CN103982967A - 一种基于高山新鲜空气为新风来源的空气调节系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气调节系统及控制方法，特别是一种基于高山新鲜空气为新风来源的空气调节系统及其控制方法。该系统包括新鲜空气监控子系统、新鲜空气采集子系统、动力子系统、输配子系统以及用户端子系统等五部分。另一方面，本发明还提供了一种用于控制该系统的方法。该方法包括：新鲜空气采集步骤、新鲜空气输送步骤、新鲜空气进入室内与空调结合使用步骤以及全程空气监控步骤。本发明将来自高山原始森林区域富含负氧离子的新鲜空气输送用户空调机组中并作为空调新风，可缓解室内空气污染问题，并极大地改善雾霾肆虐下的城市居民呼吸环境；此外，本发明的实施也可以降低空调新风机组的建设投资，并有效解决风机盘管细菌滋生问题等，从而产生巨大的社会经济效益。

Description

一种基于高山新鲜空气为新风来源的空气调节系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种空气调节系统及控制方法，特别是一种基于高山新鲜空气为新风来源的空气调节系统及其控制方法。 

背景技术

随着科技发展以及经济水平的提升，人们建造的房子越来越密封，而据有关部门调查统计城市居民一生中的大约80%的时间都是在室内度过的，也就是说城市居民在一生中的绝大部分时间里，会把自己关在越来越密封的房屋里。与此同时，城市空气污染越来越严重，并出现了严重的雾霾天气。而城市室内空气质量也不容乐观。空调机组长期使用致使细菌滋生，装修污染产生大量有害化学物质，吸烟以及燃料污染等等也在严重影响居民身心健康。改善空气品质，尤其是室内空气品质越来越受到人类的关注。 

目前，室内空气调节系统主要采用空调。可是，传统的家庭空调的作用只给室内调节温度，却不能使室内外空气进行交换，空调的室内外换气率只有8%左右。有些空调采用正压送风提供“假新风”，但当室内压强达到一定程度，高于室外压强和风机静压，风就再也也不到室内了，这样无法解决通风换气问题。通常而在有空调的密闭室内，5至6小时后，室内氧气下降13.2％，大肠杆菌升高1.2％，红霉色菌升高1.11％，白喉菌升高0.5％，其它呼吸道有害细菌均有不同程度的增加。长期处在这种环境中工作生活的人，往往会得 “空调病”。 

此外，目前市场上还出现有独立的新风系统用以保持室内空气的新鲜度。新风系统是由风机、进风口、排风口及各种管道和接头组成。安装在吊顶内的风机通过管道与一系列的排风口相连，风机启动，室内受污染的空气经排风口及风机排往室外，使室内形成负压，室外新鲜空气便经进风口进入室内，从而使室内人员可呼吸到高品质的新鲜空气。然而，这种独立的新风系统会增加机组风量负荷，使运行费用增加。此外，在室外空气品质不佳的情况下，即便通过独立的新风系统也只是将污浊的室外空气送入室内，对改善室内空气质量并无太大作用。 

为解决空气污染尤其是室内空气污染，笔者结合城市所处地理条件提出一种基于高山新鲜空气为新风来源的新型空气调节系统，以实现居民在享受适宜温度湿度环境的同时可以呼吸到新鲜、干净、高品质的空气。 

发明内容

一方面，本发明提供了一种基于高山新鲜空气为新风来源的新型空气调节系统。该系统包括新鲜空气监控子系统、新鲜空气采集子系统、动力子系统、输配子系统以及用户端子系统等五部分。该系统的运作包括新鲜空气监控子系统、新鲜空气采集子系统、动力子系统、输配子系统以及用户端子系统等的实现和联合作用。 

其中，新鲜空气监控子系统主要是全天候、连续、自动地实时监控新鲜空气采集区以及整个输送过程中的空气质量；其监测内容包括空气中的二氧化硫、二氧化氮、臭氧和可吸入颗粒物以及负氧离子浓度等等的实时变化情况。该子系统能够迅速、准确的收集、处理监测数据，并及时、准确地反映新鲜空气采集区空气质量状况及变化规律，为后续工作得实施和管理提供详实的数据资料和科学依据，也为输配空气的质量提供保障。 

