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CN110906490A - 一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统 - Google Patents

一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统 Download PDF

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CN110906490A CN201911140604.5A CN201911140604A CN110906490A CN 110906490 A CN110906490 A CN 110906490A CN 201911140604 A CN201911140604 A CN 201911140604A CN 110906490 A CN110906490 A CN 110906490A
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Abstract

一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，包括空气混合模块(I)、过滤净化模块(II)、空压模块(III)、空气热交换模块(IV)、湿度调节模块(V)、排风模块(VI)、分流加压模块(VII)和膜分离模块(VIII)；空气混合模块(I)与过滤净化模块(II)连接，过滤净化模块(II)与空压模块(III)连接，空压模块(III)和排风模块(VI)均与空气热交换模块(IV)连接，空气热交换模块(IV)分别与湿度调节模块(V)、分流加压模块连接，分流加压模块与膜分离模块连接。本发明通过膜分离将室内空气富氧和除二氧化碳来稳定室内正常氧气和二氧化碳浓度，同时回收废气余热并减少新鲜空气供风量以降低能耗。

Description

一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统
技术领域
本发明属于环境与资源领域，特别涉及一种富氧并除去二氧化碳的带余热回收的新风系统。
背景技术
在这个高速发展和科技变革的时代，人们的生活水平逐步上升，商场、办公大楼、酒店以及娱乐场所等人员密集的密闭式公共建筑被大量建造，这些场所一般人群密集度较高，空气流通性较差，无法及时补充新鲜空气。随着室内氧气含量不断降低，二氧化碳含量逐渐上升，人们会出现胸闷头晕、四肢乏力等症状，这样的环境对人体健康的危害不言而喻。
为了保障人们对室内空气品质的需求，越来越多的场所选择安装新风系统。新风系统主要是利用高风压、大流量风机、机械强力等方式将室外新鲜空气输送到室内，同时在输送新风时对其进行过滤、杀菌、消毒、预热(预冷)、湿度交换等预处理操作，通过室内的排风机向室外排出污浊空气以保证空气的新鲜度。通常为了回收能量，室外新鲜空气与室内污浊空气经过高性能热转换器将污浊空气中部分能量有效回收后储存在储能装置中后传递给新鲜空气。
现有的普通新风系统在换气时是直接将室内的所有空气排出室外，新风供风量越大，新风负荷越高，对应新风能量损失也越大。
申请号为CN201120172274公开的一种富氧新风机，通过室外制氧机分离出来的氧气输入室内，置换出室内一部分污染空气，虽然可以减少新风供风量，但是该富氧新风机氧气浓度不可调节，呼吸浓度过高的氧气可能会造成醉氧，同时还可能存在二氧化碳浓度过高的问题。
对于以上新风系统存在的问题，研发一种减少新鲜空气供风量同时稳定室内正常氧气浓度和二氧化碳浓度的低能耗新风系统很有必要。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，能通过膜分离将室内空气富氧和除二氧化碳来稳定室内正常氧气和二氧化碳浓度，同时回收废气余热并减少新鲜空气供风量以降低能耗。
为了解决上述技术问题本发明的技术方案如下：
