CN103004573B - 生态集成装修单元及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种生态集成装修单元及其使用方法，包括空气过滤层、支撑架、区域级现场控制器，以及用于检测室内环境参数的现场级传感器。空气过滤层由渗水层和生态层组合而成，空气过滤层也可以由滴灌层和生态层组合而成。生态层由依次附着在导水介质上的保湿层、基质层、定植层和植物组成。本发明采用静音渗灌和滴灌的方式将植物作为建筑物内空气置换的能量来源，采用新一代的渗灌方式彻底解决室内绿墙、绿色屏风的供水噪音问题，把涉及到生态建筑、建筑节能、室内空气质量、室内环境质量、植物、太阳能、系统控制、室内生态装修等多个学科的前沿技术集成后达到生态节能效果，来解决室内空气质量、室内环境质量问题，适于大型公建、候机楼、写字楼、家庭等。

Description

生态集成装修单元及其使用方法

技术领域

本发明涉及生态集成空调应用、建筑节能、室内空气质量、室内环境质量、植物光合作用应用、楼宇自控系统、室内生态装修等技术领域，特别是一种将空气-建筑能耗-生态植物整合集成为一体的高科技生态建筑技术。

背景技术

1.生态修复：

1.1、环境大气污染：中国近几十年来经济的迅速发展，致使中国环境的问题日显严峻。能源（特别是煤炭与石油）的大量消耗以及环境保护措施的欠缺，导致中国许多地区严重的空气污染。据世界卫生组织（WHO）2006年的一份报告，世界上污染最严重20城市里包括有16个中国城市。另据世界银行资料，世界上污染最严重30城市里有20个中国城市。

北京市环保局污染物排放总量控制处乔淑芳2012年2月对媒体说，“机动车尾气“贡献”了可吸入颗粒物，其中全市氮氧化物排放量中的一半来自机动车尾气。“道路交通的环境污染主要分为交通噪声、大气污染、交通振动三个主要方面。

热岛效应：Urban heat island effect是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，好像突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。根据北京市气候中心2010 年7 月5 日13 点58 分制作的北京地表温度卫星遥感图显示，热岛效应使北京大部分平原地区地表温度在48°C 以上，少部分地区超过54°汽车尾气、大气PM2.5/PM10和其他有害气体污染、空调（包括排风、车库、厨房）废气等等对城市空气造成污染加速了城市热岛效应。因此改善和修复城市环境，改善和修复建筑物内空调空气质量，将有助于缓解城市热岛效应。

1.2、城市绿容量：城市在开发和建设过程中，人为强度利用，大量排放烟尘、粉尘、S0₂ 等有毒气体及光化学烟雾，引起城市大气污染、水污染、土壤污染、噪音污染、光污染、酸雨污染、热岛效应等一系列环境问题，严重恶化了城市及周边地区生态环境，加剧了生态失衡，影响了城市居民的身心健康，威胁着城市的生存与可持续发展。现有在市区植树造林的道路绿化时间长，成活率不稳定，管理困难。因此不能够与现有城市的污染速度匹配，保持良好的城市大气生态环境。

2.生态建筑：

2.1、室内空气品质IAQ：

目前空气污染可能成为中国最大的健康威胁,在高层建筑密集的城市，“室内空气品质”Indoor Air Quality IAQ,急需得到改善。由于现代建筑中空调系统的引进、现代办公设备的普及，以及建筑密闭性的提高，使室内有害气体得不到排放，二氧化碳量升高，导致人们“空调病”、“居室综合症”等种种亚健康状态的产生。目前，室内空气净化研究已成为国际环保领域最关注的问题之一。

2.2、室内环境品质IEQ：

在美国供热制冷空调工程师协会（American Socrity of Heating,Refrigeratingand Air-conditiong Engineers,简称ASHRAE）1988年颁布的标准ASHRE62-1989《满足可接受室内空气品质的通风》中兼顾了室内空气品质的主观和客观的评价，给出的定义为：良好的室内空气品质应该是“空气中没有一致的污染物达到公认的权威机构所确定的有害物浓度指标，且处于空气中的绝大多数人（大于或等于80%）对此没有表示不满。”

3、建筑节能：

中国建筑能耗占全国能耗消费的28%，其中公共建筑占建筑能耗的21.7%，建筑能耗总量大且逐年上升。一方面由于中央空调、家用空调不能及时补充二氧化碳以及有害气体含量低、氧气气体含量高的空调新风，建筑物高密度集中的城市里浑浊的气流在空调系统中不断的循环，还有空调系统排出的废气直接进入室外，加速了空气污染的程度。空调空间从节能角度考虑要求“密封化”，加大新风量和节约能耗是一对矛盾，加大新风量，特别是在夏季（冬季）室内、外温差较大的情况下，将会导致空调能耗的增加。

4、二氧化碳利用：中国能源消耗和环境保护已成为具有国际影响的重大问题。目前广泛采用的固碳方法就是绿化，据统计2001-2004 年全国园林绿化维护建设资金支出1137.3 亿元，比“九五”期间的总和还多603.5 亿元充分发挥园林绿化植物的碳汇（森林吸收并储存二氧化碳的能力）功能，将大气中的温室气体（二氧化碳为主）储存于植物根际或土壤中—积极扩大碳汇，是成本较低的减碳途径之一。园林绿地通过植被的蒸腾作用和遮阴可以降低城市的地面和空气温度。建筑物周边的绿地可以有效降低建筑物的能耗。在爱丁堡，防风林可以使办公建筑供暖能耗减少16%-42%。巴顿鲁治、萨克拉门托和盐湖城的模拟研究发现，如果每户都种植4棵乔木，将会使地方电厂每年减少16000t、41000t 和9000t 的碳排放。

5、太阳能利用：太阳具有三种能量，太阳的热能、光伏能、生物能，太阳的热能、光伏能都已受到普遍的重视，太阳的生物能在农林业也得到应用。生态集成装修单元通过一个综合的系统集成技术，将太阳的生物能和植物的光合作用引入生态建筑领域，生态集成装修单元将会在生态建筑、建筑节能、提高室内空气质量、提高室内环境质量从而实现室内环境修复的现实工程中发挥积极的作用，达到美化我们的生活，创造和谐的生态环境，节省能源，保护资源的多重目标。

