一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法

摘要

本发明公开了一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法,属于住宅厨房通风技术领域，包括：S100、构建住宅厨房集中烟道管网计算模型；S200、确定集中排烟系统静压监测点；S300、获取集中排烟系统参数；S400、确定集中排烟系统屋顶风机开启控制参数、确定集中排烟系统屋顶风机变频控制参数，并代入管网计算模型计算，确定集中排烟系统屋顶风机关闭控制参数；S500、得到住宅厨房集中烟道系统屋顶风机变频策略，该住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，针对住宅厨房混合动力式的集中排烟系统，通过构建系统管网阻力模型，经计算寻找定静压控制法的静压控制值的定静压变频方法，确定了屋顶风机启闭的控制策略，避免风机永不开启和永不关闭的漏洞。

权利要求

1.一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，其特征在于：包括：S100、构建住宅厨房集中烟道管网计算模型；

S200、确定集中排烟系统静压监测点；

S300、获取集中排烟系统参数；

S400、确定集中排烟系统屋顶风机开启控制参数、确定集中排烟系统屋顶风机变频控制参数，并代入管网计算模型计算，确定集中排烟系统屋顶风机关闭控制参数；

S500、得到住宅厨房集中烟道系统屋顶风机变频控制策略；

S100中，管网计算模型构建步骤如下：S101、将集中烟道管网计算模型划分为n个计算节点；定义末端启闭系数：当末端吸油烟机处于开启状态，取值为1；当末端吸油烟机处于关闭状态，取值为0，如下式：αi＝0 or 1    (1.1)式中：αi，为末端风机启闭状态；

i代表系统第i层；

S102、定义节点i的流量比mi，公式如下：式中：mi为第i层的流量比；

Qi，b为第i层的风量；Qi，m为第i层公共烟道内的风量；b表示支管；m表示主管；

为第1层到第i层公共烟道内的流量总和；

S103、定义γ为主管内的动压系数，β为支管与主管的动压比，计算公式：式中：γ为主管内动压系数；

β为支管与主管的动压比；

Am为主管截面积；

Ab为支管截面积；

3

ρ为烟道内的气体密度，单位为kg/m；

S104、各节点直流三通阻力系数，如下式：式中：mi为第i层的流量比；

β为支管与主管的动压比；

ξdir，i为第i层节点直流三通阻力系数；

S105、各节点汇流三通阻力系数，计算如下：ξcon，1＝βξc(i＝1)    (1.6)式中：L为每一个节点的长度，即每一个楼层高度；

K为公共烟道壁面粗糙度；

De为公共烟道水力直径；

Rei为第i层节点管段的雷诺数；

ξc为通风管道弯头的阻力系数；

ξcon，i为第i层节点汇流阻力系数；

S106、计算节点i(1

Qi，m为第i层公共烟道内的风量；

ξi为第i层节点的沿程阻力系数；

ξdir，i为第i层节点的直流三通阻力系数；

n为楼层数；

S107、计算节点i(1

ξcon，i为第i层节点汇流阻力系数；

Pi，b为第i层节点吸油烟机的机外余压；

S108、为使方程组对称，定义第n+1个虚支管，其开启系数为1，风帽阻力及出口动压损失等效为直通阻力系数，Pn+1则可取为0值，在节点中的直通方向方程为：Pn+1＝ξh+1    (1.10)式中：Pn+1为n+1个虚支管的压力，可取为0；

ξh为屋顶风帽阻力系数；

S109、根据各节点方程组，定义三个系数矩阵如下，其中M为常系数矩阵，A1和A2为以各层启闭系数为特征值的对角矩阵，所述对角矩阵用于描述各末端吸油烟机的运行状态；

同时对于该管网计算模型中的四个关键的阻力分布，沿程阻力分布向量 直流阻力分布向量 汇流阻力分布向量 以及支管阻力分布向量 计算如下：式中：T为矩阵转置；

S110、由此直通方向的方程组写成如下矩阵形式：为常系数矩阵和压力分布向量的乘积；

汇流方向的方程组写成如下矩阵形式：

代表各层支管出口处的烟道全压组成的向量；

是指各层用户排烟总阻力组成的向量；

由上述两式可求得各层楼用户在公共烟道中的排油烟总阻力，计算如下：是指各层用户排烟总阻力组成的向量；

另一方面，针对支管末端油烟机，其压头和风量一般为二次或者三次多项式关系，即有：式中：Proof为屋顶风机工作点的压头；

ai、bi、ci、di为油烟机性能曲线系数；

至此随机开启下管网计算模型建立完毕。

2.根据权利要求1所述的一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，其特征在于：所述静压监测点设置在公共烟道屋顶末端，油烟处理设备前端。

