CN111096185A - 一种低空除霾的空气传导装置及其除霾方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低空除霾的空气传导装置及其除霾方法，属于城市除霾系统技术领域。包括气路传导模块和设置在气路传导模块上的空气能量输入模块，气路传导模块包括气路输入端和气路输出端，气路输出端高于气路输入端，且气路输出端朝向自由大气区域；气路输出端的高度范围为100～1500米。具体步骤为：启动空气能量输入模块，将低空的雾霾空气经气路输入端导入气路传导模块的内部；进而雾霾空气导流到达气路传导模块的气路输出端，由气路输出端将雾霾空气排至具有强大稀释能力的自由大气区域。能够有效促进雾霾空气的立体扩散，提升雾霾空气的扩散效率，以有效缓解市区雾霾天气；同时还可在夏季防止城市的热岛效应，有助于促进夏天市区热量的散发。

Description

一种低空除霾的空气传导装置及其除霾方法

技术领域

本发明涉及城市除霾系统技术领域，具体涉及一种低空除霾的空气传导装置及其除霾方法。

背景技术

公知的现象是冬天容易出现雾霾天气，但是，夏天城市排放到空气中的总污染颗粒物并不比冬天少很多，然而夏天却基本上没有雾霾天气。

不难发现，季节性的气候温度原因是导致雾霾天气的主要原因。冬天北方寒流带来的低温冷空气由于密度大具有自然下沉地表的特点，冷空气会稳定沉降在市区地表附近，而市区正常生产活动产生的固体颗粒物被沉降的低温空气稳定约束在市区地表，这就大大压缩了市区固体颗粒物的排放高度和排放空间，导致存在于市区地表表面的空气污染物的浓度大增，因此冬天更容易形成雾霾天气。

而且由于城市近年大量建筑活动，导致地表附近风力受市区建筑影响很大。但是城市上空300米以上的高度，风力受城市建筑的影响很小，风力也很稳定，稳定的风力对空气污染物的在高空区域快速扩散起着至关重要的作用。

现在冬天城市雾霾天气的缓解主要依赖北方寒流风力的作用将雾霾空气吹出市区。但是，冷空气密度大自然下沉地表的特性不会改变，雾霾空气只是在地表附近进行着低空横向移动，在风力的作用下雾霾空气仍然会稳定沉降在地表附近，从一个城市吹向另一个城市，空气污染物仍然集中在地表附近的空间，排放高度、总的排放空间和扩散空间并没有得到扩展，空气污染物向高空区域(300米以上)扩散的能力并没有得有效利用。

此外，大气污染物、特别是PM2.5一般都集中在对流层低层，也就是距离地面1到1.5公里的位置，这一层也叫做大气边界层。

大气边界层就是大气最底层，靠近地球表面、受地面摩擦阻力影响的大气层区域。大气流过地面时，地面上各种粗糙元，如草、沙粒、庄稼、树木、房屋等会使大气流动受阻，这种摩擦阻力由于大气中的湍流而向上传递，并随高度的增加而逐渐减弱，达到某一高度后便可忽略。此高度称为大气边界层厚度。大气边界层厚度随气象条件、地形、地面粗糙度而变化，大致为300～1000米。大气边界层之上称为自由大气。

在遭遇雾霾时，城市地表附近会出现低温雾霾层，这个低温雾霾层就好比是一个锅盖，将有害污染物“闷”在城市中，低温雾霾层处于大气边界层的最低部，即雾霾空气的实际能够扩散的主要高度在50-100米以下的区域，基本上扩散不到大气边界层的边界高度(300-1000米)，一般只有达到大气边界层以上高度才是蓝天，空气质量才会出现明显的不同。而低温雾霾层以内，则是雾霾笼罩，就人类活动范围来说，雾霾浓度的差异几乎可以忽略不计。并且，在一天中的下午2点大气边界层最高，距离地面1.5至2公里，而在凌晨5点左右大气边界层可能降低至200至300米，也是除霾的黄金时间。(参考图1)