6．生态集成

中国航天员中心北京时间12月1日17时，我国首次受控生态生保集成试验参试乘员唐永康、米涛在密闭试验舱内进行了为期30天的科学试验，顺利出舱，试验获得成功。

本次试验通过研究密闭系统中人与植物间的氧气、二氧化碳、水等物质的动态平衡调控机制，掌握就地供应乘员新鲜食物的方法，是我国首次真正意义上的受控生态生保系统整合研究。本次试验中，植物培养总面积为36平方米，包括生菜、油麦菜、紫背天葵、苦菊四种可食用蔬菜，主要用于为2名参试乘员提供呼吸用氧，并吸收乘员呼出的二氧化碳，在试验过程中，每名乘员每餐还可亲手采摘并食用新鲜蔬菜30—50克。受控生态生保系统又称生物再生式生保系统，主要通过高等植物和微藻为乘员生产食物、氧气和水，并去除乘员产生的二氧化碳等气体；该系统的最大特点是物质闭合程度高，能实现系统内食物、氧气和水等基本生保物质的全部再生，可大大减少地面的后勤补给，为乘员提供一个鲜活的绿色环境，并调节其心理状态。

据中国航天员中心副主任邓一兵介绍，本次试验中，航天员中心突破了多项关键技术，大气、水和食物的闭合度分别达到100%、85%和15%。据了解，航天员中心受控生态生保系统集成实验平台于2011年建成，具备氧气应急补充、二氧化碳应急去除、大气微量有害气体净化、睡眠保障、卫生保障、医学保障、安全保障等功能，舱内大气环境、光照和营养条件等参数均实现自动控制，确保了参试乘员的基本安全、健康和舒适。

现有室内生态技术主要有以下几种：

植物墙，人工室内花园，人造景观，室内生态餐厅。

以上技术均有不足之处，如：不可移动、管理不方便，是纯天然的植物不是量化的设备。还存在成本高、施工复杂、实施周期长、植物生存更换养养困难、无法根据需要移动的问题。此外，以上绿化技术植物叶面积有限，推广中需要考虑的因素太多，人工费用高，周期长，没有理论上的支持等，因此推广周期长、过程复杂、造价昂贵、实施难度大。

现有室内IAQ、IEQ技术主要有以下几种：

采用多种化学的方式在有污染的室内喷洒化学催化剂等，以减少室内空气污染的程度。

室内植物墙技术，受结构、植物栽培方式等因素到限制，绿量无法定量供应，碳氧置换的效果微弱。

制氧机技术，室内空气可以通过制氧机增加氧气含量，但是制氧机本身消耗电能，仅部分改变空气氧气含量有局限性，也不可能大规模改善室内外环境，不属于环境修复的方法。

空调净化技术，在空调系统中加入净化设备，空气经过净化设备其洁净度好于室外，但是不能改变室内空气中已有的碳氧成分和其它有害成分。现有空调系统没有制造氧气减少室内二氧化碳，甲醛等有害气体排放量的功能，空调排出的浑浊空气反而二次污染了城市的大气，加剧了城市热岛效应。现代工业化使二氧化碳在大气里的浓度急剧增加，不仅造成大气中氧气和二氧化碳的比例失衡,而且直接危及人们的身体健康和生命。当其含量上升后人们就会感到头疼、耳鸣、血压增高,严重的还可以使人中毒死亡。现有的空调新风取风口受到已建成建筑物限制，无法选择取风位置，取风口位置空气的温度和质量直接影响到空气处理的能耗和空调质量。当室外空气污染严重的时候进入空调系统的新风量也有同样程度的污染，反复循环呼吸含氧量低、含碳量高的空气对人体健康构成严重威胁。

空调节能：

目前空调系统节能都是从围绕着建筑现有空调设备考虑节能措施，没有从室外空调新风入口温度和改善室内绿量的角度考虑解决方案。现有中央空调系统安装后就不可移动，因而无法选择室外新风口、排风口的位置，很容易产生新风取风温度夏季高、冬季低，新风空气质量差，因而造成空调新风能耗高，含氧量低，空气处理过程耗能过大。空调全热交换器（HRV）把空调排风和空调新风在交换器里做不接触的热量交换，例如夏季的室外新风温度高于空调排风温度，经过全热交换器降低新风温度，减少了新风在空调处理时需要的能耗，由于新风风道与回风风道相互隔离，新风的空气质量不受回风影响。以上技术可以减少部分新风处理的能耗，但是不能改变新风空气里二氧化碳和氧气的含量，如果新风本身取自已被污染的空气，则无法保障空气质量。

空调空间的密封化，使室内设备、装修材料及人体散发的化合物、有机物、细菌、异味等随时间的累积、浓度增高；空调空间空气状态的强制变化，使各种污染源得以迅速扩散，造成了空中悬浮物质增多，已沉降的被飘扬，已悬浮的不易沉降。由于空调系统的热湿处理及过滤作用，空气中有益于自然态的臭氧和负离子相应减少，负离子和臭氧所起到的杀菌、消毒、抑制分解和清新空气的作用也随之减少，空气中的含菌量相较之下增加。空调系统的普通过滤装置只能吸纳空气中较大的尘埃，对众多的细菌、有机化合物并不起作用，大量尘菌随着回风循环，不断反复的污染室内空气。空调系统设备本身存在较严重的内部尘菌污染，是各种微生物生长的温床，是有害物质的集散地和传播器。综合以上原因，导致室内空气品质恶化的因素集中在新风质量差、室内产生的污染、进入室内的室外污染和空调系统本身产生的污染四个方面，它们相互影响、相互作用，片面加大新风量,不解决商场室内产生的污染、进入室内的室外污染和空调系统本身产生的污染也达不到预期的改善室内空气品质效果。

二氧化碳利用：温室大棚利用二氧化碳帮助植物生长，温室大棚要求的场地大，设备复杂，造价高，植物栽培技术还没有走出大棚的框框。管道栽培是利用人们易得的PVC 管材组装成适合栽培的容器与无土栽培的广泛适应性相结合，进行各种植物的栽培活动。

BACnet楼宇自控系统： BACnet是专门为建筑的自动控制网络制定的一种数据通信协议，通过定义工作站级通讯网络的标准通信协议，以取消不同厂商工作站之间的专有网关，将不同厂商、不同功能的产品集成在一个系统中，并实现各厂商设备的互操作，从而实现整个楼宇控制系统的标准化和开放化。

