CN101194129B - 单通风险环境中的稀释通风的动态控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于单通风险环境中的稀释通风控制系统，该系统包括：一个或多个单通风险环境，所述一个或多个单通风险环境包括：可变的送风空气流量的源，用于通过一个或多个排风管道从所述风险环境以及从包含所述风险环境的建筑物完全排出送风的空气流量的排风装置；以及至少一个空气流控制设备，提供在一个或多个所述管道中，以改变来自所述风险环境的排风空气流量；设施监控系统，其包括至少一个空气污染物传感器，用于感测所述风险环境的至少一种空气污染物；信号处理控制器，至少部分地基于至少一种所感测的空气污染物而生成一个或多个空气流命令信号；以及风险环境空气流控制器，使用所述空气流命令信号来至少部分地控制所述风险环境的送风和排风空气流量。

Description

单通风险环境中的稀释通风的动态控制

相关申请的交叉引用

本申请是2005年3月10日提交的第60/660,245号美国临时专利申请的部分延续。

技术领域

本发明涉及这样的系统，所述系统用于控制通风，以便稀释使用“单通”通风策略的风险环境或空间(诸如实验室和饲养室之类)内的污染物，在“单通”通风策略中，离开每个环境的空气流被全部排出，而不带有再循环空气流部件；更具体地说，本发明涉及这样的系统和方法，其用于基于设施监控系统所感测到的空气污染物的存在状况的变化，为了控制这些污染物的稀释而改变进入到这些环境或来自这些环境的送风和排风空气流。

背景技术

本发明涉及单通风险环境中的稀释通风的动态控制。本发明的上下文中的风险环境与这样的空间、区域或房间有关，在所述空间、区域或房间中，可能使用具有潜在危险的材料，所述材料可能会变成通过空气传播的，并以某种方式影响在该空间内活动的个体的健康。这种空间的示例包括但不限于：实验室，其中使用化学或生物材料；以及饲养室或动物研究设施，其中为了研究目的而收容动物。其它类型的适用区域包括但不限于：清洁室、药物处理区域、生物安全性设施、以及医学密闭(medical containment)和隔离设施。更进一步地，风险环境可以被进一步限定为作为风险单通环境的区域，这在本发明的上下文中指的是利用单通空气的空间，换句话说，来自该空间的任何空气都不回流或再循环到空气处理器或风机(fan)系统以便在建筑物内再次使用。这样，从送风系统、或作为来自另一空间的转移空气(transfer air)被引入到该空间内的所有空气都典型地通过某种排风系统而被排出，所述排风系统获取房间空气并将其从该建筑物排出，其中所述建筑物一般受控于某种类型的房间排风装置或特殊排风空气流控制设备。具体地说，这些房间不具有回风空气网栅(return airgrill)或回风空气流控制设备。因此，通过为该空间指定的一个或多个排风空气流控制设备加上一个或多个送风空气流控制设备来完成房间空气流的控制，所述一个或多个送风空气流控制设备虽然通常是为该空间指定的，但如果来自这些设备的一些空气作为转移空气经由另一分离的空气流控制设备从被提供有送风空气流的另一空间进入该空间，则所述设备也可以是在某种程度上距房间远程的。更进一步地，从空间或环境抽取的空气流或者送风给空间或环境的空气流可以被表述为每单位时间的空气量，例如以立方英尺每分钟(cfm)来表述。

本发明的上下文中使用的稀释通风指的是：使用直接地或作为转移空气送风给房间的气流，所述气流稀释或降低房间空气中的可能污染物的浓度。虽然捕获或密闭危险烟雾是处理危险材料的最安全的方法，但在主要或密闭控制设备出现故障、或者发生意外或溢出(spill)、或者占用该空间的人使用了将污染物引入房间的空气中的不安全行为的情况下，稀释通风提供了对风险环境的保护的重要后备或辅助形式。稀释通风有时也被称为或被定义为房间中所允许的最小空气流水平，或被定义为与风险环境的最小换气(air change)需求相对应的空气流，所述最小换气需求通常被表述为该空间的每小时最小换气次数(ACH)。

随着近年来油、天然气和其它燃料资源的价格上涨，人们开始关注减少由建筑物所使用的外部空气的量以节省能量，同时仍然保持这些设施内的良好室内环境质量。在本发明的上下文中，外部空气被定义为容纳风险环境的建筑物的外部的周围空气，所述空气可以被抽入该建筑物以提供对新鲜空气通风的某种测量。由于实验室和饲养室设施典型地使用100％的外部空气，因此与其它类型的设施(例如能够使用回风或再循环空气的办公楼)相比，这些设施使用极大量的能量。本发明的目的是显著降低为了稀释或潜在的其他目的而使用单通或100％排风的风险环境的能量消耗，同时还增强这些环境的安全性。

如上所述，可以采用单通稀释通风系统的风险环境的一个示例是实验室。实验室通常是这样的设施：其被设计成为了研究或其它目的而允许安全使用各种化学、生物、有毒化合物和/或其它潜在有害的物质。实验室可以装配有一个或多个“特殊排风设备”，其被设计为将空气从实验室排出到外部环境，以保护实验室使用者不会潜在危险地暴露在有害物质之中。例如，实验室可以包括一个或多个以下特殊排风设备：例如实验室排风柜(fume hood)、通风罩(canopy hood)、手套式操作箱(glove box)、或者非再循环生物安全室(non-recirculating biological safety cabinets)，其中，可以规则地处理潜在有害的物质。此外，排风总管(exhaust trunk)有时被称为通气管排风装置(snorkel exhaust)，它是这样一种特殊排风设备，它可以用于从工作台(bench top)的特定区域、或从分析仪器排出包含潜在有害物质的空气，从而提供本地密闭和保护。此外，实验室可以包括一个或多个排出物(exhausted)存储室，其是用于存储潜在危险的物质、并进行操作以包容可能从所存储的物质中泄露的有害烟或烟雾的特殊排风设备。所描述的实验室环境可以用于多种目的，例如研究、教学、制造或生产、质量控制、中间试制(pilot or scale up)、或其它功能。此外，实验室可以包含邻近于研究区域或远离研究区域的多种类型的区域，例如存在于实验室建筑物中的支援室(supportroom)、设备室、走廊、办公室和其它类型的房间，这些房间也可以是单通环境，其中所有来自该空间的空气被排出到设施之外。

可以采用单通稀释通风系统的风险环境的另一示例是上述的饲养室。饲养室通常是为了研究目的而收容动物的设施。这些动物可以包括家鼠、老鼠、兔子、较大的哺乳动物、甚至诸如鱼之类的水栖生命，它们对环境具有很多要求。除了合适的温度控制和光照之外，使用密闭和/或稀释通风来减少和排出气味、动物毛屑、微粒、来自动物新陈代谢功能的气体、以及来自作为这些设施的一部分的收容动物的房间和其它房间的潜在有毒气体是很重要的。除了保护动物之外，减少和消除空气中的这些污染物对于使用这些设施的动物照料和研究人员的健康安全来说是很重要的。特别是，这些人员暴露于常常在空气中承载于微粒上的动物过敏原(例如家鼠尿蛋白质(RUP)或老鼠尿蛋白质(MUP))中，可能会随着时间而使动物照顾工人和研究人员变得敏感，并且经由该设施中的受污染的空气而由动物在这些个体中产生过敏反应。饲养室还可以具有特殊排风设备，例如经常用于容纳家鼠和老鼠的动物笼子支架例如使笼子带有过滤膜顶部，并且还进行通风。特别是，这些支架可以经由恒定、2状态、或可变空气量阀或例如基于调节风门(damper)的系统的其它流控制设备，而被直接排入通用排风管道。

此外，一些饲养室或动物设施房间可以包含生物安全室，其可以是排风的、通气管排风装置或实验室排风柜。饲养室还可以具有与上述实验室房间功能相似的多种不同功能，并且与如上所述相似地可以具有多种类型的房间，例如支援室、手术室、检查室、笼子清洗区域、走廊、“清洁”走廊、“脏”走廊、办公室、以及作为动物或饲养室设施一部分的不收容动物但仍是单通环境的其它房间。

考虑前文所述，采用稀释通风的实验室设施、饲养室、或潜在的其它相似或相关的风险环境中的常规通风过程通常涉及按下述形式将100％室外新鲜空气送入到该环境：通过管道直接进入该空间的送风的形式，或者送入到其它附近空间然后作为转移空气或者作为偏置空气(offset air)的恒定源而被传送入该环境中的送风的形式。对于熟悉构建通风系统技术的人员应该明显的是：通常经由包含使空气运动的风机的空气处理器来提供这种管道式的送风，但这种送风也通常会包括用于采暖、制冷、以及过滤空气的方法。偏置空气流被具体地定义为进入到该空间中的管道式送风的空气流与从该空间被管道式排风的空气流之间的空气流的差，所述差通常是固定的。取决于送风是大于还是小于来自该空间的总排风空气流，确定该环境关于邻近的房间或走廊分别是处于正压力还是负压力。作为实验室的示例，典型地，送风被控制为小于排风，以确保实验室关于走廊处于负压力。在本发明的上下文中，走廊被定义为可以邻近于多个房间或风险环境、并与所述多个房间或风险环境连通的过道。

有三个因素可以典型地用于确定进入风险环境的送风和排风空气流的水平。这些因素中的第一个因素是空间热负荷(thermal load)。典型地，进入空间的送风被调节到诸如55华氏度之类的温度，并且用于对环境制冷。实验室内的热源可以是太阳负荷(solar load)、光、人、以及所谓的插头负荷(plug load)，所述插头负荷来自于由实验室内的设备和仪器所生成的热。随着这些负荷增加，必须增加冷的送风，以维持给定温度设定点，例如72华氏度。有时，可以使用不同于送风的方法对实验室制冷，例如从冷却的天花板或地板或者从本地风机盘管(fan coil)单元对实验室制冷，所述本地风机盘管单元从房间吸取空气、使此空气通过冷却盘管(典型地是冷水盘管)，并将其传送回到房间。在后面这两种情况下，热负荷因素将不影响对环境的送风和排风空气流的控制。为了本发明的目的，通过添加前述风机盘管，从加压的角度来看单通(single pass)环境不会被改变，因此，即使所述环境可以连接到本地循环的风机盘管或其它设备(例如无管道排风柜、手套式操作箱、或从所述环境本地再循环空气同时对流向该环境的偏置空气流没有净影响的其它设备)，它也将被看作是单通环境。

可以确定环境的所需送风和排风空气流的第二个因素是如上所述来自任何特殊排风设备的排风空气流、以及匹配排出的空气流所需的相关联的补给空气(make up air)。这些排风的源可以是例如来自存储室或生物安全室的固定源、两状态(高/低)源、或者例如具有可变空气量实验室排风柜的空气或完全可变源。作为替换方案，该空间或环境可以不具有特殊排风设备，因而该因素将不影响该空间的空气流。

影响环境的所需送风和排风空气流的第三个即最后一个因素是稀释通风的空气流要求。该要求典型地被表述为，空间的总排风(包括特殊排风空气流)或总送风(包括偏置和转移)空气流的某个数量的每小时换气次数(ACH)，例如每小时6次换气。于是，该每小时换气次数可以被转换为对于给定体积空间的具体空气流等级(airflowrate)。例如，如果环境是20英尺长、25英尺宽、9英尺高，则该空间的总体积是4500立方英尺。因而，每小时6次换气将意味着在60分钟内整个4500立方英尺的体积将被更换6次，或者等同地，10分钟内一次换气(60分钟/6ACH＝10分钟每换气次数)。对于要在10分钟内被交换的4500立方英尺的体积，将需要450cfm(4500立方英尺/10分钟每换气次数＝450cfm)的总房间送风或排风流。稀释通风的典型工业可接受的所需流范围是6至12换气次数每小时。

更进一步地，空气流的这种每小时换气次数的量典型地是固定水平，无论房间空气的实际质量如何，即使从实验室环境排出的空气经常是干净和安全的，也设置所述固定水平。此外，由于简单性和成本，即使在通风系统所服务的实验室或饲养室的某些部分(例如存储区域和支援区域、或者甚至没有遮罩、动物、或频繁研究的办公室)不大可能出现污染物，也在这些区域以上述水平用单通空气来通风。从而，在常规实验室、饲养室或其它稀释通风系统中的100％外部空气的最小固定换气次数要求常常导致资源(即室外新鲜空气)的浪费和不必要的额外操作成本，以及用于充分结合建筑物采暖、通风和空调系统(也称为HVAC系统)的前期资本成本上涨。

用于将这三个因素、或上述需求集成为总排风或送风的单个流需求的典型方法是简单地取这三个需求中最高的一个。如果使用了恒定量空气流设备，则必须将它们设置为满足这三个因素中的每一个的峰值需求中最高的一个。如果使用了可变量空气流控制设备，则可以基于实际需求中的最高的一个(例如热负荷的变化)来改变环境空气流。传统上，在很多单通风险环境中，作为控制因素的主导因素一直是热负荷或特殊排风设备(例如实验室排风柜)的需求。

这样，已经开发了很多发明和技术来基于以下两种方式中的一个或二者来安全地改变环境空气流，以节省能量：改变空气流以满足实际热负荷需求，或改变通过特殊排风设备的空气流。由于排风柜常常是实验室空气流后面的主导驱动器，因此常常通过使用可变空气量实验室排风柜来实施上述改变通过特殊排风设备的空气流的方式，例如美国专利第4,706,553号、第4,893,551号以及第5,240,455号所描述的发明。也已经开发出了更复杂的空气流控制来安全地改变和再循环来自风险环境的空气，所述更复杂的空气流控制涉及对典型地由热负荷所主导的风险环境中的空气污染物的检测，例如美国专利第6,609,967号和第6,790,136号中所描述的技术，其中通过把回风空气流控制设备添加到每一风险环境以对服务于多个实验室房间的空气处理器中的洁净空气进行回风和再使用。

在最近五到十年中，存在影响实验室中的空气流水平的两个重要的趋势。第一个趋势是，实验室排风柜以及有关的特殊排风设备的数量已降低。这部分地与以下两个方面有关：模拟化学反应而不是进行实验室实验的计算机使用增长，以及研究中使用更少量的化学药品。此外，如今正在建造更多倾向于具有较少的排风柜的生命科学实验室，而不是具有许多排风柜的传统化学实验室。更进一步地，如今建造了许多具有可变空气量实验室排风柜控制系统的实验室，以减少与排风柜有关的补给空气和排风量。结果，已经显著减少了与特殊排风或排风柜补给空气有关的实验室通风需求，从而在很多实验室中，这不是确定实验室中的空气流或通风的驱动力。