一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，包括空气混合模块(I)、过滤净化模块(II)、空压模块(III)、空气热交换模块(IV)、湿度调节模块(V)、排风模块(VI)、分流加压模块(VII)和膜分离模块(VIII)；所述空气混合模块(I)与过滤净化模块(II)连接，所述过滤净化模块(II)与空压模块(III)连接，所述空压模块(III)和排风模块(VI)均与空气热交换模块(IV)连接，所述空气热交换模块(IV)分别与湿度调节模块(V)、分流加压模块(VII)连接，所述分流加压模块(VII)与膜分离模块(VIII)连接。
进一步，所述空气混合模块包括气体混合器和排气消声器，所述空气混合模块进气管道与室外、富氧空气管道、贫二氧化碳空气管道、返流空气管道相连，出口与过滤净化模块进口相连，出口处设置有排气消声器。
再进一步，所述过滤净化模块包括空气过滤器和空气净化器，空气过滤器的出口与空气净化器的进口连接，所述空气净化器的出口与空压模块进口相连。通过空气过滤器将空气中的灰尘、纤维初步过滤，再通过空气净化器将空气中的甲醛、PM2.5、二氧化硫等高效除去，使空气保持纯净。
所述空压模块包括高压风机和安全阀，所述空压模块出口与空气热交换模块进口相连，出口处设置有安全阀。压力超过安全值时打开安全阀泄压。
所述空气热交换模块包括高效换热器和排气消声器，高效换热器内部设有新鲜空气管道和待处理空气管道，出口处设有排气消声器。
所述湿度调节模块为加湿器，所述高效换热器的新鲜空气管道出口与所述加湿器的入口相连，所述加湿器的出口与室内相连。
优选的，空气进入室内的管道上设有两个气体浓度检测仪、一个温度检测仪和一个湿度检测仪，所述气体浓度检测仪分别检测氧气和二氧化碳的浓度，通过调整分流加压模块中去富氧膜组件和去除二氧化碳膜组件的空气流量，控制空气中氧气和二氧化碳浓度含量达标；所述温度检测仪检测空气温度，通过调整返流空气的流量使温度达标；所述湿度检测仪检测空气湿度，通过调整加湿器的工作状态，使空气湿度达标。
所述排风模块为排风机，所述排风模块进口与室内相连，所述排风模块的出口与空气热交换模块相连，出口处设置有安全阀。压力超过安全值时打开安全阀泄压。
所述分流加压模块包括分流器、无油空压机、安全阀、压缩机冷却器和流量控制阀，所述高效换热器的待处理空气管道出口与分流器进口相连，所述分流器的出口分别与排出空气口、无油空压器的进口以及经流量调节阀后与返流空气管道相连；所述无油空压器的出口经安全阀与压缩机冷却器的进口连接，所述压缩机冷却器的出口经流量控制阀与所述膜分离模块的进口相连。
所述膜分离模块包括富氧膜组件和除二氧化碳膜组件，富氧膜组件是橡胶态聚合物中空纤维膜组件，设有富氧空气管道和贫氧空气管道，富氧空气管道与空气混合模块进口相连；除二氧化碳膜组件是聚环氧乙烷基薄膜中空纤维膜组件，设有贫二氧化碳空气管道和富二氧化碳空气管道，贫二氧化碳空气管道与空气混合模块进口相连。
所述膜分离模块产生的富氧空气与贫二氧化碳空气与新鲜空气、返流空气混合后达到空气标准浓度范围，循环回室内供人们呼吸。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明解决了传统新风系统无法高效循环利用室内空气的问题，富氧膜通常在富集氧气的同时会富集二氧化碳，而除二氧化碳膜可以降低二氧化碳浓度和氧气浓度，通过混合达到空气标准浓度范围，通过对室内空气进行富氧和除二氧化碳，混合后的空气与新风一起进入气体混合系统循环回室内可以减少新风的供风量，使用从而降低新风系统的能耗。
本发明的一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统设计合理，是一种能减少新风供风量并能稳定室内正常氧气浓度和二氧化碳浓度的循环新风系统，对室内空气的氧气浓度、二氧化碳浓度、湿度等空气指标进行控制，提高室内空气质量，满足人们在室内呼吸高品质空气的需要。
附图说明
图1是本发明的一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统的示意图。I空气混合模块：1-气体混合器；2-排气消声器；II过滤净化模块：3-空气过滤器；4-空气净化器；III空压模块：5-高压风机；6-安全阀；IV空气热交换模块：7-高效换热器；8、9-排气消声器；V湿度调节模块：10-加湿器；VI排风模块：11-排风机；12-安全阀；VII分流加压模块：13-分流器；14-无油空压机；15-安全阀；16-压缩机冷却器；17～19-流量调节阀；VIII膜分离模块：20-富氧膜组件；21-除二氧化碳膜组件；控制回路：22-温度检测仪；23、24-气体浓度检测仪；25-湿度检测仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细描述：