发明内容

本发明提供一种生态集成装修单元及其使用方法，要解决室内空气品质差、室内生态环境差、空调新风能耗高、办公室环境美化等问题；并解决现有室内生态技术不具有空调净化功能、不可移动，植物灌溉耗水量大、噪声大、灌溉不均匀、不利于植物生长的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

这种生态集成装修单元，包括空气过滤层、支撑架、区域级现场控制器，以及用于检测室内环境参数的现场级传感器；

所述空气过滤层由灌溉层和生态层组合而成，灌溉层和生态层与支撑架固定；

所述灌溉层有渗水层和滴灌层两种；

所述灌溉层为渗水层时，生态集成装修单元为静音生态集成装修单元；渗水层由下储水箱、上储水箱、水泵、供水管、渗灌出水管、布水器、导水介质、下水位控制器、上水位控制器组成，下储水箱和上储水箱分别设于支撑架的底部和顶部，水泵位于下储水箱内，供水管连接于水泵的出水端与上储水箱之间，上储水箱引出的渗灌出水管向下盘绕于导水介质内部，渗灌出水管上分布有渗水孔，上储水箱下部还与横向设置的布水器连通，布水器上开有与导水介质和生态层顶部对应的布水孔，下水位控制器和上水位控制器分别设于下储水箱和上储水箱内；

所述灌溉层为滴灌层时，生态集成装修单元为滴灌生态集成装修单元，滴灌层由储水箱、水泵、供水管、布水器和水位控制器组成，储水箱设于支撑架的底部，水泵和水位控制器设于储水箱内，供水管连接于水泵的出水端与布水器之间，布水器横向设于生态层顶部，布水器上开有与生态层顶部对应的布水孔；水帘自上而下贯穿整个生态层；

所述生态层由保湿层、基质层、定植层和植物组成，生态层由马蹄钉与支撑板固定后，再整体与支撑架固定，定植层与基质层形成植物级容器，定植层和基质层上分布有定植开口，植物根部用基质包裹后放入护根膜中，再放入定植开口内，用马蹄钉与支撑板固定，或者植物根部直接固定在定植开口内；

所述生态层和支撑板为整体结构或分块拼接结构；分块拼接结构的支撑板由扩展块拼接成整体，生态层一块块由马蹄钉与扩展块固定后，再整体与支撑架固定；

所述现场级传感器与区域级现场控制器连接；所述现场级传感器为空气质量传感器、湿度传感器、养分传感器和光照条件传感器的至少一种，或是一个同时设定有空气质量、湿度、养分和光照条件参数的传感器。

所述静音生态集成装修单元的支撑架为网面，两侧带有护边，顶部带有透水材质或网状的支撑板，导水介质、保湿层、基质层、定植层由定植卡或铁丝与网面固定；

所述滴灌生态集成装修单元的支撑架中部为网面，两侧带有护边，保湿层、基质层、定植层由定植卡或铁丝与网面固定。

所述渗灌出水管上连接有水管接头，所述水管接头为二通、三通或四通接头。

所述静音生态集成装修单元或滴灌生态集成装修单元的空气过滤层安装于支撑架的单侧或双侧。

所述导水介质为超细化纤制作的布条或水刺复合技术生产的无纺布；

所述保湿层为超细纤维类、生态棉、树脂化纤类或毡类制品；

所述基质层为超细纤维和无纺布的混纺织物、生态棉、水刺无纺布、水刺复合技术生产的无纺布或毡类制品；所述基质层有至少两层，外面一层上开定植开口，植物穿过基质层和定植层上的定植开口，植物根部在两层基质层中生长，或者基质层为布袋状或槽状，植物直接置于其内部；

所述定植层为能够抗拉伸、抗老化的塑料、化纤、混纺制品，或者不掉毛的水刺复合技术生产的无纺布；

所述护根膜为水刺无纺布。

所述现场级传感器为普通传感器或具有EnOcean GmbH能量收集信号的传感器。

所述静音生态集成装修单元或滴灌生态集成装修单元还安装有风机、加湿器、植物补光灯中至少一种外部设备；所述植物补光灯设于空气过滤层上方；所述加湿器设于空气过滤层下方；所述风机设于空气过滤层一侧。

所述风机、加湿器、水泵和植物补光灯中至少一种外部设备与区域级现场控制器连接。

所述外部设备以及现场级传感器上安装有能量收集元件，并由能量收集元件经无线网与无线现场级控制器，或经导线与有线现场控制器连接。

所述区域级现场控制器与BACnet楼宇控制系统连接；BACnet楼宇控制系统自成人机对话空调生态系统，或者由通讯协议与另一BACnet楼宇控制系统连接。

这种生态集成装修单元的使用方法，将至少一个静音生态集成装修单元或滴灌生态集成装修单元放在室内空调机组送风或回风末端附近；

当采用静音生态集成装修单元时，开启水泵，水经供水管进入上储水箱内，上储水箱内的水经渗灌出水管上的渗水孔均匀进入导水介质内部，上储水箱内的水又经布水器上的布水孔进入导水介质和生态层内，导水介质将水通过渗透的方式导入生态层，供植物生长使用，由导水介质和生态层下端流出的水进入储水箱内；当上水位控制器到达最高水位时，水泵停止补水，当上水位控制器到达最低水位时水泵开始补水，当下水位控制器到达最低水位时自动显示补水信号，给下储水箱补水，下水位控制器到达最高水位时自动显示停止补水信号；

当采用滴灌生态集成装修单元时，开启水泵，水经供水管进入布水器内部，再经布水器上的布水孔通过滴灌的方式进入生态层的各层，供植物生长使用，由生态层下端流出的水进入储水箱内；当水位控制器到达最低水位时自动显示补水信号，给储水箱补水，水位控制器到达最高水位时自动显示停止补水信号；

生态集成装修单元在运行过程中由现场级传感器检测室内环境参数，并将检测结果传送至区域级现场控制器，由区域级现场控制器控制生态集成装修单元运行。

本发明具有如下特点：

生态集成装修单元通过一个综合的系统集成技术，将植物光合作用应用引入生态建筑领域，发明了超静音的渗灌方式和滴灌方式，植物在建筑内的成长可以为建筑物内提供一定比例的氧气，从而减少室内二氧化碳含量，实现节省新风负荷能耗的目的。生态集成装修单元将会在生态建筑、建筑节能、提高室内空气质量、提高室内环境质量从而实现室内环境修复的工程中发挥积极的作用，达到美化我们的生活，创造和谐的生态环境，节省能源，保护资源的多重目标。

