CN107741065B - 一种大空间控湿系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种湿度调节系统，包括：空压机；控湿装置，其经配置以调节来自空压机的气流的湿度；以及控制部分，其经配置以控制空压机和控湿装置向待调节空间提供经过湿度调节的气流；其中，控制部分经配置以接收来自待调节空间的湿度检测装置的湿度信息，并响应于湿度信息低于预定值控制空压机和控湿装置以第一流速向待调节空间提供经过湿度调节的气流。

Description

一种大空间控湿系统及其方法
技术领域
本发明涉及环境技术领域，特别地涉及一种大空间控湿系统及其方法。
背景技术
研究表明，长期保持环境内稳定的湿度与洁净的气体环境对于文物等贵重物品的保藏是非常重要。例如，湿度过高，会导致陶器文物发生颜料变色、褪色、残缺、破损、霉变，破坏了文物的完整性。而文献资料的相对湿度则不宜超过70％。然而，大型库房、展厅、墓室等大空间的湿度控制是一个具有挑战性的问题。
现有技术中的湿度调控装置一般只是将气体通过进气口输送给保藏空间。由于气体分布不均匀，调节时间长，容易局部出现湿度过大，甚至形成水滴，附着在贵重物品上，形成二次伤害。因此，目前需要一种提高大空间中湿度分布的均匀性的解决方案。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种湿度调节系统，包括：空压机；控湿装置，其经配置以调节来自空压机的气流的湿度；以及控制部分，其经配置以控制空压机和控湿装置向待调节空间提供经过湿度调节的气流；其中，控制部分经配置以接收来自待调节空间的湿度检测装置的湿度信息，并响应于湿度信息低于预定值控制空压机和控湿装置以第一流速向待调节空间提供经过湿度调节的气流。
如上所述的系统，其中控制部分经配置湿度信息达到或超过预定值控制空压机和控湿装置以第二流速向待调节空间提供经过湿度调节的气流，其中第二流速大于零且小于第一流速。
如上所述的系统，进一步包括净化装置，其中净化装置具有除油能力，除油能力可达到0.01～5.0ppm。
如上所述的系统，进一步包括分布式送风装置，其包括管道和管道上的一个或多个喷射装置；其中管道延伸到待调节空间的全部或部分区域。
如上所述的系统，其中分布式送风装置进一步包括风道围挡，其覆盖全部或部分管道；其中风道围挡或其一部分定义一个或多个风道。
如上所述的系统，其中管道和/或风道围挡延伸到待调节空间的全部区域。
如上所述的系统，管道和/或风道围挡自身或者与待调节空间中的风扇或风机配合在待调节空间中形成环流。
如上所述的系统，其中管道包括m段，那么在第m段内，喷射装置的总开孔面积可以按如下公式来估计：
y＝(1.111+1.782x2.837)×m×A；
其中，y为总开孔面积，x为管长比，A为管的内截面。
如上所述的系统，其中，所有喷射装置的开孔面积都是相同的，每一段的开孔数量可以按如下公式来估计：
n＝yi+yi+1/2A0；
其中，n是第i+1段的开孔数；yi是第i段的总开孔面积；A0是单个孔的面积。
如上所述的系统，进一步包括带有气压平衡装置的气密门。
根据本发明的另一个方面，提出一种控湿方法，其包括：提供一定流速的气流；对气流进行控湿处理；将经过控湿处理的气流以分布式的方式均匀地送入待调节空间中；以及响应于待调节空间中的湿度达到预定值，降低送入待调节空间中气流的流速。
如上所述的方法，进一步包括在控湿步骤之前，对气体流进行净化。
如上所述的方法，其中利用包括一个或多个喷射装置的管道将经过控湿的空气送入待调节空间中；其中管道延伸到待调节空间的全部或部分区域。
如上所述的方法，其中风道围挡覆盖全部或部分的管道；其中风道围挡或其一部分定义一个或多个风道。
如上所述的方法，其中管道和/或风道围挡经设置以延伸到待调节空间的全部区域。
附图说明
下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：