针对上述已有技术状况，本发明申请人做了大量反复而有益的探索，最终产品取得了有效的成果，并且形成了下面将要介绍的技术方案。

发明内容

为此，本发明提供了一种低空除霾的空气传导装置及其除霾方法，以解决现有技术中由于冬天低温空气对固体颗粒物的沉降约束而导致雾霾的扩散性差，不利于人体呼吸健康的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于低空除霾的空气传导装置，包括气路传导模块和设置在气路传导模块上的空气能量输入模块，所述气路传导模块包括气路输入端和气路输出端，所述气路输出端高于所述气路输入端，且气路输出端朝向自由大气区域；

所述气路传导模块的长度范围为50米至1500米。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步地，所述气路输入端设有至少两个，且至少两个所述气路输入端分层设置在气路传导模块的不同高度处。

进一步地，所述气路传导模块为通风塔体，所述空气能量输入模块为塔风机，所述气路输入端为进风口，所述气路输出端为通风塔体的顶端出口。

所述通风塔体设置在雾霾高发城市市区，通风塔体上设有所述进风口，所述进风口的内部设有所述塔风机，所述通风塔体的顶端出口与所述进风口相连通，用以利用塔风机将城市地表的高浓度雾霾空气通过进风口吸入通风塔体，进而由通风塔体的顶端出口排至自由大气区域。

进一步地，所述气路传导模块为集热塔体，所述空气能量输入模块为吸热层，所述气路输入端为集热进气道，所述气路输出端为集热出气道。

所述集热塔体的底端设有所述集热进气道，集热塔体的顶端设有与所述集热进气道相连通的所述集热出气道，所述集热塔体的外壁涂设有所述吸热层，用以利用吸热层吸附太阳能热量，使得在集热塔体形成自然上升气流。

进一步地，所述气路传导模块为制热塔体，所述空气能量输入模块包括太阳能板以及与太阳能板相电连接的电热件，所述气路输入端为制热进气道，所述气路输出端为制热出气道。

所述制热塔体上设有所述制热进气道，集热塔体的顶端设有与所述制热进气道相连通的所述制热出气道，所述集热塔体的外壁设有至少一块太阳能板，集热塔体的内壁设有电热件，用以利用太阳能板吸附太阳能热量发电，并最终将发出的电利用至集热塔体内壁的电热件上，以使得集热塔体的内部温度升高，从而形成用于促进地表的雾霾空气向上扩散的上升气流。

进一步地，所述气路传导模块为热管路塔体，所述空气能量输入模块采用与工业用煤、燃气的废热输出端相连通的导热管路，所述气路输入端为热管塔进气道，所述气路输出端为热管塔出气道。

所述热管路塔体上设有所述热管塔进气道，热管路塔体的顶端设有与所述热管塔进气道相连通的所述热管塔出气道，所述导热管路设置在所述热管路塔体的外壁和/或内壁上。

进一步地，所述气路传导模块为附设在高建筑体上的导气管路，所述空气能量输入模块为管风机，所述气路输入端为管路进气端，所述气路输出端为管路出气端。

所述导气管路在不同高度处分别设有所述管路进气端，所述管路进气端上分别设有所述管风机，所述导气管路的顶端设有与各个所述管路进气端均相连通的所述管路出气端，用以在减少局部占地面积的同时，能够有效提升导气管路的分布范围及除霾的均匀性。

一种基于低空除霾的空气传导装置的除霾方法，包括以下步骤：

启动空气能量输入模块，将低空的雾霾空气经气路传导模块的气路输入端导入气路传导模块的内部。

进而气路传导模块内部的雾霾空气导流到达气路传导模块的气路输出端，由气路输出端将雾霾空气排至高于低温雾霾层的高度。

进一步地，在城市大气边界层高度较低的时段，加大空气能量输入模块带来的通风量来提升雾霾空气的扩散效率，通过气路传导模块将地表的雾霾排至城市大气边界层以外的自由大气区域，以显著有效地缓解市区雾霾天气。