将生态技术与楼宇自控系统集成，将分散的各种生态技术统一在一个楼宇中央单元内管理，这种生态集成装修单元采用楼宇通用的BACnet通讯协议，可以通过互联网、局域网、专线等最新科技实现大规模的系统集成和远程数据共享。

这种生态集成装修单元，在近空调系统送风/回风末端附近添加生态集成装修单元，支架是一个可以根据使用需要改变形状的框架，空气过滤层可以安装于支撑架的单侧，也可以安装于支撑架的双侧，空气过滤层由生态层和渗水层组成一个多层整体。风机、加湿器和植物补光灯置于生态集成装修单元内。其中风机的添加需经过现场通风测评后，视现场空调风口风速/风流情况而定。

植物级容器的基质材料可以有多种选择，如水刺无纺布、水刺复合技术生产的无纺布；再生类毡制品。其中基质材料采用超细化纤与其他纺织材料混合制造可以快速吸收周边的水分，吸收后的水可以饱含在超细纤维里不会马上流出来，水通过自然蒸发的方式被植物的根部逐渐吸收又不会使植物根部溃烂。保湿层的设置可使基质层保持充足的水分，有利于植物生长。片状植物容器采用共享根域的方式，植物的根部可以自由生长，这样的方式使得植物之间可以形成一个紧密的整体覆着在生态集成装修单元的支架上。

渗水层采用特制超细化纤导水介质，超细纤维是一种不含蛋白质的纤维，所以不会发生蛋白质水解，更重要的是它不会滋生细菌，不会发霉腐烂；同时它具有极强的抗老化性，其制品的使用寿命是纯棉纤维制品使用寿命的5倍；由于它的直径是人头发丝的1%，吸水量是其它制品的7倍，其制品不起球、不掉毛、柔软、久洗不硬。采用该超细纤维导水介质可以快速导水，导水介质一旦渗水后会向干燥的地方渗透，保持整个渗水层上的水分均匀分布，渗水网可以在每次浇灌时续足水分，富含水分的渗水网上覆盖着共享根域的片状植物容器，水分被吸入植物根部。

由于渗水层采用渗灌的方式，布水器和盘绕在导水介质内部的渗灌出水管上均匀分布有渗水孔，不仅能使导水介质内的水分分布更加均匀，也可以保证渗灌的过程没有水泵的声音，室内环境保持超静音状态，只有在水箱补水的时候水泵才有声音。

滴灌层由于采用滴灌的方式，布水器上均匀分布有滴灌水孔，能使生态层各层的水分分布更加均匀。

生态集成装修单元是一种可以自由扩展的基本植物碳氧互换单元，集成管理的程度可以根据用户需要宜简宜繁，组态灵活多变，可以组成小到办公室的绿墙，大到绿色墙体，可以放置于室内或者室外。

现场级传感器至少由一种传感器探头组成，可以包括温度、湿度、照度、养分等多项参数。现场级传感器可采用高科技的集成技术，综合检测室内空气质量。现场级传感器可采用高科技的集成技术，有别于传统的传感器可以是Enocean传感器或Wifi信号传感器，与现有传感器相比体积更小、重量更轻。

能量收集元件采用世界先进的EnOcean GmbH能量收集（energy harvesting）技术，能量收集技术指从光、热、电波、振动、人体动作等获得微弱电力。可利用868MHz频带，实现125Kbps的传输速率的无线技术，无线设备无需电池。比方说，管理一个城区的空气置换环境修复系统会使用4～6000个传感器单元。如果各传感器单元使用以电池为驱动的技术，电池的更换和管理将成为巨大的负担，令管理和维护工作极为繁重或无所适从。对于大规模的中央实时控制系统电池驱动装置或者有线装置的使用成本会很高。本发明采用的无源新技术能够保证在照明关闭5天的情况下，就是说在室外天气连续5天是阴天与系统连接的传感器仍然可以正常工作。

区域级现场控制器包括现场执行设备对生态集成装修单元的风机、加湿器、水泵、植物补光灯进行控制，区域级现场控制器经由通讯协议可与其它楼宇自控系统联网，也可以形成独立控制系统。

生态集成装修单元的控制部分是开放的综合高科技集成技术平台，可以通过区域级现场控制器与BACnet楼宇自控技术对接，凡是现有的BACnet楼宇自控系统都可以与生态集成装修单元联网，如果非BACnet楼宇自控系统生态集成装修单元也可以选用与之匹配的区域级现场控制器实现联网，因此生态集成装修单元兼容网络集成新技术和无线无源新技术（Enocean传感器、Wifi传感器等）。

本发明具有的优点如下：

1、生态集成装修单元进行的空气置换可预设固碳量制氧量范围，以植物三维绿量（Living Vegetation Volume，LVV）考虑工程设计和预设环境修复效果，用植物蒸腾释水与吸热总量缓解夏季热岛效应以生态的方式减排，同时产生有益环境的效果。采用强化手段提高单位立体空间面积上植物光合作用的效率，短期内快速加大空气置换。

2、适用于室内生态环境超静音装修，包括了室内空气品质IAQ和室内环境品质IEQ的改进。单体设备可以与BACnet楼宇自控系统集成，实现全方位的室内环境控制目标。

3、基质层为最少两层基质层，外面一层基质层上开定植开口植物直接插入其中，植物根部成长于两层或多层基质层之中。基质层也可以做成布袋状或槽状，植物放入其中。

4、富于变化的结构为室内空气置换的绿色建筑装修和工程提供了广阔的应用空间和市场，空气和光线可以穿过结构之间的缝隙，形成视觉上的透明，光和空气都可以快速穿透，选择不同的植物组合，科学的建立一个人工立体植物群落，使其构成同时拥有生态功能和修饰功能，并可以作为室内碳氧置换的环境修复单元接入BACnet楼宇自控系统统一管理。

