CN109477649B - 用于管理封闭环境中的空气条件的空气处理系统 - Google Patents

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Abstract

本说明书涉及一种用于管理封闭环境中的空气条件的系统，该系统包括：适于使空气流循环穿过所述封闭环境的流动路径、以及控制系统，所述空气流包括含有含氧气体的第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的第二部分中的至少一个，所述流动路径进一步包括：用于选择性地提供这些部分的装置；适于接收所述空气流的空气加工组件，所述装置至少包括第一空气加工元件和第二空气加工元件、以及用于将所述第一元件和第二元件选择性地联接至所述流动路径的装置，该控制系统适于确定所述第一部分的含氧气体以及所述第二部分的来自所述封闭环境的室内空气、并且控制所述用于将这些空气加工元件选择性地联接至所述流动路径的装置。

Description

用于管理封闭环境中的空气条件的空气处理系统
技术领域
本说明书总体上涉及空气处理系统的领域、具体公开了一种用于管理封闭环境中的空气品质的空气处理系统。本说明书还涉及一种用于管理封闭环境中的空气品质的方法以及一种用于再生空气的封闭系统。
背景技术
根据一些最近的估计，1/8的死亡与空气污染有关。空气污染存在于外部和室内，并且由于当今人们倾向于在室内度过大量时间，因此控制室内环境非常重要。
室内气候和室内空气品质的领域具有多个方面，这些方面可以分为与舒适性相关的方面和与健康问题相关的方面。在本申请的背景中，舒适气候是指比如温度、湿度、以及气味控制等气候方面。另一方面，健康气候方面与空气污染控制密切相关。空气污染的实例包括颗粒物质、苯、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、苯并芘、氡、挥发性有机化合物(VOC)、以及臭氧。
在室内环境中，空气污染源于例如人类、家具以及烹饪。因此，为了控制室内空气污染水平，通常将室内空气排到外部，或者将周围或外部空气引入室内。然而，室外空气可能例如太热、凉、潮湿或被污染。因此，为了实现舒适且健康的气候，可能必须根据温度来冷却或加热被引入室内的外部空气，可能必须根据水含量来添加或去除湿度，并且可能必须去除室外空气污染。
为了控制温度并从室外空气中去除水，可以使用热泵或任何其他冷却机器。例如，可以将室外空气冷却到期望的露点然后加热，以便获得期望的温度和湿度水平。然而，为了使其在具有不同季节的地方全年工作，不幸的是，必须基于对预期的最热和最潮湿的日子的需求来选择冷却机器的大小。
此外，如上所述，如果外部空气要干燥，则必须使用增湿器来控制湿度，并且如果外部空气被污染，则必须使用空气净化器来控制内部的空气污染。现有技术的空气净化器通常包括离子发生器、HEPA过滤器、活性炭床、紫外线、热氧化以及催化氧化。然而，所有这些系统都增加了能量需求和投资金额。
因此，控制室内气候是能量消耗量大的，至少部分是由于一年中预期最热、最凉以及污染最严重的日子决定了系统中组成部分的大小。因此，气候控制设备的投资和运营成本往往都很高。
为了减轻这些缺点中的一些，已经提出了减小能量需求和系统大小的解决方案。例如，可以使用热交换器在通风时在室内与室外空气之间传递能量。这减少了对加热和冷却的需要。并且，测量室内二氧化碳和空气污染水平可以减少通风需要。如果流动减少，则也可以减少用于温度、湿度以及空气污染控制所需的能量。
所提出的解决方案的另外一个实例是净化并循环室内空气的系统，这样的系统可以被称为暖通空调系统(HVAC)。然而，还已知的是净化室内空气的过程需要大量的能量。此外，为了提供期望的空气品质和/或气候，一部分空气必须被排出并由室外空气替换，室外空气可能仍必须根据上述内容进行处理，这也增加了能量需求。因此，这些系统仍与高能量需求和成本相关联。
发明内容
因此，期望提供一种对室内气候和空气品质的改进控制。具体地，期望提供一种用于管理室内气候的更能量有效的方式。为了更好地解决这些问题中的一个或多个，提供了如独立权利要求所述的用于管理封闭环境中的空气条件的系统和方法。优选实施例在从属权利要求中加以限定。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于管理封闭环境中的空气条件的空气处理系统。该系统包括：含氧气体的供应源；用于来自该封闭环境的室内空气流的排放口；适于使空气流循环穿过该封闭环境的流动路径；该空气流包括含有含氧气体的第一部分、以及含有来自该封闭环境的室内空气的第二部分中的至少一个，该流动路径进一步包括：用于选择性地提供含有含氧气体的该第一部分以及含有来自该封闭环境的室内空气的该第二部分的装置；适于接收空气流的空气加工组件，该组件包括：适于从该空气流中去除第一污染物的第一空气加工元件；适于从该空气流中去除第二污染物的第二空气加工元件；以及用于将该第一加工元件和第二加工元件选择性地联接至该第一流动路径的装置；第一传感器，该第一传感器适于感测指示该室内空气的条件的第一参数；第二传感器，该第二传感器适于感测指示该含氧气体的条件的第二参数；以及适于控制该空气处理系统的控制系统。该控制系统适于：接收指示该空气流的条件的参数的期望值；接收来自该第一传感器和第二传感器的第一参数和第二参数；并且基于所接收的参数，通过用于选择性地提供含有含氧气体的第一部分以及含有来自该封闭环境的室内空气的第二部分的装置来确定该第一部分的含氧气体以及该第二部分的来自封闭环境的室内空气，并且控制用于将该第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至该流动路径的装置。
