поддерживая "симметрию" этих временных интервалов Δt₁ и Δt₂, чтобы уменьшить время обработки измерений до получения значения для эффективного объема V_calc, который, по существу, равен фактическому внутреннему объему квартиры.

Используя такой подход, получены для квартиры «скорректированные» временные интервалы Δt₁' с полуночи до 0:30 утра и Δt₂' с 02:00 до 02:30 утра, как показано на фиг.3, которые соответствуют сокращенной продолжительности обработки измерений, что приводит к следующим скорректированным результатам:

ACH_calc'=73,3 м³.ч^-1;

V_calc'=159,1 м³.

Скорректированное значение для эффективного объема V_calc'=159,1 м³ действительно соответствует фактическому внутреннему объему квартиры V_actual=151 м³, что демонстрирует, что скорректированное значение для скорости воздухообмена ACH_calc'=73,3 м³.ч^-1 является лучшей оценкой, чем первое значение ACH_calc 56,1 м³.ч^-1.

Из приведенных выше результатов, очевидно, что воздухообмен в квартире составляет около 0,48 объема в час, что почти достаточно для обеспечения хорошего качества внутреннего воздуха.

Потеря тепла в квартире, связанная с инфильтрацией, является такой, что K_inf=ρ.C_p.V.ACH, где ρ представляет собой плотность воздуха, а C_p представляет собой удельную теплоемкость сухого воздуха при 20° C. Из значения скорости воздухообмена ACH_calc=73,3 м³.ч^-1 получается значение для потери тепла, связанное с инфильтрацией K_inf=24,4 Вт.К^-1.

Также был оценен общий коэффициент потерь тепла для квартиры, дающий значение K_tot=81 Вт.К^-1.

Таким образом, потери тепла в квартире, связанные с инфильтрацией, составляют около 30% общей потери тепла квартиры, для годового баланса порядка 25 кВтч.м².год^-1.

Данные об инфильтрации и потери тепла для квартиры приведены в таблице 3 ниже.

V
(м³) ACH_calc
(м³.ч^-1) V_calc
(м³) ACH (ч^-1) K
(Вт.K^-1) E/Занимаемая площадь
(КВтч.m^-2.год^-1) Воздухообмен Способ по изобретению 151 73,3 159,1 0,48 24,4 25 Воздухообмен Аэродверь 55 0,36 19 19 Тепловые потери 81 83

Таблица 3 (апартаменты)

Предпочтительно, в приведенных выше примерах этапы выбора временных интервалов Δt_k для обработки данных, линеаризации и вычисления скорости ACH воздухообмена и эффективного объема V пространства выполняются посредством оконечного устройства, такого как оконечное устройство 10 описанное выше, содержащее программу PG.

Согласно другому варианту осуществления, данные измерений, полученные в контексте примеров 1 и 2, были обработаны с использованием ARX модели вместо простой R-C модели, как раньше.

Таким образом, для каждого пространства бунгало и квартиры ARX модель была скорректирована (приспособлена) к изменению абсолютной влажности С_ik внутри пространства как функции времени по всей совокупности двух периодов D₁ и D₂ времени, так как показано на фиг.4 для бунгало и фиг.5 для квартиры, и скорость ACH воздухообмена для пространства была получена из коэффициентов a_i, b_i, d_i ARX модели.

Значение скорости ACH воздухообмена, полученное путем создания ARX модели первого порядка и измеренное изменение С_ik(t) для сходимости, составляет:

- для бунгало: ACH_ARX=7,84±0,89 м³.ч^-1,

- для апартаментов: ACH_ARX=64,8±2,7 м³.ч^-1,

что действительно согласуется с результатами приведенных выше таблиц с точки зрения порядков величины.

Можно отметить, что порядок ARX модели соответствует числу постоянных времени в диффузионной модели. Таким образом, ARX модель 1 порядка является эквивалентной простой R-C модели с одним резистором и одним конденсатором. На практике ARX модель с порядком, строго превышающим 1, могла также использоваться для обработки данных из примеров 1 и 2, но стало очевидно, что 1 порядок дает хорошие результаты, в то же время, избегая перепараметризации. Как показано в предыдущих примерах, способ по изобретению предлагает действия в пространстве, по меньшей мере, в двух фазах, имеющих разные расходы для газа (который в примерах представляет собой водяной пар). Этот динамический эксперимент, по меньшей мере, в двух фазах позволяет сократить время измерений и в то же время поддерживать хорошую точность результата.