3.根据权利要求1所述的一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，其特征在于：所述获取集中排烟系统参数包括：主管、支管烟道尺寸，止回阀阻力系数、吸油烟机性能参数、油烟净化设备阻力系数、屋顶风机性能参数、变频控制目标风量区间Qdesign±ΔQ；油烟机性能特性曲线拟合为压力与风量的三次项表达式，如下：式中：pyyj，i为第i层油烟机提供的压力；

ai、bi、ci、di为油烟机性能曲线系数；

3

Qi为第i层油烟机的风量，单位为m/h。

4.根据权利要求1所述的一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，其特征在于：所述确定集中排烟系统屋顶风机开启控制参数包括：计算屋顶风机关闭时集中排烟系统各开启层的排风量Qib，off，系统安装屋顶风机，风机不开情况下屋顶风机即为系统阻力ξroof，off，系统阻力ξroof，off由实验测试获得；设置系统开启1台吸油烟机，开启位置为1楼，将相关系统参数代入烟道的管网计算模型，获取系统各开启层的排风量Qib，off与静压监测点的静压值Poff；

根据上述步骤计算出的开启楼层排风量，将各楼层风量最小值Qib，off，min与设计目标风量Qdesign进行比较：若各楼层风量最小值Qib，off，min

即吸油烟机不足以提供所需设计风量，此时静压监测点的静压Poff即为屋顶风机开启时的控制参数；

若各楼层风量最小值Qib，off，min＞Qdesign‑ΔQ，即此时吸油烟机可以提供所需设计风量，则重新设置系统开启2台吸油烟机，楼层数为1楼和2楼，将系统参数代入烟道的管网计算模型，获取系统各开启层的排风量Qib，off与静压监测点的静压值Poff；

重复上述步骤，若开启2台时，若各楼层风量最小值Qib，off，min

5.根据权利要求1所述的一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，其特征在于：所述确定集中排烟系统屋顶风机变频控制参数包括：计算屋顶风机开启时集中排烟系统各开启层的排风量Qib，on，设系统开启率定为0.6，开启位置为随机均匀开启，此时系统安装屋顶风机，假设屋顶风机的频率f，同样将上述参数代入烟道的管网计算模型，获取系统各开启层的排风量Qib，on与静压监测点的静压值Pon；

根据上述步骤计算出的各开启楼层排风量Qib，on，将各开启楼层风量最小值Qib，on，min与目标风量区间Qdesign±ΔQ进行比较，若开启楼层风量最小值Qib，on，min＞Qdesign+ΔQ时，Qdesign+ΔQ表示目标风量最大偏离值，则减小频率f，代入管网计算模型重复计算；若开启楼层风量最小值Qib，on，min＜Qdesign‑ΔQ时，增大频率f，代入管网计算模型重复计算；若Qdesign‑ΔQ

6.根据权利要求1所述的一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，其特征在于：所述确定集中排烟系统屋顶风机关闭控制参数包括：根据计算得出的开启控制参数，获取屋顶风机开启时最少运行数量N，计算N‑1台时屋顶风机的运行最小频率Fmin；

设定一个低频计时的控制逻辑：当屋顶风机运转频率低于运行最小频率Fmin时，计时器开始计时，计时时长T；若计时时间内屋顶风机频率高于运行最小频率Fmin，表明此时烟道内开启户数增多，计时终止，当屋顶风机再次出现频率低于运行最小频率Fmin时重新计时；计时达时长T后，屋顶风机关闭，运行最小频率Fmin和计时时间T均预设在变频控制箱中。

7.根据权利要求1所述的一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，其特征在于：所述得到住宅厨房集中烟道系统屋顶风机变频控制策略包括：根据计算模拟，确定定静压变频控制的逻辑：测点压力高于静压值Poff时屋顶风机开启；

定静压运行值压力为Pon，根据定静压值调整屋顶风机运转频率；

屋顶风机频率低于运行最小频率Fmin的时间达时长T，屋顶风机关闭。

8.根据权利要求4‑7中任意一项所述的一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，其特征在于：所述管网计算模型的计算包括：S201、随机给定各支管末端风机开启情况 对支管流量分布 赋予初始值；将支管流量值乘以开启系数得到新的支管流量分布；利用管网计算模型计算得到各层用户在烟道中的排油烟总阻力分布 通过末端风机模型求出各末端风机压头分布S202、对排油烟总阻力分布 与末端风机压头分布 两个压头进行比较，采用均方根误差RMSE来衡量两个压头分布的差距；

其中，Pi，b1是第i层用户排烟总阻力，Pi，b2是第i层用户的风机压头；

‑3

若均方根误差RMSE小于10e ，则认为上述两个压头分布相同，则各支管流量值为系统实际运行值；否则更新支管流量分布，重复S201进行迭代计算；

在迭代收敛得到正确的支管流量分布后，通过代入管网计算模型得到各层公共烟道的压力分布和各支管末端风机的压头分布。

9.根据权利要求3所述的一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，其特征在于：所述屋顶风机性能参数包括；

