CN110567080A - 高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统 - Google Patents

高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，包括增压模块、新风模块和控制模块；增压模块包括空压机或鼓风机、储气稳压罐、冷干机和空气过滤器；新风模块包括分布在室内地板面层上的旋流风口、由地板下部架空层与建筑结构形成的静压箱、位于静压箱内的且分布有送风孔的送风管、将新风引入送风管的进风管、设在进风管上的调压阀和用于室内排气减压的排气阀；控制模块包括用于采集室内气压和氧气浓度的传感器以及能根据采集的数据控制增压模块和新风模块从而调节室内气压和氧气浓度的控制器。能为高海拔地区的密闭居住空间提供适宜居住环境，保证了人体舒适，节省了初投资和运行成本。

Description

高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统
技术领域
本发明属于高海拔地区建筑设计施工领域，具体涉及一种高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统。
背景技术
高海拔地区气压低、含氧量少，人员，尤其是低海拔地区人员，在高海拔地区短期或长期居住以及进行一定程度的运动时，一般都会存在高原缺氧，易出现各种高原病，严重危害身心健康和工作效率，为了解决此问题，需要进行局部增压补氧。目前，局部增压补氧应用最多的就是高压氧舱，高压氧舱的工作方式是通过容积式压气机将空气压缩到高压储气稳压罐中，然后通过控制装置将高压储气稳压罐中的压缩空气释放到高压氧舱，从而提舱内气压的目的。现有的高压氧舱均采用容积式空气压缩技术进行增压，容积式压缩技术高效、压力易储备、增压范围大(7-15个atm)，同时设备复杂、能耗高、安全隐患大。
进行高原缺氧治疗时所需的增压范围并不大，理论上增加0.3atm以上即可解决3000米海拔处的高原缺氧，采用高压氧舱远远满足增压的要求，但是存在两个问题：1)高压氧舱结构十分复杂、能增加7-15个atm的来治疗高原缺氧，如果用在居住空间，长时间工作，成本大幅度增加；2)高压氧舱属于间歇式工作送风不均匀，室内空气流通性差，而且输送的空气不清洁，不能为居住空间提供适宜环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，能为高海拔地区的密闭居住空间提供适宜居住环境，保证了人体舒适，节省了初投资和运行成本。
本发明所采用的技术方案是：
一种高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，包括用于制备向室内输送的新风的增压模块、用于使新风在室内合理流动的新风模块以及用于控制室内环境和实现居住空间功能的控制模块；增压模块包括位于室外且分别对室外空气进行压缩、稳压去水分、冷却干燥、热回收和过滤处理的空压机或鼓风机、冷干机、热回收装置和空气过滤器；新风模块包括分布在室内地板面层上的旋流风口、由地板下部架空层与建筑结构形成的静压箱、位于静压箱内的且分布有送风孔的送风管、将新风引入送风管的进风管、设在进风管上的调压阀和位于顶部且用于室内排气减压的排气阀；控制模块包括用于采集室内气压和氧气浓度的传感器以及能根据采集的数据控制增压模块和新风模块从而调节室内气压和氧气浓度的控制器。
进一步地，空压机或鼓风机连续或间断工作，室内没人时，室内气压维持在低水平状态，室内进人后，排气阀关闭、调压阀开启，直至室内气压大于等于一个标准大气压后，排气阀开启，最终室内气压稳定在一个标准大气压。
进一步地，室内没人时，室内气压维持在0.05Mpa以上、一个标准大气压以下。
进一步地，空压机或鼓风机排气压力为低压区间0.1-0.3Mpa或高压区间0.3-1.2Mpa，采用高压区间时，空压机或鼓风机排气管路串联空气引射器。
进一步地，空气引射器工作喷嘴喷出的是自空压机或鼓风机出口来的高温高压压缩空气，引射流体是室外环境中的低温低压空气，在混合室内冷热空气流混合，混合气流依次进行湿度、温度和热回收处理。
进一步地，控制模块还包括用于检测室内温湿度的传感器和位于室内的温湿度调节器，控制器能根据室内温湿度控制温湿度调节器从而调节室内的温湿度。
进一步地，室内有人时，室内温度维持在18至28±1℃，室内没人时，室内温度维持在10至35±1℃。
