CN110087454B - 用于封闭或半封闭空间中的气候控制的系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于增强封闭或半封闭空间中的CO2浓度的系统和方法，其中所述系统包括用于从环境空气中捕获CO2的单元(3)，所述单元还包括能够在吸附剂上吸附和解吸CO2并在吸附和解吸模式中交替工作的两个处理单元(134,172)。

Description

用于封闭或半封闭空间中的气候控制的系统
技术领域
本发明涉及一种增加封闭空间(如温室)中的CO2浓度的方法，其与空调相组合，使得植物吸收CO2的速率能够增加并且植物生长速率能够更快，同时避免与过高或过低空气相对湿度相关联的植物问题。更确切地说，本发明涉及从空气中捕获CO2的清洁方法和过程结合高能效湿球温度控制和干球温度控制的集成，不使用任何氧可降解化学品，具有高效CO2捕获，具有总体净能量节省，并且从总体系统的观点来看是碳负值。
背景技术
在封闭或受限区域(如温室)中生长的植物将吸收CO2并耗尽周围空气中的CO2。这降低了CO2的浓度并限制了植物生长速率。即使存在从周围环境进入封闭或半封闭空间的一些空气泄漏，也可在数小时内非常快速地发生耗尽。虽然大气中CO2的浓度基于体积为约400ppm，但是通风良好的半封闭空间中的CO2浓度通常可在300-330ppm的范围内。这假设通风率高，足以每小时完全更换半封闭空间中的所有空气一次或两次。如果通风不充分，可能会出现CO2浓度远低于300-330 ppm的值，如接近200 ppm。这实际上可能阻止植物生长。如果半封闭空间与周围空气之间存在温差，则必须加热所需的通风空气。这可能是非常耗能的。
无论通风率如何，都不可能在不富集CO2的情况下将半封闭空间中的CO2浓度增加至与通风空气相同的浓度。然而众所周知，富含CO2的空气，其使半封闭系统中的CO2浓度达到400ppm并且高达1000ppm以上，其可显著提高植物生长和生物质生产率，例如提高20-80％或更多。
在封闭或半封闭空间中的植物蒸腾增加了局部空气中的相对湿度。植物吸收的约90％的水分用于蒸腾，而10％用于生长。蒸腾作用将植物冷却至低于环境温度2℃或更多。除其它因素外，蒸腾速率与辐射热输入和空气相对湿度成比例。接近局部空气中的水蒸气饱和度的高相对湿度减少蒸腾。如果温度然后下降，水可能会沉积在植物叶子和其它地方。这增加了真菌病害的风险。低相对湿度，如低于50％，其与高温组合，可能导致过度的蒸腾速率。然后植物可开始关闭通过其发生蒸腾的气孔开口，以减少蒸腾。然而，CO2吸收也通过气孔开口发生，因此这可能限制植物生长。重要的是将局部空气相对湿度保持在可接受的(如果不是最佳的)水平。
植物生长速率取决于局部气温。最佳温度取决于植物种类和一天中的时间。20-25℃的日间温度适合大多数植物。最佳夜间温度可在10-18℃范围内。在大量使用封闭或半封闭系统生物质生产的许多地区，需要全年加热。
尽管高度相互依赖，但三个重要的可控操作参数(CO2浓度、相对湿度和温度)通常或多或少地独立地管理。图3示出了CO2对生长速率的示例效应，假设其它营养素和光调整到适当的水平。在该实例中，正常或100％生长速率设定为320ppm的基于体积的CO2浓度水平。此外，例如，CO2消耗量对应于每小时100ppm 的CO2，或每5000m 3体积和每小时约900g的CO2。当CO2浓度为约1000ppm时，至少对于一些植物，达到最佳生长速率。如果需要通风，来自封闭系统的空气也将含有1000ppm的CO2，并因此是CO2排放源。
CO2可通过通风提供。然而，这不能将CO2浓度提高到大气中的CO2浓度以上，约400ppm。保持CO2浓度远高于320ppm需要高通风率。在寒冷气候中，通风空气加热所需的相关能量可能很大。在非常温暖的气候中，可能期望冷却通风空气。然后可能必须从空气中除去水分以最大程度地减小水冷凝物的形成。通风导致由蒸腾形成的水蒸气损失，或90％的灌溉水的损失。