屋顶风机为可变频风机，屋顶风机性能参数：

2 3

Pwd＝d+cQ+bQ+aQ    (1.19)式中：pwd为屋顶风机提供的压力；

a、b、c、d为屋顶风机性能曲线系数；

3

Q为屋顶风机的风量，单位为m/h；

根据风机的相似律，有：

式中：f1、f2为风机不同运转频率；

3

Q1、Q2为频率为f1、f2时的相似工况点的风量，m/h；

P1、P2为频率为f1、f2时的相似工况点的压力，单位为Pa；

k为频率比；

则改变频率后，新的屋顶风机性能曲线如下：变频控制目标风量Qdesign±ΔQ。

说明书

一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于住宅厨房通风技术领域，具体涉及一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法。

背景技术

[0002] 住宅厨房高层住宅建筑因保持建筑外立面美观、防止室外风倒灌等因素，已普遍采用由机械提供动力、通过竖向烟道将油烟进行集中排放的排烟形式，国内常见且运行多年的排烟形式是分散式，即各楼层采用吸油烟机独立进行排烟的常规排烟形式，随着经济水平的发展和人民生活品质的提升，人民对居住的环境空气质量要求越来越高，集中排烟系统中，低层住户排烟不畅，且容易发生窜烟窜味的问题，难以满足用户排烟的需求，因此，近年住宅厨房集中排烟方式向混合式过渡，混合式在分散式的基础上，在烟道的出风口处加装屋顶风机进行油烟助排，起到大幅度提升排烟量，缓解烟道内部压力的作用；

[0003] 然而，高层住宅厨房中，各层吸油烟机不完全开启，存在同时使用系数，当增加屋顶风机后，当烟道系统开启数量发生变化时，屋顶风机的运行频率应随即发生变化，以适应系统各层排风的需求，因此，屋顶风机应变频运行；

[0004] 经典的风机变频技术包括静压控制法和总风量法，其中静压控制法分为定静压法和变静压法，定静压法即选定风管道上一个合适位置作为静压监测点，系统控制终端根据系统设置的要求，调整风机的运行频率确保该监测点的静压设定值保持不变，各末端送风装置均在此设定值下输出风量，但是长期以来，静压监测点位置以及静压设定值的确定都是一个令人棘手的问题；变静压法与定静压法类似，但可对静压设定值进行调整，由定静压法的设定值恒定改变为随系统整体负荷进行调整，并尽量使得静压设定值最小化，以降低系统能耗，但是变静压法的难点与核心问题在于如何不断重置监测点的静压设定值，而且通过对工程案例的研究来看，系统的风机能耗不仅与控制风量调节的方式有关，还与控制系统的计算算法有关，即比例、比例积分或比例积分微分控制方法，这使变静压的技术变得异常的复杂，总风量法通过计算各末端所需风量之和来调整风机动力输出，摈弃了静压监测的不稳定性，直接统计各末端要求的风量之和；

[0005] 公开号为CN112610995A的一种高层建筑负压变频厨房抽油烟系统，根据油烟机检测单元检测到的启动抽油烟机的数量、功率，相应调节变频风机的启闭、转速，达到节能减排的目的；公开号为CN112524663A的一种中央烟道系统的风量调节控制方法及控制系统，通过获取吸油烟机的工作参数，根据预设关系调整目标转速；公开号为CN203131918U的一种新型的高楼厨房排烟装置，根据排风罩的控制开关状态反馈给自控系统，从而控制风机的变频，公开号为CN106524265A的高层住宅厨房集中烟道变风量装置及变风量控制方法，通过采集各层吸油烟机的状态和位置，传输给控制装置后，通过控制装置预设的关系控制屋顶风机的变频；

[0006] 上述专利中变频控制方法均为典型的总风量法，无一例外均通过监测末端的状态进行变频，该方法虽然放弃了静压控制回路，简化控制结构，但是需要实时监测反馈系统各末端的启闭状态，在高层住宅厨房集中排烟系统中，不能取得100％用户的同意，在此基础上，公开号为CN113719868A的一种集中烟道变频节能方法，通过调研住户的烹饪习惯，利用大数据推导出集中排烟系统的不同开启时间段和对应开启率，根据时间对集中排烟系统的屋顶风机进行变频控制，此方法是总风量法的衍生，将利用大数据统计的方法来替代末端监测方式，但是容易形成误差，需要在使用过程中不断采集、分析数据，以修正原有的时控设定方案；