图1是根据本发明一个实施例的正压控湿系统的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的分布式送气装置的示意图；
图3是待测试空间测量点的示意图；以及
图4是采用市购送风管路进行送风情况下测试空间中相对湿度变化曲线图；
图5是根据本发明实施例的送风管路进行送风情况下测试空间中相对湿度变化曲线图；
图6是根据本发明另一个实施例的分布式送气装置的示意图；以及
图7是根据本发明一个实施例的控湿方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。
现有技术中也存在一些复杂的湿度控制方式。然而，这些方式往往成本高昂，并不适合长期使用。本发明提出了一种利用空压机提供压力的低成本湿度控制解决方案；运行维护费用低，而且简单可靠、便于维护。特别地，本发明的方案可以适用于墓室、洞穴、存在自然水流等高湿环境下的恒湿环境维持，解决了这些环境中长期无法解决的问题。
图1是根据本发明一个实施例的正压控湿系统的示意图。如图1所示，正压控湿系统100包括空压机101、控湿装置103、分布式送气装置104和控制部分200。如图1所示，空压机101提供压缩空气到控湿装置103。经过控湿装置103对压缩空气的湿度进行调整后，压缩空气通过分布式送气装置104送入到待调节空间中。
根据本发明的一个实施例，待调节空间中包括一个或多个检测装置105，用来监视待调节空间中的湿度变化。检测装置105将获得的湿度信息发送到控制部分200的处理器201中。处理器201能够根据来自检测装置105的湿度信息控制空压机101和控湿装置103的工作状态。举例而言，当待调节空间中的湿度低于预定值后，处理器201能够控制空压机101和控制装置103停止工作以节省能耗。
根据本发明的一个实施例，为了保持待调节空间处于恒湿状态，处理器201能够控制空压机101和控湿装置103持续工作而将待调节空间中的压力维持于正压状态，从而持续向待调节空间提供合适湿度的气体。空压机101包括多级工作状态，各级工作状态具有不同的能耗。根据本发明的一种实施方式，处理器控制空压机101工作在第一工作状态。响应于待调节空间的湿度大于第一预定值，而控制空压机101工作在第二工作状态，其中空压机101的第二工作状态具有大于第一工作状态的能耗。响应于待调节空间的湿度小于第二预定值，而控制空压机101工作返回第一工作状态。同样的控制方式也可以适用于控湿装置103。根据本申请发明人的试验，采用持续正压下的工作方式相比于完全停机的工作方式可能达到的节能效果超过20％。
根据本发明的一个实施例，空压机101可以为往复活塞式，旋转叶片式或旋转螺杆式等多种类型。根据本发明的一个实施例，控湿装置103包括除湿机和/或增湿机，或者兼具两种功能的设备。
根据本发明的一个实施例，一个或多个检测装置105包括湿度检测器或者温湿度检测器。根据本发明的一种实施方式，一个或多个检测装置105还可以包括氧含量检测装置、二氧化碳检测装置、颗粒检测装置等。
根据本发明的一个实施例，控制部分200还可以包括输入装置或输出装置，或者兼具两种功能的装置，例如触摸屏。根据本发明的一种实施方式，采取远程控制的方式，控制部分200还进一步包括通信装置202。通过通信装置202，处理器能够将系统运行的信息传输到远程的显示屏203上。进一步地，远程也可以包括输入装置，或者显示屏203也可以为触摸屏而同时具有输入功能。由此，使用者可以在远程控制本系统的运行。根据本发明的一个实施例，处理器201的实例可以中央处理器CPU、单片机、或者专用微处理器，诸如数字信号处理DSP、现场可编程门阵列FPGA、可编程逻辑控制器PLC、超长指令字处理器VLIW等其他微处理器。根据本发明的一个实施例，通信装置202可以为任意的有线或无线方式通信的设备。