对于增强的CO2浓度，CO2通常必须从除空气之外的源供应。实例是来自化石燃料燃烧的CO2供应(其也产生热量)、来自压缩的瓶装CO2的CO2供应、来自干冰的CO2供应、来自有机物质的分解或来自发酵。如果温室通风，并且CO2浓度保持在400ppm以上，则所有这些都导致向大气的净CO2排放，这是不希望的。
WO2013075981描述了一种通过在固体吸附剂上吸附和解吸从空气中提取CO2的方法。使用胺化合物使固体吸附剂功能化。这增强了吸附能力并降低了吸附剂对湿度的敏感性。然而，在吸附剂再生期间，胺化合物暴露于具有高浓度氧的热空气中，导致可能降解为有毒和可能致癌的产物。因此，来自这些来源的CO2不能用于作为温室的封闭空间。
温室中的相对湿度可通过空气通风来控制。然而，这可能会对温室中的CO2浓度产生负面影响，特别是如果使用增强的CO2水平。此外，通风空气加热所需的能量可能很大。在温暖和潮湿的气候中，通风降低湿度可能效果不佳。类似于用于供应CO2的通风，任何减少空气中水蒸气量的通风都会导致水蒸气从蒸腾中失去或失去约90%上的灌溉水。
降低温室内空气中水蒸气含量的备选方式是随冷水喷射空气。冷却可通过在室内喷雾和外部与空气接触之间循环水来完成。假设外部空气未饱和或接近水蒸气饱和，与空气接触的一些水将蒸发。这样可冷却水，然后使用水喷雾将水再循环以便在温室内冷却。然而，类似于通过通风去除水分，这导致潜在有价值的水的损失。令人遗憾的是，用冷水喷洒并不会降低空气中的相对湿度。无论冷却和水蒸气从空气中去除，空气都会水蒸气饱和，水蒸气可对植物有害。
控制温室相对湿度或相对于饱和条件下的水蒸气含量控制水蒸气含量的更好方法是通风和加热的组合。加热在饱和条件下增加空气中的水蒸气含量，而不向空气中添加水蒸气 ，并因此相对湿度降低。然而，在不希望空气加热的非常温暖的地方，这可能不适用。
温室空气的加热可通过电加热或来自化石燃料燃烧的热来完成。后者将影响CO2含量，并且在较小程度上影响温室空气中的水蒸气含量。
在全球范围内，食物供应的挑战正在增加。预计到2050年，世界人口将从2012年的约70亿增加到90亿以上。食物供应必须相应增加而不会对环境产生进一步的有害影响。这在全球变暖降低作物产量的情况下是必需的，特别是在大多数人口增加的温暖地区以及由于用水增加而导致许多同样的地区的用水压力高的情况下。解决方案包括将饮食转向更多基于植物的产品，减少二氧化碳排放，减少用水量和减少化石燃料的使用。
本发明的目的在于提供一种方法和设备，其中温室CO2水平、相对湿度和温度可独立地控制，其具有最小或零CO2排放、具有节水且有效利用加热能量。另一个目的在于从空气局部提供CO2或增强水平的CO2，而没有任何可能的有害胺降解产物，并且确保实际上所有这些CO2都由植物使用而不是通过通风再次排放到空气中。
WO2009/105566A2涉及在升高的CO2水平下捕获CO2的备选选择，包括使用活性炭、使用沸石、使用弱碱胺或其它吸附剂如活性氧化铝用于CO2捕获，以替代离子交换树脂。
然而，在非升高的CO2水平下存在显著的挑战，因为物理吸附剂被H2O危害，并因此降低了对CO2捕获的能力，该问题未在WO2009/105566 A2中提及。
WO2011/004596A1和EP1908809A1涉及用于封闭或半封闭空间中的气候控制的系统，其包括用于空气过滤、冷却和除湿和加热的空调单元，并且其包括热泵。然而，这两个文献都没有提出从环境空气中捕获CO2的解决方案。
发明内容
如权利要求书中所述，本发明的目的在于解决上述问题。
本发明涉及用于增强封闭或半封闭空间中CO2浓度的系统和方法，其中所述系统包括用于从环境空气捕获CO2的单元，所述单元还包括能够在吸附剂上吸附和解吸CO2并在吸附和解吸模式中交替工作的两个处理单元。
附图说明
图1为示出本发明实施例中温室CO2供应和相对湿度和温度控制的示意图，
图2示出了CO2吸附单元的细节，
图3示出了随CO2水平变化的生长速率的实例，
图4示出了CO2捕获效率的比较，
图5示出了示例性CO2吸附平衡等温线，
图6示出了示例性H2O吸附平衡等温线。
具体实施方式