[0007] 公开号为CN206320896U的风管变排风量控制装置，利用定静压变频控制法，在风管内选择一个静压监测点，通过监测的静压值与预设值比较来对风机实施变频。此方法是典型的定静压控制法，但该专利中并未给出具体的静压控制点和控制值，尤其在末端具有分散动力的住宅厨房集中排烟系统中；另外将静压监测点放置在烟道内部不易安装，更换维修也不方便，且屋顶风机变频控制的准确性较差，因此，需要研发一种更科学、合理、参数具体化的定静压变频控制方法来解决现有的问题。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，以解决屋顶风机变频控制的准确性较差的问题。

[0009] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，包括：

[0010] S100、构建住宅厨房集中烟道管网计算模型；

[0011] S200、确定集中排烟系统静压监测点；

[0012] S300、获取集中排烟系统参数；

[0013] S400、确定集中排烟系统屋顶风机开启控制参数、确定集中排烟系统屋顶风机变频控制参数，并代入管网计算模型计算，确定集中排烟系统屋顶风机关闭控制参数；

[0014] S500、得到住宅厨房集中烟道系统屋顶风机变频控制策略。

[0015] 优选的，所述静压监测点设置在公共烟道屋顶末端，油烟处理设备前端。

[0016] 优选的，：S100中，管网计算模型构建步骤如下：

[0017] S101、将集中烟道管网计算模型划分为n个计算节点；定义末端启闭系数：当末端吸油烟机处于开启状态，取值为1；当末端吸油烟机处于关闭状态，取值为0，如下式：

[0018] αi＝0 or 1    (1.1)

[0019] 式中：αi,为末端风机启闭状态；

[0020] i代表系统第i层；

[0021] S102、定义节点i的流量比mi，公式如下：

[0022]

[0023] 式中：mi为第i层的流量比；

[0024] Qi，b为第i层的风量；Qi，m为第i层公共烟道内的风量；b表示支管；m表示主管；为第1层到第i层公共烟道内的流量总和；

[0025] S103、定义γ为主管内的动压系数，β为支管与主管的动压比，计算公式：

[0026]

[0027]

[0028] 式中：γ为主管内动压系数；

[0029] β为支管与主管的动压比；

[0030] Am为主管截面积；

[0031] Ab为支管截面积；

[0032] ρ为烟道内的气体密度，单位为kg/m3；

[0033] S104、各节点直流三通阻力系数，如下式：

[0034]

[0035] 式中：mi为第i层的流量比；

[0036] β为支管与主管的动压比；

[0037] ξdir，i为第i层节点直流三通阻力系数；

[0038] S105、各节点汇流三通阻力系数，计算如下：

[0039] ξcon，1＝βξc(i＝1)   (1.6)

[0040]

[0041] 式中：L为每一个节点的长度，即每一个楼层高度；

[0042] K为公共烟道壁面粗糙度；

[0043] De为公共烟道水力直径；

[0044] Rei为第i层节点管段的雷诺数；

[0045] ξc为通风管道弯头的阻力系数；

[0046] ξconi为第i层节点汇流阻力系数；

[0047] S106、计算节点i(1

[0048]

[0049] 式中：Pi代表第i层支管出口处的烟道全压；

[0050] Qi,m为第i层公共烟道内的风量；

[0051] ξi为第i层节点的沿程阻力系数；

[0052] ξdir，i为第i层节点的直流三通阻力系数；

[0053] n为楼层数；

[0054] S107、计算节点i(1

[0055]

[0056] 式中：ξb，i为第i层节点支管阻力系数；

[0057] ξcon，i为第i层节点汇流阻力系数；

[0058] Pi,b为第i层节点吸油烟机的机外余压；

[0059] S108、为使方程组对称，定义第n+1个虚支管，其开启系数为1，风帽阻力及出口动压损失等效为直通阻力系数，Pn+1则可取为0值，在节点中的直通方向方程为：

[0060] Pn+1＝ξh+1    (1.10)

[0061] 式中：Pn+1为n+1个虚支管的压力，可取为0；

[0062] ξh为屋顶风帽阻力系数；

[0063] S109、根据各节点方程组，定义三个系数矩阵如下，其中M为常系数矩阵，A1和A2为以各层启闭系数为特征值的对角矩阵，所述对角矩阵用于描述各末端吸油烟机的运行状态；

[0064]

[0065] 同时对于该管网计算模型中的四个关键的阻力分布，沿程阻力分布向量 直流阻力分布向量 汇流阻力分布向量 以及支管阻力分布向量 计算如下：

[0066]

[0067] 式中：T为矩阵转置；

[0068] S110、由此直通方向的方程组写成如下矩阵形式：

[0069]

[0070] 为常系数矩阵和压力分布向量的乘积；

[0071] 汇流方向的方程组写成如下矩阵形式：

[0072]

