国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心 河南 郑州 450018
摘要：双向流新风系统是基于机械式通风系统三大原则的中央机械式送、排风系统，本文通过对双向流新风处理技术专利申请量趋势、全球分布及重点申请人进行分析，为国内相关行业发展提供参考。
关键词：双向流新风；专利；申请量；申请人；趋势
1 引言
随着我国城市化进程的加快和经济的快速发展，工业生产的加速推进和汽车保有量快速增加，导致大气污染越来越严重，室外环境中的空气质量下降，冬季雾霾严重影响人们的生活健康。面对室外空气质量的下降以及对生活品质和居住舒适性要求的提高，人们越发认识到改善室内空气质量的重要性，传统的空气交换方式已经无法满足人们的需求，于是致力于改善居民住宅空气质量的中央新风系统逐渐发展起来。新风系统按送风方式分为三类：单向流新风系统、双向流新风系统和地送风系统；双向流新风系统是基于机械式通风系统三大原则的中央机械式送、排风系统[1]；在双向流系统的设计中排风主机与室内排风口的位置与单向流分布基本一致，不同的是双向流系统中的新风是由新风主机送入。双向流使得气流分布流通更合理，能够以最快速度有序地将室内污浊空气排出室外，同时随着室外大气环境的污染，双向流新风系统能够对室外的空气进行过滤、净化，并且能够实现对室内温湿度的调节，从而极大地提高用户的舒适度，因此，双向流新风系统在人们的日常生活中得到越来越广泛的应用[2]。本文以双向流新风处理技术作为分析对象，对该行业的专利技术进行研究，从该视角对双向流新风处理关键技术的发展脉络、专利申请分布、国内外重要申请人进行梳理，并对双向流新风处理技术未来发展趋势进行简单分析。
2 专利申请量国内外趋势分析
在CNABS数据库及VEN数据库中，截止2018年年底为止，新风处理技术领域涉及到双向流新风处理的国内专利申请共计1782件，而双向流新风处理的国外专利申请共计2717件。以下将以专利申请量作为统计样本进行国内外专利申请现状研究。
图1 国内外专利申请量变化趋势图
从双向流新风处理技术国内外专利申请总量来看，国内专利申请量占比近四成，其足以体现出国内对双向流新风处理技术研发的重视和市场的需求，然而从上图可以看出，国外的最早的专利申请可以追溯到1928年，且直至20世纪末一直保持着快速发展的态势，而国内的专利申请则是在21世纪初。究其原因，在于新风系统最早就是兴起于欧美，西方国家出于节约能源的考虑，建筑物的气密性大大提高，由此带来室内通风率不足，致使室内空气污染事件频频发生。这使得人们开始深入研究和探讨室内空气质量对人类健康的影响，污染物及其来源以及可行的解决途径，早在1924年，英国的奥斯顿.淳以采用室内回风和室外新风分布成正交叉方式，两股气流同时产生热传质，引起全热交换过程，双向等量置换，抑制室温变化的同时保持室内足够的新鲜空气，这也是双向流新风处理技术发展的雏形；在1935年，奥斯顿进一步采用过滤净化技术配置专业过滤器，对热交换进行预处理，保证送入室内的空气洁净，世界上第一台可以过滤空气污染的系统应运而生。欧美国家此后的专利申请量持续攀升与国家政策法规也息息相关，1956年英国政府首次颁布了《清洁空气法案》，1958年欧洲率先提出现代室内新风概念，德国标准化组织（DIN）在20世纪中叶发表了DIN1964第二部分“通风和空调：技术卫生要求”的修订案，1989年美国ASHRAE制定了《空气质量战略草案》，2000年欧盟统一了住宅通风标准。反观国内，起步较晚存在多方面的原因，专利制度建立和普及较晚、经济落后和技术发展缓慢以及人们对于室内空气质量的不够重视都制约了双向流新风处理技术的兴起和推进。要知道，到1974年，国内才诞生第一台换气扇，新风系统行业在我国的已走过近40年的发展历程，但新风系统行业从第一代换气扇到第二代机械式新风系统，用了近30年的时间完成了产业升级。