5、可以改变局部环境空气质量和环境温度，提高集中空调获取新风的质量，夏季降低新风温度，冬季提高新风温度，可节省空调新风能耗20%～40%左右，同时增加空调空气质量。空调技术与植物光合作用结合起来，利用二氧化碳作为资源，植物在光合作用下产生氧气，吸收空调废气中存在的大量二氧化碳及对人体有害气体，来改变室内空气质量，提高空气含氧量。由于空调能耗市场占建筑总能耗的30%，因此节能意义深远。

6、具备集中管理和控制接口，使用最先进的BACnet楼宇控制技术和能量收集技术，大大节省了现场施工强度，使生态集成装修单元与现有的建筑改造项目对接非常方便。

本发明的空气置换特点和设计原理如下：

本发明通过植物光和作用所实现的光能转换过程应用于二氧化碳和有害气体的吸收，氧气的释放，因此达到环保和能源利用相互结合的效果。植物光合作用具有以下特点：

光合作用的公式总反应：CO₂ + H₂018 → （CH₂O） + O²18

注意：光合作用释放的氧气全部来自水，光合作用的产物不仅是糖类，还有氨基酸（无蛋白质）、脂肪，因此光合作用产物应当是有机物。

各步分反应：

H₂0→H+ O₂（水的光解）NADP+ + 2e- + H+ → NADPH（递氢）

ADP→ATP （递能）CO₂+C₅ 化合物→C₃ 化合物（二氧化碳的固定）

C₃ 化合物→（CH2O）+ C₅ 化合物（有机物的生成）

生态集成装修单元可以通过不同的规格尺寸与植物种类匹配，根据森林蓄积量法计算出二氧化碳的（减少量）固定量和释放氧气的量，根据光合作用方程式推算林木每生成1 克干物质需1.63 克二氧化碳，并释放出1.2 克氧气。每个单元设备的量化估算：

年均固碳量（吸收二氧化碳量） = 干物质年生长量 x 1.63

年均制氧量（释放氧气量） = 干物质年生长量 x 1.2

下一步的工作是在此基础上对每台设备的固碳量制氧量得到具体数据，从而可以估算出安装的生态集成装修单元达到的固碳量和制氧量，或者根据低碳减排的具体指标计算出所需安装的生态集成装修单元数量。

本发明在提高室内空气质量和室内环境质量方面的有益效果：

本发明将使室内空气中出现的化合物、有机物、细菌、异味浓度高，臭氧和负离子减少等问题得到极大的改善。

本发明将使室内生态环境得到革命性的变革，在室内获得更好的室内空气质量IAQ和室内环境质量IEQ。

植物在建筑内的成长可以为建筑物内提供一定比例的氧气，从而减少室内二氧化碳含量，实现节省新风负荷能耗的目的。

片状的生态层结构，采用了多层水刺无纺布、超细纤维材料、生态棉、混合毡类材料等，改变了现有植物立体技术的现状，现有技术常用的有：

*盆栽，将盆栽植物采用立体支架支起来，片状的生态层结构区别在于直接将植物放入生态层中，优点是植物单株根域所占空间体积大大缩小，浇灌方便，安装快捷。

*再生混纺毡制作的口袋，将植物与基质一齐放入袋中，片状的生态层结构区别在直接将植物和护根膜放入生态层的开口中，护根膜中放入一定数量的植物基质，然后用马蹄钉枪将马蹄钉打入植物周边，马蹄钉穿透定植层、多层基质层、保湿层后钉入支撑板，支撑板采用铝塑板材、高密度板、塑料板等，马蹄钉被紧紧的卡在支撑板里，从而在生态层结构固定了植物的根域。

*采用支撑板、马蹄钉固定方式与现有支架、混纺毡类布袋结构技术相比有巨大的优点，马蹄钉操作方便，植物安装速度比原有方法快很多，支撑板重量轻，运输方便，立在墙上基本不占用空间。植物可以任意移动，只需将固定植物的马蹄钉取出，植物即可拿走。植物立面可以保持高密度。

本发明优于现有的以下几种室内生态环境技术：

与现有所有空调节能技术比较，本发明的生态集成装修单元可以对空调送风进行室内空气过滤，光和空气可以穿透生态集成装修单元，起到类似于空调机组的空气过滤网的效果，对室内环境具有降温增湿效益、吸收二氧化碳、释放氧气的效益、滞尘效益、吸收有毒气体的效益、绿量的减菌效益，达到修复室内环境的综合效果。

与现有楼宇自控系统集成技术相比创新了室内生态单元集成的新概念，加速了室内生态建设与现有楼宇自控的对接进程。

与植物墙green wall or living wall技术比较，本生态集成装修单元可以轻易组成绿墙，而且效率更高，整体安装速度更快，本生态集成装修单元具有现场参数检测、参数控制和与楼宇自控系统对接接口，较之植物墙是一个本质上的飞跃。生态集成装修单元是以室内环境质量IEQ、室内空气质量IAQ、生态建筑为基础的全新技术。采用新一代的渗灌方式彻底解决室内绿墙、绿色屏风的供水噪音问题，渗灌方式是室内植物维护保养的革命性变革。

与温室大棚技术比较，本发明体积小，位置可以随环境需要任意移动本发明由于采用植物模块结构，植物设备更换可以像更换灯泡一样方便。 

与制氧机技术比较，本发明是以一种生态的方式修复室内空气中的氧气含量，采用碳氧循环，太阳光生物利用,可大大增加空气中的氧含量，改善室内环境质量。

与现有所有空调节能技术比较，本发明的生态集成装修单元可以对空调送风进行室内空气过滤，光和空气可以穿透生态集成装修单元生态层，类似于空调机组的空气过滤网的效果，具有降温增湿效益、吸收二氧化碳、释放氧气的效益、滞尘效益、吸收有毒气体的效益、绿量的减菌效益，达到修复室内环境的综合效果。

由于城市人口的高度密集各种空气污染源难以控制，而自然条件下植树造林的时间较长，依靠自然环境下的植树造林的速度所产生的生态效果滞后于城市大气的污染速度，而建筑物里的人每天每时每刻都要呼吸，人类有高达90%的时间呆在建筑物里，因此改善和修复室内环境质量对我们人类更为迫切，高质量的空气，人与生态和谐的自然室内空间为万众渴求，生态集成装修单元是一种快速改变建筑物室内空气质量、室内环境质量、短时间内在室内环境下达到人与自然和谐的方法。

