CN103353154B - 用于多层建筑物的空气致动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于多层建筑物的空气致动系统，其包括：设置在所述多层建筑物内的升降机系统，该升降机系统包括升降机轿厢以及所述升降机轿厢在其中上下运动的井道；空气入口，其设置在多层建筑物中的任意楼层内，并且将所述建筑物的外部与所述井道连通；空气出口，其设置在多层建筑物中的任意楼层内，并且将所述建筑物的内部与所述井道连通；以及空气处理单元，其设置于所述空气入口的附近并与所述空气入口相连，其中，所述升降机轿厢的运动导致多层建筑物外部的空气经所述空气入口和空气处理单元而被抽吸到所述井道内，并在之后被排放到多层建筑物的内部。

Description

用于多层建筑物的空气致动系统

本申请为2010年7月13日提交的申请号为201010236038.0的同名中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于多层建筑物的空气致动系统。

背景技术

近年来，城市中的空气污染已经成为社会各方普遍关注的问题。空气污染物的种类包含很多，它们的形态可能是固体状的粒子，也可能是气体，或是这些形态的混合物存在。城市中比较常见的空气污染物包括悬浮微粒、一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和碳氢化合物等，其中大多是由人为因素而产生。如果空气中的污染物数量少的话，对人体和环境的影响会比较轻微，但当这些污染物增加至危险水平，就必须想办法将其从空气里移除。

室外的空气往往容易受到大规模的污染，例如大量的工业排放、交通工具的排放等。然而，空气污染并不只限于室外，吸烟、燃料燃烧、建筑物材料、家具用品也会给室内的空气造成污染。虽然室内污染物的危害程度往往较低，但由于接触时间很长，其累积接触量可能很高。在如今的建筑物中，室内污染因子日渐增多，但通风换气能力因密闭的结构设计却反而减弱，这使得有些室内污染物的浓度可能高达室外浓度的十倍以上。因此，如何对室内的空气进行有效的净化，是当前建筑行业所普遍面临的问题。

目前，大型建筑物普通使用空调系统来对室内空气进行净化。其中，室外空气首先被抽入，然后经过空调系统的净化再排放到建筑物内。然而，此类空调器一般需要提供专门的空气输送通道，而且还需要专用的动力装置以提供能量供应。这导致其成本相当高，同时维护起来也非常麻烦。

发明内容

因此，需要一种空气致动系统，其能够有效地将建筑物外部的空气抽吸到建筑物内，并在对空气进行适当处理、如净化之后将其排放到建筑物的内部，但不需要高额的成本投入。

为了解决这一问题，本发明在一方面提供了一种用于多层建筑物的空气致动系统，其包括：设置在所述多层建筑物内的升降机系统，其包括升降机轿厢以及所述升降机轿厢在其中上下运动的井道；空气入口，其设置在多层建筑物中的任意楼层内，并且将所述建筑物的外部与所述井道连通；空气出口，其设置在多层建筑物中的任意楼层内，并且将所述建筑物的内部与所述井道连通；以及空气处理单元，其设置于所述空气入口的附近并与所述空气入口相连。其中，升降机轿厢的运动导致多层建筑物外部的空气经空气入口和空气处理单元而被抽吸到井道内，并之后排放到多层建筑物的内部。

在一个实施例中，所述空气致动系统包括一个空气入口和一个空气出口，它们同时设置于多层建筑物的顶层或者底层中。容易理解，该空气入口和该空气出口也可分别设置于多层建筑物的不同楼层中。

在另一个实施例中，在空气入口和空气出口处分别设置有进气阀和排气阀。当轿厢在井道内沿着背离空气入口的第一方向运动时，进气阀打开而排气阀关闭。而当轿厢在井道内沿着与第一方向相反的第二方向运动时，进气阀关闭而排气阀打开。

在另一个实施例中，所述空气致动系统包括两个空气入口和两个空气出口，其中在多层建筑物的一层设置有第一空气入口和第一空气出口，而在另一层设置有第二空气入口和第二空气出口。在一个优选的例子中，第一空气入口和第一空气出口设置在多层建筑物的顶层而第二空气入口和第二空气出口设置在底层。当轿厢在井道沿着背离第一空气入口的第一方向运动时仅有第一空气入口和第二空气出口打开，而当轿厢在井道沿着与第一方向相反的第二方向运动时仅有第二空气入口和第一空气出口打开。