虽然国内双向流新风处理技术起步较晚，但自21世纪以来人们逐渐重视室内空气质量， 2002年1月1日国内室内空气污染控制规范《室内空气质量标准》诞生，随着2003年非典、禽流感、肺结核等疾病的发生，使全国上下更是对室内空气质量给予了高度的关注，在有能量交换系统的基础上还带有高性能过滤系统的第三代新风系统登上了国内历史的舞台，且双向流新风处理技术专利申请量伴随着技术的发展呈现持续增长的态势，而在国内迅速发展的这一阶段，国外由于市场的饱和以及技术瓶颈的约束，专利申请量增长缓慢且波动较大。
3 专利申请全球分布
图3 双向流新风处理技术专利申请人排名
从图2中可以看出国内的双向流新风处理技术专利申请量已经远远超过其他各个国家，已经接近全球申请总量的百分之四十，其次是日本、美国和德国。美国是最早对双向流新风处理技术进行研究的国家之一，且曾一度引领着该行业的发展。德国双向流新风处理技术起步虽然不是最早的国家，但其对于室内空气质量的重视程度使其专利申请量能保持全球第四位的重要原因，自德国标准化组织发表了DIN1964第二部分“通风和空调：技术卫生要求”的修订案后，新风系统的应用非常广泛，现在在德国住宅通风系统已经与建筑物融为一体，成为不可或缺的重要组成部分。中国和日本起步虽然较晚，但在市场的推动下技术的研发和创新上都后来居上，2008年新风系统在日本的销售量为1500万台，据日本相关协会调查显示，新风系统的市场年增长率为23.51%，2017年我国新风系统出货规模达到72亿元，同比增长56%，尤其是在国家经济和政策的支持下，如美的、松下等重点企业的专利申请量增长迅猛。
4重要申请人分析
从申请人的数量上看，申请量排名前10位申请人中，中国有7位，而其中申请量占第一位的广东美的制冷设备有限公司隶属于排名第5的美的集团股份有限公司，由此可见，美的集团十分重视在双向流新风处理技术的研发和专利保护。而分析近年来国内重点企业专利申请的具体情况情况，不难发现国内重点企业越来越重视在国外的专利布局，体现其进军国外市场的同时也体现出国内的技术创新已经走向前沿。从图3中还可以看出前10位申请人中有4位是国内的科研院校，一方面在于国内双向流新风处理技术推进多数是在企业和科研院校共同开展，随着室外空气质量的下降，对于双向流新风处理技术的创新和发展也提出了更高的要求，因此相关领域的科研院校也加大了对该项技术的研发。
图4 国内外重点申请人技术发展脉络
图4中列出了排名前三的美的集团、西安工程大学及HALTON公司的代表性专利申请，从图中可以看出美的集团在2011-2015年间双向流新风处理技术的研发集中在通过热量回收装置对排出的室内污风中的热量进行回收，利用能源的同时，对室内环境能够起到很好的调节作用，这期间通过在新风系统中结合空气净化器、加湿机构和除湿机构在热交换的同时满足多种功能的需要，使系统更舒适、健康、节能，将热量回收装置改进为全热交换器或显热交换器或转轮全热交换器提高换热效率，新风通道与回风通道布置的调整同时进行显热、潜热及湿度的交换，保证新风换热机组在各种室内外环境下运行时能够有较好的能效，在2015年前后这段时间在热回收的基础上，通过对新风和回风进行混合处理，同时对各风段的结构进行调整，形成结构紧凑、机组内部空间利用率高、送风舒适度高的机组。在2016年后，在市场需求及自动化控制快速发展的推动下，研发更侧重于通过智能控制以及对室外新风的处理，通过对室内各项环境参数进行检测从而针对性对各个模块进行控制运行，从而提高用户舒适度及体验感。