根据第一方面，该系统通过该控制系统的至少以下功能来对上文所描述的问题提供创造性解决方案，该功能是提供在室内空气和含氧气体的比例方面对空气流的构成(例如通过确定要再循环的室内空气的量或部分以及要引入该系统中的含氧气体的量)以及向该含有室内空气和含氧气体的空气流选择性地提供所提供的空气加工元件的组合控制。这种控制是至少部分地基于指示一项条件的传感器值来提供的，该条件是比如(与空气流的期望条件相比)所述条件，即，室内空气的品质和/或其中呈现的气候；以及含氧气体的条件。
在一些实施例中，空气流的期望条件可以是空气流在进入封闭环境之前的期望条件。在一些实施例中，空气流的期望条件是在空气加工组件下游的空气流的期望条件。在一些实施例中，期望条件是存在于封闭环境中的空气的期望条件。
这样的期望的品质或条件可以用适合参数的期望水平来指示，其中实例包括期望的CO2水平、期望的温度、和/或期望的颗粒污染物浓度或类似物。在一些实施例中，期望条件还可以被称为期望的室内气候；这样的期望的气候可以例如通过指示空气流的不同期望条件的多个参数值和/或期望的特定参数组合来描述。
通过系统的可控制功能的创造性组合，这种控制可以进一步以均衡的方式或在一些实施例中为了达到该期望条件(即，期望的室内空气品质和/或室内气候)甚至优化的方式、以要求例如尽可能少的能量的方式或在其他实施例中尽可能快的方式、或在其他实施例中以被适配用于满足适合用于所讨论应用的任何其他目的的方式来提供。换言之，可以在满足对所讨论系统的适当目的的同时方便地实现指定的期望室内气候。
因此，所提供的控制可以确定系统的、适合于满足于例如系统的能量需求、成本效益或维护间期相关的不同需要或目的的操作模式或状态。这个目的可以根据利用空气处理系统的应用和/或环境而不同。例如，在一些实施例中，可能要求能量需求始终保持尽可能低，而其他实施例可以包括系统操作的其他方面、例如维护需求保持尽可能低的系统。
另外，根据第一方面的系统可以提供根据当前运行条件、例如室内空气和含氧气体的品质来连续适配该系统的操作的可能性、并且相应地增大在管理封闭环境中的空气条件和空气品质时考虑例如可变运行条件的效果的可能性。
因此，本发明的优点包括，例如空气处理系统的能量需求可以显著减少，并且进一步包括，所提供的空气品质可以由于对被循环的室内空气的状态、含氧气体的状态、以及被设置在系统中的各个空气加工元件的操作所提供连续控制而提高。
上文所描述的空气处理系统适合用于管理封闭环境中的空气的条件、或品质。在一些实施例中，封闭环境可以理解为比如建筑物中的房间或类似空间的环境。封闭环境的其他实例包括车辆的隔室。含氧气体的供应源可以例如是连接至根据第一方面的系统的路径的入口。实例包括在含氧气体的来源或供应源与该系统和/或流动路径之间提供流体连接的导管或管道。类似地，空气流的排放口可以例如是被布置成允许流体流离开封闭环境的空气出口。实例包括在封闭环境与室外空间和/或适于接收室内空气流的另一个远处或单独空间之间提供流体连接的导管或管道。
该流动路径适于使空气流循环穿过所述封闭环境、并且可以包括导管或管道和/或适于在其中流动。这样的导管或流动导管可以包括适于允许空气流进入封闭环境中的第一端、以及适于允许空气流离开封闭环境的第二端。因此，在一些实施例中，可以允许流循环穿过所述导管，即穿过所述第一端、流过所述封闭环境、并且穿过所述第二端返回进入所述导管中。
在一些实施例中，含氧气体的供应源以及室内空气的排放口中的至少一个在该管道的第一端与第二端之间流体地连接至该导管或管道。
在一个实施例中，含氧气体的供应源流体地连接至用于选择性地提供含有含氧气体的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置。
在一个实施例中，该空气处理系统进一步包括用于引起或产生所述空气流和/或所述空气循环的装置。这样的装置包括例如以许多类型可获得的风扇或泵，因为这些类型的部件是本领域熟知的，但是将不对它们进行进一步详细描述。
该第一传感器适于感测指示所述室内空气的条件的第一参数。在一些实施例中，该第一传感器被布置在该封闭环境中。在其他实施例中，该第一传感器被布置为感测或测量来自所述封闭或室内环境的空气流的所述参数。在一个实施例中，该第一传感器被布置在上述管道的、适于允许空气流离开封闭环境的第二端处。
该第二传感器适于感测或测量指示所述含氧气体的条件的第二参数。在一些实施例中，该第二传感器被布置在含氧气体的供应源中或该供应源处。
在一个实施例中，该第一传感器和/或该第二传感器被布置在用于选择性地提供含有含氧气体的第一部分以及含有来自该封闭环境的室内空气的第二部分的装置。
指示空气和/或气体的条件的参数应理解为任何类型的与室内空气和/或含氧气体的品质和/或气候相关的参数，包括以下参数：比如与之前已被定义为空气或气候的舒适方面相关的温度、湿度以及气味水平；以及与空气污染(即，健康方面)相关的参数，比如与氧气含量以及与污染物(比如，颗粒物质、苯、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、苯并芘、氡、挥发性有机化合物(VOC)、以及臭氧)含量相关的参数。
这样，多种不同类型的适于测量不同种类的空气或气体品质参数的传感器是本领域普遍已知的并且将不进行详细描述。然而，实例包括：任何种类的适于测量污染物的传感器、比如颗粒传感器；适于测量例如VOC浓度的气体传感器；适于测量CO2水平、氧气水平的传感器；和/或适于测量CO水平的传感器。技术人员认识到，在本发明的范围内可想到包括另外的传感器的实施例。例如，根据一个实施例，另外的传感器被布置为测量在空气加工组件下游的空气流、在一些实施例中可能在空气流进入封闭环境之前或刚好在此之前的空气流的空气品质，即感测或测量该条件。
该控制系统进一步适于接收指示该空气流的条件的参数的期望值。这样的期望值可以例如是由用户输入的值和/或在交付和/或安装该系统时预设的值。
基于指示室内空气和含氧气体的条件的值的这些参数的值、即表示室内空气、含氧气体的条件的实际值以及表示空气流的期望条件的值，控制系统确定：室内空气和含氧气体的相应部分，即在空气流的混合比例方面；以及空气加工元件或空气处理元件将如何处理空气流以便实现空气流的期望条件。