在本说明书和权利要求书中，用语"湿度"和"绝对湿度"用作空气的真实水蒸气含量的量度(g/m3)。空气水蒸气混合物的用语"相对湿度"用作在空气中的水蒸气的实际分压与空气已在所述温度下饱和情况下的空气中的水蒸气的分压之比的量度。用语"CO2浓度"是空气中CO2的摩尔数相对于空气中气体分子总数的量度。它以ppm或百万分率计。
这里以"bara"为单位给出的压力是"bar绝对值"。因此，1013bara是海平面的正常大气压力。在SI单位中，1 bar对应于100 kPa。
如本文所用的表述"环境温度"可随着气候变化，用于操作由根据本发明的过程所服务的封闭或半封闭系统。通常，环境温度为约0至40℃，但环境温度也可从零下水平到略高于40℃，如50℃。
如本文使用的用语"太阳辐射"或"日照"是指在海平面从太阳接收的能量。其以W/m2测量。代表世界上大多数人口的区域的日照水平为150-300W/m2。
图1是根据本发明优选实施例的系统的原理总体示意图。第1部分是用于空气过滤、冷却和除湿和加热的空调单元，包括两个柱。一个用于在封闭或半封闭系统(如温室)中处理循环空气和通风空气。另一个用于来自周围环境的空气的过滤、冷却和除湿。第2部分是热泵。第3部分是仅使用不含任何化学品的固体沸石材料从环境空气和温室通风空气中捕获CO2的单元。
第1部分(空气过滤、冷却和除湿和加热)显示用于植物生长的封闭或半封闭系统100和空气净化和CO2富集系统，其包括过滤器149、用于供应富含CO2的空气的导管130、冷却和除湿柱106、风扇123和加热器104。空气从单元100经由导管102流到过滤器149。其在导管109中离开过滤器149，并与来自过程的第3部分的富CO2空气混合，该富CO2空气经由导管130供应。富CO2的空气含有500至5000ppm的CO2，如1900ppm的CO2。循环空气和富CO2空气的混合物经由导管110引导至柱106。在柱106中，空气在填料107上逆流向上流至冷水，从而在空气和水之间提供良好的接触。冷却水在导管128中供应。在填料107中接触之后，冷空气流过除雾器122以除去夹带的水滴。冷空气在导管146中离开柱106。流分成两部分，较小的流通过导管103导向过程的第3部分，去除由来自导管130的空气转移的空气，这将在下面进一步描述，并且较大的流通过导管145导向风扇123。在风扇123中的增压之后，空气在加热器104中加热并经由导管101再循环到封闭或半封闭的植物生长单元。
冷水和通过柱106中的冷凝从空气中回收的水收集在柱的底部并经由导管105从系统排出。在与经由导管114供应的来自柱115的水混合之后，组合的水流经由导管127引导至泵147。水在导管148中从泵147排出。多余的水在导管152中从系统排出。剩余的水经由导管155引导至冷却器154，然后经由导管156分流入导管131和导管128。本领域技术人员将知道来自柱106的空气水蒸气饱和或接近饱和，并因此该空气的温度确定绝对湿度。他们还将知道加热器104下游的绝对湿度和温度将确定空气相对湿度。此外，导管130中的空气流速和CO2浓度将确定来自柱106在导管146中流动的空气中的CO2浓度。控制是可能的，使得在单元100中实现期望的相对湿度、温度和CO2水平，这通过在导管102中的来自单元100的离开空气流中的测量值表示。
第1部分，空气入口和预处理显示空气入口116经由导管112将空气供给到过滤器129。在过滤之后，通过在填料125中迎着冷却水逆流流动，使空气在柱115中冷却和除湿。除雾器113在空气排出之前从空气中除去夹带的水滴，并经由导管124流到该过程的第3部分，这将在下面讨论。循环水和冷凝物从柱115在导管114中排出。它导向导管105并在该导管中与水混合。类似于来自柱106的水，然后将其引导至包括导管127、泵147和导管148的水冷却回路。多余的水通过侧抽吸部(side draw)152排出。剩余的水流在冷却器154中冷却，并然后通过导管156和131引导回到柱115。