第二个趋势是，随着实验室使用了更多节能技术，实验室中的热负荷也已经下降。例如来自照明的效率和废热已经显著下降，并且实验室仪器所使用的功率也显著下降。虽然在90年代初期，实验室仪器的量显著增加，但随时间推移，这种设备已经变得更小并且更节能。在很多情况下，冰箱和制冷器的功耗降低了三分之二，加之LCD显示器和膝上计算机已经替代了台式计算机和需要大能量的CRT监视器。很多近来的研究表明了这样的结果，例如Lawrence Berkeley国家实验室在HPAC Engineering的2005年9月期的题为“Right-sizingLaboratory HVAC system”的文章中所提到的研究。该文章论证了，实验室经常对于热负荷被过度设计，其热负荷是实验室环境所实际用于的热负荷的5倍到10倍。

作为这两种趋势的结果，与实验室空气流需求中的主导和控制因素同样频繁地出现了最小或稀释通风需求。如果可以平均减少这种水平，则这将节省实验室中的大量能量，并且允许较小的HVAC系统，其将节省在设施构建中的前期成本。事实上，最小换气次数或稀释通风需求的水平也通常在某种程度上是被任意设定的，例如对于实验室以每小时6至12次换气次数或对饲养室以10至20ACH的水平。

有时候为了节省能量，使所述稀释等级(ventilation rate)为两状态的流，在非占用时间期间降低以设置较低水平(例如4ACH)，然后在占用时间期间增大到较高水平(例如8ACH)。可以通过设定时间进度表(time schedule)控制或通过使用占用传感器(occupancysensor)(例如惯用于熄灭灯(shut off lights)的那些传感器)来产生这种控制。虽然该方法可以节省能量，但它具有若干安全问题使其无法被谨慎使用。例如，可能在非占用时间期间发生危险烟雾的溢出或释放，使空气中的污染物的水平增大到安全水平以上。如果有人在时间进度表所安排的非占用时间期间走入该空间，则他们会被空气中的较高水平的污染物所伤害。甚至在占用传感器或检测器的情况下，当个体走入污染物水平可能非常高的房间时，该个体暴露，直到系统检测到他们的存在并且更重要的是能够以更高的占用的空气流充分地冲洗实验室，而这可能要花费一些时间。更进一步地，占用传感器在检测具有多个阻挡物(例如传感器与占用者(occupant)之间的实验室台架以及设备)的分割空间中的人时可能会有问题。它们还需要恒定地看到运动以进行操作，并且可能无法十分看到某人在安静地阅读，这是由于没有足够的运动来触发较高的安全空气流。如果由于缺乏足够的运动而导致降低了空气流，则占用者可能没有注意到空气流变化，于是甚至会更糟糕地被实验室中的较高污染物水平击倒。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种用于控制通风以稀释风险环境或空间内的污染物的系统，所述风险环境或空间例如是使用“单通”通风策略的实验室和饲养室，在所述“单通”通风策略中，离开每一环境的空气流被全部排出，而不具有再循环空气部件。

本发明提供一种用于单通风险环境中的稀释通风控制系统，所述单通风险环境被提供有：可变的送风空气流量的源；用于通过一个或多个排风管道从所述风险环境以及从包含所述风险环境的建筑物中完全排出所述送风空气流量的装置；以及至少一个空气流控制设备，其被提供在一个或多个所述管道中，以改变来自所述风险环境的排风空气流量；其中所述稀释通风控制系统特征在于包括：设施监控系统，包括至少一个空气污染物传感器，用于感测所述风险环境的至少一种空气污染物；信号处理控制器，至少部分地基于至少一种所感测到的空气污染物，生成一个或多个空气流命令信号；以及风险环境空气流控制器，使用所述空气流命令信号来至少部分地控制所述风险环境的送风和排风空气流量；其中，所述设施监控系统在多个位置监控至少一种空气污染物，以分别生成第一和第二空气污染物测量，其中所述多个位置包括：第一位置，其处于所述单通风险环境中；以及第二位置；并且其中，所述信号处理控制器从第一空气污染物测量减去第二空气污染物测量，或者从第二空气污染物测量减去第一空气污染物测量，以创建差分空气污染物测量，从而创建所述空气流命令信号。

本发明还提供一种在单通风险环境中改变稀释通风空气流量的方法，所述单通风险环境提供有可变的送风空气流量的源，所述空气流量通过一个或多个排风管道，从所述风险环境以及从包含所述风险环境的建筑物被完全排出，所述一个或多个排风管道中的至少一个包含空气流控制设备，用于改变来自所述风险环境的排风空气流量，该方法特征在于包括：通过至少一个空气污染物传感器监控所述风险环境的至少一种空气污染物，以创建至少一个空气污染物测量；使用所述空气污染物测量中的至少一个来创建空气流命令信号；以及至少部分地使用所述空气流命令信号来控制所述风险环境的送风和排风空气流量；其中监控至少一种空气污染物的所述步骤包括：监控第一位置和第二位置，以分别生成第一空气污染物测量和第二空气污染物测量，其中所述第一位置处于所述单通风险环境中；并且还包括以下步骤：从所述第一空气污染物测量减去所述第二空气污染物测量，或者从所述第二空气污染物测量减去所述第一空气污染物测量，以生成差分空气污染物测量；以及从所述差分空气污染物测量生成所述空气流命令信号。

本发明的另一目的是提供这样的系统和方法，所述系统和方法基于由设施监控系统所感测的空气污染物的存在状况的变化，为了控制这些污染物的稀释的目的而改变进入这些环境或来自这些环境的送风和排风空气流。

通过使用新颖、改进的方法而开发了本发明的系统和方法，从安全性和节能两个方面超越现有技术中使用时钟或占用传感器来改变最小通风水平，作为替代，基于由设施监控系统所测量的空间中的空气污染物的水平，改变稀释通风空气流的量，或在本发明的上下文中被等同定义的空间的换气率。在本发明的上下文中，实施监控系统被定义为这样一种监控系统，其包括至少一个空气污染物传感器，所述至少一个空气污染物传感器测量至少一个房间、空间、区域、或风险环境的至少一种空气污染物。这种设施监控系统可以涉及使用位于正在被测量的空间中的一个或多个单个的传感器、本地传感器、有线传感器、或无线传感器。还可以使用远程空气污染物传感器或中央空气污染物传感器，其在稍后更详细描述的多个空间之间被复用或共享。最后，设施监控系统可以使用上述远程空气污染物传感器和本地空气污染物传感器的组合。这样，可以将这些设施监控系统用于测量多种不同的空气污染物以及受监控的空间的潜在的其它特性，例如温度、湿度、或关于某些其它空间的差分压力。

本发明的上下文中的空气污染物传感器指的是这样一种传感器：它将关于空气污染物的存在情况的信息的水平转换为连续改变或不连续的气动信号、电信号、模拟信号、或数字信号，或者将其转换为软件变量或固件变量，所述软件变量或固件变量表示关于给定空间中的空气污染物的存在情况的信息的水平。空气污染物传感器可以基于本领域技术人员所知的多种感测技术中的任何技术，例如电化学、光子或光学、红外吸收、光声学、聚合物、可变电导率、火焰离子化、光离子化、固态、混合金属氧化物、离子迁移、声表面波、或光纤。空气污染物传感器可以是有线传感器类型或无线传感器类型，并可以用各种类型的物理硬件(例如基于微电机械系统(MEMS)的硬件、基于纳米技术的硬件、基于微系统的硬件、基于模拟的硬件、或基于数字的硬件)来实现。此外，空气污染物传感器可以感测多于一种空气污染物，可以在一个封装的设备中包括多于一个空气污染物传感器，或者可以感测其它非污染物空气参数(例如温度、压力、或湿度的测量)或包括用于感测上述空气参数的传感器。在本发明的上下文中，空气污染物指的是空气的某些化学、生物、或辐射合成元素或属性，例如一氧化碳(CO)、各种尺寸的微粒、烟、悬浮物(aerosol)、TVOC(挥发性有机化合物总量，Total Volatile Organic Compound)、感兴趣的特定VOC、甲醛、NO、NOX、SOX、SO2、氮氧化物、甲烷、烃、氨、制冷气体、氡、臭氧、放射物、生物和/或化学恐怖活动制剂、霉菌、待感测的感兴趣的空气和污染物的其它生物特性和其它化学特性。此外，在本发明的上下文中，术语“空气污染物”具体地说不包括也不表示这样的空气特性或参数，诸如温度、二氧化碳或湿度的任何测量，例如任何与温度和湿度或水蒸气有关的测量，比如说相对湿度、绝对湿度、湿球温度、干球温度、露点温度、或每磅空气的水分粒度(grains of moisture)。此外，在本发明的上下文中，具体地说，空气污染物也不包括或表示以下参数的任何测量：空气流量、速度或压力例如可以用每分钟立方英尺空气为单位或其它单位来指示的空气量；速度压力、空气速率或速度、静压、差分压力或绝对压力。

现代实验室中的空气通常十分干净，从而无需高的换气率，除了例如以下情况：当发生溢出时；较差的实验实践在实验室的如排风柜的密闭设备的外部生成烟、蒸汽或污染物时；或者当密闭设备较差地工作而将化学烟雾泄露进入空间时。由于实验室空气在绝大部分时间里是干净的，因此稀释通风空气流可以在大部分时间里显著地降低到例如2ACH至4ACH，对于6ACH至12ACH来说节省了可观的通风。此外，当出现溢出时，系统可以将稀释通风等级增大到例如12

ACH至15ACH的高水平，通过来自实验室的溢出的蒸汽的快速排空来提供更高的安全性。

可以通过若干不同实施例来实现基于利用设施监控系统来监控空气质量的稀释通风的动态控制。或许在单通风险环境(例如实验室或饲养室)中动态改变换气需求的最简单的方法将是使用单个、宽范围的污染物传感器，例如位于每一房间中或要被控制的空气流控制区域中的TVOC传感器或挥发性有机化合物总量传感器。当污染物传感器检测到污染物高于给定阈值水平时，该方法例如可以增大稀释通风空气流需求。当污染物水平返回低于给定阈值水平时，稀释通风空气流需求下降返回到最小设定点水平。在所有情况下，如果热负荷或特殊排风装置补给空气流需求高于所需的稀释通风流需求，则这些需求将以控制的高选择形式强制覆盖房间空气流水平、并取得房间空气流水平的控制。

当实现这种类型的每房间/空气流控制区域一个传感器的方法来动态控制稀释通风时，要考虑几个重要问题。首先，选择和使用较低成本、典型地金属氧化物类型的TVOC传感器可能由于以下情况而导致问题：当这些类型的传感器暴露于可能在实验室、饲养室或使用外部空气来稀释空气传播的污染物的其它环境中被发现的某些空气传播的污染物中时，这些类型的传感器可能经常会出现相对高的漂移甚至中毒和性能恶化。优选的替换方案将是使用高等级的TVOC传感器，例如光离子化检测器(PID)类型的传感器。虽然这些传感器通常更昂贵，但也更稳定，并且更少倾向于受其所检测的气体的危害。

此外，TVOC传感器甚至PID类型的TVOC传感器的使用不会检测实验室中所有关注的污染物。例如，可能从失控的反应释放出悬浮物、危险微粒、或烟，而这需要快速从实验室排空。相似地，例如无机酸气体对研究人员可能十分有害，但相似地不会被TVOC传感器检测到。更进一步地，可以存在所关注的某些具体污染物，其有利于感测例如甲醛或氨。最后，取决于所允许的最小换气水平，如果空间会被繁重地占用(例如教学实验室的情况)，则可能需要CO2监控来作为这样的手段：检测繁重占用水平，并增大空气流，以满足仅与空间中的人数有关的外部空气要求和指导方案，例如以满足每人15cfm至20cfm的外部空气的常使的条例。这样，可以用于处理这些问题的实施例将在一个或多个房间中或合适于检测这些其它污染物中的一些的地方使用多个传感器而不是仅一个传感器，以提供系统的安全操作，并且还潜在地感测用于与占用有关的附加空气流控制的CO2。

提供对这些问题的另一解决方案并且同时具有实践性和成本有效的本发明的一个示例性实施例是使用多点空气采样系统(也称为基于复用传感器或共享传感器的设施监控系统)作为用于感测实验室环境的质量和洁净度的手段。为了本专利的目的而将多点空气采样系统具体地定义为设施监控系统，其使用一个或多个共享传感器或复用传感器，所述共享传感器或复用传感器包括单个远程传感器或一组处于远程位置的传感器，用于通过将空气的采样或分组从要被监控的风险环境传输到至少一个空气污染物传感器，来监控建筑物内的多个空间、区域或房间，或与设施相邻的外部。

对于在本发明的上下文中具体定义为星形配置的多点空气采样系统或仅仅星形配置的系统的这些多点空气采样系统中的一类，可以使用多个管子来将空气采样从多个位置带入(一个或多个)中央传感器。可以在该方法中使用位于中央的空气开关和/或螺线管阀，以顺序地将空气通过不同管子从这些位置切换到传感器，以测量来自多个远程位置的空气。每个位置可以被感测达到10秒钟到几分钟之间。取决于感测多少位置，可以以5分钟至60分钟为周期而周期性地感测每个空间。这些星形配置的系统可以被称为章鱼状的系统或家庭运行系统，并且可以使用大量管材。美国专利第6,241,950号描述了这种星形配置的系统的示例，所述专利的内容通过引用被并入本文中。其它类型的已知空气监控系统包括被设计为监控制冷气体和其它有毒气体的系统，它们也可以是星形配置的系统。此外，这些类型的星形配置的系统已经用于监控多个区域(例如具有单个微粒计数器的干净房间区域)中的微粒。通常，这些类型的系统在历史上没有被应用于涉及多个参数(例如TVOC)的通用空气质量测量应用。

在本发明的上下文中被定义为网络化的空气采样系统的另一多点空气采样系统使用中央“骨干”管子，其具有延伸到各个位置的分支，形成总线配置或树状通路，与数据网络的配置相似。空气螺线管通常远程位于多点采样位置附近。每一位置的采样时间与星形配置的系统相似，可以从大约10秒变化为几分钟之多。每个位置的典型采样时间将是大约30秒，从而在30个位置被采样的情况下，可以每15分钟对每一位置进行采样。网络化的空气采样系统还可以包括通过用于建筑物中的各采样位置、室外空气或环境采样、以及排风烟囱的管子或导管来进行远程和/或多位置空气采样。美国专利第6,125,710号描述了一个示例性的网络化空气采样系统，通过引用并入到本文中。