其中，新鲜空气采集子系统用于空气采集并保障空气质量。该子系统结合空气采集区实地地形地貌设置。因为在风机作用下，采集区空气会在负压作用下自动进入隧洞，故在采集区不需要设置动力装置收集空气。又因为风机功率很高，并会制造极高的风速，如此巨大风速势必会对周边生态产生影响。 

进一步地，空气采集区的选择满足以下条件：（1）便于大量新鲜空气的收集；（2）保证收集空气的质量；（3）需要保障周边生态，包括周边动物的安全防护。 

其中，动力子系统主要包括建立在山脚下的风机站。风机站采用大型智能管理系统，可根据用户端实时需要调节风机动力。 

需要说明的是，动力子系统和相邻子系统的连接如下：风机站和新鲜空气采集区以及用户端子系统之间使用隧洞相连。在风机作用下，风机站和新鲜空气采集区之间隧洞将会产生空气负压，而在风机站和用户端之间隧洞则会产生空气正压（或者说压势能）；这样在空气负压作用下，新鲜空气采集区的空气将会自动进入隧洞至风机站，而在压势能作用下风机站的新鲜空气则会沿着隧洞自动进入用户端。 

其中，输配子系统主要包括风机站和新鲜空气采集区和风机站之间的山地隧洞、以及用户端之间使用平原隧洞，以及进入建筑群之后的建筑巷道等。其中，山地隧洞将沿山梁开挖以避免复杂工程地质条件的影响；平原隧洞将在地下恒温层（约16℃）开挖。 

其中，用户端子系统采用改造现有空调新风系统，设置分流器并直接与空调相连为其提供新风，直接与制冷后的回风混合，通过空调将室内污浊空气置换的方法净化室内空气。这是因为，从巷道（或建筑竖井）流出的空气的参数恰好在一条等焓线上，配合空调机组为其提供新风，稀释室内污染空气并最终净化室内空气。 

具体说来，新鲜气从秦岭经过隧道被引入市区各个建筑群，通过建筑巷道、建筑竖井进入室内。新鲜空气由每个建筑群进气口统一过滤、杀菌、除湿，满足该区域的通风制冷卫生要求。 

室内采用全热交换器，在源源不断引入新鲜空气保证室内所需新风供应的同时，排出室内污浊空气。通过全热新风换气机组，可将室外空气预处理到接近室内空气的温度，减少对室内空调工况的影响，避免住户因送风的温差大，造成的不适，同时有效减少空调负荷。室内房间采用安装排气风扇使房间负压，只要开启空气阀门，竖井新风的正压补进房间。送风方式采用下送上回，风管采用玻璃钢风管，气流组织为方形散热器上送风，天花板侧回风。 

一般来说，进入用户子系统的空气参数为：温度20℃，湿度为100%。用户端与中央空调的制冷系统配合使用，经过除尘、祛湿处理，所达到的空气指标应该符合《室内空气质量标准》：温度、相对湿度（40%~80%）、空气流速、新风冷空气量（30/(h．人)）、可吸入颗粒、细菌总数等。 

另一方面，本发明还提供了一种用于控制该系统的方法。该方法包括：新鲜空气采集步骤、新鲜空气输送步骤、新鲜空气进入室内与空调结合使用步骤以及全程空气监控步骤。 

在新鲜空气采集步骤中，在风机动力组作用下，山地隧洞内将会产生巨大的空气负压，新鲜空气采集区域的新鲜空气会在此负压作用下自动进入山地隧洞，并最终在风机动力组作用下完成新鲜空气的采集步骤。 

在新鲜空气采集步骤中，在风机动力组作用下，平原隧洞内将会产生巨大的空气正压，从山地隧洞采集而来的新鲜空气会在此正压作用下自动进入平原隧洞，并最终在风机动力组作用下进入建筑群的建筑竖井或巷道从而完成新鲜空气的输送步骤。需要说明的是，平原隧洞将深埋于地下恒温层（16℃），一方面是为了避免对地上建筑设施的干扰和破坏及维护方便，另一方面在地下隧洞这一保温密闭环境中维持新鲜空气的质量并改善温度参数。 