第2部分示出了一个热泵，其使用来自第 1部分中的空气冷却和水蒸气冷凝的热，可选地从周围环境中获得一些热，将其泵送到更高的温度水平，并使用由此产生的更高温度的热来加热空气以返回封闭或半封闭的植物生长系统100。存在两个主要的流动循环。上面还讨论过的一个是从柱106和115供水的水流回路。该水经由导管127、泵147和导管148和155流到水冷却器154。这里，水温降至0至5℃之间，如1℃，并相应通过导管156,128和131导向柱106和115。调整导管128和131中的水流速，使得在填料107和125上方产生的空气温度达到期望的水平。
第2部分中的第二流动回路是制冷剂，如氨或氟利昂冷却循环。高压制冷剂，例如在15和30bara之间的压力(如20巴，取决于制冷剂特性)下，从压缩机151经由导管150流到导管178中的侧抽吸部。导管178将制冷剂作为高温加热介质引导到该过程的第3部分，其中主要使用显热。在利用一些可用的显热(例如，如15％)之后，仍然是气态的制冷剂在导管187中从该过程的第3部分返回。该流分成两部分，一部分在导管144中到达空气加热器104，在该处，制冷剂冷却和冷凝，并在导管143中返回。其余的制冷剂通过导管175导向冷却器177，在冷却器177中冷却并冷凝，并然后通过导管176与导管143中的制冷剂混合。冷凝的制冷剂的总量在导管181中引导至阀185。在该阀中，压力降低至例如2至5bara，如2.8bara。取决于制冷剂特性，这将制冷剂的温度降低到-5和-20℃之间，如-10℃。如果来自热交换器154的热不足，则冷流体通过导管186引导到侧抽吸导管184，其中一些流体引导到加热器183，其方便地使用来自环境空气的热。其余的流体通过导管157导向热交换器154，在该处，通过与来自导管155的水进行热交换而加热和蒸发。从加热器183通过导管182和从热交换器154通过导管191产生的加热和蒸发的制冷剂混合并通过导管180引导至液体分离鼓179，在通过导管153引导到压缩机151之前，关闭制冷剂流动回路。
该过程的第3部分是从空气中捕获CO2，其含有约400ppm 的CO2，并且将该CO2以更浓缩的形式(例如750至4500ppm，如1400ppm)输送至植物生长单元100。第3部分包括两个主要且相同的处理单元134和172，它们都能够在吸附剂上吸附和解吸CO2，并且它们在吸附和解吸模式中交替工作。固体吸附剂是沸石，其为微孔结晶氧化铝硅酸盐，其不含额外的化学物质，并因此是惰性且完全安全的。它在高于700℃的温度下是稳定的并且通常用作干燥剂和CO2吸附剂。当用作CO2吸附剂时，优先吸附水，并因此CO2吸附剂必须保持干燥。
空气通过进气口116供应并通过过滤器129、柱115和导管124以及导管120引导，导管124分支到通向处于CO2吸附模式的单元134的导管188，导管120通向处于CO2解吸模式的单元172。
导管120中的空气经由风扇139和导管159流到单元172以进行CO2解吸。单元172CO2具有阀162和阀170，阀162和阀170示出在仅来自导管159的空气可进入单元并且富CO2空气只能通过导管173排出的位置。没有空气通过入口空气导管174或风扇158流到该单元。来自导管159的空气在沸石区段164中脱水至非常低的残余水水平。干燥空气通过与来自单元的离开空气在热交换器117中热交换加热，并随后在调整加热器166中加热。调整加热器使用来自过程的第2部分的制冷剂作为加热介质，经由导管178、打开的阀160和导管163供应。冷凝和/或冷却的制冷剂在该过程的第2部分中通过导管ac161和导管187从热交换器166返回到导管175。从热交换器166，现在从低于10℃加热到例如50至70℃的温度的空气流到沸石区段171，在该处CO2解吸。通过进入空气中低CO2浓度的组合作用发生解吸，产生CO2从吸附剂流向空气的驱动力，以及升高的温度，这降低了吸附剂保持CO2的能力。在沸石区段171中的CO2富集之后，干燥且富CO2的空气流到沸石区段167，在该处吸附的水解吸。热空气和干燥空气产生驱动力，使水从沸石流向空气并升高沸石温度，从而降低沸石保持水的能力。富CO2的空气在导管173中离开单元172，经由热交换器117、导管126和导管130流到该过程的第1部分。
