一種基于高山新鮮空氣為新風來源的空氣調節系統及其控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種空氣調節系統及控制方法，特別是一種基于高山新鮮空氣為新風來源的空氣調節系統及其控制方法。該系統包括新鮮空氣監控子系統、新鮮空氣采集子系統、動力子系統、輸配子系統以及用戶端子系統等五部分。另一方面，本發明還提供了一種用于控制該系統的方法。該方法包括：新鮮空氣采集步驟、新鮮空氣輸送步驟、新鮮空氣進入室內與空調結合使用步驟以及全程空氣監控步驟。本發明將來自高山原始森林區域富含負氧離子的新鮮空氣輸送用戶空調機組中并作為空調新風，可緩解室內空氣污染問題，并極大地改善霧霾肆虐下的城市居民呼吸環境；此外，本發明的實施也可以降低空調新風機組的建設投資，并有效解決風機盤管細菌滋生問題等，從而產生巨大的社會經濟效益。
【專利說明】一種基于高山新鮮空氣為新風來源的空氣調節系統及其控制方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種空氣調節系統及控制方法，特別是一種基于高山新鮮空氣為新風來源的空氣調節系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著科技發展以及經濟水平的提升，人們建造的房子越來越密封，而據有關部門調查統計城市居民一生中的大約80%的時間都是在室內度過的，也就是說城市居民在一生中的絕大部分時間里，會把自己關在越來越密封的房屋里。與此同時，城市空氣污染越來越嚴重，并出現了嚴重的霧霾天氣。而城市室內空氣質量也不容樂觀。空調機組長期使用致使細菌滋生，裝修污染產生大量有害化學物質，吸煙以及燃料污染等等也在嚴重影響居民身心健康。改善空氣品質，尤其是室內空氣品質越來越受到人類的關注。
[0003]目前，室內空氣調節系統主要采用空調。可是，傳統的家庭空調的作用只給室內調節溫度，卻不能使室內外空氣進行交換，空調的室內外換氣率只有8%左右。有些空調采用正壓送風提供“假新風”，但當室內壓強達到一定程度，高于室外壓強和風機靜壓，風就再也也不到室內了，這樣無法解決通風換氣問題。通常而在有空調的密閉室內，5至6小時后，室內氧氣下降13.2%，大腸桿菌升高1.2%，紅霉色菌升高1.11%，白喉菌升高0.5%，其它呼吸道有害細菌均有不同程度的增加。長期處在這種環境中工作生活的人，往往會得“空調病”。
[0004]此外，目前市場上還出現有獨立的新風系統用以保持室內空氣的新鮮度。新風系統是由風機、進風口、排風口及各種管道和接頭組成。安裝在吊頂內的風機通過管道與一系列的排風口相連，風機啟動，室內受污染的空氣經排風口及風機排往室外，使室內形成負壓，室外新鮮空氣便經進風口進入室內，從而使室內人員可呼吸到高品質的新鮮空氣。然而，這種獨立的新風系統會增加機組風量負荷，使運行費用增加。此外，在室外空氣品質不佳的情況下，即便通過獨立的新風系統也只是將污濁的室外空氣送入室內，對改善室內空氣質量并無太大作用。
[0005]為解決空氣污染尤其是室內空氣污染，筆者結合城市所處地理條件提出一種基于高山新鮮空氣為新風來源的新型空氣調節系統，以實現居民在享受適宜溫度濕度環境的同時可以呼吸到新鮮、干凈、高品質的空氣。
【發明內容】
[0006]一方面，本發明提供了一種基于高山新鮮空氣為新風來源的新型空氣調節系統。該系統包括新鮮空氣監控子系統、新鮮空氣采集子系統、動力子系統、輸配子系統以及用戶端子系統等五部分。該系統的運作包括新鮮空氣監控子系統、新鮮空氣采集子系統、動力子系統、輸配子系統以及用戶端子系統等的實現和聯合作用。
[0007]其中，新鮮空氣監控子系統主要是全天候、連續、自動地實時監控新鮮空氣采集區以及整個輸送過程中的空氣質量；其監測內容包括空氣中的二氧化硫、二氧化氮、臭氧和可吸入顆粒物以及負氧離子濃度等等的實時變化情況。該子系統能夠迅速、準確的收集、處理監測數據，并及時、準確地反映新鮮空氣采集區空氣質量狀況及變化規律，為后續工作得實施和管理提供詳實的數據資料和科學依據，也為輸配空氣的質量提供保障。