最后，可以用于实现本发明的各部分的另一复用形式的设施监控系统在本发明的上下文中被定义为网络化的光子采样系统，其复用光的分组而不是空气的分组，并且可以包含星形配置的布局或网络/总线类型的布局。基本构思使用中央激光发射器和中央激光检测器，所述中央激光检测器发送出激光分组，并且检测激光分组，所述激光分组被切换进入房间，以由光学开关来感测。在所感测的区域中定位和使用光纤传感器、红外线吸收单元或传感器、以及其它感测技术，以由于环境的影响而改变光的特性。其后，光分组被切换回到中央式检测器，在所述中央式检测器中，确定环境对光特性的影响。这种系统的主要优点在于，诸如光纤传感器或开放式单元传感器之类的传感器潜在地成本很低。昂贵的部分是激光器和中央式的检测器系统。与前面的多点空气采样系统类似，可以利用中央设备和电信概念的波分复用来同时进行来自微粒、气体、和其它污染物、湿度等对光的多种影响，其中波分复用允许多个波长，并且因此多路信号共享同一光纤。该系统的明显优点是具有周期时间可以为几十毫秒或更短的能力。题为“Networked Photonic Distribution System for Sensing AmbientConditions”的美国专利第6,252,689号描述了这种采样系统，通过引用并入本文中。

前述的多点空气采样系统和网络化光子采样系统合起来被称为采样系统，其可以应用于监控整个建筑物的广大范围的位置，包括任何类型的房间、过道、大厅、间隙空间、楼顶房间、室外位置、以及管道系统、通风间(plenum)和空气处理器内的任意数量的位置。为了提供这些不同空间的控制和监控，可以创建虚拟传感器信号或连续的模拟信号或数字信号，所述虚拟传感器信号在本发明的上下文中指的是软件变量或固件变量，所述连续的模拟信号或数字信号可以被传递到其它系统(例如建筑物控制系统或实验室空气流控制系统)，并且表示给定空间的空气污染物值的状态。实际上，这些信号反映了如果使用本地传感器而不是多点空气采样系统或网络化光子采样系统(共同被称为采样系统)，则本地传感器将有怎样的读数。

这些采样系统的另一特性在于，并不总是能利用共享传感器从远程位置有效地测量空气的某些特性或参数(例如微粒的温度)以及某些空气污染物(例如潜在的臭氧)。更进一步地，可以利用共享传感器从远程位置精确测量其它污染物，但由于各种原因(例如需要更快速的采样)，可以优选地在所感测的位置中的一个或多个位置上本地感测所述其它污染物。在这些情形下，分离的本地传感器和不同的信号导线或具有电缆、光纤或无线链路的数字数据通信网络可以用于将这些本地传感器(例如温度传感器)连接到网络化空气采样系统、星形配置的多点空气采样系统、网络化光子采样系统、或可能是建筑物管理系统。可以组合这些虚拟传感器信号加上潜在的本地传感器信号来创建混合信号，所述混合信号可以有利地用于监控和/或控制的目的，如2006年3月10日提交的题为“MULTIPOINT AIR SAMPLINGSYSTEM HAVING COMMON SENSORS TO PROVIDEDBLENDED AIR QUALITY PARAMETER INFORMATION FORMONITORING AND BUILDING CONTROL”的美国专利所描述的，通过引用将上述专利申请并入到本文中。

当多点空气采样系统用于对管道系统、通风间、空气处理器进行采样，或其中要利用远程传感器采样和测量部分密闭的区域诸如管道或导管中的流动的空气的任何其它应用时，可以将管子或空心管道探针插入管道或被部分密闭的空间中，以取出采样，或可以在管道中制成孔，并从连接到管墙中的开孔的管子从管道中提取采样。然而，此外，需要一个或多个分立的温度或其它参数或污染物感测探针来搞清楚从这些管道或部分密闭的区域期望怎样的本地传感器测量。可以采用用于感测流动空气流并提取空气采样的多个分立的探针，或可以使用唯一的集成采样探针，其使用了用于本地空气特性测量且用于空气采样的一个探针，如题为“DUCT PROBE ASSEMBLY SYSTEM FORMULTIPOINT AIR SAMPING”的美国专利申请第11/312,164号中所描述的，所述专利申请通过引用被并入到本文中。

本发明的另一实施例使用来自多点空气采样系统的虚拟信号和/或来自本地房间或管道空气污染物传感器的信号，并经由使用信号处理控制器的多种方法中的一个或多个来组合它们，以创建稀释通风命令信号，在本发明的上下文中，所述稀释通风命令信号是可以用于基于一种或多种空气污染物至少部分地改变稀释通风空气流或改变风险环境的换气率的空气流命令信号。

为了本专利的目的，空气流命令信号是任意气动信号、电信号、模拟信号或数字信号、或者是软件变量或固件变量，其工作于在微处理器或计算机上运行的固件程序或软件程序上，所述信号由风险环境空气流控制器或房间排风装置、特殊排风装置、或送风空气流控制设备使用，以至少部分地改变或控制运动进入或离开该风险环境的空气流中的任何一个之间的关系或各方面中之一。这种空气流命令信号可以具有连续改变特性，在此也被称为VAV或可变空气量命令信号。或者，空气流命令信号可以是不连续空气流命令信号，在本发明的上下文中，其被定义为可以具有仅两个水平或状态的信号，为了本专利的目的，在此被称为两状态信号，或者它也可以具有三个水平或状态，因此在本发明的上下文中可以被称为三状态信号。作为替换方案，不连续空气流命令信号可以具有多个离散水平或状态，因此可以在此被称为多状态信号。

当信号处理控制器要使用多个空气污染物来创建稀释通风空气流命令信号时，特别是，在每种污染物具有所关注的不同阈值的情况下，每种污染物可以相对于所述阈值被比例缩放为标准比例。例如0至10伏特中的2伏特大小可以表示该阈值，在该阈值的点处，空气流开始增大，其中以10伏特表示最大流。于是，这些单个信号可以被高选择(high select)，从而这些信号中的较高的信号控制稀释流。作为替换方案，可以在信号已经以基于每一感测的化合物对健康的影响的严重性的相对方式被加权之后将它们加和在一起。

基于空间中的空气污染物的测量的稀释通风的动态控制所关注的另一问题是，如果由于“脏”排风流的再次飞散、高室外管道水平、交通等导致污染物的室外水平变高，则会由这些水平来触发该系统，并且增大进入房间的送风空气流。这样的操作实际上将把事情搞得更糟并且将把所有受控空间虚拟地“锁闭”在高通风水平。由于系统容量可能并非被设计为用于每个空间都工作在最大流，因此这种事件将要求不能实现的系统容量。这样潜在地可能损害整个建筑物的空气流控制、减小流，从而对利用特殊排风设备进行捕获会有损失，并且潜在地损害房间加压水平。如果例如实验室或饲养室的过道被放出VOC的清洁剂所拖洗，则也可能出现超过系统容量的类似问题。地板清洗剂烟会被快速吸入多个负加压实验室房间，从而触发很多实验室空间使其进入高流水平状态，从而产生相似的容量问题。

为了防止多个空间由于高的室外污染物水平而不正确地进入到高稀释通风，本发明的另一实施例描述了一种装置，用于并非根据给定污染物的绝对值而是替代地根据空气污染物对于户外空气值、送风空气流值、或邻近空间或附近空间中所测量的值的差分值来改变空间的稀释通风。按照该方式，当感测到的污染物不是来自房间内部时，房间不会不正确地增大被污染的送风的流。在有关实施例中，如果房间的绝对水平超过用于进行操作的阈值，而污染源是来自外部空气的送风，则可以降低送风。例如，可以通过命令较低稀释通风水平和/或命令增大的温度设定点来降低送风，以降低对送风量的热负荷需求。

对于担忧房间的溢出或污染物可能扩散到其它房间或出于其它原因要求更大的密闭或保护的那些风险环境，本发明的另一实施例将增大排风并降低受影响的房间或区域的送风，以增大受污染的房间的负压力偏置(offset)，来增大该空间对于其它空间的密闭水平。如果给定房间被认为是潜在污染源，则可以将周围房间增大到正压力，以进一步隔离污染物。

为了本专利的目的，上述信号处理控制器指的是模拟电子电路或数字电子电路，和/或运行软件程序或固件程序的微处理器或计算机，其至少使用来自空气污染物的单个的本地传感器的信息、信号和/或软件变量或固件变量、或其他空气特性(例如温度、湿度、空气量、或压力，加上虚拟传感器信号)、来自空气污染物的远程、中央传感器的信息和/或软件变量或固件变量，并按潜在的多种方式来组合和处理这些信息。结果，信号处理控制器创建用于稀释通风、偏置空气量的空气流命令信号、或者要由风险环境空气流控制器使用的其他空气流命令，和/或将由风险环境空气流控制器所使用的其它空气流命令，和/或创建可以由其它控制设备(例如建筑物控制系统)使用的信号或信息，用于至少部分地控制风险环境送风空气流、房间排风空气流、特殊排风空气流、或偏置空气流中的一个或多个，和/或用于某些其它控制或监控功能，所述功能以某种方式与上述风险环境空气流中的一个空气流的控制有关。

在本发明的上下文中，上述建筑物控制系统或建筑物管理系统被定义为位于建筑物或设施中的控制系统，其用于控制建筑物中的HVAC系统的一个或多个功能，例如控制空间温度、空间相对湿度、空气处理单元空气流和操作、排风扇流、冷却器操作、管道静压、建筑物加压、风险环境空气流等。这些系统经常集成有或包括有其它建筑物系统或子系统，例如火警和安全系统、卡访问系统、闭路电视监控系统、烟控制系统、电源监控系统、和风险环境空气流控制系统。建筑物控制系统可以具有气动、电力、电子、微处理器、计算机或基于web的控制，其使用气动信号、模拟信号和/或数字信号输入和输出。这些系统经常具有中央监控功能、中央控制能力或本地控制能力，并可以具有基于因特网或web的访问。它们还可以被称为建筑物管理系统(BMS)、设施控制系统或设施管理系统(FMS)。

最后，还存在改进的或至少是替换的方法来增大具有溢出事件的实验室中的通风。例如，空间到走廊的门被置于打开，实验室房间对走廊的轻微的负压力可能不足以防止溢出蒸汽污染其它邻近区域。可以更好地具体地使系统以其它某种方式来起作用，以确保蒸汽被密闭在具有溢出的房间中。

附图说明

本领域技术人员将从以下对优选实施例的描述以及附图中理解其它目的、特征和优点，在附图中：

图1是本发明的系统的一个优选实施例的示意图，其中，由多点星形配置的空气采样系统来监控多个单通风险环境。

图2是本发明的系统的优选实施例的示意图，其中，由多点网络化的空气采样系统来监控多个单通风险环境。

图3是单通风险环境中的本发明的系统的优选实施例的详细示意图。

图4是可以用于创建稀释通风命令信号的本发明的信号处理逻辑的优选实施例的一部分的示意图。

图5是用于包括一个或多个特殊排风源的单通风险环境空间的本发明的风险环境空气流控制逻辑的一个实施例的示意图。

图6是本发明的系统的一个实施例的示意图，其中，由包括一个或多个唯一特征的一个或多个个体本地传感器来监控多个单通风险环境。

图7A和图7B是与换气率控制序列(air change rate controlsequences)相关联的各种稳定状态水平的示意图。

图8A和图8B是使用闭环系统来控制风险环境中的换气率以通过改变风险环境内的换气率来提供稀释通风控制的图解策略。

具体实施方式

图1、图2和图6全都示出了典型的一组受监控的风险环境或房间20A、20B和20C，这些房间具有门，这些门通向同样受到监控的走廊10。由于风险环境的正加压或负加压，在风险环境空间或区域与邻近空间之间可能存在偏置。图1、图2和图6示出作为空间20A、20B和20C与走廊10之间的偏置空气流21A、21B和21C的这种情况的示例。虽然这些示图示出了三个房间和一条走廊，但本发明可以用于包括多条走廊或者同样受到监控的其它邻近空间的任意多个房间或空间，例如两个或更多风险环境，或一条走廊加上一个或多个空间。还要注意，虽然图中示出的风险环境被墙包围，但本发明的上下文中的风险环境也可以是周围没有墙或隔离物的房间的部分或区域。因此，一个物理房间内可以有多个风险环境。作为替换方案，多个物理房间也可以组成一个风险环境或空间。典型地，风险环境20也将是由一个或多个送风空气流控制设备51加上一个或多个房间排风设备41进行馈送的区域，作为一个空气流控制地带，其中该一个或多个送风空气流控制设备51和房间排风设备41受风险环境空气流控制器30控制。为了本专利的目的，风险环境空气流控制器是空气流控制装置，其可以是模拟电子设计或数字电子设计，或者可以使用运行软件或固件程序的微处理器或计算机而被构造，所述程序可能使用来自其它设备、系统或控制器的信息、信号和空气流命令来创建用于一个或多个送风和/或排风空气流控制设备的空气流命令信号。图5示出风险环境空气流控制器的一个实施例。

图1、图2和图6中的这些组房间进一步被描述为具有来自送风空气管道50A、50B和50C的送风空气的源，所述送风可以退出房间，作为来自房间或一般排风管道40A、40B和40C的房间或一般排风空气。虽然图中未示出，但走廊10通常也具有送风和可能的房间排风的源。送风空气管道50A、50B和50C还包含空气流控制设备51A、51B和51C，其分别通过送风空气流网栅或扩散器(diffuser)52A、52B和52C送风入房间或空间。此外，房间排风管道40A、40B和40C包含房间排风空气流控制设备41A、41B和41C，其分别通过房间排风网栅或通风口(vent opening)42A、42B和42C控制吸入到房间排风管道的房间或空间空气的量。

图1、图2和图6还示出存在通过外部空气管道60进入建筑物的室外进风口(intake)62。这个管道可以连接到某些类型的空气处理单元，也可以是某些类型的空气处理单元的一部分，以将外部空气吸入建筑物，这个管道也可以是特殊管道或外部空气拾取位置，分别由图1的空气采样系统100和图2的空气采样系统200、或图6的空气污染物感测系统特定地使用或共享。