在新鲜空气进入室内与空调结合使用步骤中，新鲜空气在经建筑巷道、建筑竖井进入室内之后与室内现有空调相连为其提供新风，直接与空调机组回风混合，通过空调将室内污浊空气置换的方法净化室内空气，从而完成室内空气调节。需要进一步说明的是，室内可采用全热交换器，送风方式可采用下送上回，风管可采用玻璃钢风管，气流组织为方形散热器上送风，天花板侧回风。在源源不断引入新鲜空气保证室内所需新风供应的同时，排出室内污浊空气。而通过全热新风换气机组，可将室外空气预处理到接近室内空气的温度，减少对室内空调工况的影响，避免用户因送风的温差大，造成的不适，同时有效减少空调负荷。 

此外，根据相关论证可以知道，夏季从巷道流出的空气的参数恰好在暖通空调工作的等焓线上，可配合空调机组为其提供新风并提供部分冷负荷，稀释室内污染空气并最终净化室内空气。而在其他季节，该空气调节系统更多的是调节空气质量，满足室内新风需求。 

在全程空气监控步骤中，整套空气调节系统运作时对其全程的空气质量监测，这包括采集区、输送过程中以及进入用户室内前等的新鲜空气质量监测。其监测内容包括新鲜空气中的二氧化硫、二氧化氮、臭氧和可吸入颗粒物以及负氧离子浓度等等的实时变化情况。其监测数据也将及时反映给系统管理者，以便后续工作的开展和管理，并为输配空气的质量提供保障。 

附图说明

图1、本发明工艺流程结构示意图 

图2、本发明客户端与空调结合使用示意图

其中，1 空气采集区；2 隧道；3 风机站；4 隧道；5城市建筑群；6 建筑竖井或巷道；7客户端；8 新鲜空气流；9 新风口；10 过滤器；11 电机加湿器；12 表面式蒸发器；13 排水口；14 二次加湿器；15 风机；16 精加热器；C 混合空气状态；S 冷却器后的空气状态；N 室内空气状态。

具体实施方式

现在将在下文中详细介绍以西安为例的一种优选实施方式，其实例在附图1中示出并在下面予以说明。需要说明的是，虽然以西安为例，但是本发明并非仅仅限制于西安这一示例性实施方式。相反，本发明除了涵盖西安这一示例性实施方式，还涵盖了包括在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、改型、等效形式和其他实施方式。具体说来，本发明的实施方式可在具有盆地构造以及紧邻高山等特殊地理环境的城市或者地区进行，如西安、太原、北京、成都等等城市。 

众所周知，秦岭具有"南坡较缓北坡极陡"的特点，西安段秦岭海拔最高可达2802米（秦岭牛背梁处），而且秦岭距西安最近处只有不到20公里；此外，西安段秦岭森林茂密、植被覆盖率，空气质量好，达到国家一级标准。而根据陕西气象局气象数据，以西安最为炎热的七月为例，西安城区室内平均温度高达 34℃，最高温度高达 39℃；相比之下，海拔2064.9m 的华山西峰之上平均气温 17℃，最高温度也不过 21.5℃。基于以上地理条件，不难得出，西安段秦岭具有高海拔低温新鲜空气资源丰富且距离近的特点。基于以上地理特征，本发明一种实施方式可以为： 

从秦岭深处山顶（可以终南山柳沟口为例，海拔2400m，植被覆盖完好，空气质量达国家一级标准）上建立空气采集区1，设置多个取气口以及空气质量监测站，在山脚下建立动力子系统即风机站3，再开挖隧道2（主要是指山地隧道）将风机站3与空气采集区1连接。

在风机动力作用下将高山空气将从空气采集区1的取气口吸入，通过隧洞输送到风机站3，再由隧道4（主要是指平原隧道，可通过改造现有城市人防工程或开挖小型隧道实现，隧道4埋设在地下恒温层以便气体保温）将新鲜高山空气输送到市区各个建筑群5，再将新鲜高山空气从建筑巷道/竖井6引至室内，并在客户端7设置分流器并直接与空调相连为其提供新风，通过空调将室内污浊空气置换的方法净化室内空气，让市民呼吸到秦岭山区富含负氧离子的新鲜空气，改善室内环境。 

而在炎热干燥的夏季，隧道输送过来的新鲜高山空气呈现低温（20℃）饱和湿度状态，这一状态恰好在空调供冷的等焓线上。将这样的冷空气通入空调机组，机组将不再需要像传统空调对吸入室外热空气那样的处理过程，从而新风机组能耗。考虑到西安实际服务面积，这样的节能将会产生巨大的社会经济效益。 