这是通过控制系统对以下各项实施控制来实现的：所述用于选择性地提供含有含氧气体的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置、以及所述用于将所述第一空气加工元件和第二空气加工元件分别选择性地联接至所述流动路径的装置。
因此，该控制系统可以例如控制用于选择性地提供所述第一部分和第二部分的装置来：仅将该第一部分的含氧气体提供至所述空气流，即对应于没有室内空气再循环的操作状态；仅将该第二部分的室内空气提供至空气流，即对应于室内空气或任何组合完全再循环的状态；或提供其间的期望的混合比例。
根据一个实施例，该控制系统适于：通过用于选择性地提供含有含氧气体的该第一部分以及含有来自该封闭环境的室内空气的该第二部分的装置，来确定该第一部分的含氧气体(即，空气)以及该第二部分的来自封闭环境的室内空气；并且通过执行计算来控制用于将该第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至流动路径的装置，该计算的目的是将该系统的为了达到空气流、例如进入该封闭环境的空气流的期望条件而需要的能量消耗最小化。换言之，可以将为了达到封闭环境中的特定的期望条件(即，期望的室内气候)而需要的能量最小化。
在一个实施例中，该计算是非线性优化问题，其目的是将系统的能量消耗最小化。将这样的问题公式化可以包括将用于执行任何可用操作以处理、加工、或调节当前室内空气或含氧气体以便达到空气流的期望条件的能量需求进行公式化，并且将总的能量需求表示为这些变量的函数。因此，在一些实施例中，控制系统的目的可以被描述为控制空气流和气体流，使得为了实现期望的空气条件或品质和/或气候而需要的能量被最小化。
根据一个实施例，用于将第一加工元件和第二加工元件选择性地联接至第一流动路径的装置包括：适于将该空气流引导穿过该第一空气加工元件的第一阀元件；以及适于将该空气流引导穿过该第二空气加工元件的第二阀元件。该第一阀元件和第二阀元件分别能够至少被布置在第一位置和第二位置，在该第一位置时，该流被引导穿过相应的空气加工元件，并且在该第二位置时，该空气流被允许绕过相应的空气加工元件。因此，空气流可以例如被引导穿过仅一个空气加工元件、被引导穿过所有元件、和/或任何期望的数量或组合的空气加工元件。空气流可以进一步被引导绕过所有空气加工元件。在一些实施例中，这些阀元件中的至少一个可以在第一位置与第二位置之间连续或逐步地可变，在该第一位置时，该流被引导穿过相应的空气加工元件，并且在该第二位置时，该空气流被允许绕过相应的空气加工元件。可以提供适合的导管、管道或类似物以允许流绕过或穿过相应的空气处理元件。
在一些实施例中，该空气加工元件可以被称为空气清洁元件。
根据一个实施例，用于选择性地提供含有含氧气体的该第一部分以及含有来自该封闭环境的室内空气的该第二部分的装置包括：适于接收含氧气体(即，空气)流的第一部分；适于接收室内空气流的第二部分；适于调整该含氧气体流的第一阀装置；以及适于调节该室内空气流的第二阀装置。因此，取决于第一阀装置和第二阀装置的操作，确定空气流的混合比例。
根据一个实施例，所述第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是适于从所述空气流中去除CO2的空气加工元件。在一些实施例中，这样的空气加工元件包括针对二氧化碳的吸附介质，这样的介质的实例包括分子筛4A、5A以及13X。二氧化碳吸附床可以进一步包括窄孔分布、优选地约为二氧化碳分子的大小，即
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根据一个实施例，该第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是适于从微量空气流中去除微量污染物的空气加工元件。在一些实施例中，这样的元件包括适于通过吸附来去除微量污染物的微量污染物吸附床。微量污染物吸附介质的实例是活性炭和用磷酸浸渍的活性炭。微量污染物吸附床优选地具有宽孔分布，例如但不限于在
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与
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之间。
根据一个实施例，该第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是选自下组的过滤器，该组包括适于去除颗粒物质的过滤器、以及适于从该空气流中去除气态污染物的过滤器。在一些实施例中，这样的空气处理元件可以包括适于去除一种或多种类型污染物的多个过滤器。
根据一个实施例，该第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是催化氧化器。该催化氧化器可以适于去除一氧化碳、甲烷和/或氢气。在一个实施例中，该催化氧化器包括催化剂，其中温度是例如但不限于高于400℃或高于500℃或高于600℃。然而，在一些实施例中，可以利用所谓的低温催化剂，其中温度可以为例如大致100℃。催化剂可以优选地包括贵金属表面，例如钯表面。
根据一个实施例，该第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是适于从空气流中去除酸性氧化产物的空气加工元件。这样的空气加工元件可以布置在催化氧化器的下游。这样的空气加工元件的一个实例是氢氧化锂床。
根据一个实施例，该空气加工组件进一步包括适于从该空气流中去除第三污染物的第三空气加工元件，其中，该第一空气加工元件是适于通过吸附来去除CO2的空气加工元件，该第二空气加工元件是过滤器，并且该第三空气加工元件是含活性炭的空气加工元件。
根据一个实施例，该第一空气加工元件、该第二空气加工元件、以及该第三空气加工元件是沿该流动路径中的流动方向相继布置的。