进一步地，所述气路传导模块的底端设置为低于地面。

本发明具有如下优点：

该申请可通过空气能量输入模块将城市地表的高浓度雾霾空气通过气路输入端吸入气路传导模块，进而由气路传导模块的气路输出端排至自由大气区域，将市区低空雾霾空气导入具有强大稀释能力的高空区域，能够有效促进雾霾空气的立体扩散，提升雾霾空气的扩散效率，以此有效缓解市区雾霾天气；同时还可在夏季防止城市的热岛效应，有助于促进夏天市区热量的散发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例基于现有城市雾霾的原理示意图；

图2为本发明实施例1的结构示意图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为本发明实施例3的结构示意图；

图5为本发明实施例4的结构示意图；

图6为本发明实施例5的结构示意图；

图7为本发明实施例6的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

大气边界层1、通风塔体2、进风口21、塔风机22、集热塔体3、吸热层31、集热进气道32、集热出气道33、制热塔体4、太阳能板41、电热件42、制热进气道43、制热出气道44、热管路塔体5、导热管路51、热管塔进气道52、热管塔出气道53、高建筑体6、导气管路7、管路进气端71、管风机72、管路出气端73。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。

实施例1

如图1-2所示，本发明实施例提供了一种基于低空除霾的空气传导装置，包括通风塔体2、进风口21和塔风机22，所述通风塔体2设置在雾霾高发城市市区，通风塔体2的底端均匀设有若干所述进风口21，所述进风口21的内部分别设有塔风机22，用以利用塔风机22将城市地表的高浓度雾霾空气通过进风口21吸入通风塔体2，进而由通风塔体2的顶端出口排至自由大气区域，将市区低空雾霾空气导入高空区域，促进雾霾空气的立体扩散，提升雾霾空气的扩散效率，以有效缓解市区雾霾天气；同时还可以在夏季防止城市的热岛效应，有助于促进夏天市区热量的散发。

所述通风塔体2的长度范围采用50～1500米。

优选地，所述通风塔体2的高度采用100米，可突破低温雾霾层，用以在地表雾霾不是太严重时，可提前对贴近地表附近空气进行净化，为城市制造一片干净的中低空间。

优选地，所述通风塔体2的高度采用300米，用以在凌晨4～6点左右开启，此时城市大气边界层1的高度最低，地表的雾霾浓度也是一天中最大的，可借助该除霾黄金时段利用通风塔体2将地表的雾霾排至城市大气边界层1以外的自由大气区域，能够显著有效地缓解市区雾霾天气。

优选地，所述通风塔体2的高度采用1500米，用以使通风塔体2的顶端出口保持在城市大气边界层1的外部，可在任意雾霾出现时间将市区内的低空雾霾空气导入自由大气区域，促进雾霾空气的立体扩散，从而缓解市区雾霾。

实施例2

在实施例2中，对于与实施例1中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例2在实施例1的基础上做出了改进，如图3所示，所述进风口21分层设置在通风塔体2的外壁所处的不同高度处，其中最高处的所述进风口21位于所述通风塔体2的顶端出口外壁，由于空气的密度受温度影响大，所以雾霾空气会出现分层现象，因此不同高度的进风口21可以对不同高度的雾霾空气进行通风，也可在雾霾天气严重时优先排放和净化贴近地表附近的雾霾空气，或者根据不同时段开启不同高度上的进风口21内的塔风机22。

实施例3

在实施例3中，对于与实施例1中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例3与实施例1有所不同的是，如图4所示，所述通风塔体2采用集热塔体3，所述集热塔体3的底端设有集热进气道32，集热塔体3的顶端设有与所述集热进气道32相连通的集热出气道33，所述集热塔体3的外壁均匀涂设有一层吸热层31，用以利用吸热层31吸附太阳能热量，使得在集热塔体3形成自然上升气流，以促进地表雾霾空气的扩散。