在本发明的上下文中所使用的空气流控制设备(例如图3所示的分别地是送风和房间排风空气流控制设备51和41，或者是特殊排风空气流控制设备71)被定义为空气流控制领域的技术人员已知的任何设备，用于控制通过管道的空气流量和速度。例如，它们可以是恒定量、两状态、多状态、或者可变空气量(VAV)盒、或终端，例如由Titus、Metal Aire、Enviro-Tec或者其他公司制造。这些设备使用某些类型的调节风门(damper)或节流(throttling)设备(例如单个圆形、方形、或矩形叶片调节风门、多叶片调节风门、可以用于封锁开口的一组气囊(pneumatic bladder)、或可以用于封锁管道的任何其它类型的节流设备)，所述调节风门或节流设备连接到气动执行器(pneumatic actuator)、电力执行器或电子执行器，所述执行器由基于气动、电子、数字或微处理器的控制器控制，所述控制器典型地还依赖于来自流传感器的流的反馈，用于管道的空气量的闭环控制。这些流传感器可以是本领域技术人员已知的各种类型，例如基于单个或多个速度压力传感器、热丝(hot wire)、加热的电热调节器(heatedthermistor)、微电子流传感器等的传感器。作为替换方案，常用的另一类型的流控制设备是空气流控制阀，其典型地具有文丘里管(venturi)形状的主体，所述主体带有加载了弹簧的锥体(cone)，所述锥体移动通过该设备的文丘里管形状的喉部，以提供对空气量的固有的、与压力无关的控制，所述空气流控制阀例如由PhoenixControls或其它公司制造。这些阀典型地具有气动激励、电力激励或电子激励，以提供恒定量、两状态、多状态、或可变空气量控制。这些设备常常具有大的弹性(turndown)或流范围，使得它们非常适合于可以具有宽的流范围的稀释通风的动态控制，以实现最佳节能性和安全性。最后，空气流控制设备的另一示例可以是某些形式的单叶片调节风门或多叶片调节风门、或其它类型的节流设备，其位于服务于一个或多个区域或潜在的多个风险环境的空气处理单元或者管道中，所述风险环境进一步包括前述空气流测量设备或相似的空气流测量设备中之一，它们被适配为例如使用传感器网格或感测孔，例如以便跨越大截面管道区域精确测量空气流。

虽然图1、图2和图6中未示出，但风险环境20A、20B和20C还可以具有如上所述的一个或多个特殊排风空气流设备，其也将空气吸出该风险环境。图3示出作为特殊排风设备72和特殊排风空气流控制设备71的此设备的示例，稍后将更详细地说明特殊排风设备72和特殊排风空气流控制设备71。

参照图1，该图涉及针对使用星形配置的多点空气采样系统100在单通风险环境中动态控制稀释通风的本发明的优选实施例。多点空气采样系统100可以是星形配置的多点空气采样系统，该系统具有如美国专利第6,241,950号、美国专利第5,292,280号、美国专利第5,267,897号、美国专利第5,293,771号或美国专利第5,246,668号中所描述的结构。它还可以是适用于此目的的制冷剂和有毒气体监控器，例如Vulcain有限公司的多点采样抽取气体监控器，型号VASQN8X，可在他们的网站www.vulcaininc.com上看到；或是由LighthouseWorldwide Solutions有限公司制造的、与他们的微粒计数器(例如他们的型号Solair 3100的基于便携式激光器的微粒计数器或基于遮蔽(obscuration)的微粒传感器)耦合的通用集气管系统和控制器(Universal Manifold System and Controller)，可以在他们的网站www.golighthouse.com上看到。它还可以是星形配置的多点空气采样系统，例如AIRxpert 7000多传感器，即一种由Lexington，Massachusetts的AIRxpert Systems公司制造的多点监控系统，可以在他们的网站www.airexpert.com上看到。

在图1中，一组螺线管阀(solenoid valve)161至167是多点空气采样系统100的一部分。这些螺线管161至167可以由其它切换装置等同地代替，例如Washington的Liberty Lake的Scanivalve公司制造的SSS-48C Single Scanivalve系统，在他们的网站www.scanivalve.com上可以看到，其使用气动选择器开关和步进电机来将多个输入端口中的一个连接到出口端口，该出口端口可以连接到诸如压力传感器之类的传感器。螺线管阀161至167被控制逻辑110控制为按照一种顺序进行切换。所述顺序可以是一个螺线管接一个螺线管的简单顺序模式，或者是例如通过编程而改变为潜在的多个预设定模式中的一个，或者它可以具有这样的模式：所述模式可以通过手动或远程命令、或通过基于一种或多种感测的污染物的值或信号模式的触发事件，从而被中断并且改变为新的顺序。所述触发事件可以从多点空气采样系统100的外部生成，也可以从信号处理控制器块130所处理的传感器信息创建。

螺线管阀161至167通过管材14、24A、44A、44B、54B、24C和64连接到空间中的采样位置13、23A和23C、以及管道感测位置43A、43B、53B和63。在图1中，例如，走廊10中的采样位置13通过管材14连接到螺线管161。房间20A和20C中的区域感测位置23A和23C通过管材24A和24C分别连接到螺线管162和166。房间排风管道采样位置43A和43B通过管材44A和44B分别连接到螺线管163和164。送风管道采样位置53B通过管材54B连接到螺线管165。最后，外部空气管道采样位置63通过管材64连接到螺线管167。作为替换，管材64可以连接到除了管道60之外的一些其它合适的位置，以获得外部空气采样。

上述管材将空气采样从感测位置传输到多点空气采样系统100的螺线管。所述管材在直径上典型地具有八分之一到二分之一英寸的内径，优选的内径是大约四分之一英寸。所述管材可以用标准塑料气管(pneumatic tubing)或本领域技术人员所知的其它合适的管材来制成，所述标准塑料气管材例如NJ的Stirling的ThermoplasticProcesses有限公司制作的，Dekoron TM低密度聚乙烯(LDPE)塑料、聚四氟乙烯、不锈钢的“Bev-A-Line XX”管材。然而，为了在传输TVOC和微粒中的较优性能，对VOC呈惰性而具有很少的吸收和解吸附的、并且导电以防止静电累积的材料是优选的，例如柔性不锈钢管材。在2004年9月23日提交的题为“TUBING FORTRANSPORITNG AIR SAMPLES IN AN AIR MONITORINGSYSTEM”的美国专利申请序列号第10/948,767号以及在2005年6月10日提交的题为“AIR MONITORING SYSTEM HAVINGTUBING WITH AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE INNERSURFACE FOR TRANSPORTING AIR SAMPLES”的美国专利申请序列号第11/149,941号中描述了其它优选材料和构造。此外，在图1中，真空泵140通过管材将空气从感测位置吸入螺线管161至167以及吸入集气管(manifold)190，所述集气管190将螺线管的所有输出端口连接在一起，并将它们连接到共享传感器120的入口。共享传感器120的出口由管材141连接到真空泵，所述管材141的构造并不关键，并且可以是不昂贵的塑料管材，例如上述的Dekoron TM或其它管材。所述管材的内直径可以做成与连接到螺线管阀的入口的管材的尺寸相似，或可能为了较少的压降因而做得更大。共享传感器120可以包括一个或多个传感器，用于测量空气特性(例如湿度、CO2、露点温度、以及差分静压)以及空气污染物(例如CO、微粒、烟、TVOC、感兴趣的特定VOC、甲醛、NO、NOX、SOX、氮氧化合物、氨、制冷气体、氡、臭氧、生物和/或化学恐怖活动制剂、霉菌、其它生物制剂、以及待感测的感兴趣的其它空气污染物)。这些传感器可以串联、并联、或串联和并联组合连接。

共享传感器120的信号输出被传递到多点空气采样系统100的信号处理控制器块130。该块130还从传感器输入块150接受其它传感器信息。该输入块150根据需要或期望从本地房间或管道传感器而不是远程传感器接受传感器信号或信息。例如，由于空气的温度将随着其移动通过管材而改变，因此不能远程感测温度。此外，某些区域可能需要即时的感测，或者输入可能不是感测到的空气污染物，例如房间开关或占用传感器的状态。这在房间20A中示出，其中房间传感器25A通过电缆26A连接到传感器输入块150，所述房间传感器25A例如可以是温度传感器。此外，可选的占用传感器27A通过电缆28A连接到传感器输入块150，所述占用传感器27A可以提供指示该空间中是否有人的数字高/低信号。传感器和传感器输入块可以接受多种信号形式，例如模拟或数字。作为替换方案，传感器可以具有其自己的板载(on board)微处理器，并通过数据通信协议与传感器输入块150通信，所述数据通信协议例如是Echelon公司的LonTalk、或ASHRAE’s BACnet通信标准所概述的合适的协议、或实际上任意其它合适的协议，包括各种专有协议和常用于提供建筑物环境内的设备之间的数据通信的其他工业标准协议。然而，典型地，当使用数字数据通信来连接到离散设备，例如25A和27A时，使用在物理层(例如EIA 485物理层)上运行的协议来实现这种操作，在所述物理层的顶部将使用合适的上层协议。在这些情况下，例如，电缆28A可以被指定为双绞线屏蔽导线对。尽管如此，可以使用对建筑物控制产业常用的任意数量的电缆类型来实现传感器25A和27A与输入块150之间的连接。此外，可以省略电缆28A，并且传感器25A和27A可以与输入块150进行无线通信。

使用信号处理控制器块130来处理来自共享传感器的传感器信息，以创建反映所感测的位置中的环境状况的虚拟传感器信号。该信息被添加到来自任何本地房间传感器(例如25A和27A)的信息，然后以各种可能的方式被使用。例如，为了监控和/或控制的目的，可以通过数字网络化的连接181将该信息发送到建筑物控制系统180。例如可以使用BACnet协议、Lonworks、XML数据交换或其它合适的接口转换来进行信息交换。物理连接181可以是以太网连接、EIA 485(也称为RS485)连接、或其它类型的数字数据通信连接。数据的另一使用可以是通过内部局域网和/或外部局域网或广域网将其发送，以在远程位置进行监控。此外，数据可以直接地或通过局域网而穿过电话网络或其它合适的连接装置171，以连接到因特网或专用网络，可以从所述因特网或专用网络使用网站或其它合适的装置来远程访问、显示、和分析来自多点空气采样系统100的数据。

最重要的是，信号处理控制器块130还可以提供风险环境空气流控制器30所使用的控制信号31和32，以及稀释通风命令信号31A、31B和31C加上房间偏置命令信号32A，其中所述风险环境空气流控制器30在图1中被示出为块30A、30B和30C。控制信号31用于动态改变风险环境20A、20B和20C的最小换气率或稀释通风水平。控制信号32用于在幅度和极性或方向(对于走廊的正极性或负极性)上分别地或组合地改变风险环境20A、20B和20C的偏置空气流21A、21B和21C。并且，给定与风险环境控制器30关联的电子器件的柔性特性，可以在控制器30内执行由信号处理控制器130执行的部分或所有功能，其中所述控制器30可以是可编程设备。在此情况下，可以在控制器30内至少部分地创建信号31和32。

参照稀释通风命令信号31，通过使用来自图2中的共享传感器220和/或本地房间传感器25A和占用传感器27A的传感器信息，信号处理控制器块130可以产生这些信号，或者部分或所有控制功能可以由建筑物控制系统180产生，例如图2中所示。进一步地，应该清楚，图1的信号处理控制器130、图2的信号处理控制器210、或图6的信号处理控制器420无需分别被物理地封装在块100、200或400内，并且能够将信号处理控制器130、210或420实现为单机模块，或将它们与图1、图2或图6内的某些其它部分(例如房间传感器25A)集成在一起。存在用于信号31的几种不同的控制方法，它们可以通过图1的信号处理控制器块130、分别通过图2的信号处理控制器块210或图6的信号处理控制器块420、或者通过建筑物控制系统180来实现。这些控制方法具有两个重要构成要件。一个构成要件涉及控制方法的类型，例如两状态、三状态或多状态、可连续改变的控制、或者涉及不连续和连续控制功能两者的组合的方法。另一构成要件涉及如何组合多个传感器信号来生成控制信号。然而注意，并不要求所述多个信号动态改变稀释通风。可以单独使用一个信号，例如光离子化检测器(PID)TVOC传感器，其拾取宽范围的化学化合物，以生成控制信号。存在很多类型的PID TVOC传感器，并且为TVOC感测领域的技术人员所知。一种类型的PID TVOC传感器的示例是RAEGuardPID、ppbRAE Plus、或MiniRAE2000，它们全部都由San Jose，CA的RaeSystems公司制造。

用于稀释通风命令信号31的控制方法的一个实施例是两状态控制方法，通过该方法，通风信号31被维持在其最小水平，例如对应于2ACH或4ACH的稀释通风值(或者某些其它合适的较低值，这取决于什么适合于被监控的环境)，除非发生触发事件，其中所述触发事件可以包括传感器信号超过阈值或触发值。如前所述，如果传感器信号仅包括一种污染物，则可以定义简单阈值或触发值(与要对其采取某种行动的所感测的污染物的值相对应)。作为替换方案，所述触发事件可以包括信号以某种方式与指定的信号模式匹配，诸如水平快速增大，即使没有达到所指定的阈值水平。触发事件还可以由一组或多组阈值和信号模式的对的组合构成，上述中的任何一个都可以构成触发事件。

如果采用多种传感器污染物(例如来自共享传感器120和/或本地房间传感器25A)，则可以将触发事件定义为以下中的任何一个：所采用的传感器信号超过阈值、与一个信号模式匹配、或满足潜在的多组阈值水平和信号模式的对中之一的条件。每个传感器信号很可能具有不同阈值水平和/或信号模式，所述不同阈值水平和/或信号模式对应于所感测的污染物的合适值，其中所述合适值基于该信号的被接受的水平，此水平与对于所述感测的污染物来说的健康、舒适度、或其他重要性准则之一或组合有关。例如，PID TVOC传感器可能具有大约0.5PPM至2PPM的阈值水平。该范围内的水平感测其OSHATLV(阈值极限值)之下的多种材料，同时仍然通过停留在不那么有害的材料(例如酒精蒸汽)的正常水平之上而不生成很多错误告警。如果使用在0.3至2.5微米范围内进行测量的微粒计数器，则可以设定这样的水平，所述水平在正常情况下不会被超过(例如在每立方英尺1.0至5百万个微粒的范围中)，而仍然拾取释放进入实验室房间的烟或某种类型的悬浮物的发展。可以基于对空间的过滤的水平来设定具体的水平，即，过滤越多，可能被使用的水平就越低。其它传感器，例如一氧化碳、氨、氮氧化合物、臭氧、或其它有毒气体传感器可以直接被设定为用于感测化合物的TLV或者在典型的操作中通常将不会被达到的较低水平。