[0073] 代表各层支管出口处的烟道全压组成的向量；

[0074] 是指各层用户排烟总阻力组成的向量；

[0075] 由上述两式可求得各层楼用户在公共烟道中的排油烟总阻力，计算如下：

[0076]

[0077] 是指各层用户排烟总阻力组成的向量；

[0078] 另一方面，针对支管末端油烟机，其压头和风量一般为二次或者三次多项式关系，即有：

[0079]

[0080] 式中：Proof为屋顶风机工作点的压头；

[0081] ai、bi、ci、di为油烟机性能曲线系数；

[0082] 至此随机开启下管网计算模型建立完毕。

[0083] 优选的，所述获取集中排烟系统参数包括：主管、支管烟道尺寸，止回阀阻力系数、吸油烟机性能参数、油烟净化设备阻力系数、屋顶风机性能参数、变频控制目标风量Qdesign±ΔQ；油烟机性能特性曲线拟合为压力与风量的三次项表达式，如下：

[0084] 式中：pyyj,i为第i层油烟机提供的压力；

[0085] ai、bi、ci、di为油烟机性能曲线系数；

[0086] Qi为第i层油烟机的风量，m3/h。

[0087] 优选的，所述确定集中排烟系统屋顶风机开启控制参数包括：

[0088] 计算屋顶风机关闭时集中排烟系统各开启层的排风量Qib,off，系统安装屋顶风机，风机不开情况下屋顶风机即为系统阻力ξroof，off，系统阻力ξroof，off由实验测试获得；设置系统开启1台吸油烟机，开启位置为1楼，将相关系统参数代入烟道的管网计算模型，获取系统各开启层的排风量Qib,off与静压监测点的静压值Poff；

[0089] 根据上述步骤计算出的开启楼层排风量，将各楼层风量最小值Qib,off,min与设计目标风量Qdesign进行比较：

[0090] 若各楼层风量最小值Qib,off,min

[0091] 若各楼层风量最小值Qib,off,min＞Qdesign‑ΔQ，即此时吸油烟机可以提供所需设计风量，则重新设置系统开启2台吸油烟机，楼层数为1楼和2楼，将系统参数代入烟道的管网计算模型，获取系统各开启层的排风量Qib,off与静压监测点的静压值Poff；

[0092] 重复上述步骤，若开启2台时，若各楼层风量最小值Qib,off,min

[0093] 优选的，所述确定集中排烟系统屋顶风机变频控制参数包括：

[0094] 计算屋顶风机开启时集中排烟系统各开启层的排风量Qib,on，设系统开启率定为0.6，开启位置为随机均匀开启，此时系统安装屋顶风机，假设屋顶风机的频率f，同样将上述参数代入烟道的管网计算模型，获取系统各开启层的排风量Qib,on与静压监测点的静压值Pon；

[0095] 根据上述步骤计算出的各开启楼层排风量Qib,on，将各开启楼层风量最小值Qib,on,min与目标风量Qdesign±ΔQ进行比较，若开启楼层风量最小值Qib,on,min＞Qdesign+ΔQ时，Qib,on,min＞Qdesign+ΔQ表示各楼层的最低风量大于目标风量最大偏离值；其中，目标风量是一个范围，此公式表示的是大于这个范围，则减小频率f，代入管网计算模型重复计算；若Qib,on,min＜Qdesign‑ΔQ时，增大频率f，代入管网计算模型重复计算；若Qdesign‑ΔQ

[0096] 优选的，所述确定集中排烟系统屋顶风机关闭控制参数包括：

[0097] 根据计算得出的开启控制参数，获取屋顶风机开启时最少运行数量N，计算N‑1台时屋顶风机的运行最小频率Fmin；

[0098] 设定一个低频计时的控制逻辑：当屋顶风机运转频率低于运行最小频率Fmin时，计时器开始计时，计时时长T；若计时时间内屋顶风机频率高于运行最小频率Fmin，表明此时烟道内开启户数增多，计时终止，当屋顶风机再次出现频率低于运行最小频率Fmin时重新计时；计时达时长T后，屋顶风机关闭，运行最小频率Fmin和计时时间T均预设在变频控制箱中。

[0099] 优选的，所述得到住宅厨房集中烟道系统屋顶风机变频控制策略包括：

[0100] 根据计算模拟，确定定静压变频控制的逻辑如下：

[0101] 测点压力高于静压值Poff时屋顶风机开启；

[0102] 定静压运行值压力为Pon，根据定静压值调整屋顶风机运转频率；

[0103] 屋顶风机频率低于F的时间达时长T，屋顶风机关闭。

[0104] 优选的，所述管网计算模型的计算包括：

[0105] S201、随机给定各支管末端风机开启情况 对支管流量分布 赋予初始值；将支管流量值乘以开启系数得到新的支管流量分布；利用管网计算模型计算得到各层用户在烟道中的排油烟总阻力分布 通过末端风机模型求出各末端风机压头分布