技术效果

如上所述，在优选实施方式中，本发明提供了以下效果。

根据本发明的优选实施方式，该发明改变传统空调系统直接从室外吸收并处理空气为空调系统提供新风的模式，将来自高山原始森林区域富含负氧离子的新鲜空气输送过来并作为空调新风，通过空调作用排出室内污浊空气，逐步净化室内空气，从而实现用户呼吸到来自高山之上原始森林的新鲜空气的效果。高山之上的新鲜空气富含负氧离子，健康指数高，呼吸舒适感更佳，这将缓解室内空气污染问题，并极大地改善雾霾肆虐下的城市居民呼吸环境。此外，本发明的实施也可以降低空调新风机组的建设投资，并有效解决风机盘管细菌滋生问题等。 

而根据本发明的优选实施方式，本发明参与空调供冷，一方面提供新鲜空气，改善室内呼吸环境，实现优质供冷；另一方面，经过论证，隧道输送过来的新鲜高山空气呈现低温（20℃）湿饱和状态，这一状态恰好在空调供冷的等焓线上。将这样的冷空气通入空调机组，机组将不再需要像传统空调对吸入室外热空气那样的处理过程，从而节约新风机组能耗。考虑到西安夏季空调供冷面积，这样的节能将会产生巨大的社会经济效益。 

此外，需要说明的是，可在以上实施方式中做出不脱离本发明的原理和实质变化，本发明的范围限定在所附权利要求及其等效形式中。 

Claims (7)

1.一种基于高山新鲜空气为新风来源的空气调节系统，该系统包括新鲜空气监控子系统、新鲜空气采集子系统、动力子系统、输配子系统以及用户端子系统等五部分；其中，新鲜空气监控子系统的特征在于全天候、连续、自动地实时监控新鲜空气采集区以及整个输送过程中的空气质量；新鲜空气采集子系统的的特征在于结合空气采集区实地地形地貌设置，满足便于大量新鲜空气的收集、保证收集空气的质量、需要保障周边生态三方面需求；动力子系统的特征在于采用大型智能管理系统，可根据用户端实时需要调节风机动力；输配子系统的特征在于包括风机站和新鲜空气采集区和风机站之间的山地隧洞、以及用户端之间使用平原隧洞，以及进入建筑群之后的建筑巷道等；用户端子系统的特征在于改造现有空调新风系统，设置分流器并直接与空调相连为其提供新风，直接与制冷后的回风混合，通过空调将室内污浊空气置换的方法净化室内空气。

2.一种用于控制基于高山新鲜空气为新风来源的空气调节系统的方法，该系统包括新鲜空气监控系统、新鲜空气采集系统、动力系统、输配系统以及用户端系统等五部分，并且该方法包括新鲜空气采集步骤、新鲜空气输送步骤、新鲜空气进入室内与空调结合使用步骤以及全程空气监控步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其中，在所述新鲜空气采集步骤中，在风机动力系统作用下，山地隧洞内将会产生巨大的空气负压，空气采集区域的新鲜空气会在此负压作用下自动进入山地隧洞，并最终完成新鲜空气的采集步骤。

4.如权利要求2所述的方法，其中，在所述新鲜空气输送步骤中，风机动力系统作用下，平原隧洞内将会产生巨大的空气正压，从山地隧洞采集而来的新鲜空气会在此正压作用下自动进入平原隧洞，并最终进入各个建筑群的建筑竖井或巷道从而完成新鲜空气的输送步骤。

5.如权利要求2所述的方法，其中，在所述新鲜空气进入室内与空调结合使用步骤中，新鲜空气在经建筑巷道、建筑竖井进入室内之后与室内现有空调相连为其提供新风，直接与回风混合，通过空调将室内污浊空气置换的方法净化室内空气，从而完成室内空气调节。

6.如权利要求2所述的方法，其中，在所述全程空气监控步骤中，整套空气调节系统运作时对其全程的空气质量监测，这包括采集区、输送过程中以及进入用户室内前等的新鲜空气质量监测。

7.本发明在具体实施方式中以西安以及西安紧邻的秦岭为例；需要说明的是，本发明适用于大多盆地构造或紧邻高山的城市，如太原、洛阳、北京、成都等等城市，本发明对此类亦有权利要求。