在一优选实施例中，可在空气入口和／或空气出口处设置风扇，以增强空气的流动性。

在另一个实施例中，井道内的被致动的空气量与升降机轿厢的横截面积成比例。

在另一个实施例中，空气处理单元包括空气质量净化装置。空气质量净化装置包括水-气交换单元或水-固交换单元。在一个优选的实施例中，水-气交换单元或水-固交换单元与水或尿素充分混合并通过一处理区域，从而去除空气中的呼吸悬浮颗粒、二氧化碳或氮氧化物。

根据本发明的空气致动系统的一个优势在于：利用建筑物中现成的升降机系统的运行来实现抽吸和致动空气的目的，从而大大降低了该空气致动系统的成本。

根据计算流体力学的原理可以算出，现有的常规升降机的常规运作就能够形成良好地抽吸效应，使得建筑物外部的空气能够以合适的流速而被抽入到空气处理单元中以进行处理。因此，不需要对现有的升降机系统进行改进。

同时，由于平时升降机上下运动已经十分频繁，这样就为空气的抽吸和致动提供了足够的能量。因此，不需要为根据本发明的空气致动系统提供额外的动力装置，从而大大降低了其运行成本。另外，升降机系统本身是需要进行定期维护的，因此根据本发明的空气致动系统的维护成本也大大降低。

本发明的另一个优势在于：可通过设置空气处理单元来对流入建筑物的空气质量进行处理、例如净化，从而移除空气中的大部分悬浮颗粒以及氮氧化物。因此，能够显著地提高建筑物内的空气质量。

本发明在另一方面提供了一种空气致动方法，其利用如上文所述的空气致动系统来在多层建筑物的内部和外部形成空气致动。

本发明在又一方面还提供了一种空气致动方法，其包括：在多层建筑物中设置两个空气入口和两个空气出口，其中，在建筑物的顶层分别设置第一空气入口和第一空气出口，而在建筑物的底层相应地设置第二空气入口和第二空气出口；在两个空气入口的附近处均设置与空气入口相连的空气处理单元。

根据本发明的空气致动方法，当升降机轿厢在井道内向下运动时，仅打开第一空气入口和第二空气出口，使得轿厢的向下运动一方面将建筑物外部的空气经第一空气入口和第一空气处理单元抽吸到井道内的轿厢上方的区域，另一方面压迫井道内位于轿厢下方的空气向下运动，从而经由第二空气出口排到建筑物的内部。当升降机轿厢在井道内向上运动时，仅打开第二空气入口和第一空气出口，使得轿厢的向上运动一方面将建筑物外部的空气经第二空气入口和第二空气处理单元抽吸到井道内的轿厢下方的区域，另一方面压迫井道内位于轿厢上方的空气向上运动，从而经由第一空气出口排到建筑物的内部。

附图说明

图1是根据本发明的空气致动系统的示意图；

图2A和2B显示了根据本发明的空气致动系统的一个优选实施例；

图3A和3B显示了根据本发明的空气致动系统的另一个优选实施例；和

图4是根据本发明的空气致动系统中的气-水交换单元的示意图。

具体实施方式

下面参考附图来详细地描述本发明。

图l显示了本发明的空气致动系统100，其包括设置在多层建筑物50中的升降机系统70，该升降机系统70包括升降机轿厢2和轿厢2可在其内上下运动以到达不同楼层6的井道l。

在多层建筑物50的顶层设置有一空气入口3，其将多层建筑物的外部与井道l连通，因此，建筑物外部的空气可通过该空气入口3而进入到井道l内。同时，在多层建筑物50的顶层还设置有一空气出口4，其将井道l与多层建筑物50的内部连通。因此，井道l内的空气可通过该空气出口4而进入到建筑物的内部。

需要说明的是，虽然在图l中为了方便说明起见而示出了空气入口3和空气出口4均设置在多层建筑物50的顶层，然而可以理解，它们也能够分别设置在该建筑物的其它楼层中，例如均设置在底层或其它的一个楼层，或者分别设置在不同的楼层。同样，虽然在图l中只示出了一个空气入口和一个空气出口，但本领域的技术人员应当了解，可以在多层建筑物中设置多个空气入口和多个空气出口，空气入口和空气出口的数量并不需要相匹配。

根据本发明，空气入口3与一个空气处理单元8相连。这样，源自建筑物外部的空气经空气入口3而进入到空气处理单元8中，从而进行相应的处理，例如除去其中的呼吸性悬浮颗粒、二氧化碳（CO₂）、氮氧化合物（NO_x）以及挥发性有机化合物（VOC）等污染成分。在一个实施例中，该空气处理单元8优选地包括空气质量净化装置。关于该空气质量净化装置的具体构造，将在下文中参照图3进行详述。