根据本发明的一个实施例，正压控湿系统100还包括净化装置102，用来净化来自空压机101的气体。由于本发明的很多应用环境，例如展厅、墓室等都对空气的洁净度有较高的要求，因此非常有必要对于进入待调节空间的气体进行预先净化。根据本发明的一种实施方式，净化装置102具有除油能力。发明人发现，一般的空气净化装置很难除去气体中的油分。然而这些油分却可能对于待调节空间中的贵重物品造成破坏。并且，由于空压机101就可能将油分带入空气中，因此净化装置102的除油能力就非常有用了。根据本发明的一种实施范式，净化装置102的除油能力可达到0.01～5.0ppm。根据本发明的一个实施例，净化装置102包括多个过滤器，多个过滤器相互串联而形成多级净化结构。根据本发明的一种实施方式，每一级净化器都包括低位处设置的排污阀。根据本发明的一种实施范式，净化装置102的除尘能力可达到0.001～1.0μm。根据本发明的一个实施例，分布式送气装置104布置在待调节空间中，以将经过控湿的气体均匀地送入待调节空间。对于大空间的控湿系统，如果不采用分布式送气装置，容易在空间中形成局部的湿度梯度。湿度梯度是非常不利于甚至会加重对贵重物品的破坏。而且，对于某些内部存在湿气源的待调节空间，其本身就存在着湿度梯度。如果不利用分布式送气装置打破这种湿度梯度，待调节空间中的贵重物品的保存就会遇到问题。根据本发明的一个实施例，分布式送气装置104包括分布在待调节空间中的一个或多个管道以及管道上的一个或多个喷射装置。管道延伸到待调节空间的内部，最好尽可能覆盖待调节空间的所有区域。
图2是根据本发明一个实施例的分布式送气装置的示意图。如图所示，分布式送气装置300包括管道301和管道上的多个喷射装置311-317。本领域技术人员应当理解，图中的喷射装置仅仅是示例性的。根据本发明的实施例，喷射装置可以是喷射孔、喷射嘴、喷射阀。喷射装置的分布可以是分离的，也可以是连续的；可以包括孔径较大的多个独立元件，也可以包括密度变化分布的多个元件。根据本发明的一种实施方式，喷射装置包括密度变化分布的多个喷射孔，以实现低成本的均匀送风。
如图2所示，管道301并未包括任何分支而是沿一个方向延伸到待调节空间的全部区域。根据本发明的一种实施方式，管道301可以包括任何数量的分支，沿一个或多个方向延伸到待调节空间的全部区域。如图2所示，管道301在待调节空间中被设置在风道围挡302和墙壁303之间。根据本发明的一种实施方式，风道围挡302可以完全或者部分覆盖管道301。风道围挡302为气体可穿过的围挡结构。除了美观和保护管道301之外，风道围挡302还可以起到增加接触面积和降低风速的作用。根据本发明的一个实施例，风道围挡302还可以起到辅助延伸风道的作用。在一些没有必要铺设管道301的区域，可以将部分风道围挡302延伸到该区域。由于风道围挡302内的气体压力要略大于外部的压力，风道围挡302的延伸同样可以起到延伸风道的作用。由此，可以降低布设管道301的成本。
根据本发明的一个实施例，管道301的末端可以是封闭的，也可以设置风扇或者风机304，以提高管道301中气体的流动速度。根据本发明的一个实施例，管道301中可以包括一个或多个风扇或者风机，以提高管道301中气体的流动速度。然而，风扇或者风机的设置会增加成本。根据本发明的一个实施例，可以在不增加风扇或者风机的情况下，通过调整喷射装置的密度或面积，实现均匀送风。
以下以喷水孔为例，详细说明本发明的调整喷射装置的密度或面积的方法。其他的喷射装置也可以依照类似的方式进行设置。根据本发明的一个实施例，假定管道的内径是不变的，将管道分成m段，那么在第m段内，总开孔面积可以按如下公式来估计：
y＝(1.111+1.782x2.837)×m×A；
其中，y为总开孔面积，x为管长比，A为管的内截面。
进一步，假定所有的开孔面积都是相同的(相同的孔以降低成本)，那么每一段的开孔数量可以按如下公式来估计：
n＝yi+yi+1/2A0；
其中，n是第i+1段的开孔数；A0是单个孔的面积。
参考一个具体的实例：假定管的内径为DN50mm，孔径均为φ5mm，管的内截面积与总孔面积比为0.625。如果管长方向分为10段，则每段的孔数n见下表：