[0008]其中，新鮮空氣采集子系統用于空氣采集并保障空氣質量。該子系統結合空氣采集區實地地形地貌設置。因為在風機作用下，采集區空氣會在負壓作用下自動進入隧洞，故在采集區不需要設置動力裝置收集空氣。又因為風機功率很高，并會制造極高的風速，如此巨大風速勢必會對周邊生態產生影響。
[0009]進一步地，空氣采集區的選擇滿足以下條件:(1)便于大量新鮮空氣的收集；(2)保證收集空氣的質量；(3)需要保障周邊生態，包括周邊動物的安全防護。
[0010]其中，動力子系統主要包括建立在山腳下的風機站。風機站采用大型智能管理系統，可根據用戶端實時需要調節風機動力。
[0011]需要說明的是，動力子系統和相鄰子系統的連接如下:風機站和新鮮空氣采集區以及用戶端子系統之間使用隧洞相連。在風機作用下，風機站和新鮮空氣采集區之間隧洞將會產生空氣負壓，而在風機站和用戶端之間隧洞則會產生空氣正壓(或者說壓勢能)；這樣在空氣負壓作用下，新鮮空氣采集區的空氣將會自動進入隧洞至風機站，而在壓勢能作用下風機站的新鮮空氣則會沿著隧洞自動進入用戶端。
[0012]其中，輸配子系統主要包括風機站和新鮮空氣采集區和風機站之間的山地隧洞、以及用戶端之間使用平原隧洞，以及進入建筑群之后的建筑巷道等。其中，山地隧洞將沿山梁開挖以避免復雜工程地質條件的影響；平原隧洞將在地下恒溫層(約16°C)開挖。 [0013]其中，用戶端子系統采用改造現有空調新風系統，設置分流器并直接與空調相連為其提供新風，直接與制冷后的回風混合，通過空調將室內污濁空氣置換的方法凈化室內空氣。這是因為，從巷道(或建筑豎井)流出的空氣的參數恰好在一條等焓線上，配合空調機組為其提供新風，稀釋室內污染空氣并最終凈化室內空氣。
[0014]具體說來，新鮮氣從秦嶺經過隧道被引入市區各個建筑群，通過建筑巷道、建筑豎井進入室內。新鮮空氣由每個建筑群進氣口統一過濾、殺菌、除濕，滿足該區域的通風制冷衛生要求。
[0015]室內采用全熱交換器，在源源不斷引入新鮮空氣保證室內所需新風供應的同時，排出室內污濁空氣。通過全熱新風換氣機組，可將室外空氣預處理到接近室內空氣的溫度，減少對室內空調工況的影響，避免住戶因送風的溫差大，造成的不適，同時有效減少空調負荷。室內房間采用安裝排氣風扇使房間負壓，只要開啟空氣閥門，豎井新風的正壓補進房間。送風方式采用下送上回，風管采用玻璃鋼風管，氣流組織為方形散熱器上送風，天花板側回風。
[0016]一般來說，進入用戶子系統的空氣參數為:溫度20°C，濕度為100%。用戶端與中央空調的制冷系統配合使用，經過除塵、祛濕處理，所達到的空氣指標應該符合《室內空氣質量標準》:溫度、相對濕度(40%~80%)、空氣流速、新風冷空氣量(30/(h.人))、可吸入顆粒、細菌總數等。
[0017]另一方面，本發明還提供了一種用于控制該系統的方法。該方法包括:新鮮空氣采集步驟、新鮮空氣輸送步驟、新鮮空氣進入室內與空調結合使用步驟以及全程空氣監控步驟。
[0018]在新鮮空氣采集步驟中，在風機動力組作用下，山地隧洞內將會產生巨大的空氣負壓，新鮮空氣采集區域的新鮮空氣會在此負壓作用下自動進入山地隧洞，并最終在風機動力組作用下完成新鮮空氣的采集步驟。
[0019]在新鮮空氣采集步驟中，在風機動力組作用下，平原隧洞內將會產生巨大的空氣正壓，從山地隧洞采集而來的新鮮空氣會在此正壓作用下自動進入平原隧洞，并最終在風機動力組作用下進入建筑群的建筑豎井或巷道從而完成新鮮空氣的輸送步驟。需要說明的是，平原隧洞將深埋于地下恒溫層(16°C )，一方面是為了避免對地上建筑設施的干擾和破壞及維護方便，另一方面在地下隧洞這一保溫密閉環境中維持新鮮空氣的質量并改善溫度參數。