西安工程大学双向流新风处理技术的申请量也近一百五十件，作为科研院所则更侧重于对新风处理机组内部结构的改进，通过喷淋、过滤等结构的组合满足多元化需求，2011-2013年期间，西安工程大学注重于通过利用水的蒸发冷却对室内空气的温湿度进行调节，如利用两级间接换热与直接蒸发冷却相结合，将热回收装置与蒸发冷却装置有机地结合，使一套装置具有热回收、蒸发冷却两种功能，从而达到夏季降温、冬季热回收的功能、送风通道内设置机械制冷机组，排风通道内设置蒸发冷却机组，机械制冷机组和蒸发冷却机组通过管网相连接，节省了冷水系统，实现节能效应，一次空气用直接蒸发冷却器与二次空气用直接蒸发冷却器呈上下分列交叉布置，间接直接两级蒸发冷却。而自2014年开始，在能源越来越匮乏的大背景下，西安工程大学对该项技术的研究逐步引入了可再生能源的利用，将太阳能发电、太阳能热水、雨水收集集为一体，控制回风量分配，完全利用冷量，维持室内空气品质，结合屋面蓄水的冬夏两用节能型蒸发冷却降温系统，设置于建筑物外的冷风、冷水复合型空调机组、设置于建筑物屋顶上的屋面蓄水池及设置于建筑物内地板下的地板辐射装置，利用地道风的热回收型蒸发冷却空调机组，设置埋于地下的地道，地道上部还设置有热回收型蒸发冷却单元，不仅可以实现冬夏两用，还提升了空调系统的利用率。而双向流新风处理技术专利申请数量排在第3位的是美国的HALTON公司，该公司旨在苛刻空间内提供通风解决方案实现健康的室内环境，虽然其在2011年已经开始对检测厨房热量然后控制换气速度进行研究，但控制系统功能较单一并不十分完善，因此在2011-2015年期间，HALTON公司在其主营业务及应用领域的引导下，更针对双向流新风处理技术的研发更侧重于空气净化后的气流分布，包括在出风口设置喷射发生器、设置多个不同温度的出风口以及设置压力平衡室等，致力于在保证室内空气质量的同时，通过结构上的调整使出风量满足需求的同时更加均衡、舒适，而在2016年之后HALTON公司逐步完善了双向流新风处理技术的控制系统及控制策略，具体地涉及到检测室内辐射温度平均值、温度波动等于阈值进行比较提高了检测精度，在控制加热或冷却后的空气吹出时进行多重调整提高出风精度，废气进行热回收时控制进行多重循环利用提高能源利用率，整体而言，对新风处理技术的多个方面的控制系统进行了优化。
5 结语
结合双向流新风处理技术专利申请量及历史进程可以看出，其发展取决于生活环境的改变和科学技术的进步，而政府出台的政策以及市场经济提升也起到重要的导向作用。国内双向流新风处理技术虽然起步较晚，但近年来发展势头迅猛，并且在美的集团股份有限公司和珠海格力电器股份有限公司等重点企业、西安工程大学等重点院校的努力下，使得国内该项技术的产品研发和工程实践在全球也处于前沿地位。从技术特点来看，国内申请人的研发着重于室内空气洁净度、室内温湿度控制等方面，以实现保护居民身体健康，提高居民舒适度为目标，然而近几年来，雾霾对人们的生活影响越来越大，随着城市快速发展以及人们注重室内空气质量意识的提升，对于国内双向流新风处理技术的要求也越来越高，公司以及家庭都安装新风系统将成为一种房屋标配，因此，无论是从净化材料的探索还是通过组成结构的调整改进来提高处理效率并降低成本仍应是双向流新风处理技术未来发展的主要方向，而随着信息技术和人工智能的快速发展，体现家居生活的双向流新风处理技术更应顺时代潮流，在未来很长的一段时间内注重结合远程移动终端及自动化控制进行研究和创新；此外，在专利申请方面，国内申请人在申请数量大幅度提升的基础上，应当注重前沿创新成果的专利布局，提升高价值成果的保护力度。
参考文献
[1]刘净兰，郭凯帆，荣彦. 室内新风系统研究[J].建材与装饰，2017（19）:181.
[2]金雷. 小型双向换气装置对室内空气环境的改善研究[D].衡阳，2013.
论文作者:陈晓露,高骏（等同于第一作者）
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/9/3
标签：新风论文; 双向论文; 专利申请论文; 技术论文; 系统论文; 室内论文; 空气质量论文; 《防护工程》2019年11期论文;