在本发明中，升降机轿厢2在井道l内的上下运动可以看作是活塞在气缸内的上下运动，即，轿厢2相当于活塞而容纳轿厢的井道l相应地作为气缸。这样，现有的升降机系统10就能如同活塞效应一样起到抽吸和致动空气的作用。

当轿厢2在井道l内沿着背离空气入口3的第一方向（在该实施例中为向下的方向）运动时，便形成了一种抽吸效应。在这种情况下，建筑物外部的空气将经由空气入口3而被抽吸到井道l内。当然，这些空气在进入到井道l内之前已经从空气处理单元8中流过，从而得到了相应的处理。也就是说，进入到井道l内的空气是己净化的空气。当轿厢2在井道l内沿着与第一方向相反的第二方向（在该实施例中为向上的方向）运动时，轿厢2又如同活塞一样压迫井道l内的空气沿着第二方向运动，使得这些经净化的空气经由空气出口4而排放到建筑物的内部，从而改善了建筑物内部的空气质量。

由于升降机每天的运行非常频繁，因此它能够充分地从建筑物的外部抽吸空气进入到井道内，并使得井道内的空气充分地排放到建筑物的内部。这样便可利用现有升降机系统来使空气频繁地从建筑物的外部运动到建筑物的内部，增强了空气交换的力度，从而为改善建筑物内的空气质量提供了基础。由于升降机系统是多层建筑物中现有的，因此不必为该空气致动系统提供额外的动力装置。同时，升降机系统本身需要进行定期维护，因此根据本发明的空气致动系统的维护成本也大大降低。

空气入口或出口的大小优选地大约等于井道横截面积的20％-30％，更优选地为井道横截面积的25％，以使得排除空气的效率最大化。根据计算流体力学的原理可以算出，如果升降机轿厢的面积占井道横截面积的60％且空气入口的大小等于井道横截面积的25％，那么当轿厢以2.5米／秒的速度运动时，所形成的抽吸效应足够使空气以3.8米／秒左右的流速被抽吸，该空气流速已经足够能由空气处理单元8来对空气进行良好的处理。目前，在建筑物中普遍使用的常规升降机系统中，轿厢的面积通常都大于井道横截面积的60％。因此，本发明的空气致动系统完全可以利用现有的多层建筑物中的升降机系统，而不必对该升降机系统进行任何改造。这使得根据本发明的空气致动系统的成本大大降低。

由于在本发明的空气致动系统中将升降机轿厢用作致动空气的活塞，因此，井道内被致动的空气量将与升降机轿厢的横截面积成一定比例。在理想的完全密封的情况下、即升降机轿厢的横截面积接近等于井道横截面积时，能够提供最理想的空气致动效果。因此，通过适当减小升降机轿厢与升降机井道之间的间距，就能够增强建筑物内的空气流动能力。可以根据具体情况的需要来决定是否需要对现有的升降机轿厢与升降机井道之间的间距进行调整。

根据本发明的一个优选实施例，在空气入口3和空气出口4处分别设置了进气阀30和排气阀40，用于控制空气的流动方向。如图2A所示，当轿厢2在井道l内沿着背离空气入口3的第一方向（图上的向上方向）运动时，进气阀30打开而排气阀40关闭。这样，建筑物外部的空气能够被良好地抽吸到井道l内。如图2B所示，当轿厢2在井道l内沿着与第一方向相反的第二方向（图上的向下方向）运动时，进气阀30关闭而排气阀40打开。这样，井道l内的空气能够被良好地排放到建筑物的内部。

容易理解，进气阀30和排气阀40的打开和关闭可以通过一个未示出的控制单元来实现。能够实现上述阀的打开与关闭的控制单元的具体构造是所属领域的技术人员所熟知的，因此为节约篇幅起见而在此略去。

另外，在另一优选实施例中，可在空气入口3和／或空气出口4处设置风扇，以便加强空气的流动速度。

图3A和3B显示了根据本发明的另一个优选实施例。如图所示，该实施例的空气致动系统200包括两个空气入口和两个空气出口，即设置在多层建筑物中的一层、例如顶层处的第一空气入口103和第一空气出口104，以及设置在多层建筑物中的另一层、例如底层处的第二空气入口113和空气出口114。在第一空气入口103和113第二空气入口的附近处分别设置有如上文所述的第一空气处理单元108和第二空气处理单元118。