进一步地，控制模块还包括用于室内紧急泄压的安全阀，采集的室内气压超过安全的气压上限时，控制器控制安全阀开启。
进一步地，密闭居住空间通过过渡区与室外连通，控制模块还能采集过渡区和室外的气压，控制器还能通过增压模块和新风模块调节过渡区的气压从而避免人员进出室外时气压切换过快。
进一步地，室内地板采用发热量可控的低温辐射采暖或水暖散热供暖。
进一步地，根据进气量的实际需求，将空压机或鼓风机单个使用或多个并联使用。
进一步地，空压机或鼓风机、储气稳压罐、冷干机和空气过滤器安装在机房内，机房设有通风、换气、散热结构，且墙体设有保温、隔热和隔音结构；空压机或鼓风机、储气稳压罐、冷干机和空气过滤器之间的以及接入室内的管路作保温和支撑处理。
本发明的有益效果是：
根据局部增压理论，增加局部环境气压，就相当于降低海拔高度，空气中的氧气浓度也随之增加，该系统能为高海拔(包括但不限于3000以上)地区的密闭居住空间(密闭居住空间可以应用在多种场合，如，景区休息室、远离人烟的哨所等)提供适宜居住环境(室内压力和氧气浓度等同于海拔3000米及以下的水平)，彻底改善高海拔地区低压、低氧的生存状态，缓解高原缺氧疾病：增压模块对室外空气进行压缩、稳压去水分、冷却干燥和过滤后，新风通过进风管接入送风管，通过送风管进入静压箱均匀散布，静压箱相对地板面层上部形成微正压，新风通过旋流风口送出，旋流风口出流在地板面层上贴附形成层流底层，并缓慢上升经过人员活动区(面层上方2m以内的区域)被室内人员呼吸利用，上升气流到达顶部形成涡流和滞流，涡流和滞流被排气阀排除，同时，通过控制模块调节室内气压和氧气浓度。
在新风模块中，制造了上低下高的氧浓度场，保证新风被室内人员充分呼吸利用，保证了人体舒适；排出的氧浓度和新鲜度最低，有利于减小室内换气次数，降低压缩空气能耗和排风热损失，节省了初投资和运行成本；新鲜空气从调压阀进入室内、从排气阀排出室外，保证了室内空气的流动和持续新鲜，有利于维持适宜的氧气浓度。
在增压模块中，室外空气经空压机或鼓风机压缩后温度较高且水分较多，因此，再通过储气稳压罐稳压去水分，再通过冷干机冷却干燥，保证进气温度在18℃到28℃之间，湿度控制在新风送风状态点，保证去除室内湿负荷，最后通过空气过滤器过滤，去除空气中的污染物，进一步提高呼吸气体的洁净度。
附图说明
图1是本发明实施例中增压模块的示意图。
图2是本发明实施例中新风模块和控制模块的示意图。
图中：1-空压机或鼓风机；2-储气稳压罐；3-空气过滤器；4-冷干机；5-进风管；6-调压阀；7-静压箱；8-送风管；9-地板；10-旋流风口；11-排气阀；12-安全阀；13-控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，一种高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，包括用于制备向室内输送的新风的增压模块(还可以在室内设置烟感报警器、灭火器材等消防设备)、用于使新风在室内合理流动的新风模块以及用于控制室内环境和实现居住空间功能的控制模块；增压模块包括位于室外且分别对室外空气进行压缩、稳压去水分、冷却干燥、热回收和过滤处理的空压机或鼓风机1(在本实施例中，空压机或鼓风机1优选无油永磁变频空压机或鼓风机，清洁空气被压缩过程不与油气混合，免除油气对气路和设备的污染，保证呼吸气体气源的高洁净度，具有气压稳定，启动无冲击、噪声低和变流量控制等特点，保证极端恶劣情况下整个系统地稳定运行，并且实现不同工况的切换，更加节能)、2储气稳压罐2(储气稳压罐2优选高强度碳素钢，耐高温、高压)、冷干机4、热回收装置和空气过滤器3；新风模块包括分布在室内地板9面层上的旋流风口10(在本实施例中，旋流风口10优选內诱导型旋流风口，总共6个，单个送风速度≤0.3m/s)、由地板9下部架空层与建筑结构形成的静压箱7、位于静压箱7内的且分布有送风孔的送风管8(在本实施例中，送风管8优选轻质高强材料，如布袋风管)、将新风引入送风管8的进风管5(进风管5密封穿过密闭居住空间侧壁进入静压箱7，通过法兰与送风管8连接)、设在进风管5上的调压阀6和位于顶部且用于室内排气减压的排气阀11；控制模块包括用于采集室内气压和氧气浓度的传感器以及能根据采集的数据控制增压模块和新风模块从而调节室内气压和氧气浓度的控制器13(控制模块比较精密，设在室内)。