作为替换方案，触发条件可以包括这样的组合，其中两种或更多被感测的空气污染物各自均达到或超过对该化合物的给定水平或满足某种信号模式条件。例如，分别地，细小微粒(例如1.5百万个微粒每立方英尺)的适中水平、TVOC(例如0.5PPM)的适中水平、或者温度偏离到85度之上的适中水平自身将不触发对增大稀释通风的需要。然而，满足前述条件的所有这三种污染物的组合可以指示小的实验室起火或爆炸，这种起火或爆炸将明确地需要增大稀释通风水平。

涉及多个感测的污染物的触发条件的另一种实施方式可以是加性的触发条件。这种情况的一个好的示例与对危险材料的暴露有关。OSHA表明，可以通过相加每种单个化合物的水平对其TLV的分数来计算混合气体的有效TLV，以取得组合后的混合物对组合后的TLV的分数。例如，如果系统检测到一氧化碳处于阈值限制值的65％，并且感测到二氧化硫处于其TLV值的70％，则虽然单独来看没有化合物会触发该系统，但它们二者的组合将处于组合后的TLV的135％，这样将组成触发条件。为了实施该方法，每一感测的感兴趣的污染物将被个别地比例缩放，然后加在一起，并且为加和后的结果设定阈值触发。

可以如何设定触发条件的另一变型是，基于某种其它污染物使触发条件改变或变化。例如，可以基于占用来改变触发条件，如果该空间中没有人，则可以稍微提高对于某些污染物的触发条件。然后，当例如通过房间20A中的占用传感器27A、卡访问系统或其它手段(例如对该空间中的CO2的变化的检测)同过某种方式检测到或确定出在空间中有人，则可以降低触发水平。还可以具有对触发水平的手动的本地或远程强制覆盖(override)改变，其例如基于对实验室中的污染物的关注增加或减少。作为替换，可以由图1的信号处理控制器130、图2的信号处理控制器210、图4的信号处理控制器530、或图6的信号处理控制器420、某些其它系统(例如建筑物自动化或建筑物控制系统180)、或风险环境空气流控制系统来自动改变这些水平。

最后，可以使用所感测的污染物值或传感器信号模式条件的任意数量的不同逻辑或布尔组合作用于任意数量的所感测的污染物，并且受任意其它组条件的影响或由其它系统对其产生作用，从而通过增大稀释通风命令31来触发对增大稀释通风的需要。

存在大量控制技术，其可以用于生成命令31，以便改变所监控的风险环境20内的通风量，从而充分稀释感测到的污染物，以防止空气传播的污染物的浓度超过特定水平。从控制逻辑或算法的角度来说，人们可以使用的任意方法都被看作是本发明的各个方面，无论该方法是涉及连续或不连续控制功能、模糊逻辑、比例-积分-微分功能(proportional-integral-derivative function)、前馈功能、自适应控制的开环或闭环策略，或是控制系统设计领域中的技术人员所知的其它技术。

图7A示出当信号处理控制器130被配置为提供两状态控制功能时，与命令31相关联的稳态(steady state)水平的一种可能的情形，提供所述两状态控制功能使得当感测到的来自风险环境20的污染物转变为高于所建立的触发值时，命令31从正常水平或ACH(每小时换气次数)值增大到增强的稀释模式水平。反之，当所感测的污染物的值从触发值之上的水平转变为该值之下的水平时，命令31将降回到其正常稳态ACH值。图7A没有涉及在命令31从正常ACH值转变为增强的稀释模式、或从增强的稀释模式转变为正常ACH值时所述命令31的时间响应，因为这是一种特定控制技术的功能，所述特定控制技术用于在确保在系统内维持了稳定性的同时进行这样的转变。作为本发明的一个实施例，图7A的两状态方法对于在许多应用中使用来说是可接受的。然而，在某些情况下，将通过包括防止命令31震荡的措施而使图7A所描绘的用简单切换机制所实现的系统稳定性受益。

作为本发明的一个实施例，当命令31从正常ACH值(例如3ACH-4ACH)转变为增强的稀释模式(例如10ACH-15ACH)时，命令31将被锁存或者成为被固定在该较高的值，从而如果在该转变之后，所测量的污染物降低到触发值之下，则换气率将仍然保持是高的。这种方法可以伴随某种形式的通知机制，所述通知机制来自建筑物控制系统180、或采样系统100、300、400、或经由互联网连接171、或来自空气流控制器30或空气流控制器30所连接的该系统的某些其它部件，所述通知机制将向维护人员或其它员工告警：已经超过了触发值，从而可以手动重置该信号处理控制器。

作为替换实施例，替代锁存命令31，当所感测的污染物的值超过所建立的触发值时，人们可以应用图7B所示的滞后功能，其描述了与命令31相关联的稳态水平的另一情形，其中，提供了两个不同的触发或转变点(输入低触发和输入高触发)。在此，当命令31处于与正常ACH值对应的水平时使用输入高触发，而当命令31处于与增强的稀释模式对应的水平时使用输入低触发。

用于稀释通风命令信号31的示例性控制方法类型是三状态控制方法。与具有两个输出水平(例如典型地用于净化(purge)的高水平、以及低正常操作水平)的前述控制方法不同，本方法具有三个输出水平。这三种水平的一个典型应用是，与前述相同的两个水平，并且添加中间水平，所述中间水平不是用于溢出(所感测的污染物的水平的极度越界)，而是用于控制期望被降低的所感测的污染物的更适中的水平。例如，如果感测到来自TVOC检测器的1PPM和10PPM之间的水平，则系统将增大适中的水平，例如从3ACH的最小水平增大到6ACH的水平。然而，如果TVOC检测器感测到10PPM之上的水平，则系统将进入净化模式，该净化模式可能具有10ACH至15

ACH的稀释通风。这种方法限制了用于适中污染物水平的能耗，并且降低了以下情况发生的机会：如果多个房间处于这种适中水平，则过多的房间被命令为最大换气率(ACH)值使得超过建筑物的总系统空气流容量。三水平方法或其它多水平方法(或者VAV方法)的另一优点在于，其减少了实现不稳定状况的机会，在所述不稳定状况中，由于随着系统通过超过稳定操作状况所需的量而交替地增大并超调(overshoot)、然后降低并欠调(undershoot)所期望的稀释空气流命令水平，所述污染物的稳态释放被交替地净化为低的值、然后缓慢往回增进，导致房间空气流会上下变化。

可以将所述三状态控制方法从三个输出状态扩展到用于稀释通风命令信号31的任意数量的输出状态，以提供用于空间的稀释通风的不同水平。最终，使用诸如来自共享传感器120和/或本地房间传感器25A之类的多个感测信号的方法中的任何方法都可以如上所述用于所述的两状态的方法，也可以用于三状态或其它多状态控制方法。

用于稀释通风命令信号31的一种示例性控制方法类型是可变空气量或VAV方法。在该方法中，一旦感测的污染物信号达到某个触发水平或者与某个信号模式匹配时，稀释通风命令信号31就可以用连续的方式从最小水平一直增大到最大水平，其中所述最小水平将与两状态方法或多状态方法的最小状态输出匹配，所述最大水平将对应于两状态方法或多状态方法的最大水平。如同上述控制方法一样，这种有效的“无限状态”方法可以与诸如来自共享传感器120和/或本地房间传感器25A之类的一个或多个所感测的信号一起工作，并且可以按任意方式组合。然而，该方法的一个不同之处在于，该方法需要具有与命令信号31有关的连续输出的“触发”信号。可以从诸如来自共享传感器120和/或本地房间传感器25A之类的一个或多个所感测的信号来形成这个触发信号，如前所述。

可以在这个触发信号和命令信号31之间建立线性关系或非线性关系。例如，在线性关系的情况下，可以使用偏置和简单比例或增益因子以及最小箝位和最大箝位，从而随着触发信号增大并超过最小命令信号值，命令信号31也将增大，直到它达到最大的所允许的命令信号值。使用VAV方法的原因之一在于，要创建受监控的空间内的IEQ的闭环控制，从而防止可能通过两状态方法而在某些情况下生成的振荡控制模式。采用VAV方法，可以将增大的通风水平维持在最小命令信号31水平和最大命令信号31水平之间，而不发生振荡命令水平，特别是在存在污染物散发水平大致恒定的情况下。可以将该方法用于将空气污染物(例如TVOC、微粒或以其它空气污染物)的水平调节在某个设定点，而不是将其驱动到最小水平，其中可以证明所述最小水平在长期运行在高通风的能量消耗方面而言是昂贵的。当污染物并非特别危险的污染物，并且可以被设定为维持在不产生健康影响的水平时(例如微粒)，该方法将会是合适的。

作为替换方案，可以将这种VAV方法用于另一目的，其中，CO2水平被感测，并且用于设定给定的最小稀释等级，以满足某些建筑物规范与条例(codes and guidelines)，例如针对控制给定污染物水平的ASHRAE标准62-2004中所涉及的，其中所述给定的最小稀释等级与空间中的人的占用情况或人的数量有关，诸如是给定量的外部空气或每个人的cfm。可以这样进行操作是因为空间中的CO2的水平与该空间中的人的数量除以引入到该空间中的外部空气的量之间具有固定关系。这种类型的控制有时被称为需求控制稀释，并且已经用于办公环境，以允许使用循环的或回风空气的设施中的外部空气等级近似地跟踪占用水平到例如每人15cfm至20cfm的水平。在这种控制方法中，CO2被用作代理(proxy)，用于直接测量由于人所呼出的固定量的CO2(对于进行轻度办公室工作的人近似为0.01CFM每人)而导致的cfm每人的通风水平，并用于提供有效测量空间中的人数除以引入到该空间的外部空气的手段。

在污染物被控制为设定点值的VAV污染物控制方法中，作为替换方案，可以使用与前述方法相似的方法来组合或叠加多个空气污染物信号，而不是仅一个信号，以生成单个混合的或组合的污染物信号，则该信号自身可以被控制到设定点值。

图8A和图8B示出另一实施例，该实施例是对闭环系统900的总览，所述闭环系统900用于通过按照连续(或VAV)方式在所规定的极限之内改变风险环境(例如20)内的换气率来提供稀释通风控制，以便防止所感测的污染物(例如TVOC)的水平超过规定的值。在此，从污染物设定点901减去传感器反馈908，以便(通过误差级902)创建误差信号914，其中所述污染物设定点901表示系统900要把所感测的污染物的水平控制到怎样的水平。控制块903作用于误差信号914，以便创建由最小ACH箝位块904和最大ACH箝位块905所限制的项，从而产生命令31，其中所述命令31是对空气流块906的命令，所述空气流块906包括空气流控制器30和其所控制的排风和送风流(42和52)。图8A还描述了块907，其表示风险环境的稀释特性。对于熟悉控制系统设计领域的技术人员，环境的传输特性可由所述稀释特性表示，在此情况下，所述传输特性定义在控制下的环境的换气率如何与感测的污染物908的值有关。在此，反作用(reverse act)于控制块903、最小ACH箝位904、和最大ACH箝位905的误差级902可以被实现在信号处理控制器130内或建筑物控制系统180内。

可以使用控制系统设计领域中的技术人员所知的大量控制策略中的任何控制策略来实现控制块903，并且控制块903例如可以包括比例控制、比例-积分控制、比例-积分-微分控制、前馈技术、自适应和预测控制、以及模糊逻辑策略的任意组合。控制块903的本质要素之一在于，它提供必要的反作用以及电平转换(level shifting)功能，从而它可以合适地作用于误差信号914(给出对误差级902示出的减法逻辑)，以便创建命令项31，至少对于传感器反馈908超过污染物设定点901的情况，所述命令项31将产生风险环境换气率的增大。(作为替换方案，可以改变902的逻辑，从而使908减去901)。举例来说，污染物设定点901可以被设定为1.5ppm，并且所感测的污染物例如可以是TVOC(例如使用光离子化检测器或PID传感器)。控制块903将被配置成使得当传感器反馈908小于设定点901时，903的输出将小于或等于由最小ACH箝位块904所建立的最小箝位值。904是“高-选择(high-select)”块，即它将比较903的输出值与某个最小箝位值(例如4ACH)，并将两个值中较大的值呈递给下一块905。例如，如果903的输出是2ACH，并且904中设定的最小箝位值是4ACH，则904的输出将是4ACH。904的输出被呈递给最大ACH箝位905，其中所述最大ACH箝位905提供“低-选择(low-select)”功能，即它将比较904的输出值和规定的“最大箝位”值(例如12ACH)，并将这两个值中较小的值输出到空气流块906。系统900的工作方式是：如果所感测到的污染物的水平突然增大(例如由于实验室中的溢出)到污染物设定点901(例如设定为1.5ppm TVOC)之上，则控制块将(在例如设定为12ACH的最大箝位905的限制内)把命令31增大到将受控环境内的TVOC浓度限制到1.5ppm所必需的值。在实践中，可以将设定点901设定为小于用于要被感测的污染物的TLV的值，以确保所维持的浓度将被限制为安全的稳态值。作为替换方案，污染物设定点901可以具有基于由908监控的污染物的持久性而进行调节的动态值。

图8B示出提供与图8A相同的控制功能的系统900的替换实施例，但用于任意数量“n”的污染物。对于该方法，为每种被感测的污染物提供专用的误差级902和控制功能决903(1至“n”)，其中，示出为信号909的第n种感测的污染物的设定点进入误差级910，其中所述误差级910具有输出915，所述输出915由功能块912来处理。来自每一控制块例如来自控制块903至912的输出被呈递给高选择块913，所述高选择块913将来自控制块的各控制项中的最大的一个传递给空气流块906作为命令信号31。使用该方法，我们可以基于多种污染物例如TVOC、微粒、以及其他污染物的宿主，对于每种被监控的污染物具有各自的设定点诸如901到909，从而将稀释通风控制提供给诸如20之类的环境。

图4中的信号处理控制器块530中示出了图1的信号处理控制器块130或图2的信号处理控制器块210的信号处理逻辑部分的实现。在该图中，可以用模拟或数字逻辑来实现控制功能，或可以用计算机软件或固件程序或它们的任意组合来实现控制功能。在图4中，共享传感器520创建一个或多个输出信号或变量，其例如在图中示出为传感器信号525、526、527，分别表示各个传感器CO2、CO和TVOC的输出。虽然图4示出了使用这三个传感器，但可以使用任意数量或类型的传感器。由于传感器对于来自多个房间(在此示例中是三个房间)的空气采样被复用，因此如上所述对应于传感器信号的给定房间的单个或“虚拟”传感器信号、或者该房间或区域中的给定空气污染物的所表示的软件变量必须从所述污染物的信号流中被解复用。由解复用器531、532和533在信号处理控制器530内进行该操作，所述解复用器531、532和533通过使用来自控制逻辑块510的控制信号511分别对CO2、CO和TVOC传感器信号解复用。块510对应于图1的控制逻辑块110、以及图2的信号处理控制器块210的一部分和控制逻辑块310A、310B、和310C的一部分。解复用块531、532和533的输出是单个或“虚拟”传感器信号或软件变量，其表示所感测的污染物或用于房间20A、20B和20C的其它空气特性或空气质量参数。例如，信号522A、522B和522C分别表示用于房间20A、20B和20C中的所感测的CO2水平的信号或变量。