[0020]在新鮮空氣進入室內與空調結合使用步驟中，新鮮空氣在經建筑巷道、建筑豎井進入室內之后與室內現有空調相連為其提供新風，直接與空調機組回風混合，通過空調將室內污濁空氣置換的方法凈化室內空氣，從而完成室內空氣調節。需要進一步說明的是，室內可采用全熱交換器，送風方式可采用下送上回，風管可采用玻璃鋼風管，氣流組織為方形散熱器上送風，天花板側回風。在源源不斷引入新鮮空氣保證室內所需新風供應的同時，排出室內污濁空氣。而通過全熱新風換氣機組，可將室外空氣預處理到接近室內空氣的溫度，減少對室內空調工況的影響，避免用戶因送風的溫差大，造成的不適，同時有效減少空調負荷。
[0021]此外，根據相關論證可以知道，夏季從巷道流出的空氣的參數恰好在暖通空調工作的等焓線上，可配合空調機組為其提供新風并提供部分冷負荷，稀釋室內污染空氣并最終凈化室內空氣。而在其他季節，該空氣調節系統更多的是調節空氣質量，滿足室內新風需求。
[0022]在全程空氣監控步驟中，整套空氣調節系統運作時對其全程的空氣質量監測，這包括采集區、輸送過程中以及進入用戶室內前等的新鮮空氣質量監測。其監測內容包括新鮮空氣中的二氧化硫、二氧化氮、臭氧和可吸入顆粒物以及負氧離子濃度等等的實時變化情況。其監測數據也將及時反映給系統管理者，以便后續工作的開展和管理，并為輸配空氣的質量提供保障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1、本發明工藝流程結構示意圖
圖2、本發明客戶端與空調結合使用示意圖
其中，I空氣采集區；2隧道；3風機站；4隧道；5城市建筑群；6建筑豎井或巷道；7客戶端；8新鮮空氣流；9新風口 ；10過濾器；11電機加濕器；12表面式蒸發器；13排水口；14 二次加濕器；15風機；16精加熱器；C混合空氣狀態；S冷卻器后的空氣狀態；N室內空氣狀態。
【具體實施方式】
[0024]現在將在下文中詳細介紹以西安為例的一種優選實施方式，其實例在附圖1中示出并在下面予以說明。需要說明的是，雖然以西安為例，但是本發明并非僅僅限制于西安這一示例性實施方式。相反，本發明除了涵蓋西安這一示例性實施方式，還涵蓋了包括在所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍內的各種替代形式、改型、等效形式和其他實施方式。具體說來，本發明的實施方式可在具有盆地構造以及緊鄰高山等特殊地理環境的城市或者地區進行，如西安、太原、北京、成都等等城市。
[0025]眾所周知，秦嶺具有〃南坡較緩北坡極陡〃的特點，西安段秦嶺海拔最高可達2802米(秦嶺牛背梁處)，而且秦嶺距西安最近處只有不到20公里；此外，西安段秦嶺森林茂密、植被覆蓋率，空氣質量好，達到國家一級標準。而根據陜西氣象局氣象數據，以西安最為炎熱的七月為例，西安城區室內平均溫度高達34°C，最高溫度高達39°C;相比之下，海拔2064.9m的華山西峰之上平均氣溫17°C，最高溫度也不過21.5°C。基于以上地理條件，不難得出，西安段秦嶺具有高海拔低溫新鮮空氣資源豐富且距離近的特點。基于以上地理特征，本發明一種實施方式可以為:
從秦嶺深處山頂(可以終南山柳溝口為例，海拔2400m，植被覆蓋完好，空氣質量達國家一級標準)上建立空氣采集區I，設置多個取氣口以及空氣質量監測站，在山腳下建立動力子系統即風機站3，再開挖隧道2 (主要是指山地隧道)將風機站3與空氣采集區I連接。
[0026]在風機動力作用下將高山空氣將從空氣采集區I的取氣口吸入，通過隧洞輸送到風機站3，再由隧道4 (主要是指平原隧道，可通過改造現有城市人防工程或開挖小型隧道實現，隧道4埋設在地下恒溫層以便氣體保溫)將新鮮高山空氣輸送到市區各個建筑群5，再將新鮮高山空氣從建筑巷道/豎井6引至室內，并在客戶端7設置分流器并直接與空調相連為其提供新風，通過空調將室內污濁空氣置換的方法凈化室內空氣，讓市民呼吸到秦嶺山區富含負氧離子的新鮮空氣，改善室內環境。
[0027]而在炎熱干燥的夏季，隧道輸送過來的新鮮高山空氣呈現低溫(20°C)飽和濕度狀態，這一狀態恰好在空調供冷的等焓線上。將這樣的冷空氣通入空調機組，機組將不再需要像傳統空調對吸入室外熱空氣那樣的處理過程，從而新風機組能耗。考慮到西安實際服務面積，這樣的節能將會產生巨大的社會經濟效益。