导管188中的空气与来自导管103的空气混合，并通过导管119和导管142导向单元134。该单元处于CO2吸附模式。用于解吸的连接，包括经由导管118的空气入口和经由导管169的空气出口，热交换器189和导管111由门140和141关闭。从导管132经由阀133到加热器136并且经由导管165返回的用于调整加热的压缩制冷剂也关闭。来自导管142的空气经由风扇168流动，并经由打开的门141流到吸附区段138，在吸附区段138处吸附水。来自区段138的干燥冷空气流到新的区段137，在该处吸附CO2。然后，贫CO2的空气经由加热器136和热交换器189流到区段135。在该区段中，使用由该区段中的高水分含量和空气的低水分含量产生的驱动力来解吸水。存在使用加热器136进行一些加热的可能性，通过降低区段135中的吸附剂保持水的能力来辅助该解吸过程。在CO2吸附之后，来自单元134的空气被引导到周围环境。
图2示出了在CO2吸附模式下的吸附系统134和在CO2解吸模式下的172的优选实施例。数字与图1中相同的单元相同。门140和141打开。替代直接地关闭导管118和169，这分别用两个单独的阀140'和141'完成，如图2所示是关闭的。门162和170关闭。替代直接地打开导管159和173，这分别用两个单独的阀162'和170'完成，如图2中所示是打开的。
单元134中的区段135,137和138中的沸石分成水平区段以改善沸石中的空气流动。类似地，单元172中的区段164,171和167中的沸石分成水平区段。歧管200和201进一步改善了单元134中的空气分布和流动，而歧管202和203改善了单元172中的空气分布和流动。
实例
具有1000m2的占地面积和5000m3的容积的温室接收150W/m2的太阳辐射。CO2浓度应保持在850 ppm，温度保持在25°C，并且相对湿度保持在75％。环境温度为15°C，并且环境空气的相对湿度为80％。当CO2浓度为320ppm时，基于100ppm或约0.9kg/h的参考CO2消耗量，温室内植物的CO2消耗量为约1.6kg/h。这在图3中显示为称为"普通空气"的三角形。在温室空气中具有850ppm的CO2的情况下，示例性生长速率为约1.8倍，对应于约1.6kg/h的CO2消耗。
来自温室的净热损失、反射时的太阳辐射(反照率)、红外辐射、光合作用和植物蒸腾所消耗的能量，以及通过热传递到较冷的环境空气而对周围环境的能量损失，约为46kW。植物蒸腾速率约为74 kg/h。
采用图1中的过程。来自温室的导管102中的空气流量为7600m 3/h或约10000kg/h。这提供了约40分钟的空气停留时间，或相对于通过温室的体积空气流的温室体积。在稳态操作时，该空气处于25℃和75％相对湿度。CO2浓度为约850ppm。该空气与来自导管130的含有约1900ppm 的CO2的1080m3/h的空气混合。通过与填料107中的水逆流接触将该混合物冷却至约7℃。该冷却从空气中除去约75kg/h的水，并且在导管146中在除雾器122下游的空气绝对湿度或水分含量为约8g/m3。来自导管146的为约1080kg/h或以摩尔为基础为10％的空气侧抽吸通过导管103引导以进行CO2回收。剩余的空气在加热器104中加热到约44℃，并通过导管101再循环到温室。
经由导管128流到柱106的冷却水在1℃下为约5500kg/h。将该水在填料107中加热至约18℃，并与6℃下的约4500kg/h的水一起从柱115、导管114，经由导管127、泵147和导管148流至侧抽吸部152。此时的温度约为13℃。来自柱106的约90kg/h，71kg/h和来自柱115的19kg/h的多余水或冷凝物经由导管152排出。约10000kg/h的剩余的水在热交换器154中从约13℃冷却至约1℃，并通过导管156再循环。热交换器154的负载约为135kW。
将来自导管156的水(10000kg/h)分开以向导管128提供5500kg/h并且向导管131提供4500kg/h。导管131中的水流到柱115并引导到填料125的顶部。其对于来自进气口116的大约3650kg/h的空气逆流地向下经由导管112、空气过滤器129和导管121流至填料125下方的柱115。在填料中，空气在通过除雾器113离开柱115之前冷却至1至2℃，如约1.2℃。如此冷却和脱水的空气经由导管124流到CO2捕获系统。在该冷却过程中，约19kg/h的水冷凝，并且在导管114中与主出水流一起离开柱125。