Применение способа и устройства согласно изобретению, в частности, включает:

- рецепт при ремонте старых жилых помещений, позволяющий оценить количество утраченной энергии в результате естественной инфильтрации, и тем самым, предписать подходящее решение для улучшения границы пространства;

- проверку проницаемости границы при получении нового жилья;

- оценку скорости воздухообмена, создаваемого механической вентиляцией, чтобы убедиться, что расход является достаточным для обеспечения хорошего качества внутреннего воздуха.

Изобретение не ограничивается примерами, описанными и изображенными.

В частности, способ согласно изобретению может быть реализован с использованием любого подходящего газа, отличного от водяного пара, в частности CO₂, He, SF₆, H₂, N₂ или других охлаждающих газов-индикаторов.

Кроме того, по меньшей мере, один период времени D_k, расход газа, применяемого в пространстве, может быть отрицательным, а не положительным, что соответствует извлечению газа из пространства, а не введению газа в пространство. Более того, в приведенных выше примерах, способ обработки данных соответствует случаю, когда используемая диффузионная модель представляет собой простую R-C модель с одним резистором и одним конденсатором или ARX модель первого порядка. В качестве альтернативы, данные об изменении концентрации С_ik газа внутри пространства в зависимости от времени могут обрабатываться по-разному, например, с использованием RC модели, отличной от простой RC модели, такой как «3R2C» модель пространства с тремя резисторами и двумя конденсаторами; или с ARX-моделью n порядка, строго превышающей 1 или любую другую подходящую параметрическую идентификационную модель; или, альтернативно, с дискретно-временной рекурсивной моделью заданного периода выборки, описывающей, как пространство ведет себя в переходных условиях.

Фиг.6 показывает диаграмму «3R2C» модели пространства с тремя резисторами и двумя конденсаторами. Эта «3R2C» модель рассматривает сеть с тремя узлами, которые являются воздухом внутри пространства (I), воздухом вне пространства (E) и стенками пространства (W). Внешняя среда считается находящейся фиксированной с постоянной концентрацией С_Е газа. Два узла C_W и C_I схематично представляют концентрацию газа в стенках и во внутреннем воздухе, каждый из которых имеет связанную инертность C_W, C_I, представляющую накопительную способность газа в стенах и внутреннем воздухе. Резистор R_EW, расположенный между внешней средой и узлом стенок, и резистор R_IW, расположенный между интервальной средой и узлом стенок, представляют собой сопротивление диффузии газа через стенки. Третий резистор R_IE, расположенный между внутренней средой и внешней средой, представляет собой сопротивление диффузии газа через инфильтрацию. Скорость ACH воздухообмена в пространстве тогда является обратной сопротивлению R_IE.

Полное сопротивление R_T является таким, что:

R_T=

На практике, сопротивление R_IE намного меньше, чем сумма сопротивлений R_EW и R_IW, поскольку передача газа через инфильтрацию происходит очень быстро, тогда как диффузия через непрозрачные стены является медленным процессом, что объясняет, почему простая RC модель является хорошим приближением.

Согласно альтернативной форме, в контексте изобретения, также возможно проводить измерения с использованием датчиков газа (особенно влажности) и датчиков температуры, которые включены в оконечное устройство, используемое для получения измерений и реализации этапа обработки данных. Предпочтительно, такие датчики влажности и температуры обычно включаются в планшеты и смартфоны.