优选地，所述集热塔体3采用斜坡式外壁，用以利用阳光直射有效提升预定单位面积外壁与太阳光之间的吸热效率。

需要说明的是，吸热涂层包括但不限于黑铬涂层、黑镍涂层、黑钴涂层。

实施例4

在实施例4中，对于与实施例1中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例4与实施例1有所不同的是，如图5所示，所述通风塔体2采用制热塔体4，所述制热塔体4的底端设有制热进气道43，集热塔体3的顶端设有与所述制热进气道43相连通的制热出气道44，所述集热塔体3的外壁均匀设置有一层太阳能板41，集热塔体3的内壁均匀设置有一层电热件42，所述太阳能板41经外部电转换模块后与所述电热件42相电连接，用以利用太阳能板41吸附太阳能热量发电，并最终将发出的电利用至集热塔体3内壁的电热件42上，以使得集热塔体3的内部温度升高，从而形成用于促进地表的雾霾空气向上扩散的上升气流。

所述电热件42包括但不限于电热管、电热片。

实施例5

在实施例5中，对于与实施例1中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例5与实施例1有所不同的是，如图6所示，所述通风塔体2采用热管路塔体5，所述热管路塔体5的底端设有热管塔进气道52，热管路塔体5的顶端设有与所述热管塔进气道52相连通的热管塔出气道53，所述热管路塔体5的外壁和/或内壁设置有若干条沿螺旋环状布置的导热管路51，所述导热管路51的输入端与工业用煤、燃气等产生的多余热量输出端相连通，用以使废热再利用，提高热管路塔体5内部的空气温度，进而形成上升气流。

实施例6

在实施例6中，对于与实施例1中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例6与实施例1有所不同的是，如图7所示，将所述通风塔体2设置为附设在高建筑体6上的导气管路7，该所述导气管路7在不同高度处均设有管路进气端71，所述管路进气端71上分别设有管风机72，所述导气管路7的顶端设有与各管路进气端71均相连通的管路出气端73，用以在减少局部占地面积的同时，能够有效提升导气管路7的分布范围及除霾的均匀性。

优选地，所述管路出气端73可直接与外部空气相连通，且管路出气端73的所处高度范围采用100～300m，也可将管路出气端73连通至外部的除霾设备，以此实现对雾霾空气中的固体颗粒物实时清除。

实施例7

在实施例7中，对于与实施例1中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例7与实施例1有所不同的是，将所述通风塔体2的底端设置在地势低洼地段，由于冷空气有自然下沉的特性，所以空气会出现因温差不同而带来的分层效应，同一高度的空气密度基本相同，当通风管道将地势低洼地带地表附近的雾霾空气吸走之后，其他地势较高地段的冷空气会自然下沉到地势低洼地段，从而可以有效提高通风塔体2对地表雾霾的净化效率。

一种基于低空除霾的空气传导装置的除霾方法，包括以下步骤：

启动塔风机22，将市区低空的雾霾空气经通风塔体2的进风口21导入通风塔体2的内部，进而雾霾空气沿通风塔体2导流至低温雾霾层上方或者具有更强大稀释能力的自由大气区域，以促进雾霾空气的立体扩散，提升雾霾空气的扩散效率。

当通风塔体2的高度为100米时，可突破低温雾霾层，在地表雾霾不是太严重时，可提前启动塔风机22对贴近地表附近空气进行净化，为城市制造一片干净的中低空间。

当通风塔体2的高度为300米时，在凌晨4～6点左右开启塔风机22，在大气边界层高度最低的时段利用通风塔体2将地表的雾霾排至城市大气边界层1以外的自由大气区域，以显著有效地缓解市区雾霾天气。

当通风塔体2的高度为1500米时，可在任意的雾霾出现时间开启塔风机22，将市区内的低空雾霾空气导入自由大气区域。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于低空除霾的空气传导装置，其特征在于：包括气路传导模块和设置在气路传导模块上的空气能量输入模块，所述气路传导模块包括气路输入端和气路输出端，所述气路输入端位于低温雾霾层以内，所述气路输出端朝向自由大气方向，所述气路输出端高于所述气路输入端；