     本发明将植物作为建筑物内空气置换的能量来源，是空调系统的一次革命，通过生态集成装修单元对植物所释放出的生物能进行利用，创新了一种植物容器；发明创新在于把涉及到生态建筑、建筑节能、室内空气质量、室内环境质量、植物、太阳能、系统控制等多个学科的前沿技术集成后达到生态节能效果来解决室内空气质量、室内环境质量问题，适用于大型公建、机场候机楼、写字楼、办公室、家庭等。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是生态集成装修单元的工作原理图。

图2是静音生态集成装修单元的组装图。

图3是植物级容器的结构示意图。

图4是渗水层管路的结构示意图。

图5是渗水层顶部的详图。

图6是滴灌生态集成装修单元的组装图。

图7是生态集成装修单元的扩展块示意图。

图8是单面设置空气过滤层组装后的示意图。

图9是双面设置空气过滤层组装后的示意图。

附图标记：1-生态集成装修单元、2-区域级现场控制器、3-现场级传感器、4- AEP空气置换吸入、5-植物级容器、6-支撑架、7-生态层、8-渗水层、9-风机、10-加湿器、11-空气过滤层、12-植物、13-基质层、14-保湿层、15-植物补光灯、16-太阳能、17-布水器、18-下储水箱、19-定植开口、20-定植卡、21-下水位控制器、22-定植层、23-供水管、24-渗水孔、25- AEP空气置换呼出、26-水泵、27-渗灌出水管、28-导水介质、29-上水位控制器、30-上储水箱、31-支撑板、32-马蹄钉、33-水管接头、34-布水孔、35-水帘、36-储水箱、37-水位控制器、38-滴灌层、39-护根膜、40-静音生态集成装修单元、41-滴灌生态集成装修单元、42-扩展块、43-挂接件。

具体实施方式　  

实施例参见图1所示，太阳能16进入建筑内植物进行光合作用产生氧气，室内人员呼出的二氧化碳被植物吸收AEP空气置换吸入4，植物产生的氧气AEP空气置换呼出25被人吸收，人的吐故纳新和植物的吐故纳新保持一个室内的生态循环。因此室内需要的新风量也因此减少，从而节约了建筑物空调系统处理新风所需的能量。AEP为air-energy-plants的英文缩写。

生态集成装修单元1还具有生态综合修复的效果，植物枝叶的滞尘效益对降低PM2.5/PM10和噪音有益，静音生态集成装修单元1提高了局部环境的绿容量，植物通过蒸腾作用释放水，降低环境温度，可以放置于室内或者室外。

生态集成装修单元放置于室内时具有碳氧循环综合修复室内生态环境的效果，植物12枝叶不仅提高室内环境绿容量而且直接提高室内空气中氧气的含量，减少二氧化碳和多种有害气体在空气中的成分，尤其是当前北京上海等大城市空气污染严重影响人们身体健康的情况下，使人们能够在室内呼吸到新鲜，经过植物净化了的空气具有非常重要的现实意义。

现场级传感器3安装于生态集成装修单元上，检测室内空气质量和温湿度各项参数后，通过区域级现场控制器2上传到需要对接的楼宇控制系统；楼宇控制系统如果不需要系统集成则可以自成系统。所述现场级传感器3为普通传感器或具有EnOcean GmbH能量收集信号的传感器。

外部设备以及现场级传感器3上可安装有能量收集元件，并由能量收集元件经无线网与无线现场级控制器，或经导线与有线现场控制器连接。

区域级现场控制器2与BACnet楼宇自控系统联网进行系统对接。在没有BACnet楼宇自控系统的楼宇里，现场级传感器3与区域级现场控制器2连接，区域级现场控制器2对生态集成装修单元进行实时控制和管理。生态集成装修单元经过控制系统接入设备实现信息共享的方式有两种，一种是通过系统局域网即可形成一个远程大型系统，一种是自成人机对话空调生态系统。

参见图2、图6所示，所述生态集成装修单元包括空气过滤层11、支撑架6、区域级现场控制器2，以及用于检测室内环境参数的现场级传感器3。空气过滤层11由灌溉层和生态层7组合而成。灌溉层可采用渗水层8或滴灌层38。

所述生态集成装修单元还安装有风机9、加湿器10、植物补光灯15中至少一种外部设备。植物补光灯15设于空气过滤层11上方，植物补光灯15可以手/自动转换控制，根据室内光照条件由现场级传感器3检测照度参数值；所述加湿器10设于空气过滤层11下方，为生态层7保湿，同时保持室内适宜湿度，替代了室内加湿器的功能；所述风机9设于空气过滤层11一侧，保持和生态集成装修单元1有必要的通风。所述风机9、加湿器10、水泵26和植物补光灯15的至少一种与区域级现场控制器2连接。

参见图2、图3所示，所述静音生态集成装修单元40的生态层7由保湿层14、基质层13、定植层22和植物12组成，生态层7与导水介质28均与支撑架6固定，生态层7与导水介质28由马蹄钉32与支撑板31固定后，再整体与支撑架6固定，定植层22与基质层13形成植物级容器5，定植层22和基质层13上分布有定植开口19，植物12固定在定植开口19内；植物12根部自由生长扎根于基质层13，相互盘根错节形成一个整体。定植开口19用于放植物12的根部进入植物级容器5。植物12根部用一定量的基质包裹后放入护根膜39中，再放入定植开口19内。护根膜39为水刺无纺布，其中可以根据需要裹入宜于植物根部生长的助长剂、水苔等。

所述保湿层14为超细纤维类、生态棉、树脂化纤类或毡类制品；

所述基质层13为超细纤维、生态棉和无纺布的混纺织物、水刺无纺布、水刺复合技术生产的无纺布或毡类制品。所述基质层13有至少两层，外面一层上开定植开口19，植物12穿过基质层13和定植层22上的定植开口19，植物12根部在两层基质层13中生长，或者基质层13为口袋状或槽状，植物直接置于其内部。植物12放置于定植开口19内时需要由定植卡20固定。