根据一个实施例，该空气加工组件是洗涤器。这样的洗涤器可以包括多个空气处理元件，例如用于吸附CO2和微量污染物的吸附珠、用于去除CO的催化氧化器和/或不同的过滤器。
根据一个实施例，该含氧气体的供应源是室外空气的供应源。换言之，含氧气体可以是室外空气。这样的实施例可以例如是经济上有利的，因为可以利用存在于室外空气中的氧气来增大该空气流中的氧气水平。
根据一个实施例，该含氧气体的供应源是来自封闭容器的氧气供应源。这样的容器的实例包括气体罐或其他压力器皿。这样的实施例可以例如是有利的，因为可以提供至少部分地独立于周围环境、例如周围的室外空气的系统。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于管理封闭环境中的空气条件的封闭空气再生系统。该系统包括：氧气供应源；流动路径，该流动路径适于使空气流循环穿过所述封闭环境，所述空气流包括含有来自所氧气供应源的氧气的第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的第二部分中的至少一个；所述流动路径进一步包括：用于选择性地提供含有氧气的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置；适于接收所述空气流的空气加工装置，所述装置至少包括：适于从所述空气流中去除第一污染物的第一空气加工元件；适于从所述空气流中去除第二污染物的第二空气加工元件；以及用于将所述第一加工元件和第二加工元件选择性地联接至所述第一流动路径的装置；第一传感器，该第一传感器适于感测所述室内空气的至少一个空气品质参数的第一实际值；以及适于控制所述空气处理系统的控制系统。其中，所述控制适于：接收所述至少一个空气品质参数的期望值；接收来自所述第一传感器和第二传感器的所述至少一个空气品质参数的所述第一实际值；并且基于所接收的值，通过所述用于选择性地提供含有氧气的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置，来确定所述第一部分的氧气以及所述第二部分的来自所述封闭环境的室内空气，并且控制所述用于将所述第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至所述流动路径的装置。
因此，除了上文关于本发明的第一方面描述的优点之外，本发明的第二方面提供了额外的优点，即，可以实现需要极少地添加外部空气或不需要添加外部空气的封闭系统。因此，该系统可以独立于周围的室外环境运行。
通过前述涉及本发明的第一方面的讨论，容易理解在本发明的第二方面的范围内可想到的方法的另外的目的、优点以及特征。更具体地，除了上文描述的系统控制原理对根据第二方面的系统的一般适用性之外，技术人员认识到，所描述实施例的系统的关于例如风扇或泵、阀元件、导管、传感器以及类似物的设计的特征可以很容易地应用于根据本发明第二方面的系统。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于管理封闭环境中的空气条件的方法。该方法包括以下步骤：使空气流循环穿过该封闭环境，该空气流包括含有含氧气体的第一部分以及含有来自该封闭环境的室内空气的第二部分中的至少一个；提供适于接收该空气流的空气加工组件，该装置至少包括：适于从该空气流中去除第一污染物的第一空气加工元件；以及适于从该空气流中去除第二污染物的第二空气加工元件；接收指示所述空气流的参数条件的参数的期望值；接收指示该室内空气的条件的第一参数；接收指示该含氧气体的条件的第二参数；并且基于所接收的值，确定该第一部分的含氧气体以及该第二部分的来自该封闭环境的室内空气、并且将该第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至该流动路径。
通过前述涉及本发明的第一方面和第二方面的讨论，容易理解在本发明的第三方面的范围内可想到的方法的另外的目的、优点以及特征。
当研究以下详细公开内容、附图和所附权利要求时，本发明的其他目的、特征和优点将变得清楚。本领域技术人员认识到，可以组合本发明的不同特征来创建除了以下描述的实施例之外的实施例。
附图说明
参考附图，通过以下对优选实施例的展示性且非限制性的详细描述，将更好地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的第一方面的实施例的系统的示意性展示；
图2是根据本发明的第二方面的实施例的系统的示意性展示；
所有附图都是示意性的、不一定按比例绘制、并且通常仅示出为了阐明本发明所必需的部件，其中其他部件可以被省略或仅仅是建议。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个方面的用于管理封闭环境R、在所展示的情况下为建筑物中的房间R中的空气条件(还被称为空气品质和/或室内气候)的系统1的示意性展示。该系统包括室外空气的供应源10、用于来自所述封闭环境R的室内空气流的排放口20、以及适于使空气流AF循环穿过封闭环境R的流动路径30。
流动路径30包括适于允许空气流进入房间R中的第一端31以及适于允许空气流离开房间R的第二端32。
空气流AF至少包括第一部分P1的室外空气以及含有室内空气的第二部分P2。被布置在流动路径中或被流动路径包括的装置40被布置为提供第一部分P1和第二部分P2。在所展示的情况下，该装置可以被描述为流量控制装置，该流量控制装置包括适于接收室外空气流的第一部分41以及适于接收来自房间R的室内空气流的第二部分42，第一阀装置41a(未示出)被布置为调整室外空气流、并且因此调整空气流AF的第一部分P1，而第二阀装置42b被布置为调整室内空气流、并且因此调整空气流的第二部分P2。