所述气路传导模块的长度范围为50米至1500米。

2.如权利要求1所述的一种基于低空除霾的空气传导装置，其特征是，所述气路输入端设有至少两个，且至少两个所述气路输入端分层设置在气路传导模块的不同高度处。

3.如权利要求1所述的一种基于低空除霾的空气传导装置，其特征是，所述气路传导模块为通风塔体，所述空气能量输入模块为塔风机，所述气路输入端为进风口，所述气路输出端为通风塔体的顶端出口；

所述通风塔体设置在雾霾高发城市市区，通风塔体上设有所述进风口，所述进风口的内部设有所述塔风机，所述通风塔体的顶端出口与所述进风口相连通，用以利用塔风机将城市地表的高浓度雾霾空气通过进风口吸入通风塔体，进而由通风塔体的顶端出口排至自由大气区域。

4.如权利要求1所述的一种基于低空除霾的空气传导装置，其特征是，所述气路传导模块为集热塔体，所述空气能量输入模块为吸热层，所述气路输入端为集热进气道，所述气路输出端为集热出气道；

所述集热塔体的底端设有所述集热进气道，集热塔体的顶端设有与所述集热进气道相连通的所述集热出气道，所述集热塔体的外壁涂设有所述吸热层，用以利用吸热层吸附太阳能热量，使得在集热塔体形成自然上升气流。

5.如权利要求1所述的一种基于低空除霾的空气传导装置，其特征是，所述气路传导模块为制热塔体，所述空气能量输入模块包括太阳能板以及与太阳能板相电连接的电热件，所述气路输入端为制热进气道，所述气路输出端为制热出气道；

所述制热塔体上设有所述制热进气道，集热塔体的顶端设有与所述制热进气道相连通的所述制热出气道，所述集热塔体的外壁设有至少一块太阳能板，集热塔体的内壁设有电热件，用以利用太阳能板吸附太阳能热量发电，并最终将发出的电利用至集热塔体内壁的电热件上，以使得集热塔体的内部温度升高，从而形成用于促进地表的雾霾空气向上扩散的上升气流。

6.如权利要求1所述的一种基于低空除霾的空气传导装置，其特征是，所述气路传导模块为热管路塔体，所述空气能量输入模块采用与工业用煤、燃气的废热输出端相连通的导热管路，所述气路输入端为热管塔进气道，所述气路输出端为热管塔出气道；

所述热管路塔体上设有所述热管塔进气道，热管路塔体的顶端设有与所述热管塔进气道相连通的所述热管塔出气道，所述导热管路设置在所述热管路塔体的外壁和/或内壁上。

7.如权利要求1所述的一种基于低空除霾的空气传导装置，其特征是，所述气路传导模块为附设在高建筑体上的导气管路，所述空气能量输入模块为管风机，所述气路输入端为管路进气端，所述气路输出端为管路出气端；

所述导气管路在不同高度处分别设有所述管路进气端，所述管路进气端上分别设有所述管风机，所述导气管路的顶端设有与各个所述管路进气端均相连通的所述管路出气端，用以在减少局部占地面积的同时，能够有效提升导气管路的分布范围及除霾的均匀性。

8.如权利要求1-7任意一项所述的一种基于低空除霾的空气传导装置的除霾方法，其特征是，包括以下步骤：

启动空气能量输入模块，将低空的雾霾空气经气路传导模块的气路输入端导入气路传导模块的内部；

进而气路传导模块内部的雾霾空气导流到达气路传导模块的气路输出端，由气路输出端将雾霾空气排至高于低温雾霾层的高度。

9.如权利要求8所述的一种基于低空除霾的空气传导装置的除霾方法，其特征是，还包括以下步骤：

在城市大气边界层高度较低的时段，加大空气能量输入模块带来的通风量来提升雾霾空气的扩散效率，通过气路传导模块将地表的雾霾排至城市大气边界层以外的自由大气区域，以显著有效地缓解市区雾霾天气。

10.如权利要求8所述的一种基于低空除霾的空气传导装置的除霾方法，其特征是，所述气路传导模块的底端设置为低于地面。

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