这些虚拟传感器信号将典型地具有表示最后解复用的值的值，该值将在该水平被保持为恒定，直到对该信号的相应位置的下一次采样。此时，信号将把值改变为等于新的解复用后的值。从一个解复用后的值到下一解复用后的值的这种状态转变可以作为信号中的快速或近似阶跃变化(step change)而发生，或者它也可以取决于虚拟信号的期望特性、该信号在控制什么、以及对位置进行采样的频率，按照在时间上持续从几秒到几分钟的斜坡(ramped)的方式逐渐发生。优选方法将是：在5秒到60秒之间的时间发生值的逐渐改变。

如果我们再次关注用于房间20A的变量，则用于CO2、CO和TVOC的信号分别是522A、523A和524A。如前文所述，然后可以根据需要用偏置比例缩放块534A、535A和536A分别修改这些单独或虚拟传感器信号522A、523A和524A，或者然后可以应用某些其它控制功能。然后，由功能块537A作用于来自偏置比例缩放块534A、535A和536A的这些修改后的信号。这个块可以将这些信号加在一起，取信号中较高的信号，单独地或作为群组将阈值或信号模式触发功能应用于所述信号，或者如上所述应用某些其它方法以组合或使用这些信号。在块537A已经应用了合适的触发准则、某种形式的非线性或线性比例缩放和偏置准则、控制环增益函数、或某些其它控制或布尔逻辑之后，块537A的结果是创建两状态命令信号、三状态命令信号、或多状态命令信号、或VAV稀释通风命令信号。最终，所述命令信号或控制变量可以被输出到建筑物控制系统或另一系统作为数字信号或变量(例如信号538A)，或者作为空气流命令信号或软件变量(例如由输出块540A创建的稀释通风空气流命令信号31A)，并被用作对房间20A的风险环境空气流控制块30A的输入。

可以在功能块537A内实现的另一个功能是时间延迟或斜坡功能。例如，当超过阈值时，将变为通风命令信号31A的功能块537A的输出可以被增加到其最大值或净化值，所述最大值或净化值例如可以对应于10至16ACH之间的房间换气水平。值这种增大可以即刻发生，或者也可以由功能块537A命令为逐渐的斜坡。这样的斜坡或缓慢增大信号可以发生一分钟或更长的时间范围。可以进行这种操作，从而不令人反感地快速增大房间的流水平，或导致控制系统试图跟上快速变化信号所产生的问题，如果送风和排风控制设备不能跟上变化信号，则会导致加压问题。相似地，当通风命令信号表示要从较高水平(例如10ACH)降低到较低或最小水平(例如4ACH)时，功能块537A可以创建缓慢斜坡，其在某个时间段(例如一分钟或更长)中逐渐降低输出信号31A。

相似地，水平的这种增大或降低斜坡或逐渐改变可以是具有恒定增大或降低速率的线性方式，或者也可以是例如具有指数变化速率的非线性方式，因此斜坡可以更快地开始并逐渐放慢或反之缓慢地开始并逐渐增大其值的变化速率，直到信号达到最终的值。这些斜坡还可以基于信号是增大还是减小而处于不同速率。例如，如果检测到房间中污染物的溢出或污染物水平的大幅度增加，则通过快速增大稀释通风命令31来快速增大房间的稀释通风是有利的。然而，具有向下的缓慢斜坡也会是有帮助的；或许花费5至15分钟来逐渐降低稀释通风流，以确保污染物甚至被移除到检测阈值以下的水平。

在大信号范围中对变化的流进行斜坡变化的一个替换方案中，出于与上述相同的原因，可能期望不仅改变由信号处理块530和其中的功能块537A创建的稀释通风命令31的变化速率，而且还基于例如来自共享的解复用后的传感器信号522A、523A、和/或524A的所感测的空气污染物的变化来改变可能的阶跃变化量。换句话说，与从一个空气采样测量允许从最小稀释等级到最大稀释等级的完全转换(fullslew)相比，可能更加期望限制稀释通风空气流中的最大阶跃变化。例如，可以将最大阶跃变化大小设定成表示在从最小的4ACH到最大的16ACH的可能范围中的4ACH的空气流的增大。例如在将最大阶跃大小设定为4ACH的情况下，可以取三个连续的空气采样，其具有超过触发值的污染物值，以便将稀释命令31从最小值提升到最大值。相似地，如果最大降低也被限制为等于4ACH的流等级，则将取低于用于稀释命令水平的触发值的风险环境空气污染物的三个连续测量，以从对应于16ACH的水平降低到4ACH。

按照与上述斜坡方法相似的方式，阶跃高度的增大或降低可以具有不同的大小。例如，为了快速响应于溢出，对于稀释通风命令31的向上或增大变化，可以没有极限或具有较大的极限。然而，如果源不是溢出而是连续发射，为了确保使大量稀释降为很低的水平并且减少振荡的概率，可能有利的是，具有较小的阶跃变化大小的降低，以将稀释通风保持在较高水平达到较长时间段，从而花费几个空气采样周期来将通风水平充分降低到其最小值。

用于设定阶跃高度或也可能是斜坡坡度的另一手段基于所检测的污染物或其变化率的水平。如果自从最后的采样或最近的几个采样以来检测到污染物的较大值和/或其水平的快速上升，则可能有利的是，使用不同的阶跃变化高度或斜坡坡度。例如，在其中突然增大到大的污染物值的溢出中，立即将稀释命令31标记为其最大值可能是比较谨慎的。可以对较小的阶跃设定值的较小的或更逐渐的增大。另一方面，急速的向下增大可能不改变向下阶跃水平，以保持较高的通风来更好地清洁空气。作为替换方案，出于节能的原因，和/或如果偶然有很多并不危险的污染物水平短暂向上漂移，如果污染物水平已经刚刚快速下降到触发水平之下，则将通风命令31降低到其最低水平可能更有利。这样，可能也会有利的是，使不同阶跃或输出特性与每一空气污染物相关联。结果，基于哪种(哪些)空气污染物触发了对更多稀释通风的需要，输出控制特性将会不同。

信号处理控制器块530的输出信号还可以被用于基于感兴趣的污染物的水平或溢出的检测来改变采样序列，以更紧密地观察。在这个替换方法中，可以通过控制逻辑块510所用的信号处理控制器块输出信号512来改变从风险环境20进入共享传感器的空气采样的序列，以便在特定空间20中的所检测到的感兴趣的事件的时间段期间，基于潜在的时间上的基础来修改采样序列。基于看到控制信号或软件变量512的值增大到某个较高的触发水平或表现出某种信号模式，例如幅度的快速上升，控制逻辑块510可以提高检测到该事件的空间的空气采样的频率。作为替换或者附加地，受影响的空间周围的区域可以接着被快速采样，或以较高频率被采样，以寻找对其它空间的污染物扩散。在本发明的上下文中，幅度的快速上升可以被定义为，例如由于挥发性有机化合物的溢出而导致的，值在小于5分钟内突然增大到诸如正常触发水平的许多倍的水平。

可以用图1或图2的采样系统来实现采样或控制序列时的这种改变。如果使用了图2的系统，则很有可能由信号处理控制器块210来执行对事件的检测，并且由控制逻辑块310A、310B、310C和310D来执行序列的改变。

如果在一个或若干个空间中检测到某种类型的事件，则可以实现的控制序列的另一种改变是：通过一次将若干个空间的空气采样相加以测量若干个房间的混合采样，来改变采样序列。可以通过一次接通一个或多个螺线管接通以收集受影响区域的混合采样或靠近受影响区域的多个区域的混合采样，以快速寻找进入其它区域的潜在溢出，从而实现上述操作。可以用与上述相同的方式来实现该操作，但其将涉及接通多个螺线管阀，例如图1中的螺线管161、162、163和164，或者图2中的螺线管361A、362A、363A和361B。

参照图2，该图涉及本发明的另一优选实施例，其针对通过使用网络化空气采样系统(例如与美国专利第6,125,710号中所描述的系统相似的系统)在单通风险环境中动态控制稀释通风。这种采样系统具有多种功能，并且与图1所示的系统相似，主要差别在于螺线管开关和某些控制是分布在整个建筑物中而不是位于一个中央单元中。结果，图1所示的中央采样单元100被传感器和控制单元200连同分布式空气和数据路由器300A、300B、300C和300C有效地替代。由信号处理控制器块210来处理信号处理功能和对系统的序列安排的控制。此块210执行前面已经描述的图4中的块510和530的功能。共享传感器块220执行与图4的块520和图1的块120相同的功能。

块300A、300B、300C和300D是空气和数据路由器，它们容纳螺线管阀361A、362A、363A、361B、362B、361C和361D，以及被包含在输入/输出块320A和320B中的潜在的某些模拟或数字输入和输出功能。例如，空气采样位置23A经由管材或空气传输导管(conduit)24A连接到螺线管362A，所述螺线管362A是空气和数据路由器300A的一部分。之前除了以下内容之外，描述了这种管材或空气传输导管24A连同44A、14、44B、54B、24C和64：空气传输导管还可以与用于添加网络化数据通信的一些附加导电体、低电压功率、信号导线、和其它潜在的功能相关联，如2004年9月23日提交的题为“TUBING FOR TRANSPORTING AIR SAMPLES IN AN AIRMONITORING SYSTEM”的美国专利申请第10/948,767号，以及于2005年6月10日提交的题为“AIR MONITORING SYSTEMHAVING TUBING WITH AN ELECTRICALLY CONDUCTIVEINNER SURFACE FOR TRANSPORTING AIR SAMPLES”的美国专利申请第11/149,941号中所述。添加这些导体使得本地传感器能够被方便地并且成本效率地添加到系统。

例如，采样位置23A、以及其它采样位置43A、43B、53B、23C和63也可以包含本地温度传感器，以感测房间或管道温度。可以把来自该温度传感器或其它传感器(例如湿度传感器)的信号，或其它空气特性通过数据通信电缆(例如双绞线、屏蔽双绞线、光纤光缆、或其它数字数据通信介质)发送到空气数据路由器300作为数字数据通信信号。作为替换方案，可以通过一个或多个信号导体经由模拟信号将传感器信息发送到路由器300，作为模拟电压或电流信号。其后，可以由路由器300A或300B中的I/O块320A或320B分别将这个模拟信号转换为数字信号。

这些I/O块320A和320B还可以监控其它空气污染物或信号输入，所述信号输入与空气采样入口不关联，而是具有对I/O块的数据通信电缆、模拟信号电缆、或其它连接。这些传感器的一个示例是房间传感器25A和占用传感器27B、占用开关28C、或紧急排风开关81，房间传感器25A可以是温度传感器、空气污染物传感器、或其它类型的传感器，例如光传感器、差分压力传感器、空气速度传感器、或其它建筑物传感器。在占用传感器27B、占用开关28C、或紧急排风开关81中，在本发明的上下文中将占用传感器定义为可以通过红外线能量装置、运动装置、卡访问装置、或其它装置来检测空间中的人的存在的传感器，而在本发明的上下文中将占用开关定义为房间开关，例如手动操作的灯开关或当占用者进入或离开空间时由他们操作的其它类型的房间开关。在本发明的上下文中将房间开关定义为某种类型的开关，其例如可以是电开关、机械开关、光开关、或气动开关，其位于风险环境中或风险环境附近，可以被手动地操作为将状态变化传送给所连接的系统。紧急排风开关被定义为这样的房间开关，例如墙壁开关(electrical wall switch)，当发生紧急事件例如着火、溢出或爆炸时，其可以由占用者来开动或激励。紧急排风开关可以影响某些结果，例如将最大稀释通风提供给空间，和/或通过增大空间的负偏置来潜在地提供密闭操作，或者它也可以仅用于监控。为了方便共享布线，这个房间开关以及一些其它开关可以位于同一房间位置中，并可能与空气采样拾取器处于同一包围物(enclosure)中。其它类型的房间开关或传感器也可以连接到空气和数据路由器300的I/O块320。

在空气数据路由器300内，多个螺线管阀的输出可以和集气管390A和390B通气地集合在一起。这些集气管加上各个螺线管阀(例如空气和数据路由器300C中的螺线管361C或路由器300D中的螺线管361D)与管材或传输导管202连接在一起，以将空气采样传输到多点由真空源140移动的空气采样单元200中的共享传感器220。空气和数据路由器的控制、以及把数字感测空气特性和污染物数据从路由器内的I/O块或从空间中的本地传感器的传送回多点空气采样单元200的通信是通过数据通信电缆201进行的。可以使用前文对空气传输导管24A所提到的相同材料以及从空间20到路由器300的其他连接来构建空气传输导管202。可以用任何常用的数据通信介质(例如双绞线、屏蔽双绞线、光纤光缆或其它介质)来制成数据通信电缆201。此外，在一个优选实施例中，可以将空气传输导管202和数据通信介质201组合为一个结构化的电缆，如对房间20和路由器300之间的连接所描述过的那样。

如图1中所示，多点空气采样单元200还连接到因特网170，以将关于风险环境的信息发送到受口令保护的网站以供占用者或设施人员查看。同样如图1中所示，多点采样单元200也可以通过数据通信介质181与设施的建筑物控制或管理系统180进行接口连接，并将数据往返发送。可以直接地或通过多个接口协议(例如BacNet、Echelon的Lon、XML、OPC或其它协议)中的一个来进行该操作。

除了空气和数据路由器300之外，建筑物控制系统180也可以用于接受各种传感器输入信号，例如占用开关28C的29C，以及来自紧急排风开关81的信号82，其中所述空气和数据路由器300可以接受来自空间20的所感测的输入信号，并提供信号输出31和32以帮助对房间20进行控制。该信息可以由建筑物控制系统来直接使用用于控制，并且还被传送回多点空气采样系统200。建筑物控制系统180还可以使用来自复用的空气采样系统100或200的传感器信息、以及潜在的本地感测到的信号、房间开关信息、以及其它建筑物信息，提供控制信号来帮助控制房间20中的空气流，如提供给风险环境空气流控制块30C的信号31C和32C所示出的那样。