[0106] S202、对排油烟总阻力分布 与末端风机压头分布 两个压头进行比较，采用均方根误差RMSE来衡量两个压头分布的差距；

[0107]

[0108] 其中，Pi，b1是第i层用户排烟总阻力，Pi，b2是第i层用户的风机压头；

[0109] n是楼层数；

[0110] 若均方根误差RMSE小于10e‑3，则认为上述两个压头分布相同，则各支管流量值为系统实际运行值；否则更新支管流量分布，重复S201进行迭代计算；

[0111] 在迭代收敛得到正确的支管流量分布后，通过代入管网计算模型得到各层公共烟道的压力分布和各支管末端风机的压头分布。

[0112] 优选的，所述屋顶风机性能参数包括；

[0113] 屋顶风机为可变频风机，屋顶风机性能参数：

[0114] Pwd＝d+cQ+bQ2+aQ3    (1.19)

[0115] 式中：pwd为屋顶风机提供的压力；

[0116] a、b、c、d为屋顶风机性能曲线系数；

[0117] Q为屋顶风机的风量，m3/h；

[0118] 根据风机的相似律，有：

[0119]

[0120] 式中：f1、f2为风机不同运转频率；

[0121] Q1、Q2为频率为f1、f2时的相似工况点的风量，m3/h；

[0122] P1、P2为频率为f1、f2时的相似工况点的压力，单位为Pa；

[0123] k为频率比；

[0124] 则改变频率后，新的屋顶风机性能曲线如下：

[0125]

[0126] 变频控制目标风量Qdesign±ΔQ，目标风量是指系统设计目标，这个值是直接给定的，有标准参考。

[0127] 本发明的技术效果和优点：该住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，针对住宅厨房混合动力式的集中排烟系统，通过构建系统管网阻力模型，经计算寻找定静压控制法的静压控制值的定静压变频方法，确定了屋顶风机启闭的控制策略，避免风机永不开启和用不关闭的逻辑漏洞，通过住宅厨房集中烟道系统管网计算模型的引入，大幅提高屋顶风机变频控制的准确性，用同一个方法，即可计算多个不同住宅厨房集中排烟系统的屋顶风机变频方案，具有普适性，在新建系统和改建系统中均具有广泛的推广意义。

附图说明

[0128] 图1为本发明的步骤流程示意图；

[0129] 图2为本发明实施例中步骤流程示意图；

[0130] 图3为本发明实施例中不同屋顶风机运行频率下的各楼层排风量。

具体实施方式

[0131] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0132] 本发明提供了如图1、图2、图3中所示的一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，本实施例以10层住宅楼集中烟道进行变频策略的计算；包括以下步骤：

[0133] S100、构建住宅厨房集中烟道管网计算模型；

[0134] S200、确定集中排烟系统静压监测点；

[0135] S300、获取集中排烟系统参数；

[0136] S400、确定集中排烟系统屋顶风机开启控制参数、确定集中排烟系统屋顶风机变频控制参数，并代入管网计算模型计算，确定集中排烟系统屋顶风机关闭控制参数；

[0137] S500、得到住宅厨房集中烟道系统屋顶风机变频控制策略。

[0138] S100中，构建住宅厨房集中烟道管网计算模型，包括以下步骤：

[0139] S101、将集中烟道管网模型划分为n个计算节点；定义末端启闭系数：当末端吸油烟机处于开启状态，取值为1；当末端吸油烟机处于关闭状态，取值为0，如下式：

[0140] αi＝0 or 1    (1.1)

[0141] 式中：αi,为末端风机启闭状态；

[0142] i代表系统第i层；

[0143] S102、定义节点i的流量比mi，如下：

[0144]

[0145] 式中：mi为第i层的流量比；

[0146] Qi，b为第i层的风量；Qi，m为第i层公共烟道内的风量；b表示支管；m表示主管；为第1层到第i层公共烟道内的流量总和；

[0147] S103、定义γ为主管内的动压系数，β为支管与主管的动压比，计算如下：

[0148]

[0149]

[0150] 式中：γ为主管内动压系数；

[0151] β为支管与主管的动压比；

[0152] Am为主管截面积；

[0153] Ab为支管截面积；

[0154] ρ为烟道内的气体密度，单位为kg/m3；

[0155] S104、各节点直流三通阻力系数，计算如下：

[0156]

[0157] 式中：mi为第i层的流量比；

[0158] β为支管与主管的动压比；

[0159] ξdir，i为第i层节点直流三通阻力系数；

[0160] S105、各节点汇流三通阻力系数，计算如下：

[0161] ξcon，1＝βξc(i＝1)    (1.6)