[0028]技術效果
如上所述，在優選實施方式中，本發明提供了以下效果。
[0029]根據本發明的優選實施方式，該發明改變傳統空調系統直接從室外吸收并處理空氣為空調系統提供新風的模式，將來自高山原始森林區域富含負氧離子的新鮮空氣輸送過來并作為空調新風，通過空調作用排出室內污濁空氣，逐步凈化室內空氣，從而實現用戶呼吸到來自高山之上原始森林的新鮮空氣的效果。高山之上的新鮮空氣富含負氧離子，健康指數高，呼吸舒適感更佳，這將緩解室內空氣污染問題，并極大地改善霧霾肆虐下的城市居民呼吸環境。此外，本發明的實施也可以降低空調新風機組的建設投資，并有效解決風機盤管細菌滋生問題等。
[0030]而根據本發明的優選實施方式，本發明參與空調供冷，一方面提供新鮮空氣，改善室內呼吸環境，實現優質供冷；另一方面，經過論證，隧道輸送過來的新鮮高山空氣呈現低溫(20°C)濕飽和狀態，這一狀態恰好在空調供冷的等焓線上。將這樣的冷空氣通入空調機組，機組將不再需要像傳統空調對吸入室外熱空氣那樣的處理過程，從而節約新風機組能耗。考慮到西安夏季空調供冷面積，這樣的節能將會產生巨大的社會經濟效益。
[0031]此外，需要說明的是，可在以上實施方式中做出不脫離本發明的原理和實質變化，本發明的范圍限定在所附權利要求及其等效形式中。
【權利要求】
1.一種基于高山新鮮空氣為新風來源的空氣調節系統，該系統包括新鮮空氣監控子系統、新鮮空氣采集子系統、動力子系統、輸配子系統以及用戶端子系統等五部分；其中，新鮮空氣監控子系統的特征在于全天候、連續、自動地實時監控新鮮空氣采集區以及整個輸送過程中的空氣質量；新鮮空氣采集子系統的的特征在于結合空氣采集區實地地形地貌設置，滿足便于大量新鮮空氣的收集、保證收集空氣的質量、需要保障周邊生態三方面需求；動力子系統的特征在于采用大型智能管理系統，可根據用戶端實時需要調節風機動力；輸配子系統的特征在于包括風機站和新鮮空氣采集區和風機站之間的山地隧洞、以及用戶端之間使用平原隧洞，以及進入建筑群之后的建筑巷道等；用戶端子系統的特征在于改造現有空調新風系統，設置分流器并直接與空調相連為其提供新風，直接與制冷后的回風混合，通過空調將室內污濁空氣置換的方法凈化室內空氣。
2.一種用于控制基于高山新鮮空氣為新風來源的空氣調節系統的方法，該系統包括新鮮空氣監控系統、新鮮空氣采集系統、動力系統、輸配系統以及用戶端系統等五部分，并且該方法包括新鮮空氣采集步驟、新鮮空氣輸送步驟、新鮮空氣進入室內與空調結合使用步驟以及全程空氣監控步驟。
3.如權利要求2所述的方法，其中，在所述新鮮空氣采集步驟中，在風機動力系統作用下，山地隧洞內將會產生巨大的空氣負壓，空氣采集區域的新鮮空氣會在此負壓作用下自動進入山地隧洞，并最終完成新鮮空氣的采集步驟。
4.如權利要求2所述的方法，其中，在所述新鮮空氣輸送步驟中，風機動力系統作用下，平原隧洞內將會產生巨大的空氣正壓，從山地隧洞采集而來的新鮮空氣會在此正壓作用下自動進入平原隧洞，并最終進入各個建筑群的建筑豎井或巷道從而完成新鮮空氣的輸送步驟。
5.如權利要求2所述的方法，其中，在所述新鮮空氣進入室內與空調結合使用步驟中，新鮮空氣在經建筑巷道、建筑豎井進入室內之后與室內現有空調相連為其提供新風，直接與回風混合，通過空調將室內污濁空氣置換的方法凈化室內空氣，從而完成室內空氣調節。
6.如權利要求2所述的方法，其中，在所述全程空氣監控步驟中，整套空氣調節系統運作時對其全程的空氣質量監測，這包括采集區、輸送過程中以及進入用戶室內前等的新鮮空氣質量監測。
7.本發明在【具體實施方式】中以西安以及西安緊鄰的秦嶺為例；需要說明的是，本發明適用于大多盆地構造或緊鄰高山的城市，如太原、洛陽、北京、成都等等城市，本發明對此類亦有權利要求。
【文檔編號】F24F5/00GK103982967SQ201410198572
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】盧邦穩, 李同錄, 劉長武 申請人:四川大學