所述定植层22为能够抗拉伸、抗老化的塑料、化纤、混纺制品，或者不掉毛的水刺复合技术生产的无纺布。

所述支撑架6为网面，两侧带有护边，顶部带有透水材质或网状的支撑板，导水介质28、保湿层14、基质层13、定植层22由定植卡20或铁丝与网面固定。

参见图4、图5所示，所述渗水层8由下储水箱18、上储水箱30、水泵26、供水管23、渗灌出水管27、布水器17、导水介质28、下水位控制器21、上水位控制器29组成，下储水箱18和上储水箱30分别设于支撑架6的底部和顶部，水泵26位于下储水箱18内，供水管23连接于水泵的出水端与上储水箱30之间，上储水箱30引出的渗灌出水管27向下盘绕于导水介质28内部，渗灌出水管27上分布有渗水孔，上储水箱30下部还与横向设置的布水器17连通，布水器17上开有与导水介质28和生态层7顶部对应的布水孔34，导水介质28可以是超细化纤布条，也可以是水刺复合技术生产的无纺布。渗灌出水管27上布有渗水孔24，水渗出后导水介质28被渗湿。下水位控制器21和上水位控制器29分别设于下储水箱18和上储水箱30内。每个渗水孔在在导水过程中没有声音，因此浇灌过程可保持超静音。

所述生态集成装修单元水箱底部安装轮子即可组成移动屏风，可以用于室内和室外。

参见图5所示，渗灌出水管27上连接有水管接头33，水管接头为二通、三通或四通接头。

参见图6所示，滴灌生态集成装修单元41的生态层7由依次固定在支撑架6上的保湿层14、基质层13、定植层22和植物12组成，生态层7由马蹄钉32与支撑板31固定后，再整体与支撑架6固定，定植层22和基质层13形成植物级容器5，定植层22和基质层13上分布有定植开口19，植物12固定在定植开口19内。植物12根部用一定量的基质包裹后放入护根膜39中，再放入定植开口19内。

滴灌生态集成装修单元41的支撑架6中部为网面，两侧带有护边，保湿层14、基质层13、定植层22由定植卡20或铁丝与网面固定。

滴灌层38由储水箱36、水泵26、供水管23、布水器17和水位控制器37组成，储水箱36设于支撑架6的底部，水泵26和水位控制器37设于储水箱36内，供水管23连接于水泵26的出水端与布水器17之间，布水器17横向设于生态层7顶部，布水器17上开有与生态层7顶部对应的布水孔34；水帘35自上而下贯穿整个生态层7；

参见图7所示，支撑架6上的支撑板31可以根据整体面积扩展需要化整为零安装于支撑架6上。支撑板31由扩展块42拼装成整体。定植层22和多层基质层13和保湿层14依次放好，定植层22和基质层13上分布有定植开口19，植物12根部采用护根膜39包裹好后用马蹄钉32固定在定植开口19内，扩展块42上。植物12根部用一定量的基质包裹后放入护根膜39中，再放入定植开口19内。扩展块42安装到的方式多样，可由挂接件43安装到支撑架6上，还可以采用卡扣、捆绑、螺丝等，方式不限。

参见图8、图9所示，生态集成装修单元的空气过滤层11可以安装于支撑架6的单侧，也可以安装于支撑架6的双侧。

参见图1～9所示，这种生态集成装修单元的使用方法，将至少一个静音生态集成装修单元40或滴灌生态集成装修单元41放在室内空调机组送风或回风末端附近；

生态层7由保湿层14、基质层13、定植层22和植物12组成，生态层7由马蹄钉32与支撑板31固定后，再整体与支撑架6固定，定植层22与基质层13形成植物级容器5，定植层22和基质层13上分布有定植开口19，植物12固定在定植开口19内。

当采用静音生态集成装修单元40时，开启水泵26，水经供水管23进入上储水箱30内，上储水箱30内的水经渗灌出水管27上的渗水孔均匀进入导水介质28内部，上储水箱30内的水又经布水器17上的布水孔34进入导水介质28和生态层7内，导水介质28将水通过渗透的方式导入生态层7，供植物12生长使用，由导水介质28和生态层7下端流出的水进入储水箱18内；当上水位控制器29到达最高水位时，水泵26停止补水，当上水位控制器29到达最低水位时水泵26开始补水，当下水位控制器21到达最低水位时自动显示补水信号，给下储水箱18补水，下水位控制器21到达最高水位时自动显示停止补水信号；

当采用滴灌生态集成装修单元41时，开启水泵26，水经供水管23进入布水器17内部，再经布水器17上的布水孔34通过滴灌的方式进入生态层7的各层，供植物12生长使用，由生态层7下端流出的水进入储水箱36内；当水位控制器37到达最低水位时自动显示补水信号，给储水箱40补水，水位控制器37到达最高水位时自动显示停止补水信号；

生态集成装修单元在运行过程中由现场级传感器3检测室内环境参数，并将检测结果传送至区域级现场控制器2，由区域级现场控制器2控制生态集成装修单元运行。

生态集成装修单元1可以与楼宇现有控制系统对接，实时控制生态集成装修单元的水泵26、储水箱、风机9、加湿器10、植物补光灯15等参数，实时读取现场级传感器3上的数据。

Claims (10)

1.一种生态集成装修单元，其特征在于：包括空气过滤层（11）、支撑架（6）、区域级现场控制器（2），以及用于检测室内环境参数的现场级传感器（3）；

所述空气过滤层（11）由灌溉层和生态层（7）组合而成，灌溉层和生态层（7）与支撑架固定；

所述灌溉层有渗水层（8）和滴灌层（38）两种；

所述灌溉层为渗水层（8）时，生态集成装修单元为静音生态集成装修单元（40）；渗水层（8）由下储水箱（18）、上储水箱（30）、水泵（26）、供水管（23）、渗灌出水管（27）、布水器（17）、导水介质（28）、下水位控制器（21）、上水位控制器（29）组成，下储水箱（18）和上储水箱（30）分别设于支撑架（6）的底部和顶部，水泵（26）位于下储水箱（18）内，供水管（23）连接于水泵的出水端与上储水箱（30）之间，上储水箱（30）引出的渗灌出水管（27）向下盘绕于导水介质（28）内部，渗灌出水管（27）上分布有渗水孔（24），上储水箱（30）下部还与横向设置的布水器（17）连通，布水器（17）上开有与导水介质（28）和生态层（7）顶部对应的布水孔（34），下水位控制器（21）和上水位控制器（29）分别设于下储水箱（18）和上储水箱（30）内；