x 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
y 2180.3 2185.4 2216.7 2295.2 2440.2 2669.8 3001.4 3451.8 4037.3 4774.0
n 11.12 11.22 11.50 12.07 13.02 14.45 16.44 19.08 22.45
[n] 11 11 12 12 13 15 17 19 23
进一步地，本申请的发明人对上述开孔送风的效果进行了测试。在环境温度：21℃，外界环境湿度：72％，空间容积120m3的条件下，将测试空间的湿度由97％左右降至65％左右，以56.2m3/h的速度向密封空间内输送干燥气体。
图3是待测试空间测量点的示意图。待测试空间内设置5个温湿度监测点，出气口设置了1个温湿度检测点，室外设置了1个温湿度监测点，并通过综合检测显示装置实施检测并记录室内外各监测点温湿度的变化情况。
图4是采用市购的送风管路进行送风情况下测试空间中相对湿度变化曲线图。图5是根据本发明实施例的送风管路进行送风情况下测试空间中相对湿度变化曲线图。从图中可以看出，图4的湿度曲线变化不规则，除湿不均匀，并且相对湿度由97％左右降至65％需要300分钟。图5的湿度曲线变化规则，除湿均匀，并且从湿度由97％左右降至65％仅需要260分钟，节约了大约40分钟。从以上的分析可知，采用本发明实施例的分布式正压控湿洁净系统可以提高除湿效率和湿度分布均匀度。
根据本发明的一个实施例，可以利用待调节空间中风扇或者风机，进一步增加除湿效率和提高湿度分布均匀度。通常，待调节空间中可能安装有风扇305和306(如吊扇)或者风机307(如空调)以调节室内温度，增加舒适度。本发明的分布式送风装置可以与空间中已有的风扇或者风机相配合，在待调节空间中形成环流。
根据本发明的一个实施例，为了保持恒湿环境，本发明的控湿系统100还包括气密门308。气密门308将外界的湿气与待调节空间隔离，防止外界的湿气进入待调节空间中。根据本发明的另一个实施例，气密门308上包括气压平衡装置309，例如单向压力平衡阀。当待调节空间中的气压大于预定值，例如500Pa后，气压平衡装置309自动开启，将待调节空间中的气体释放到外界。
图6是根据本发明另一个实施例的分布式送气装置的示意图。如图6所示，分布式送气装置包括管道401和多个喷射装置411-413。如图所示，管道401未包括任何分支而是沿一个方向延伸到待调节空间的部分区域。管道401在待调节空间中被设置在风道围挡402和墙壁403之间。风道围挡402为气体可穿过的围挡结构。进一步地，风道围挡402定义了包括2个分支的风道。从管道401的喷射装置411和413喷射出的气流进入风道围挡402定义的风道中，然后再进入待调节空间中。如图中的箭头所示，管道401和风道围挡402一起定义出待调节空间中的风道并且在待调节空间中形成环流。如图所示，类似的，控湿系统也包括封闭待调节空间的气密门404和气密门上的气压平衡装置405。根据本发明的一个实施例，气压平衡装置405为向外单向气压平衡阀。
图7是根据本发明一个实施例的控湿方法流程图。如图所示，操作方法700包括如下步骤：在步骤710，由空压机提供一定流速的气体流。根据本发明的其他实施方式，具有一定流速的气体流也可以有其他气源提供。
在步骤720，对气体流进行净化。根据本发明的一种实施方式，净化包括除尘和/或除油，进一步地，经净化的气流，除尘效果达到可达到0.001～1.0μm和/或除油效果达到可达到0.01～5.0ppm。根据本发明的其他实施方式，净化步骤是可选的。
在步骤730，对经过净化后的气流进行控湿处理。根据本发明的一种实施方式，控湿步骤包括经过除湿机除湿或者经过增湿机增湿。
在步骤740，将经过控湿处理的气流以分布式的方式均匀地送入待调节空间中。根据本发明的一种实施方式，利用如上所述的分布式送风装置将经过控湿处理的气体送入到待调节空间中。