该系统进一步包括被布置在空气流动路径30中或被空气流动路径包括的空气加工组件50。在图1的所展示实施例中，空气加工组件50包括适于去除污染物的五个空气加工元件51、52、53、54、55。第一空气加工元件51包括空气过滤器，第二空气加工元件52包括微量污染物吸附床TCAB，第三空气加工元件53包括二氧化碳吸附床CDAB，第四空气加工元件54包括催化氧化器CO，并且第五空气加工元件55包括用于吸附酸性氧化产物的床。
呈阀元件形式的装置51a、52a、53a、54a、55a被布置为将相应的空气加工元件选择性地联接至流动路径。每个阀元件51a、52a、53a、54a、55a分别可以布置在至少第一位置和第二位置，在该第一位置时，空气流被引导穿过相应的空气加工元件51、52、53、54、55，并且在该第二位置时，所述空气流被允许绕过相应的空气加工元件。因此，空气流可以例如被引导穿过仅一个空气处理元件、被引导穿过所有元件、和/或任何期望的数量或组合的空气处理元件。空气流可以进一步被引导绕过所有空气处理元件。
第一空气加工元件51和第二空气加工元件52的TCAB和CDAB包括(未示出)隔热壳体、真空泵、可密封阀、加热器、针对微量污染物的吸附介质、针对二氧化碳的吸附介质、以及被限制在该壳体内的压力阀。当可密封阀打开时，空气被引导穿过隔热壳体、并且分别穿过微量污染物吸附介质和二氧化碳吸附介质，并且微量污染物和二氧化碳被吸附在这些床中。
微量污染物吸附床应具有宽孔分布，例如但不限于在
Figure GDA0002916040800000111
与
Figure GDA0002916040800000112
之间、或在
Figure GDA0002916040800000113
与
Figure GDA0002916040800000114
之间、或在
Figure GDA0002916040800000115
与
Figure GDA0002916040800000116
之间、或在
Figure GDA0002916040800000117
与
Figure GDA0002916040800000118
之间。微量污染物吸附介质的实例是活性炭和用磷酸浸渍的活性炭。二氧化碳吸附床应为窄孔分布、约为二氧化碳分子的大小，例如
Figure GDA0002916040800000119
吸附介质的实例是分子筛4A、5A和13X。
当空气穿过这些床时，微量污染物和二氧化碳被吸附在孔中。一会之后，取决于流量和污染以及污染水平，这些床变得饱和，并且CDAB中的二氧化碳的吸附停止、或吸附速率减小，并且TCAB停止吸附某些污染物或吸附速率减小，并且这些床需要再生。为了再生这些床，首先，这些可密封阀密封该隔热壳体。接着，加热器将空气和被限制在相应的隔热壳体中的吸附介质加热至例如但不限于40摄氏度、或70摄氏度、或90摄氏度、或110摄氏度、或150摄氏度、或200摄氏度、或者300摄氏度。当这些床达到期望的温度时，真空泵开始运行并且将被限制在容器中的气体和微量污染物排出到外部空气。隔热壳体中为了实现再生而需要的压力小于50 000帕斯卡、或10 000帕斯卡、或5000帕斯卡。
当这些床已经再生时，打开压力阀以允许空气流入壳体中。压力将增大，并且可密封阀可以打开。吸附床已经再生并且被污染的空气可以再次被引导穿过这些床。
一些微量污染物、例如一氧化碳可以穿透TCAB。因此，可能需要将这些污染物氧化，这是由元件54的催化氧化器CO提供。CO包括(未示出)热交换器、加热器、催化剂、以及氢氧化锂床。通过使用进行流量控制的阀54a来引导空气穿过CO。首先，空气进入热交换器中，在此与离开催化器的空气交换能量，即空气变热，因为热能通过热交换器被传递给空气。接着，使用加热器将空气进一步加热至期望的温度。然后将空气引导穿过催化剂。在催化剂中，温度为例如但不限于高于400度、或高于500度、或高于600度。催化剂可以具有贵金属表面，例如钯表面。接着热空气被引回热交换器，在此它将热能传递给进入该热交换器中的空气。
已知可能穿透TCAB的一种特定类型的化合物是所谓的卤代烃化合物。当这样的化合物暴露于催化剂中的高温下时，产生所谓的酸性氧化产物。为了解决这些酸性氧化产物，布置在催化氧化器下游的第五空气加工元件55包括氢氧化锂床。
所展示的示例性系统进一步包括多个传感器。第一传感器61被布置为测量或感测指示室内空气的条件的第一参数P1，并且第二传感器62被布置为测量或感测指示室外空气的条件的参数P2。另外的传感器63被布置为测量允许进入房间F中的空气流AF的条件。传感器61、62、63可以是测量温度、氧气水平、湿度、以及空气污染的传感器。空气污染传感器可以例如对颗粒物质、苯、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、苯并芘、氡、挥发性有机化合物、以及臭氧敏感。
现在将参照图1来更详细地描述该系统的操作。系统100的操作由控制系统(未示出)来提供，该控制系统包括适合的电路和布线以至少控制适于控制空气流的混合比例的阀以及适于空气流穿过空气加工元件51、52、53、54、55的阀。
期望的室内气候可以通过指示这样的期望的气候或条件的一个或多个参数来指定。该控制系统适于接收指示空气流的条件的、例如指示空气加工组件下游的空气流的条件的至少一个参数PD的这样的期望值。可以例如通过用户输入来接收该期望值。该控制系统进一步适于：接收来自该第一传感器61和第二传感器62的这些参数的第一实际值P1和第二实际值P2；并且基于所接收的值，通过控制用于选择性地提供含有室外空气的该第一部分和含有来自封闭环境的室内空气的该第二部分的阀元件41a、42a，来确定该第一部分的室外空气以及该第二部分的来自封闭环境的室内空气；并且控制用于将第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至流动路径的阀51a、52a、53a、54a、55a。