由压缩机151操作的冷却循环使用氨制冷剂。在压缩机151中，约396kg/h的制冷剂从2.8bara压缩至20bara。压缩机负载约为44kW。压缩机吸入侧的氨温度约为3℃。压缩后温度约为193℃，假设压缩机的多变效率为85％。温暖的制冷剂引导到吸收单元，该吸收单元在解吸模式下操作。该单元使用约6 kW，将制冷剂冷却至约170℃。制冷剂在导管187中返回。约242kg/h流入加热器104，在该处冷凝并冷却至约16℃。加热器负载约为105kW。156kg/h的剩余的制冷剂通过导管175导入冷却器177并冷凝。冷却器负载约为65kW。组合的制冷剂冷凝物流(396kg/h)在阀185中从约20bara或略小节流至约3bara。这将温度从约16℃降低至约-10℃。阀下游的流体主要是液体，以及少量气体，如约10％。所有这些流体都通过导管157导向热交换器154。在热交换器中，所有制冷剂蒸发并加热至约3℃。由于热交换器内的摩擦，故压力从3.0bara降至约2.8bara。该蒸发的制冷剂经由导管191、导管180、液体分离鼓179和导管153再循环到压缩机151，从而闭合制冷循环。
导管124中的空气流分成两部分，大约1080kg/h通过导管120、风扇139和导管159到达处于CO2解吸模式的单元172。单元172数据如下：
•H2O吸附，单元164：来自导管159的1080kg/h的供应空气，具有约6g/m 3的湿度。这相当于约为4.7kg/h的总水流量。H2O分压约为700N/m2。参看图6，水吸附剂状态从表示为"H2O卸载"的区域移动到表示为"H2O加载"的区域。加载量约为250g/kg。因此，如果CO2解吸过程的持续时间为1小时，则需要至少18.8kg吸附剂。
•CO2解吸，单元 171：1080kg/h的来自单元171的供应空气含有400ppm的CO2，相当于约0.65kg/h。CO2分压为约40N/m2。在加热器117和166中将该空气加热至约90℃。在解吸后，在单元171的下游，CO2含量约为1900ppm。CO2的分压约为190N/m2，并且CO2的流量约为3.1kg/h。参看图5，CO2吸附剂状态从表示为"加载"(上左侧圆)的点移动到表示为"卸载"(下右侧圆)的点。加载量约为15g/kg吸附剂。解吸的CO2净量约为2.5kg。因此，如果CO2解吸过程的持续时间为1小时，则需要至少163 kg吸附剂。
•H2O解吸，单元 167： 来自单元171的温暖干燥空气用于解吸H2O。在循环结束时，可将温度升高到高水平，如150℃，以完成H2O解吸。
2550kg/h的其余的空气在导管124中流动，并且经由导管188流到混合处，在该混合处发生与来自导管103的大约1080kg/h的空气的混合。导管188中的2550kg/h的空气温度约为1.2℃，含有400ppm的CO2，并且湿度约为5g/m3。导管103中的1080kg/h的空气为约7℃，含有约920ppm的CO2，并且湿度为约8g/m3。在混合之后，导管119和142中的空气为约2.8℃，CO2浓度约为550ppm，对应于约3.0kg/h的质量流。CO2分压约为55N/m2。湿度约为6g/m 3。这相当于约17.7kg/h的水流量。水蒸气的分压约为770N/m2。单元134数据如下：
•H2O吸附，吸附剂区段138：来自导管142的3630kg/h的供应空气，湿度约为6g/m3，并且水流量为17.7kg/h。H2O分压约为700N/m2。参看图6，水吸附剂状态从表示为"H2O卸载"的区域移动到表示为"H2O加载"的区域。加载量约为250g/kg。因此，如果CO2解吸过程的持续时间为1小时，则需要至少70.8 kg吸附剂。