根据该优选实施例，如图3A所示，当升降机轿厢102在井道101内沿着背离第一空气入口103的第一方向即向下运动时，仅打开第一空气入口103和第二空气出口114，第一空气出口104和第二空气入口113此时关闭。这样，轿厢102的向下运动一方面形成抽吸效应，将建筑物外部的空气经第一空气入口103和第一空气处理单元108而抽吸到井道101内的轿厢102上方的区域中。另一方面，轿厢102的向下运动还迫使井道101内的处于轿厢102下方的空气向下运动，并经第二空气出口114进入到建筑物的内部。

类似地，如图3B所示，当升降机轿厢102在井道101内沿着与第一方向相反的第二方向即向上运动时，仅打开第二空气入口113和第一空气出口104，第一空气入口103和第二空气出口114此时关闭。这样，轿厢102的向下运动一方面形成抽吸效应，将建筑物外部的空气经第二空气入口113和第二空气处理单元118而抽吸到井道101内的轿厢102下方的区域中。另一方面，轿厢102的向下运动还迫使井道101内的处于轿厢102上方的空气向上运动，并经第一空气出口104进入到建筑物的内部。

在轿厢102分别上下运动一次之后，井道101内的处于轿厢102上方的区域中便充满了经第一空气入口103引入并由第一空气处理单元108处理过的空气，而井道101内的处于轿厢102下方的区域中也会充满经第二空气入口113引入并由第二空气处理单元118处理过的空气。这样，经由第一空气出口104和第二空气出口114排放到建筑物内部的空气都是经过处理的清洁空气，从而显著提高了室内的空气质量。

如上所述，根据本发明的该优选实施例的空气致动系统200能够根据升降机的运动情况实时地调整空气出口和入口的打开与关闭，同时使得轿厢在上升和下降期间都能够有效地抽吸建筑物外部的空气并向建筑物内部排放经处理的空气，这使得空气致动的效率达到显著地提高。

容易理解，空气入口103，104和空气出口113，114的打开和关闭均可分别由上述进气阀30和排气阀40以及控制单元来实现。

图4显示了根据本发明的空气处理单元中的空气质量净化系统的一个实施例。在该实施例中，空气质量净化系统是一个气-水交换单元20。该气-水交换单元20设置在空气致动系统的空气出口处，用于对将要从建筑物中流出的空气进行净化。如图所示，该气-水交换单元20包括空气进入口9、交换室10、混合器11、液泵12、管道系统13、液体喷洒头14、液体箱15以及空气排放口16。本领域的技术人员容易理解，其它形式的空气质量净化系统也能够用于该空气处理单元中。

空气进入口9用于接收待净化的空气并将其引入交换室10。液泵12用于将液体箱15中的液体压入管道系统13中，从而使液体能通过液体喷洒头14连续不断地喷洒到混合器11中。这样，待净化的空气就能与液体在混合器11内进行充分的混合。液体箱15中的液体可以是水，经空气进入口9进入的空气与水充分混合，并通过一处理区域，从而去除空气中的大部分呼吸悬浮颗粒。液体箱15中的液体也可以是尿素，经空气进入口9进入的空气与尿素充分混合，并通过一过滤器，从而去除空气中的大部分氮氧化物。之后，去除了悬浮颗粒或氮氧化物的洁净空气经空气排放口16排放到外部环境中。这显然有助于改善外部环境的空气质量。

在一个实施例中，交换室10内可以放置固体，以便吸收空气中的二氧化碳。此时，气-水交换单元20成为气-固交换单元。

在一个优选实施例中，该空气处理单元还可以具有空气质量检测装置，用于对所抽吸的空气质量进行监控。这样就可以根据所抽吸空气的实际质量来决定加大或减小空气净化的力度。容易理解，这种功能同样由上述控制单元来实现。

另一方面，本发明还提供了一种空气致动方法。根据该方法，在多层建筑物中设置两个空气入口和两个空气出口，其中，在建筑物的顶层分别设置第一空气入口和第一空气出口，而在建筑物的底层相应地设置第二空气入口和第二空气出口。在第一和第二空气入口的附近处分别设置如上所述的第一和第二空气处理单元，用于对将要排出建筑物的空气进行处理。