因此，基于指示相应空气流的条件的参数、即指示室内空气和室外空气的条件的参数的实际值以及表示期望的空气品质的值、即空气流的期望条件，控制系统确定：室内空气和室外空气的相应部分，即在空气流的混合比例方面；以及空气加工元件或空气处理元件将如何处理空气流以实现(在所展示情况下为进入房间R中的空气流的)期望品质。
在图1所展示的实施例中，该控制系统适于确定空气流的混合比例、以及空气加工元件将如何处理(或不处理)空气流以便通过解决非线性优化问题(其目的是将该系统的为了达到指示封闭环境中的空气条件的参数的期望值而需要的能量消耗最小化)来实现空气流的期望品质或条件(即，指定的期望室内气候)。因此，控制系统的目的可以被描述为控制空气流，使得为了实现期望的空气品质或气候而需要的能量被最小化。例如，将为了在流动路径的第一端31处提供满足用户需求的空气而需要的能量最小化。
为了能够将这样的问题公式化，系统必须知道为了执行由空气加工元件51、52、53、54、55提供的相应的空气加工操作以便实现期望的空气品质的能量需求。例如，如果从室外空气供应源进入系统中的室外空气未被污染但是太热且潮湿，则必须使用除湿器和冷却机器(未示出)或其组合对空气进行除湿和冷却。假设其能量需求为E1。如果在32处的允许离开房间的室内空气被污染、但是具有正确的温度和湿度，则需要净化空气。假设其能量需求为E2。于是，控制系统的目的可以被描述为控制这些值、并且因此控制空气流，使得为了实现期望的空气品质和/或气候而需要的能量被最小化。为了获得净化空气的能量E2，控制系统需要知道如何使用元件51的空气过滤器、元件52的微量污染物吸附床、元件53的二氧化碳吸附床、和元件54的催化氧化器来去除污染、以及要去除多少污染和去除相应类型的污染的能量需求。
在所展示的示例性情况下，令E为对空气进行净化、加热/冷却、以及增湿/除湿的能量，T为温度，RH为相对湿度，并且令Q1、Q2、…、Qn表示空气流，在所展示的情况下为空气流AF的第一部分P1室外空气以及空气流AF的第二部分P1室内空气。气候控制现在可以公式化为非线性优化问题；
将E(Q1，Q2，…，Qn)最小化，
使得
氧气>最小允许水平
最小允许水平<氮气<最大允许水平
最小允许T<T<最大允许T
最小允许RH<RH<最大允许RH
二氧化碳<最大允许水平
一氧化碳<最大允许水平
VOC<最大允许VOC
PM2.5<最大允许PM2.5
PM10<最大允许PM10
苯<最大允许水平
二氧化氮<最大允许水平
苯并芘<最大允许水平
氡<最大允许水平
臭氧<最大允许水平
解决这个优化问题将使所有气候以及所有内部空气污染的能量需要最小化。
转向图2，示意性地展示了根据本发明的一个方面的用于管理封闭环境R中的空气品质的封闭空气处理或再生系统100’。该系统包括氧气供应源10’、用于来自所述封闭环境R的室内空气流的排放口20、以及适于使空气流AF循环穿过封闭环境R的流动路径30。流动路径30包括适于允许空气流进入房间R中的第一端31以及适于允许空气流离开房间R的第二端32。
在图2所展示的方面，空气流AF至少包括第一部分P1的氧气、或具有高氧气含量的气体、以及含有室内空气的第二部分P2。氧气或含有高氧气含量的气体可以由流体地连接至该系统的气体罐或容器来提供。被布置在流动路径中或被流动路径包括的装置40被布置为分别提供第一部分P1和第二部分P2。在所展示的情况下，该装置可以被描述为流量控制装置，该流量控制装置包括适于接收氧气流的第一部分41以及适于接收来自房间R的室内空气流的第二部分42，第一阀装置41a(未示出)被布置为调整氧气流、并且因此调整空气流AF的第一部分P1，而第二阀装置42b被布置为调整室内空气流、并且因此调整空气流的第二部分P2。
该系统进一步包括空气加工组件50，该空气加工组件包括适于去除污染物的空气加工元件51、52、53、54、55。这些特征的结构和功能与上文参照图1所描述的相同。并且类似于或根据上文所描述的，图2中所展示的系统包括多个传感器。第一传感器61被布置为测量或感测1室内空气的空气品质参数的第一实际值QP1，并且第二传感器62被布置为测量或感测指示含氧气体的条件、例如氧气含量的第二值。
现在参照图2来更详细地描述系统100’的操作。系统100’的操作由根据上文所描述来运行的控制系统(未示出)来提供，但是该控制系统控制来自氧气供应源的含氧气体流，而不是控制室外空气流。
该控制系统适于：接收至少一个空气品质参数QD的期望值，可以例如通过用户输入来接收这个期望值；接收来自第一传感器61的所述至少一个空气品质参数的第一实际值QP1以及指示含氧气体的条件的第二值QP2；并且进一步适于：基于所接收的值，通过控制用于选择性地提供含有氧气的第一部分和含有来自封闭环境的室内空气的第二部分的阀元件41a、42a，来确定该第一部分的含氧气体以及该第二部分的来自封闭环境的室内空气；并且控制用于将第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至流动路径的阀51a、52a、53a、54a、55a。
因此，基于指示空气和气体的条件的参数，即室内空气和可获得的含氧气体的空气品质的品质参数值或实际值以及表示期望的空气品质的值，系统100’的控制系统确定室内空气和氧气(即，含氧空气)的相应部分、以及空气加工元件或空气处理元件将如何处理空气流的流动以便实现期望的品质。这种控制再次通过解决非线性优化问题来提供，该非线性优化问题具有相同的目的：将该系统的为了达到封闭环境中的所述至少一个空气品质参数的期望值而需要的能量消耗最小化，如已经参照图1所描述的。然而，不同之处在于，室外空气用含氧气体供应源更换。因此，本系统必须知道用于对含氧气体执行潜在的气体加工操作以便实现期望的气候和/或空气品质的任何额外的能量需求。
虽然已经在附图和前述描述中详细展示并描述了本发明，但是这样的展示和描述应被认为是展示性或示例性的而不是限制性的，本发明不限于所公开的实施例。技术人员应理解的是，在所附权利要求限定的范围内可以想到许多修改、变化和更改。