所述灌溉层为滴灌层（38）时，生态集成装修单元为滴灌生态集成装修单元（41），滴灌层（38）由储水箱（36）、水泵（26）、供水管（23）、布水器（17）和水位控制器（37）组成，储水箱（36）设于支撑架（6）的底部，水泵（26）和水位控制器（37）设于储水箱（36）内，供水管（23）连接于水泵（26）的出水端与布水器（17）之间，布水器（17）横向设于生态层（7）顶部，布水器（17）上开有与生态层（7）顶部对应的布水孔（34）；水帘（35）自上而下贯穿整个生态层（7）；

所述生态层（7）由保湿层（14）、基质层（13）、定植层（22）和植物（12）组成，生态层（7）由马蹄钉（32）与支撑板（31）固定后，再整体与支撑架（6）固定，定植层（22）与基质层（13）形成植物级容器（5），定植层（22）和基质层（13）上分布有定植开口（19），植物（12）根部用基质包裹后放入护根膜（39）中，再放入定植开口（19）内，用马蹄钉（32）与支撑板（31）固定，或者植物（12）根部直接固定在定植开口（19）内；

所述生态层（7）和支撑板（31）为整体结构或分块拼接结构；分块拼接结构的支撑板（31）由扩展块（42）拼接成整体，生态层（7）一块块由马蹄钉（32）与扩展块（42）固定后，再整体与支撑架（6）固定；

所述现场级传感器（3）与区域级现场控制器（2）连接；所述现场级传感器（3）为空气质量传感器、湿度传感器、养分传感器和光照条件传感器的至少一种，或是一个同时设定有空气质量、湿度、养分和光照条件参数的传感器。

2.根据权利要求1所述的生态集成装修单元，其特征在于：

所述静音生态集成装修单元（40）的支撑架（6）为网面，两侧带有护边，顶部带有透水材质或网状的支撑板，导水介质（28）、保湿层（14）、基质层（13）、定植层（22）由定植卡（20）或铁丝与网面固定；

所述滴灌生态集成装修单元（41）的支撑架（6）中部为网面，两侧带有护边，保湿层（14）、基质层（13）、定植层（22）由定植卡（20）或铁丝与网面固定。

3.根据权利要求1所述的生态集成装修单元，其特征在于：所述渗灌出水管（27）上连接有水管接头（33），所述水管接头为二通、三通或四通接头。

4.根据权利要求1所述的生态集成装修单元，其特征在于：所述静音生态集成装修单元（40）或滴灌生态集成装修单元（41）的空气过滤层（11）安装于支撑架（6）的单侧或双侧。

5.根据权利要求1所述的生态集成装修单元，其特征在于：所述导水介质（28）为超细化纤制作的布条或水刺复合技术生产的无纺布；

所述保湿层（14）为超细纤维类、生态棉、树脂化纤类或毡类制品；

所述基质层（13）为超细纤维和无纺布的混纺织物、生态棉、水刺无纺布、水刺复合技术生产的无纺布或毡类制品；所述基质层（13）有至少两层，外面一层上开定植开口（19），植物（12）穿过基质层（13）和定植层（22）上的定植开口（19），植物（12）根部在两层基质层（13）中生长，或者基质层（13）为布袋状或槽状，植物直接置于其内部；

所述定植层（22）为能够抗拉伸、抗老化的塑料、化纤、混纺制品，或者不掉毛的水刺复合技术生产的无纺布；

所述护根膜（39）为水刺无纺布。

6.根据权利要求1所述的生态集成装修单元，其特征在于：所述现场级传感器（3）为普通传感器或具有EnOcean GmbH能量收集信号的传感器。

7.根据权利要求1所述的生态集成装修单元，其特征在于：所述静音生态集成装修单元（40）或滴灌生态集成装修单元（41）还安装有风机（9）、加湿器（10）、植物补光灯（15）中至少一种外部设备；所述植物补光灯（15）设于空气过滤层（11）上方；所述加湿器（10）设于空气过滤层（11）下方；所述风机（9）设于空气过滤层（11）一侧；

所述风机（9）、加湿器（10）、水泵（26）和植物补光灯（15）中至少一种外部设备与区域级现场控制器（2）连接。

8.根据权利要求7所述的生态集成装修单元，其特征在于：所述外部设备以及现场级传感器（3）上安装有采用EnOcean GmbH能量收集技术的能量收集元件，并由采用EnOcean GmbH能量收集技术的能量收集元件经无线网与无线现场级控制器，或经导线与有线现场控制器连接。

9.根据权利要求1所述的生态集成装修单元，其特征在于：所述区域级现场控制器（2）与BACnet楼宇控制系统连接；BACnet楼宇控制系统自成人机对话空调生态系统，或者由通讯协议与另一BACnet楼宇控制系统连接。

10.一种如权利要求1～9任意一项所述生态集成装修单元的使用方法，其特征在于：

将至少一个静音生态集成装修单元（40）或滴灌生态集成装修单元（41）放在室内空调机组送风或回风末端附近；

当采用静音生态集成装修单元（40）时，开启水泵（26），水经供水管（23）进入上储水箱（30）内，上储水箱（30）内的水经渗灌出水管（27）上的渗水孔均匀进入导水介质（28）内部，上储水箱（30）内的水又经布水器（17）上的布水孔（34）进入导水介质（28）和生态层（7）内，导水介质（28）将水通过渗透的方式导入生态层（7），供植物（12）生长使用，由导水介质（28）和生态层（7）下端流出的水进入储水箱（18）内；当上水位控制器（29）到达最高水位时，水泵（26）停止补水，当上水位控制器（29）到达最低水位时水泵（26）开始补水，当下水位控制器（21）到达最低水位时自动显示补水信号，给下储水箱（18）补水，下水位控制器（21）到达最高水位时自动显示停止补水信号；

当采用滴灌生态集成装修单元（41）时，开启水泵（26），水经供水管（23）进入布水器（17）内部，再经布水器（17）上的布水孔（34）通过滴灌的方式进入生态层（7）的各层，供植物（12）生长使用，由生态层（7）下端流出的水进入储水箱（36）内；当水位控制器（37）到达最低水位时自动显示补水信号，给储水箱（36）补水，水位控制器（37）到达最高水位时自动显示停止补水信号；

生态集成装修单元在运行过程中由现场级传感器（3）检测室内环境参数，并将检测结果传送至区域级现场控制器（2），由区域级现场控制器（2）控制生态集成装修单元运行。

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