根据局部增压理论，增加局部环境气压，就相当于降低海拔高度，空气中的氧气浓度也随之增加，该系统能为高海拔(包括但不限于3000以上)地区的密闭居住空间(密闭居住空间可以应用在多种场合，如，景区休息室、远离人烟的哨所等)提供适宜居住环境(室内压力和氧气浓度等同于海拔3000米及以下的水平)，彻底改善高海拔地区低压、低氧的生存状态，缓解高原缺氧疾病：增压模块对室外空气进行压缩、稳压去水分、冷却干燥和过滤后，新风通过进风管5接入送风管8，通过送风管8进入静压箱7均匀散布，静压箱7相对地板9面层上部形成微正压，新风通过旋流风口10送出，旋流风口10出流在地板9面层上贴附形成层流底层，并缓慢上升经过人员活动区(面层上方2m以内的区域)被室内人员呼吸利用，上升气流到达顶部形成涡流和滞流，涡流和滞流被排气阀11排除，同时，通过控制模块调节室内气压和氧气浓度。
在新风模块中，制造了上低下高的氧浓度场，保证新风被室内人员充分呼吸利用，保证了人体舒适；排出的氧浓度和新鲜度最低，有利于减小室内换气次数，降低压缩空气能耗和排风热损失，节省了初投资和运行成本；新鲜空气从调压阀6进入室内、从排气阀排出室外，保证了室内空气的流动和持续新鲜，有利于维持适宜的氧气浓度。
在增压模块中，室外空气经空压机或鼓风机1压缩后温度较高且水分较多，因此，再通过储气稳压罐2稳压去水分，再通过冷干机4冷却干燥，保证进气温度在18℃到25℃之间，湿度控制在新风送风状态点，保证去除室内湿负荷，最后通过空气过滤器3过滤，去除空气中的污染物，进一步提高呼吸气体的洁净度。
在本实施例中，空压机或鼓风机排气压力为低压区间0.1-0.3Mpa。当然也可以采用高压区间0.3-1.2Mpa，采用高压区间时，空压机或鼓风机排气管路串联空气引射器，空气引射器工作喷嘴喷出的是自空压机或鼓风机出口来的高温高压压缩空气，引射流体是室外环境中的低温低压空气，在混合室内冷热空气流混合，混合气流依次进行湿度、温度和热回收处理。
在本实施例中，空压机或鼓风机1连续或间断工作，室内没人时，室内气压维持在低水平状态(在本实施例中，根据实际情况，设定进气量为0.5m3/min)，室内进人后，排气阀11关闭、调压阀6开启(在本实施例中，根据实际情况，设定进气量为1m3/min)，直至室内气压大于等于一个标准大气压后，排气阀11开启，最终室内气压稳定在一个标准大气压(进气量与排气量相等，在标准大气压下，室内氧气体积浓度逐渐升高最终稳定在21％)。空压机或鼓风机1不间断工作，保证了室内空气的流动和新鲜，室内没人时维持较低压状态，减少能耗。
在本实施例中，室内没人时，室内气压维持在0.05Mpa以上、一个标准大气压以下。
在本实施例中，空压机或鼓风机1排气压力为0.1-0.3Mpa。比一般空压机或鼓风机(排气压力0.7-1.3Mpa)更加节能，安全性更高。
在本实施例中，控制模块还包括用于检测室内温湿度的传感器和位于室内的温湿度调节器，控制器能根据室内温湿度控制温湿度调节器从而调节室内的温湿度。维持室内合适的温湿度，进一步保证人体的舒适性，改善人体生理健康。
在本实施例中，室内有人时，室内温度维持在18至28±1℃，室内没人时，室内温度维持在10至35±1℃。
在本实施例中，密闭居住空间通过过渡区与室外连通，控制模块还能采集过渡区和室外的气压，控制器还能通过增压模块和新风模块调节过渡区的气压从而避免人员进出室外时气压切换过快。
在本实施例中，室内地板9采用发热量可控的低温辐射采暖(如，石墨烯电辐射板)或水暖散热供暖。新风通过旋流风口10送出，旋流风口10出流在低温辐射采暖的地板9面层上贴附形成层流底层，层流底层以传导和对流换热的方式被低温辐射采暖加热，热气流缓慢上升经过人员活动区。
在本实施例中，根据进气量的实际需求，将空压机或鼓风机1单个使用或多个并联使用，单个空压机或鼓风机1可以进行人力搬运，能够满足极端条件下的快速建造与安装的要求。
如图1所示，在本实施例中，空压机或鼓风机1、储气稳压罐2、冷干机4和空气过滤器3安装在机房内，机房设有通风、换气、散热结构，且墙体设有保温、隔热和隔音结构；空压机或鼓风机1、储气稳压罐2、冷干机4和空气过滤器3之间的以及接入室内的管路作保温和支撑处理。由于增压模块不间断运行，且在高海拔地区，保养维护至关重要：需要及时检查和更换空压机或鼓风机1配件，保证空压机或鼓风机1在正常工况下运行，定期更换空气过滤器3滤芯，保证空气的洁净度，从而保证人体健康，定时清理储气稳压罐2、冷干机4和空气过滤器3的排污物，仔细检查各管道阀门器件和室内漏风量测试，从而保证能耗的节省和安全的防范。