在步骤750，响应于待调节空间中的湿度达到预定值，降低送入待调节空间中气流的流速。由此，待调节空间中仍可以保持正压。既有利于保持待调节空间中的湿度处于适宜的范围，也可以节省能耗。
根据本发明的一种实施方式，在步骤740中，利用管道将经过控湿的空气送入待调节空间中；其中管道延伸到待调节空间的全部或部分区域。管道包括多个喷射装置。多个喷射装置经设置而实现均匀送风。
根据本发明的一种实施方式，风道围挡覆盖全部或部分的管道。风道围挡延伸到调节空间的全部或部分区域。根据本发明的一种实施方式，部分的风道围挡定义一个或多个风道。根据本发明的一种实施方式，管道和/或风道围挡经设置以延伸到待调节空间的全部区域。根据本发明的一种实施方式，管道和/或风道围挡经设置以在待调节空间中形成环流。
上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (6)

1.一种湿度调节系统，其特征在于，包括：
空压机；
控湿装置，其经配置以调节来自空压机的气流的湿度；以及
控制部分，其经配置以控制空压机和控湿装置向待调节空间提供经过湿度调节的气流；
净化装置，其中净化装置具有除油和除尘能力，除油能力达到0.01~5.0ppm，除尘能力达到0.001～1.0μm；
其中，控制部分经配置以接收来自待调节空间的湿度检测装置的湿度信息，并响应于湿度信息低于预定值控制空压机和控湿装置以第一流速向待调节空间提供经过湿度调节的气流；
所述湿度调节系统还包括：管道、风道围挡、多个喷射装置、气密门和气压平衡装置；
其中，在待调节空间中管道设置在风道围挡和墙壁之间，管道不包含分支且管道沿一个方向延伸到待调节空间的全部或部分区域，管道的末端设置风扇或风机；
所述多个喷射装置分散地设置于管道上，单个喷射装置包括密度变化分布的多个喷射孔；
所述风道围挡为气体可穿过的围挡结构，风道围挡覆盖全部或部分管道，其中从管道的多个喷射装置喷射出的气流进入风道围挡定义的风道中，然后再进入待调节空间中，其中管道和风道围挡一起定义出待调节空间中的风道并在待调节空间中形成环流；其中在待调节空间中，风道围挡延伸至未铺设管道的区域以延长风道；
所述气密门经配置以用于将待调节空间与外界湿气隔离，气密门上设有气压平衡装置，当待调节空间中的气压大于预定值时，气压平衡装置自动开启以将待调节空间中的气体释放到外界；
其中管道包括m段，那么在第m段内，喷射装置的总开孔面积按如下公式估计：
；
其中，y为总开孔面积，x为管长比，A为管的内截面。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中控制部分经配置湿度信息达到或超过预定值控制空压机和控湿装置以第二流速向待调节空间提供经过湿度调节的气流，其中第二流速大于零且小于第一流速。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中，所有喷射装置的开孔面积都是相同的，每一段的开孔数量按如下公式估计：
；
其中，n是第i+1段的开孔数；yi是第i段的总开孔面积；A 0 是单个孔的面积。
4.一种控湿方法，其特征在于，所述控湿方法基于如权利要求1-3中任一项所述的湿度调节系统，所述控湿方法包括：
提供一定流速的气流；
对气流进行控湿处理；
将经过控湿处理的气流以分布式的方式均匀地送入待调节空间中；以及
响应于待调节空间中的湿度达到预定值，降低送入待调节空间中气流的流速。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控湿方法进一步包括在控湿步骤之前，对气体流进行净化。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控湿方法中风道围挡覆盖全部或部分的管道；其中风道围挡或其一部分定义一个或多个风道。
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