额外地，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现对所公开实施例的改变。在权利要求中，词语“包括”不排除包含其他的元素或步骤，并且不定冠词“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的这一事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制本权利要求的范围。
实施例
1.一种用于管理封闭环境中的空气条件的空气处理系统，所述系统包括含氧气体的供应源；
用于来自所述封闭环境的室内空气流的排放口；
适于使空气流循环穿过所述封闭环境的流动路径，所述空气流包括含有所述含氧气体的第一部分、以及含有来自所述封闭环境的室内空气的第二部分中的至少一个，所述流动路径进一步包括
用于选择性地提供含有所述含氧气体的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置；
适于接纳所述空气流的空气加工组件，所述装置至少包括
适于从所述空气流中去除第一污染物的第一空气加工元件；
适于从所述空气流中去除第二污染物的第二空气加工元件；以及
用于将所述第一加工元件和第二加工元件选择性地联接至所述第一流动路径的装置；
第一传感器，该第一传感器适于感测指示所述室内空气的条件的第一参数，
第二传感器，该第二传感器适于感测指示所述含氧气体的条件的第二参数；以及
适于控制所述空气处理系统的控制系统；
其中，所述控制系统适于
接收指示所述空气流的期望条件的参数的值；
接收来自所述第一传感器和第二传感器的所述第一实际参数和第二实际参数；并且
基于所接收的参数，
通过所述用于选择性地提供含有所述含氧气体的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置来确定所述第一部分的含氧气体以及所述第二部分的来自所述封闭环境的室内空气，并且
控制所述用于将所述第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至所述流动路径的装置。
2.根据实施例1所述的空气处理系统，其中，所述用于将所述第一加工元件和第二加工元件选择性地联接至所述第一流动路径的装置包括
适于将所述空气流引导穿过所述第一空气加工元件的第一阀元件；以及
适于将所述空气流引导穿过所述第一空气加工元件的第二阀元件，
其中，所述第一阀元件和第二阀元件分别能够至少被布置在第一位置和第二位置，在该第一位置时，所述流被引导穿过相应的空气加工元件，并且在该第二位置时，所述空气流被允许绕过相应的空气加工元件。
3.根据实施例1或2所述的空气处理系统，其中，所述用于选择性地提供含有所述含氧气体的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置包括
适于接收含氧气体流的第一部分；
适于接收室内空气流的第二部分；
适于调整所述含氧气体流的第一阀装置；以及
适于调整所述室内空气流的第二阀装置。
4.根据以上实施例中任一项所述的空气处理系统，其中，所述第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是适于从所述空气流中去除CO2的空气加工元件。
5.根据以上实施例中任一项所述的空气处理系统，其中，所述第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是选自下组的过滤器，该组包括适于去除颗粒物质的过滤器、以及适于从所述空气流中去除气态污染物的过滤器。
6.根据以上实施例中任一项所述的空气处理系统，其中，所述第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是适于从所述空气流中去除微量污染物的空气加工元件。
7.根据以上实施例中任一项所述的空气处理系统，其中，所述第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是催化氧化器。
8.根据实施例1所述的空气处理系统，其中，所述空气加工装置组件进一步包括
适于从所述空气流中去除第三污染物的第三空气加工元件；
其中，所述第一空气加工元件是适于通过吸附来去除CO2的空气加工元件，所述第二空气加工元件是过滤器，并且所述第三空气加工元件是含活性炭的空气加工元件。
9.根据实施例8所述的空气处理系统，其中，所述第一空气处理设备、所述第二空气处理设备、以及所述第三空气处理设备是沿所述流动路径中的流动方向相继布置的。
10.根据以上实施例中任一项所述的空气处理系统，其中，所述含氧气体的供应源是室外空气的供应源。
11.根据以上实施例中任一项所述的空气处理系统，其中，所述控制系统适于
通过所述选择性地提供含有室外空气的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置，来确定所述第一部分的室外空气以及所述第二部分的来自所述封闭环境的室内空气，并且
通过执行以下计算来控制所述用于将所述第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至所述流动路径的装置，该计算的目的是将该系统的为了在所述封闭环境中达到所述至少一个空气品质参数的期望值而需要的能量消耗最小化。
12.一种用于管理封闭环境中的空气条件的方法，所述方法包括以下步骤：
使空气流循环穿过所述封闭环境，所述空气流包括含有含氧气体的第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的第二部分中的至少一个；
提供适于接收所述空气流的空气加工组件，所述装置至少包括
适于从所述空气流中去除第一污染物的第一空气加工元件；以及
适于从所述空气流中去除第二污染物的第二空气加工元件；
接收指示所述空气流的期望条件的参数的值；
接收指示所述室内空气的条件的第一参数；
接收指示所述室外空气的条件的第二参数；