[0162]

[0163] 式中：L为每一个节点的长度，即每一个楼层高度；

[0164] K为公共烟道壁面粗糙度；

[0165] De为公共烟道水力直径；

[0166] Rei为第i层节点管段的雷诺数；

[0167] ξc为通风管道弯头的阻力系数；

[0168] ξcon，i为第i层节点汇流阻力系数；

[0169] S106、节点i(1

[0170]

[0171] 式中：Pi代表第i层支管出口处的烟道全压；

[0172] Qi,b代表支管i的排气量；

[0173] ξi为第i层节点的沿程阻力系数；

[0174] ξdir，i为第i层节点的直流三通阻力系数；

[0175] n为楼层数；

[0176] S107、节点i(1

[0177]

[0178] 式中：ξb，i为第i层节点支管阻力系数；

[0179] ξcon，i为第i层节点汇流阻力系数；

[0180] Pi,b为第i层节点吸油烟机的机外余压；

[0181] S108、为使方程组对称，定义第n+1个虚支管，其开启系数为1，风帽阻力及出口动压损失等效为直通阻力系数，Pn+1则可取为0值。在节点中的直通方向方程为：

[0182] PN+1＝0 αn+1＝1ξdir，n+1＝ξh+1    (1.10)

[0183] 式中：Pn+1为n+1个虚支管的压力，可取为0；

[0184] ξh为屋顶风帽阻力系数；

[0185] S109、结合各节点方程组，定义三个系数矩阵如下，其中M为常系数矩阵，A1和A2为以各层启闭系数为特征值的对角矩阵(用于描述各末端吸油烟机的运行状态)；

[0186]

[0187]

[0188] 同时对于该管网模型中的四个关键的阻力分布，沿程阻力分布向量 直流阻力分布向量 汇流阻力分布向量 以及支管阻力分布向量 计算如下：

[0189]

[0190] 式中：ξb为支管阻力系数，来自用户软管和止逆阀；

[0191] T为矩阵转置；

[0192] S110、由此直通方向的方程组可写成如下矩阵形式：

[0193]

[0194] 为常系数矩阵和压力分布向量的乘积；

[0195] 汇流方向的方程组也可写成如下矩阵形式：

[0196]

[0197] 代表各层支管出口处的烟道全压组成的向量；

[0198] 是指各层用户排烟总阻力组成的向量；

[0199] 由上述两式可求得各层楼用户在公共烟道中的排油烟总阻力，计算如下：

[0200]

[0201] 是指各层用户排烟总阻力组成的向量；

[0202] 另一方面，针对支管末端油烟机，其压头和风量一般为二次或者三次多项式关系，即有：

[0203]

[0204] 式中：Proof为屋顶风机工作点的压头；

[0205] ai、bi、ci、di为油烟机性能曲线系数；

[0206] 至此随机开启下管网模型建立完毕；

[0207] S200中，确定集中排烟系统静压监测点，静压监测点设置在公共烟道屋顶末端，油烟处理设备之前；

[0208] S400中，获取集中排烟系统参数，计算参数如下：

[0209] 主管、支管烟道参数：10层烟道主管为0.32m*0.32m水泥壁面烟道，壁厚0.15m，粗糙度为0.0015m；支管尺寸为0.18m*0.18m，支管阻力系数4.63，楼层层高3m；

[0210] 吸油烟机性能参数：

[0211]

[0212] 式中：pyyj为油烟机提供的压力；

[0213] ai、bi、ci、di为油烟机性能曲线系数；

[0214] Qi,b为第i层油烟机的风量，m3/h；

[0215] 本实施例中各楼层选用同一型号油烟机，参数如下：

[0216] ai＝2.33×10‑16、bi＝3.41×10‑10、ci＝0.00244、di＝248.6；

[0217] 油烟净化设备阻力系数；

[0218] 本实施例于集中烟道出口处屋顶风机入口前设置油烟净化设备，油烟净化设备阻力系数为12；

[0219] 屋顶风机性能参数；

[0220] 屋顶风机为可变频风机，屋顶风机性能参数：

[0221]

[0222] 式中：pwd为屋顶风机提供的压力；

[0223] a、b、c、d为屋顶风机性能曲线系数；

[0224] Qn,m为屋顶风机的风量，即第1层到第n层的风量之和，m3/h；

[0225] 风机频率变化范围为0～50Hz，当运转频率为50Hz时，性能曲线系数如下：

[0226] d＝2248.2、c＝0.0144、b＝‑4.13×10‑7、a＝‑5.6×10‑10

[0227] 根据风机的相似律，有：

[0228]