图3示出其中一个风险空间、以及其中一些空气流控制和反馈设备、以及其中所使用的信号的更详细的图。除了前文所述的部件之外，该图还示出房间排风空气流感测和控制设备或设备41、房间排风空气流控制信号47，以及房间排风反馈信号48。还包括一个或多个送风空气流感测和控制设备51、送风空气流控制信号57、以及送风反馈信号58。示出的新设备是本地温度传感器91，其通过电缆92与温度控制器90通信。所述温度控制器可以是作为单机系统的建筑物控制系统180的一部分、或控制风险环境中的空气流的分立系统的一部分。这种控制系统例如分别包括图3的特殊排风装置71、房间排风装置41、送风空气流控制器设备51、以及风险环境空气流控制器30，并且通过维持给定的房间压力或空气量偏置来至少控制房间的加压，这种控制系统在本发明的上下文中被称为风险环境空气流控制系统，其在某些情况下还可以被称为实验室空气流控制系统。温度控制器90的目的在于提供温度控制，所述温度控制可以包括将热负载或温度命令93发送到风险环境空气流控制器30，以增大或减小进入空间20的送风空气流。温度控制90还可以控制作为其他温度控制手段的增大馈送到空间20中的送风的温度的再热盘管、或空间20中的周边加热盘管。

图1、图2和图6中未示出的另一要素是添加了特殊排风空气流控制和感测设备71。该控制设备连接到特殊排风管道70。特殊排风设备72可以是从风险环境排出空气的多种特殊排风设备之一，诸如实验室排风柜、通气管排风装置、通风罩、化学存储间、生物安全间、动物笼排风装置、或其它设备。典型地，基于设备的某些方面，这些设备的流可以是固定的、两状态的、或者可变的。例如，可以使通过实验室排风柜的流可变，并且与排风柜视窗开口(sash opening)的大小成比例，以维持恒定的表面速度(face velocity)。在图3中可以看到这种类型的控制，其中，特殊排风设备72通过空气流控制信号77控制特殊排风空气流控制设备71。特殊排风反馈或感测的空气流信号78连同例如由反馈信号88所示例的潜在的一个或多个其它特殊排风空气流反馈信号，被发送到空气流控制器块30。

图5是风险环境空气流控制器30的控制图的示例性实施例。单通风险环境空间内的送风空气流被设定为以下中的较高的一个：空间的特殊排风空气流所需要的补给空气、用于满足温度命令的房间送风空气流需求、或用于空间中的稀释通风的需求。如图5所示，实现该操作首先通过由求和块33对任何和全部特殊排风反馈信号(例如流信号78和88)进行求和。这种总计的特殊流排风反馈信号然后被提供为进入高选择信号比较器34的一个输入。高选择信号比较器34用于取提供给它的三个信号中的最高的一个，在任何给定时间，通过该块34的信号总是这三个信号中最高的信号。进入高选择信号比较器34的下一输入是用于改变送风流的温度命令93，其后，所述温度命令93在比例缩放块38中根据需要而被比例缩放和偏置，对于模拟信号，使其具有与另外两个空气流命令信号输入相同的比例因子(例如每伏特特定数量的cfm)，或者对于表示空气流的软件变量或固件变量，所述温度命令93被直接比例缩放为给定的一组单位(例如每秒cfm或公升)。第三信号是稀释通风命令信号31，该命令信号在图6的多点空气采样系统、离散本地传感器系统、或者建筑物控制系统180的辅助下生成，并且同样由比例缩放块39根据需要进行比例缩放和偏置，以使该命令具有与其它信号相同的比例因子。

进一步示出通过以下方式来创建的用于送风空气流控制设备51的命令57：取高选择信号比较器34的输出，并通过减法块37从该输出中减去偏置信号32。房间偏置空气流命令32可以是固定偏置，例如最大送风或排风cfm的10％，或其可以是按照两状态、多状态、或VAV方式改变的信号。这种偏置空气流的目的在于创建对房间一般较轻微的负压力，尽管在某些应用中，偏置空气流极性可以被翻转，以替代地创建空间相对于走廊或其它空间的净的正压力。作为两状态控制信号的房间偏置空气流命令32的一个示例性应用是，信号32例如是正常房间操作的最大送风量的10％的值。然而，当经由某些传感器、告警系统检测到溢出或其它紧急状况(例如着火或烟雾释放)时，或手动地利用紧急排风开关81，可以通过采样系统、建筑物控制系统、或图6的系统来将房间偏置空气流从其正常值增大。将偏置空气流增大到潜在的高得多的值将降低送风空气流的量，从而对于房间创建大的负偏置空气流，以提供对增多的污染物的测量，从而防止溢出蒸汽或烟雾扩散进入其它空间。

最后，图5示出如何通过首先以送风流反馈信号58作为开始来创建用于房间排风空气流控制设备的命令47的一个实施例。从送风流反馈信号58中减去特殊排风反馈信号78和88之和，并将其加到房间偏置空气流命令32。所得到的信号是房间排风命令信号47，其用于设定和控制房间排风空气流控制设备41的流。

图6还示出本发明实施例的另一设施监控系统的实施例，其仅使用位于要被监控的空间或管道中的单独的空间或管道传感器，而没有图1或图2的实施例的中央感测。该实施例还可以组合和使用多个房间传感器(例如425A和427A或位于房间20A中的其它传感器、或房间20B的房间排风管道40B中的其他传感器)的输出，以动态改变单通风险环境20(例如实验室或饲养室)的稀释通风。所述来自相同空间的一个或多个传感器输出或来自多个位置的传感器输出可以如上所述被组合，或以不同方式被使用。

更详细地描述图6的实施例，房间20A包含两个本地或房间传感器425A和427A。这些传感器经由电缆426A和428A分别连接到数据获取和控制器块400A的I/O块430A。取决于传感器的输出，这些电缆可以具有多种不同介质。例如，如果这些传感器或其它传感器具有电流输出或电压输出，则模拟信号导线可以用于这些电缆。如果传感器425A和427A或任何其它传感器的输出是数字信号，则典型地可以使用双绞线或屏蔽双绞线。如果输出是数字光学信号或光信号，则可以将光纤光缆用于图6中的这些和其它本地房间传感器。

房间传感器425A和427A可以是多个不同传感器中的一个。例如，它们可以是微粒计数器和TVOC传感器，或它们可以是任意多个如上所述的其它类型的传感器(例如CO、CO2、臭氧、氡、其它有毒气体、氨、湿度、露点温度、光、差分压力传感器等)中的两个或更多。

此外，图6中的房间20B示出使用本地管道传感器，例如安装在房间排风管道40B中的单个的传感器443B和445B，以及安装在送风管道50B中的本地管道传感器543B和545B。这四个传感器被示出为通过电缆444B、446B、454B和456B分别连接到数据获取和控制器块400B的I/O块430B。相似地，房间20C示出使用房间传感器425C和427C，所述房间传感器425C和427C通过电缆426C和428C连接到数据获取和控制器块400C的I/O块430C。I/O块430C也监控安装在外部空气管道中以测量外部空气状况的管道传感器463和465。这些传感器463和465通过电缆464和466分别连接到I/O块430C。图6所示的任何传感器都可以用于感测前述多种空气污染物或其它类型的空气污染物、空气特性或可以被感测的感兴趣的建筑物参数中的任何一个或多个。此外，虽然图6未示出，但也可以通过将图1或图2所示的房间开关或房间传感器中的任何一个或多个(例如占用开关28C、紧急排风开关81、占用传感器27B等)连接到I/O块430C的输入中的一个或多个，从而将这些开关或传感器用于图6的实施例。

在图6中，数据获取和控制器块400A、400B和400C还分别包含控制逻辑块410A、410B和410C。这些控制逻辑块用于控制数据获取和控制器块400的功能运行和逻辑，并帮助通过通信电缆介质401与其它数据获取和控制器块和/或另一建筑物系统例如建筑物控制系统180进行通信和接口连接。通信电缆介质401以及201、181和171在本发明的上下文中可以被定义为数据网络或通信电缆，其是例如用以太网或RS 385电缆来实现的某种形式的数字数据通信网络的一部分，所述以太网或RS 385电缆运行诸如BACnet、Lonworks之类的通信协议，或者诸如Johnson Controls的Metasys N1或N2总线之类的建筑物控制或其它建筑物通信协议。

类似于图2中的块320A的I/O块430A加上信号处理块420A还用于创建用于房间20A的模拟或数字空气流控制信号31A和32A。在房间20B中。信号处理控制器块420B还生成稀释通风空气流控制信号31B，作为进入风险环境空气流控制器30B的输入，然而在该示例中，控制器30B是网络化的控制设备，并经由通信网络401接收其所有控制和反馈信号。对以该实施例，空气流控制信号31B具有软件变量的形式、或其它数字信息形式，由风险环境控制器30B来寻址和接收。例如通过使用图2的数字通信电缆201或图1或图2的建筑物控制通信介质181，这种类型的网络化命令31B同样可以用于图1或图2的实施例。

以相似的方式，图1、图2和图6中描述的空气流控制设备、空气污染物传感器、或控制器中的任何一个或多个可以是网络化数字设备，借此，控制、反馈和传感器信号可以是这样的数字信息：所述数字信息经由网络化通信系统(例如专用LAN或以太网或Arcnet之类的局域网)或者甚至经由公共通信网络(例如因特网)而在设备之间被传送。

图6还示出风险环境空气流控制器(例如30C)可以如何通过与数据获取和控制器400通信的建筑物控制系统180接收其控制信号31C和32C。作为替换方案，可以由建筑物控制系统180来实现和执行图6所示的所有数据获取和控制器功能，而无需例如由其他的分立块400所指示的其他的分立数据获取和控制系统。在后者的情况下，可以由建筑物控制系统控制器或通过其它控制或网络化设备来实现400所表示的控制器，所述其它控制或网络化设备具有由建筑物控制公司一般制造和使用的类型的控制输入和输出(例如JohnsonControls公司的Metasys系统、Honeywell公司的Alerton subsidiary的native BACnet系统BACtalk、或Simens公司的Apogee系统)。

信号处理控制器块420或以建筑物控制系统180实现的相似的块用于通过使用与图1和图2的实施例的前述方法相同的方法来组合多个空气污染物传感器的输出。相似地，稀释通风控制信号31和偏置空气流控制信号32可以使用与上述相同方法相同的方法来创建，并且可以具有例如用于图1和图2的系统的前述的两状态或三状态或VAV的输入类型。此外，可以将图1、图2、或图6所示的控制或感测方法或者控制输入或输出中的任何设备或方法应用于其它图的系统或方法。相似地，可以将这些相同方法或系统应用于与图1或图2相似的一种设施监控系统实施例，所述设施监控系统实施例不是以多点空气采样系统实现的，而是使用光纤光分组采样和感测系统(例如美国专利第6,252,689号所描述的光纤光分组采样和感测系统，在该专利中被称为网络化光子采样系统)来实现的。

通过使用图1、图2或图6的系统，或网络化光子采样系统，存在若干有利的控制实现和方法，其可以被实现为用于解决当尝试改变单通风险环境中的稀释通风时出现的问题。例如，被带入建筑物的室外空气可能轻微地或明显地被一种或多种空气污染物所污染。这样的污染物可以包括来自汽车或卡车排气装置或来自熔炉或锅炉排风装置的再次飞散的一氧化碳、高水平的室外微粒、可能从排风柜或其它特殊排风烟囱(exhaust stack)再次飞散的TVOC、或其它室外污染物源。如果这些污染物没有被滤清并且进入到正被馈送入实验室的送风空气中，则将触发稀释通风控制，以增大房间排风和送风空气流。相似地，送风空气污染物的增多可能没有高得足以通过其本身来触发增大的送风空气流，而是被加到房间中的现有污染物水平中，这可能使系统对发源于房间自身内的低的或中等的污染物水平过度敏感。由于增大包含空气污染物的送风的控制操作仅增大了房间内的污染物的水平，因此这两个问题都可能潜在地产生失控的结果。这可能驱使送风空气流水平甚至更高，直到无论是使用两状态、三状态、还是VAV方法，如果室外空气或送风系统污染物足够高，则进入房间的送风空气流将最终被命令到其最大值。由于送风系统空气流潜在地馈送多个房间，因此潜在地所有这些房间将被推到其最大流。这会导致超过送风和/或房间排风系统的空气流容量，结果是进入和离开风险环境空间的流减少，并且这些空间对于走廊或其它房间的加压水平的潜在地损失。如果特殊排风设备还通过房间排风扇来进行排风，则这些设备可能无法对有害烟雾或蒸汽进行捕获和密闭。

解决该问题的一种示例性控制方法是使用差分测量技术。在该方法中，从房间空气测量中减去外部空气或送风测量，以创建感兴趣的各种空气污染物对外部空气或送风的差分测量。因此，如果外部空气或送风的微粒、CO、TVOC等增多，则由于将减去送风源的效果，因此将仅对于房间中的污染物源来评估房间空气的质量。有效地，由于如果稀释空气是污染物源，则增多稀释空气将不会使房间更干净，因此我们在此不关注房间空气的绝对质量，而是仅关注空气质量是否由于房间或空间中的源而恶化。

例如，如前文所述，我们首先开始于进行如下操作：例如使用图1和图2的房间采样位置23A、房间排风管道采样位置43A、和/或房间传感器25A，或图6的房间传感器425A、427A、和/或房间排风管道传感器443A进行空间20A中的空气的空气污染物测量。在这个示例性方法中，接着，在外部进风口管道60中，使用图1或图2中的空气采样位置传感器63或图6的空气污染物传感器463和465，对外部空气进行空气污染物的测量，或者在送风空气流管道50B中，使用图1或图2中的空气采样位置传感器53B或送风空气流管道传感器543B和545B，对送风空气进行空气污染物的测量。如果空间正从室外直接接收100％外部空气，而没有回风空气，则对从外部空气管道60内进入送风处理器的外部空气的测量将对于至少气体或VOC测量提供精确的结果。然而，至少对于微粒测量，必须在空气过滤器和风机系统之后(例如在它们的下游位置，比如上述送风管道位置)进行测量。如果来自其它区域的回风空气与外部空气混合以产生送风，则至少在外部空气和回风空气变得充分混合之后的位置，还必须使用下游送风管道空气流测量。由于从相同空气系统流入这些空间的所有送风应该具有相似的特性和污染物，因此对于从单个空气处理器或主送风管道来说，仅使用一个送风或外部空气管道测量应该就足够了。