根据该空气致动方法，当升降机轿厢在井道内向下运动时，仅打开第一空气入口和第二空气出口，使得轿厢的向下运动一方面将建筑物外部的空气经第一空气入口和第一空气处理单元抽吸到井道内的轿厢上方的区域，另一方面压迫井道内位于轿厢下方的空气向下运动，从而经由第二空气出口排到建筑物的内部。

当升降机轿厢在井道内向上运动时，仅打开第二空气入口和第一空气出口，使得轿厢的向上运动一方面将建筑物外部的空气经第二空气入口和第二空气处理单元抽吸到井道内的轿厢下方的区域，另一方面压迫井道内位于轿厢上方的空气向上运动，从而经由第一空气出口排到建筑物的内部。

由此，利用根据本发明的空气致动方法，建筑物外部的空气能够被有效地抽吸到升降机井道内并经相应的处理如净化，之后再排放到建筑物的内部。这导致建筑物内的空气条件得到明显改善。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。另外，在不脱离本发明原理的情况下，也可以进行多种改变以使得特定的环境或材料适于本发明的教导。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (13)

1.一种用于多层建筑物的空气致动系统，包括：

设置在所述多层建筑物内的升降机系统，其包括升降机轿厢以及所述升降机轿厢在其中上下运动的井道；

空气入口，其设置在多层建筑物中的任意楼层内，并且将所述建筑物的外部与所述井道连通：

空气出口，其设置在多层建筑物中的任意楼层内，并且将所述建筑物的内部与所述井道连通；以及

空气处理单元，其设置于所述空气入口的附近并与所述空气入口相连，

其中，所述轿厢的运动导致多层建筑物外部的空气经所述空气入口和空气处理单元而被抽吸到所述井道内，并在之后排放到多层建筑物的内部，

所述空气处理单元包括空气质量净化装置，

所述空气质量净化装置包括水-气交换单元或水-固交换单元，

空气在所述水-气交换单元或水-固交换单元中与水或尿素充分混合并通过一处理区域，从而去除所述空气中的呼吸悬浮颗粒、二氧化碳或氮氧化物。

2.根据权利要求l所述的空气致动系统，其特征在于，当所述轿厢在所述井道内沿着背离于所述空气入口的第一方向运动时，所述空气入口打开而所述空气出口关闭，而当所述轿厢在所述井道内沿着与所述第一方向相反的第二方向运动时，所述空气出口打开而所述空气入口关闭。

3.根据权利要求2所述的空气致动系统，其特征在于，所述空气入口和空气出口的打开/关闭由相应的阀来控制。

4.根据权利要求l到3中任一项所述的空气致动系统，其特征在于，所述空气致动系统包括一个空气入口和一个空气出口，它们同时设置于多层建筑物的一层中。

5.根据权利要求4所述的空气致动系统，其特征在于，所述空气入口和空气出口设置在多层建筑物的顶层或者底层。

6.根据权利要求l到3中任一项所述的空气致动系统，其特征在于，所述空气致动系统包括一个空气入口和一个空气出口，它们分别设置于多层建筑物的不同楼层中。

7.根据权利要求l到3中任一项所述的空气致动系统，其特征在于，所述空气致动系统包括两个空气入口和两个空气出口，其中在所述多层建筑物的一层设置有第一空气入口和第一空气出口，而在所述多层建筑物的另一层设置有第二空气入口和第二空气出口。

8.根据权利要求7所述的空气致动系统，其特征在于，所述第一空气入口和第一空气出口设置在多层建筑物的顶层，而所述第二空气入口和第二空气出口设置在多层建筑物的底层。

9.根据权利要求7所述的空气致动系统，其特征在于，当所述轿厢在所述井道内沿着背离所述第一空气入口的第一方向运动时仅有所述第一空气入口和第二空气出口打开，而当所述轿厢在所述井道内沿着与所述第一方向相反的第二方向运动时仅有所述第二空气入口和第一空气出口打开。

10.根据上述权利要求1到3中任一项所述的空气致动系统，其特征在于，所述空气入口和空气出口的横截面积均占所述井道横截面积的20％-30％。

11.根据上述权利要求10所述的空气致动系统，其特征在于，所述空气入口和空气出口的横截面积均占所述井道横截面积的25％。

12.根据权利要求1到3中任一项所述的空气致动系统，其特征在于，在所述空气入口和/或空气出口处还设置有风扇，以增强空气的流动性。

13.根据权利要求1到3中任一项所述的空气致动系统，其特征在于，所述井道内的被致动的空气量与所述升降机轿厢的横截面积成比例。