[0229] 式中：f1、f2为风机不同运转频率；

[0230] Q1、Q2为频率为f1、f2时的相似工况点的风量，m3/h；

[0231] P1、P2为频率为f1、f2时的相似工况点的压力，单位为Pa；

[0232] k为频率比；

[0233] 则改变频率后，新的屋顶风机性能曲线如下：

[0234]

[0235] 变频控制目标风量Qdesign±ΔQ，本实施例目标风量为500±50m/h；

[0236] S400中，确定集中排烟系统屋顶风机开启控制参数包括：

[0237] 计算屋顶风机关闭时集中排烟系统各开启层的排风量Qib,off，计算得到开启户数2户时，风量满足Qdesign±ΔQ的要求；而开启户数为3户时，楼层风量最小值Qib,off,min

[0238]

[0239] 表1为开启2户和3户工况下的支管风量和干管内静压

[0240] S400中，确定集中排烟系统屋顶风机变频控制参数包括：

[0241] 计算屋顶风机开启时集中排烟系统各开启层的排风量Qib,on，此时系统开启率定为0.6，开启位置为1、3、5、6、8、10层，此时系统安装屋顶风机，假设屋顶风机f为50Hz，将上述参数代入烟道的管网计算模型，获取系统各开启层的排风量Qib,on与静压监测点的静压值Pon；

[0242] 根据上述步骤计算出的各开启楼层排风量Qib,on，将各开启楼层风量最小值Qib,on,min与设计风量Qdesign±ΔQ进行比较，若Qib,on,min＞Qdesign+ΔQ时，减小f，代入管网模型重复计算；若Qib,on,min＜Qdesign‑ΔQ时，增大f，代入管网模型重复计算；若Qdesign‑ΔQ

[0243] 计算显示Pon＝‑10Pa时，满足Qdesign‑ΔQ

[0244] 所述管网计算模型的计算包括：

[0245] S201、随机给定各支管末端风机开启情况 对支管流量分布 赋予初始值；将支管流量值乘以开启系数得到新的支管流量分布；利用管网计算模型计算得到各层用户在烟道中的排油烟总阻力分布 通过末端风机模型求出各末端风机压头分布

[0246] S202、对排油烟总阻力分布 与末端风机压头分布 两个压头进行比较，采用均方根误差RMSE来衡量两个压头分布的差距；

[0247]

[0248] 其中，Pi，b1是第i层用户排烟总阻力，Pi，b2是第i层用户的风机压头；

[0249] 若均方根误差RMSE小于10e‑3，即10的负三次方，0.001，则认为上述两个压头分布相同，则各支管流量值为系统实际运行值；否则更新支管流量分布，重复S201进行迭代计算；

[0250] 在迭代收敛得到正确的支管流量分布后，通过代入管网计算模型得到各层公共烟道的压力分布和各支管末端风机的压头分布。

[0251] S400中，确定集中排烟系统屋顶风机关闭控制参数包括：

[0252] 根据计算得出的开启控制参数，获取屋顶风机开启时最少运行数量N＝3，即当开启户数为N‑1＝2户时，需关闭屋顶风机，计算开启户数2台，定静压值为‑10Pa时，计算可得此时屋顶风机的运行频率f＝18HZ；

[0253] 设定一个低频计时的控制逻辑：本实施例控制时长为T＝30min，当屋顶风机运转频率低于运行最小频率Fmin时，计时器开始计时，计时时长T；若计时时间内屋顶风机频率高于运行最小频率Fmin，表明此时烟道内开启户数增多，计时终止，当屋顶风机再次出现频率低于运行最小频率Fmin时重新计时；计时达时长T后，屋顶风机关闭，运行最小频率Fmin和计时时间T均预设在变频控制箱中；

[0254] 得出10层烟道住宅厨房集中烟道系统屋顶风机变频控制策略：

[0255] 根据10层烟道的计算模拟，可确定定静压变频控制的完整逻辑如下：

[0256] 1)测点压力高于Poff＝150Pa时屋顶风机开启；

[0257] 2)定静压运行值压力为Pon＝‑10Pa，根据定静压值调整屋顶风机运转频率；

[0258] 3)屋顶风机频率低于18Hz的时间达时长30min，屋顶风机关闭。

[0259] 该住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，针对住宅厨房混合动力式的集中排烟系统，通过构建系统管网阻力模型，经计算寻找定静压控制法的静压控制值的定静压变频方法，确定了屋顶风机启闭的控制策略，避免风机永不开启和用不关闭的逻辑漏洞，通过住宅厨房集中烟道系统管网计算模型的引入，大幅提高屋顶风机变频控制的准确性，用同一个方法，即可计算多个不同住宅厨房集中排烟系统的屋顶风机变频方案，具有普适性，在新建系统和改建系统中均具有广泛的推广意义。

[0260] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。