接着，通过从空间空气污染物测量减去外部或送风污染物测量来将每一对空气污染物测量(空间空气和外部或送风空气)转变为一组差分测量。执行该操作的实施例的一个示例是图5的减法块35，其中，例如TVOC的送风或外部空气测量将被施加于减法块的负(-)输入端，并且TVOC的房间或房间排风管道空气污染物测量将被施加于正(+)输入端。其后，输出将是对于该空间的TVOC的差分测量。本领域技术人员将知道减去这些空气污染物测量的其它方法，例如作为计算机化的控制系统中的软件变量，或者例如其它实施方式。

于是，对于非差分房间空气测量，单个的差分空气污染物测量将以与上述相同的方式被处理，因此例如将被单独使用或组合，其后由图1、图2、图4、或图6的信号处理控制器块130、210、530、或420分别进行比较和分析，以创建将用于改变空间20的送风和排风空气流的信号31和32。

由于可以在合理短的时间段(例如5到30分钟)内用同一传感器来执行送风或外部空气的测量以及空间空气的测量，因此对于所述差分测量控制构思，图1和图2的空气采样实施例是优选实施例。结果，由于当相减这两个测量时抵消了很多传感器误差，因此消除了这些传感器误差。因此，即使在与外部空气污染物的潜在地高的源水平相比，房间中的很重要的污染物的增大非常少时，也可以进行十分精确的差分测量。结果，这些高的室外背景水平实质上没有降低对风险环境空间内的任何污染物源效果的测量的分辨率或精度。

可以用于图1、图2或图6的实现的另一控制方法涉及可能出现送风或外部空气污染物的高水平的情形，但上述差分房间空气信号指示，空间中不存在实质的污染物源。在此情形下，空间中的污染物的绝对水平可以高得足以触发增大的稀释水平，但差分信号正确地指示增加送风并不合适。在此情形下，由于污染源是送风，因此有利的是，减少送风，直到外部或源空气包含较低水平的污染物。

这种控制方法的一个实施例包括：如前文所述在送风管道50B或外部进风口管道60中进行一个或多个空气污染物测量。于是，所述一个或多个污染物测量可以被组合或单独使用，其后分别由图1、图2、图4、或图6的信号处理控制器块130、210、530、或420进行比较和分析，以确定这些信号是否超过合适的触发水平(例如用于风险环境空间20的触发水平)。如果达到这些触发水平或合适的触发条件，则可以通过若干种方法中的一种来使用块130、210或420以减小送风流。例如，在图3中，可以通过从信号处理控制器块130、210或420输出的命令来完全不考虑并且有效禁用温度控制块90的温度控制输出93，从而送风流将变得仅由特殊排风设备的补偿需求以及将被降低到低水平的稀释通风命令31所命令的流中的较高的一个来控制。

可以用于图1、图2或图6的实现的另一控制方法涉及以下情形：在房间或感兴趣的空间周围可以出现高的污染物水平，尤其是来自例如走廊的空间，其对于感兴趣的房间是正的，并且从中抽取房间的偏置空气流。在此情形下，可能会期望如前文所述对于外部空气或送风来创建用于每一种感兴趣的污染物的差分信号。在此情况下，例如，将从取自走廊10或前厅、或提供房间20的偏置空气流21的至少一部分的其它空间的各个空气污染物测量中减去来自房间20的所测量的空气污染物。当该差分信号示出高水平时，其指示，所检测的污染源在房间20中而不是走廊10或其它前厅中。这是重要的，因为在人们以发出VOC的清洁剂来清洁走廊的情况下，这些VOC将被吸入到从走廊10馈送的所有房间20A、20B和20C。这样，如果由于来自走廊的VOC而导致在房间20中污染物的绝对水平、甚至对于外部空气或送风的污染物差分水平很高，则将把所有这些房间带入高通风水平。虽然这可以是可接受的，但这还可能引起由于潜在地所有房间进入高水平稀释通风而导致的空气流容量的问题。为了防止出现这种空气流短缺状况，可以检测这些房间对走廊的差分水平，或等同地可以检查走廊的绝对水平。假定走廊对于感兴趣的空间为正，如果对于所关注的任何空气污染物来说走廊的水平很高，或者房间的水平很高，而与走廊相比的房间的差分水平是很低，则正确的控制操作可以是增大走廊中的通风水平，但不增大房间中的通风水平，或仅部分地将该水平增大到某个中间水平。实现该控制策略的另一手段是：当房间对送风(或外部空气)的差分信号很高，并且房间20对走廊10(或其它偏置空气流源区域)的差分信号也很高时，仅增大房间20的稀释通风命令。

当这些差分信号和走廊信号指示污染源来自走廊10时，可以实施的其他策略将是改变空气流方向以使房间对走廊是正的。例如，可能存在走廊中或来自另一房间的烟、VOC或其它污染源，其已经依次突破其密闭装置，然后污染走廊。在这些情形下，合适的操作可以是：如前文所描述的那样，使用图1、图2、图4、或图6的信号处理控制器块130、210、530或420，以感测此状况，然后，使用房间偏置空气流控制信号32来改变从进入房间到离开房间的房间20的偏置空气流21。这将还需要将走廊的对应的偏置空气流从正改变为负，从而房间20和走廊10的组合保持平衡。在某些情况下，房间20对于走廊10可能已经是正的。在此情况下，可能有利的是，将正的偏置空气流21的水平增大到甚至更大的值，以确保较好地保护不受到走廊10的污染物的污染。如果其中一个房间中的污染物水平高于任何其它房间，则该房间可能是污染源。如果是这种情况，则可以使用图1、图2、图4、或图6的信号处理控制器块130、210、530、或420来修改用于房间20的偏置空气流控制信号32，以使房间偏置空气流21为负，并到达合适的高水平，同时还将走廊10的偏置空气流修改为合适的水平。题为“Air Flow Control For Pressurized Room Facility”的美国专利第5,545,086号中描述了以下构思：由于需要改变房间20中的偏置空气流，而平衡来自走廊10的走廊10对房间20中的偏置空气流。

虽然本发明的一些具体特征示出在一些附图中而未在其它附图中示出，但仅这是为了方便，因为根据本发明，一些特征可以与其它特征中的任何特征或全部特征进行组合。

本领域技术人员可以想出其它实施例，这些实施例包含在所附权利要求之内。

Claims (27)

1.一种用于单通风险环境(20)中的稀释通风控制系统，所述单通风险环境(20)被提供有：可变的送风空气流量的源；用于通过一个或多个排风管道(40A，40B，40C)从所述风险环境以及从包含所述风险环境的建筑物中完全排出所述送风空气流量的装置；以及至少一个空气流控制设备(41A，41C)，其被提供在一个或多个所述管道(40A，40B，40C)中，以改变来自所述风险环境(20)的排风空气流量；其中所述稀释通风控制系统特征在于包括：

设施监控系统，包括至少一个空气污染物传感器(120)，用于感测所述风险环境(20)的至少一种空气污染物；

信号处理控制器(130)，至少部分地基于至少一种所感测到的空气污染物，生成一个或多个空气流命令信号(31，32)；以及

风险环境空气流控制器(30)，使用所述空气流命令信号(31，32)来至少部分地控制所述风险环境的送风(50A，50B，50C)和排风(40A，40B，40C)空气流量；

其中，所述设施监控系统在多个位置监控至少一种空气污染物，以分别生成第一和第二空气污染物测量，其中所述多个位置包括：第一位置(32A)，其处于所述单通风险环境(20)中；以及第二位置(63)；

并且其中，所述信号处理控制器(130)从第一空气污染物测量减去第二空气污染物测量，或者从第二空气污染物测量减去第一空气污染物测量，以创建差分空气污染物测量，从而创建所述空气流命令信号(31，32)。

2.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，其中所述空气污染物传感器(120)中的至少一个包括挥发性有机化合物总量(TVOC)传感器。

3.如前述任一项权利要求所述的稀释通风控制系统，其中，所述空气流命令信号(31，32)改变所述风险环境的送风(50A，50B，50C)和排风(40A，40B，40C)空气流量的稀释通风部分。

4.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，其中，所述设施监控系统包括多点空气采样系统(100)，所述多点空气采样系统(100)将一个或多个空气采样从多个位置传输到一个或多个共享空气污染物传感器(120)，其中所述多个位置中的至少一些处于所述风险环境(20)中。

5.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，其中，所述设施监控系统至少包括两个传感器(23A，27A)，并且其中，所述信号处理控制器(130)至少部分地基于至少所述两个传感器，生成所述空气流命令信号。

6.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，其中，所述设施监控系统包括多点空气采样系统(100)，所述多点空气采样系统(100)对来自多个位置的空气进行采样，所述多个位置中的至少一些处于所述风险环境(20)中，并且其中，所述多个位置至少包括一个位置(63)，其涉及对来自空气管道的空气进行采样，其中所述空气管道将空气流送入一个或多个风险环境(20)，或者从一个或多个风险环境(20)取出空气。

7.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，其中，所述设施监控系统包括多点空气采样系统(100)，所述多点空气采样系统(100)对来自多个位置的空气进行采样，所述多个位置中的至少一些位置处于所述风险环境(20)中，并且其中所述多个位置包括至少一个位置(63)，在所述至少一个位置(63)中，所述空气采样指示一个或多个户外空气状况。

8.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，其中，当所述至少一种空气污染物超过阈值水平或与一个信号模式匹配时，所述信号处理控制器(130)生成空气流命令信号(31，32)，以至少增大所述送风(50A，50B，50C)和排风(40A，40B，40C)空气量之一。

9.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，其中，信号处理控制器(130)或者风险环境空气流控制器(30)以预定时间量固定空气流命令信号(31，32)，以增大所述风险环境(20)的送风(50A，50B，50C)和排风(40A，40B，40C)空气量中的至少一个。

10.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，进一步包括对因特网系统的连接(171)，其中，关于所述风险环境(20)的信息被发送到所述因特网上的网站。

11.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，其中所述第二空气污染物测量指示至少一个外部空气状况。

12.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，其中所述第二空气污染物测量指示所述风险环境(20)的所述送风空气流的状况。

13.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，其中，当所述第一空气污染物测量超过第一阈值水平并且所述第二空气污染物测量超过第二阈值水平时，所述空气流命令信号(31，32)减小所述风险环境的送风空气量。

14.如权利要求1所述的稀释通风控制系统，其中，所述设施监控系统在包括第一位置(23A)和第二位置(63)的多个位置上监控至少两种不同的空气污染物，以生成至少两个第一位置空气污染物测量和两个第二位置空气污染物测量，其中所述第一位置(23A)处于所述单通风险环境(20)中；并且

其中，所述信号处理控制器(130)将每个第二位置空气污染物测量从相应的第一位置空气污染物测量中减去，以生成至少一对差分空气污染物测量，从而生成所述空气流命令信号(31，32)。

15.一种在单通风险环境(20)中改变稀释通风空气流量的方法，所述单通风险环境(20)提供有可变的送风空气流量的源，所述空气流量通过一个或多个排风管道(40A，40B，40C)，从所述风险环境(20)以及从包含所述风险环境(20)的建筑物被完全排出，所述一个或多个排风管道(40A，40B，40C)中的至少一个包含空气流控制设备(41A，41C)，用于改变来自所述风险环境(20)的排风空气流量，该方法特征在于包括：

通过至少一个空气污染物传感器(120)监控所述风险环境的至少一种空气污染物，以创建至少一个空气污染物测量；

使用所述空气污染物测量中的至少一个来创建空气流命令信号(31，32)；以及

至少部分地使用所述空气流命令信号(31，32)来控制所述风险环境的送风(50A，50B，50C)和排风(40A，40B，40C)空气流量；

其中监控至少一种空气污染物的所述步骤包括：监控第一位置(23A)和第二位置(63)，以分别生成第一空气污染物测量和第二空气污染物测量，其中所述第一位置(23A)处于所述单通风险环境(20)中；并且还包括以下步骤：

从所述第一空气污染物测量减去所述第二空气污染物测量，或者从所述第二空气污染物测量减去所述第一空气污染物测量，以生成差分空气污染物测量；以及

从所述差分空气污染物测量生成所述空气流命令信号(31，32)。

16.如权利要求15所述的方法，其中，监控至少一种空气污染物的所述步骤包括：将空气采样从多个位置传输到一个或多个共享空气污染物传感器(120)，其中所述多个位置中的至少一些处于所述单通风险环境(20)中。

17.如权利要求15和16中任一项所述的方法，还包括从空气污染物测量创建至少一个虚拟传感器信号(522A)的步骤。

18.如权利要求15所述的方法，其中所述空气流命令信号改变所述风险环境的送风(50A，50B，50C)和排风(40A，40B，40C)空气流量的稀释通风部分。

19.如权利要求15所述的方法，其中所述空气流命令信号(31，32)改变所述风险环境(20)的偏置空气流。

20.如权利要求15所述的方法，进一步包括从多个位置传输空气采样的步骤，所述多个位置包括位置(63)，所述位置(63)是将空气流提供给一个或多个所述风险环境(20)、或者从一个或多个所述风险环境(20)提供空气流的空气管道。

21.如权利要求15所述的方法，其中当空气污染物测量超过阈值水平或与一个信号模式匹配时，所述空气流命令信号(31，32)增大所述送风(50A，50B，50C)或排风(40A，40B，40C)空气量。

22.如权利要求15所述的方法，其中当至少一种空气污染物超过阈值水平或者与一个信号模式匹配时，增大所述送风(50A，50B，50C)和排风(40A，40B，40C)空气量二者。

23.如权利要求15所述的方法，其中，以预定时间量固定所述空气流命令信号(31，32)，以增大所述风险环境的送风(50A，50B，50C)和排风(40A，40B，40C)空气量中的至少一个。

24.如权利要求15所述的方法，进一步包括以下步骤：提供对因特网系统的连接(171)，其中，关于所述风险环境(20)的信息被发送到所述因特网上的网站。

25.如权利要求15所述的方法，其中所述第二空气污染物测量指示一个或多个外部空气状况。

26.如权利要求15所述的方法，其中所述第二空气污染物测量指示所述风险环境(20)的所述送风空气流的状况。

27.如权利要求15所述的方法，进一步包括如下步骤：

在多个位置中的每一个上监控至少两种不同的空气污染物，以生成第一位置空气污染物测量和第二位置空气污染物测量；

将所述第二位置空气污染物测量从相应的第一位置空气污染物测量中减去，以生成一对差分空气污染物测量；以及

从所述一对差分空气污染物测量来生成所述空气流命令信号(31，32)。

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