如图2所示，在本实施例中，控制模块还包括用于室内紧急泄压的安全阀12，采集的室内气压超过安全的气压上限(0.105Mpa)时，控制器13控制安全阀12开启。保证密闭居住空间所承压力不至于过大，保证结构的安全性和密封性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：包括用于制备向室内输送的新风的增压模块、用于使新风在室内合理流动的新风模块以及用于控制室内环境和实现居住空间功能的控制模块；增压模块包括位于室外且分别对室外空气进行压缩、稳压去水分、冷却干燥、热回收和过滤处理的空压机或鼓风机、储气稳压罐、冷干机、热回收装置和空气过滤器；新风模块包括分布在室内地板面层上的旋流风口、由地板下部架空层与建筑结构形成的静压箱、位于静压箱内的且分布有送风孔的送风管、将新风引入送风管的进风管、设在进风管上的调压阀和位于顶部且用于室内排气减压的排气阀；控制模块包括用于采集室内气压和氧气浓度的传感器以及能根据采集的数据控制增压模块和新风模块从而调节室内气压和氧气浓度的控制器。
2.如权利要求1所述的高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：空压机或鼓风机连续或间断工作，室内没人时，室内气压维持在低水平状态，室内进人后，排气阀关闭、调压阀开启，直至室内气压大于等于一个标准大气压后，排气阀开启，最终室内气压稳定在一个标准大气压。
3.如权利要求2所述的高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：室内没人时，室内气压维持在0.05Mpa以上、一个标准大气压以下。
4.如权利要求2所述的高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：空压机或鼓风机排气压力为低压区间0.1-0.3Mpa或高压区间0.3-1.2Mpa，采用高压区间时，空压机或鼓风机排气管路串联空气引射器。
5.如权利要求4所述的高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：空气引射器工作喷嘴喷出的是自空压机或鼓风机出口来的高温高压压缩空气，引射流体是室外环境中的低温低压空气，在混合室内冷热空气流混合，混合气流依次进行湿度、温度和热回收处理。
6.如权利要求1所述的高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：控制模块还包括用于检测室内温湿度的传感器和位于室内的温湿度调节器，控制器能根据室内温湿度控制温湿度调节器从而调节室内的温湿度。
7.如权利要求5所述的高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：室内有人时，室内温度维持在18至28±1℃，室内没人时，室内温度维持在10至35±1℃。
8.如权利要求1所述的高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：控制模块还包括用于室内紧急泄压的安全阀，采集的室内气压超过安全的气压上限时，控制器控制安全阀开启。
9.如权利要求1所述的高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：密闭居住空间通过过渡区与室外连通，控制模块还能采集过渡区和室外的气压，控制器还能通过增压模块和新风模块调节过渡区的气压从而避免人员进出室外时气压切换过快。
10.如权利要求1所述的高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：室内地板采用发热量可控的低温辐射采暖或水暖散热供暖。
11.如权利要求1所述的高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：根据进气量的实际需求，将空压机或鼓风机单个使用或多个并联使用。
12.如权利要求1所述的高海拔地区密闭居住空间增压补氧系统，其特征在于：空压机或鼓风机、储气稳压罐、冷干机和空气过滤器安装在机房内，机房设有通风、换气、散热结构，且墙体设有保温、隔热和隔音结构；空压机或鼓风机、储气稳压罐、冷干机和空气过滤器之间的以及接入室内的管路作保温和支撑处理。
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