Согласно другой альтернативной формы, оконечное устройство может также содержать средство управления устройством или устройствами, которые используют расход газа в пространстве, и могут обмениваться данными посредством беспроводных средств соединения, таких как Bluetooth или WiFi.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения скорости воздухообмена в пространстве. Способ определения скорости ACH воздухообмена в пространстве включает этапы, при которых по меньшей мере, в течение двух последовательных периодов D_k времени, соответствующих разным расходам заданного газа, применяемого в пространстве, проводится операция измерений, позволяющая определить концентрацию С_ik газа внутри пространства с близкими временными интервалами, и концентрацию С_ek газа вне пространства, определяемую с близкими временными интервалами. Значение скорости ACH воздухообмена в пространстве определяется посредством обеспечения сходимости: с одной стороны, диффузионной модели, выражающей временное изменение концентрации С_ik газа внутри пространства как функции от концентрации С_ek газа вне пространства, и физических параметров пространства, из которых могут быть рассчитаны параметры скорости ACH воздухообмена в пространстве, а с другой стороны, измеренного изменения С_ik(t) в концентрации С_ik газа внутри пространства как функции времени. Технический результат – более быстрое определение скорости воздухообмена в пространстве. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 табл., 6 ил.

1. Способ определения скорости ACH воздухообмена в пространстве, отличающийся тем, что он включает этапы, при которых:

- по меньшей мере, в течение двух последовательных периодов D_k времени, соответствующих разным расходам заданного газа, применяемого в пространстве, проводится операция измерений, позволяющая определить концентрацию газа внутри пространства С_ik с близкими временными интервалами, и концентрацию газа вне пространства С_ek, определяемую с близкими временными интервалами;

- значение скорости ACH воздухообмена в пространстве определяется посредством обеспечения сходимости:

с одной стороны, диффузионной модели, выражающей временное изменение концентрации газа внутри пространства С_ik в зависимости от концентрации газа вне пространства С_ek и физических параметров пространства, из которых возможно вычислить параметры скорости ACH воздухообмена в пространстве, и

с другой стороны, измеренного изменения С_ik(t) в концентрации газа внутри пространства С_ik как функции времени.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он включает этапы, при которых:

- в течение, по меньшей мере, двух последовательных периодов D_k времени, соответствующих разным расходам газа, использованного в пространстве, проводится операция измерений, позволяющая определять концентрацию газа внутри пространства С_ik с близкими временными интервалами, и концентрацию газа вне пространства С_ek, определенную с близкими временными интервалами;

- для каждого периода D_k времени, начиная с измеренного изменения С_ik(t) в концентрации газа внутри пространства С_ik в зависимости от времени:

- либо, если имеется временной интервал Δt_k, для которого изменение С_ik(t) является, по существу, линейным, градиент a_k касательной при изменении С_ik(t) определяется за этот временной интервал Δt_k и значение скорости ACH воздухообмена в пространстве выводится из градиентов a_k;

- либо, если отсутствует временной интервал, для которого изменение С_ik(t) является, по существу, линейным, выбирается временной интервал Δt_k', в котором изменение С_ik(t) является, по существу, экспоненциально типа exp(-t/τ), где τ является временем, в конце которого объем воздуха внутри пространства был изменен, и выводится значение скорости ACH воздухообмена в пространстве, при этом это значение является таким, что изменение является прямой линией, где =С_ik(t) -С_ekm', где С_ekm' является средним значением концентрации С_ek газа вне пространства за временной интервал Δt_k'.

3. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он реализован с двумя последовательными периодами D₁ и D₂ времени, соответствующими двум различным заданным значениям расхода и газа в пространстве.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что газ представляет собой H₂O, CO₂, He, SF₆, H₂, N₂ или газ хладагента.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что для каждого периода D_k времени расход газа, подаваемого в пространство, содержит расход , вводимый посредством, по меньшей мере, одного устройства (20) с регулируемым расходом.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что измерения, позволяющие определять концентрацию газа внутри пространства С_ik, получаются с использованием одного или более датчиков (40) упомянутого газа, которые размещаются внутри объема пространства.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что за каждый период D_k времени, температура T_ik внутри пространства является стабильной.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в течение каждого периода D_k времени концентрация газа вне пространства С_ek является стабильной.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что за каждый период D_k времени солнечное излучение является низким, предпочтительно, равным нулю.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что способ реализован, в то время когда пространство не занято.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что подтверждено, что значение V_calc эффективного объема пространства, рассчитанное по диффузионной модели и измеренному изменению С_ik(t), соответствует фактическому объему пространства, а именно в пределах 20%.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он включает этапы, при которых:

- выполняют следующее в течение двух последовательных периодов D₁ и D₂ времени:

i. в течение первого периода D₁ времени в пространстве применяют первый расход газа и проводят операцию измерений для определения концентрации С_i1 газа внутри пространства с близкими временными интервалами, и концентрацию газа вне пространства С_e1 определяют с близким временными интервалами, причем первый расход газа является таким, что параметр α = 1- является меньшим или равным 0,8 при , где t=0 является начальной точкой для первого периода D₁ времени, С_em является средней концентрацией газа вне пространства на протяжении всех периодов D₁ и D₂ времени, а ACH_ref является опорным значением для скорости воздухообмена в пространстве, затем

ii. во втором периоде D₂ времени в пространство подают, по существу, нулевой расход газа, и проводят операцию измерений для определения концентрации газа внутри пространства С_i2 с близкими временными интервалами, и концентрацию газа вне пространства С_e2 определяют с близкими временными интервалами;

- значение скорости ACH воздухообмена в пространстве определяют посредством обеспечения сходимости:

с одной стороны, диффузионной модели, выражающей временное изменение концентрации газа внутри пространства С_ik в зависимости от концентрации газа вне пространства С_ek и физических параметров пространства, из которых могут быть вычислены параметры скорости ACH воздухообмена в пространстве, и

с другой стороны, измеренного изменения С_ik(t) в концентрации газа внутри пространства С_ik как функции времени.

13. Способ по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что диффузионная модель представляет собой R-C модель.

14. Способ по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что диффузионная модель представляет собой модель параметрической идентификации, в частности ARX модель.

15. Машиночитаемый носитель информации, на котором записана компьютерная программа, содержащая инструкции для выполнения этапов способа по любому из пп. 1-14.

16. Устройство для определения скорости ACH воздухообмена в пространстве, причем это устройство отличается тем, что оно содержит:

- по меньшей мере, одно устройство (20), выполненное с возможностью подачи, по меньшей мере, в течение двух последовательных периодов D_k времени, различных расходов заданного газа в пространство;

- по меньшей мере один датчик (40), выполненный с возможностью измерения концентрации газа внутри пространства С_ik при близких временных интервалах;

- оконечное устройство (10), содержащее модуль обработки, выполненный с возможностью обеспечения сходимости, с одной стороны, диффузионной модели, выражающей временное изменение концентрации газа внутри пространства С_ik в зависимости от концентрации газа вне пространства С_ek, и физических параметров пространства, из которых могут быть вычислены параметры скорости ACH воздухообмена в пространстве, а с другой стороны, измеренного изменения С_ik(t) в концентрации газа внутри пространства С_ik в зависимости от времени, чтобы получить значение скорости воздухообмена в пространстве.

17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, по меньшей мере, один датчик (40), выполненный с возможностью измерения концентрации газа вне пространства С_ek с близкими временными интервалами.

18. Устройство по любому из пп. 16 или 17, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, по меньшей мере, один датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры внутри пространства T_ik.

19. Устройство по любому из пп. 16-18, отличающееся тем, что оно содержит средства соединения, в частности беспроводные средства соединения между датчиком (40) измерения концентрации газа и оконечным устройством (10).

20. Устройство по любому из пп. 16-19, отличающееся тем, что оконечное устройство (10) содержит средство управления устройством (20), выполненное с возможностью подачи расхода газа.

21. Оконечное устройство (10), содержащее модуль обработки, выполненный с возможностью обеспечения сходимости, с одной стороны, диффузионной модели, выражающей временное изменение концентрации заданного газа внутри пространства С_ik в зависимости от концентрации газа вне пространства С_ek, и физических параметров пространства, из которых могут быть вычислены параметры скорости ACH воздухообмена в пространстве, а с другой стороны, измеренного изменения С_ik(t) в концентрации газа внутри пространства С_ik в зависимости от времени, чтобы получить значение скорости воздухообмена в пространстве.

22. Оконечное устройство (10) по п. 21, отличающееся тем, что модуль обработки содержит компьютерную программу, причем упомянутая программа записана на носитель записи по п. 15, состоящий из перезаписываемой энергонезависимой памяти (18) оконечного устройства, инструкции упомянутой программы, интерпретируемых процессором (11) оконечного устройства.