并且基于所接收的值，
来确定所述第一部分的室外空气以及所述第二部分的来自所述封闭环境的室内空气；并且
将所述第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至所述流动路径。

Claims (11)

1.一种用于管理封闭环境中的空气条件的空气处理系统，所述系统包括含氧气体的供应源；
用于来自所述封闭环境的室内空气流的排放口；
适于使空气流循环穿过所述封闭环境的流动路径，所述空气流包括含有所述含氧气体的第一部分、以及含有来自所述封闭环境的室内空气的第二部分中的至少一个，所述流动路径进一步包括
用于选择性地提供含有所述含氧气体的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置；
适于接收所述空气流的空气加工组件，所述空气加工组件 至少包括
适于从所述空气流中去除第一污染物的第一空气加工元件；
适于从所述空气流中去除第二污染物的第二空气加工元件；以及
用于将所述第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至所述流动路径的装置，该装置包括
适于将所述空气流引导穿过所述第一空气加工元件的第一阀元件；以及
适于将所述空气流引导穿过所述第二空气加工元件的第二阀元件，
其中，所述第一阀元件和第二阀元件分别能够至少被布置在第一位置和第二位置，在该第一位置时，所述空气流被引导穿过相应的空气加工元件，在该第二位置时，允许所述空气流绕过相应的空气加工元件，
第一传感器，该第一传感器适于感测指示所述室内空气的条件的第一参数，
第二传感器，该第二传感器适于感测指示所述含氧气体的条件的第二参数；以及
适于控制所述空气处理系统的控制系统；
其中，所述控制系统适于
接收指示所述空气流的期望条件的参数的值；
接收来自所述第一传感器和第二传感器的所述第一参数和第二参数；并且
基于所接收的参数，
通过所述用于选择性地提供含有所述含氧气体的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置来确定所述第一部分的含氧气体以及所述第二部分的来自所述封闭环境的室内空气，并且
控制所述用于将所述第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至所述流动路径的装置。
2.根据权利要求1所述的空气处理系统，其中，所述用于选择性地提供含有所述含氧气体的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置包括
适于接收含氧气体流的第一部分；
适于接收室内空气流的第二部分；
适于调整所述含氧气体流的第一阀装置；以及
适于调整所述室内空气流的第二阀装置。
3.根据权利要求1所述的空气处理系统，其中，所述第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是适于从所述空气流中去除CO2的空气加工元件。
4.根据权利要求1所述的空气处理系统，其中，所述第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是选自下组的过滤器，该组包括适于去除颗粒物质的过滤器、以及适于从所述空气流中去除气态污染物的过滤器。
5.根据权利要求1所述的空气处理系统，其中，所述第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是适于从所述空气流中去除微量污染物的空气加工元件。
6.根据权利要求1所述的空气处理系统，其中，所述第一空气加工元件和第二空气加工元件中的至少一个是催化氧化器。
7.根据权利要求1所述的空气处理系统，其中，所述空气加工组件进一步包括
适于从所述空气流中去除第三污染物的第三空气加工元件；
其中，所述第一空气加工元件是适于通过吸附来去除CO2的空气加工元件，所述第二空气加工元件是过滤器，并且所述第三空气加工元件是含活性炭的空气加工元件。
8.根据权利要求7所述的空气处理系统，其中，所述第一空气加工元件、所述第二空气加工元件、以及所述第三空气加工元件是沿所述流动路径中的流动方向相继布置的。
9.根据权利要求1所述的空气处理系统，其中，所述含氧气体的供应源是室外空气的供应源。
10.根据权利要求1所述的空气处理系统，其中，所述控制系统适于
通过所述选择性地提供含有室外空气的所述第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的所述第二部分的装置，来确定所述第一部分的室外空气以及所述第二部分的来自所述封闭环境的室内空气，并且
通过执行以下计算来控制所述用于将所述第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至所述流动路径的装置，该计算的目的是将该系统的为了在所述封闭环境中达到所述至少一个空气品质参数的期望值而需要的能量消耗最小化。
11.一种用于管理封闭环境中的空气条件的方法，所述方法包括以下步骤：
使空气流循环穿过所述封闭环境，所述空气流包括含有含氧气体的第一部分以及含有来自所述封闭环境的室内空气的第二部分中的至少一个；
提供适于经由流动路径接收所述空气流的空气加工组件，所述空气加工组件至少包括
适于从所述空气流中去除第一污染物的第一空气加工元件；以及
适于从所述空气流中去除第二污染物的第二空气加工元件；接收指示所述空气流的期望条件的参数的值；
接收指示所述室内空气的条件的第一参数；
接收指示所述含氧气体的条件的第二参数；
并且基于所接收的值，
来确定含有所述含氧气体的所述第一部分以及所述第二部分的来自所述封闭环境的室内空气；并且
将所述第一空气加工元件和第二空气加工元件选择性地联接至所述流动路径。
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