•CO2吸附，单元137：来自单元138的3612kg/h的脱水供应空气含有550ppm的CO2，相当于约3.0kg/h。CO2分压约为55N/m2。在吸附之后，在单元137的下游，CO2含量约为90ppm。CO2的分压约为9N/m2。参看图5，CO2吸附剂状态从表示为"卸载"(右下侧圆)的点移动到表示为"加载"(左上侧圆)的点。加载量约为15g/kg吸附剂。吸附的CO2的净量约为2.5kg，这与在单元172的区段171中解吸的量相同。与单元172类似，如果CO2解吸过程的持续时间为1小时，则需要至少163kg吸附剂。
•H2O解吸，单元 135：来自单元137的脱水空气用于解吸H2O。在循环结束时，可通过在加热器136中加热将温度升高到高水平，如150℃，以完成H2O解吸。
本领域技术人员将注意到从空气中捕获CO2所需的比能量严重取决于富CO2的产物中CO2的浓度。图4显示，如果来自烟道气的CO2浓缩至接近100％的CO2产物，则最小比能量低于从烟道气中捕获CO2，烟道气体更富含CO2而不是空气。此外，图1的检查显示了改善热集成的充分机会，例如，如利用离开单元134的冷的耗尽CO2的空气的冷度。
本领域技术人员还将注意到H2O的吸附释放出大量的热，其数量级与水蒸气冷凝的潜热相同。这在CO2解吸模式中是有利的，如吸附剂164，但是在CO2吸附模式中是不利的，如吸附器138。参看图1，冷却盘管可用在单元134中的吸附器区段137和138之间，以及单元172中的区段171和167之间。
除此之外，本领域技术人员将理解，代替用于CO2和H2O的沸石吸附床，可使用更有效和更低H2O敏感的CO2吸附系统，如胺功能化氧化铝，以简化单元134和172，但是引入潜在的胺降解和产生有毒物质的缺点。也可使用其它CO2来源，如瓶装CO2、干冰、来自生物反应器或来自CO2管线的CO2。

Claims (8)

1.一种用于封闭或半封闭空间中的气候控制的系统，包括用于空气过滤、冷却和除湿和加热的空调单元、热泵和用于从环境空气中捕获CO2的单元，其中所述用于从环境空气中捕获CO2的单元包括两个处理单元(134, 172)，其特征在于，所述处理单元(134, 172)能够在吸附剂上吸附和解吸CO2 ，并且在吸附和解吸模式中交替工作。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理单元(134, 172)中的每一个包括：进气口；风扇(168)；门(141, 170)；歧管(201, 203)；吸附水的水吸附区段(138, 164)；吸附和解吸CO2的CO2吸附和解吸区段(137, 171)；加热器(136, 166)；和热交换器(189,117)；水解吸区段(135, 167)，水在其中解吸；另一个歧管(200, 202)；另一门(140, 162)；和空气出口。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述水吸附区段(138,164)、水解吸区段（135，167）和CO2吸附和解吸区段（137, 171)都包括吸附材料。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述吸附材料分成水平区段以改善空气流动。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述吸附材料是沸石。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述吸附材料为胺类。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空调单元包括：用于处理循环空气和通风空气的第一柱；用于来自周围环境的空气的过滤、冷却和除湿的第二柱。
8.一种用于封闭或半封闭空间中的气候控制的方法，所述方法包括用于空气过滤、冷却和除湿和加热的空调单元、热泵和用于从环境空气中捕获CO2的单元，其中所述用于从环境空气中捕获CO2的单元包括两个处理单元(134,172)，其特征在于，所述处理单元(134,172)能够在吸附剂上吸附和解吸CO2 ，并且在吸附和解吸模式中交替工作。
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