参照图1，一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，包括空气混合模块(I)、过滤净化模块(II)、空压模块(III)、空气热交换模块(IV)、湿度调节模块(V)、排风模块(VI)、分流加压模块(VII)和膜分离模块(VIII)；所述空气混合模块(I)与过滤净化模块(II)连接，所述过滤净化模块(II)与空压模块(III)连接，所述空压模块(III)和排风模块(VI)均与空气热交换模块(IV)连接，所述空气热交换模块(IV)分别与湿度调节模块(V)、分流加压模块(VII)连接，所述分流加压模块(VII)与膜分离模块(VIII)连接。
进一步，所述空气混合模块包括气体混合器和排气消声器，所述空气混合模块进气管道与室外、富氧空气管道、贫二氧化碳空气管道、返流空气管道相连，出口与过滤净化模块进口相连，出口处设置有排气消声器。
再进一步，所述过滤净化模块包括空气过滤器和空气净化器，空气过滤器的出口与空气净化器的进口连接，所述空气净化器的出口与空压模块进口相连。通过空气过滤器将空气中的灰尘、纤维初步过滤，再通过空气净化器将空气中的甲醛、PM2.5、二氧化硫等高效除去，使空气保持纯净。
所述空压模块包括高压风机和安全阀，所述空压模块出口与空气热交换模块进口相连，出口处设置有安全阀。压力超过安全值时打开安全阀泄压。
所述空气热交换模块包括高效换热器和排气消声器，高效换热器内部设有新鲜空气管道和待处理空气管道，出口处设有排气消声器。
所述湿度调节模块为加湿器，所述高效换热器的新鲜空气管道出口与所述加湿器的入口相连，所述加湿器的出口与室内相连。
优选的，空气进入室内的管道上设有两个气体浓度检测仪、一个温度检测仪和一个湿度检测仪，所述气体浓度检测仪分别检测氧气和二氧化碳的浓度，通过调整分流加压模块中去富氧膜组件和去除二氧化碳膜组件的空气流量，控制空气中氧气和二氧化碳浓度含量达标；所述温度检测仪检测空气温度，通过调整返流空气的流量使温度达标；所述湿度检测仪检测空气湿度，通过调整加湿器的工作状态，使空气湿度达标。
所述排风模块为排风机，所述排风模块进口与室内相连，所述排风模块的出口与空气热交换模块相连，出口处设置有安全阀。压力超过安全值时打开安全阀泄压。
所述分流加压模块包括分流器、无油空压机、安全阀、压缩机冷却器和流量控制阀，所述高效换热器的待处理空气管道出口与分流器进口相连，所述分流器的出口分别与排出空气口、无油空压器的进口以及经流量调节阀后与返流空气管道相连；所述无油空压器的出口经安全阀与压缩机冷却器的进口连接，所述压缩机冷却器的出口经流量控制阀与所述膜分离模块的进口相连。
所述膜分离模块包括富氧膜组件和除二氧化碳膜组件，富氧膜组件是橡胶态聚合物中空纤维膜组件，设有富氧空气管道和贫氧空气管道，富氧空气管道与空气混合模块进口相连；除二氧化碳膜组件是聚环氧乙烷基薄膜中空纤维膜组件，设有贫二氧化碳空气管道和富二氧化碳空气管道，贫二氧化碳空气管道与空气混合模块进口相连。
所述膜分离模块产生的富氧空气与贫二氧化碳空气与新鲜空气、返流空气混合后达到空气标准浓度范围，循环回室内供人们呼吸。
本发明的工作原理为：所述空压模块(III)的高压风机启动，增加系统内气体的压力，起到引风的作用。从外界进入的新鲜空气经由空气混合模块(I)的空气进口管道进入气体混合器，与富氧空气、贫二氧化碳空气和返流空气充分混合后，进入过滤净化模块(II)，先经过空气过滤器初步过滤灰尘，再经过空气净化器除去甲醛、二氧化硫等有害气体和PM2.5。过滤净化后的空气进入空压模块(III)，加压后进入空气热交换模块(IV)，与室内排出的待处理空气换热，达到回收余热、预热/预冷新鲜空气的效果。换热后的空气送入湿度调节模块(V)。湿度调节适宜的空气送入室内，供人们呼吸。室内温度由中央空调控制。排风模块(VI)将室内的待处理空气抽出，送入空气热交换模块(IV)与新鲜空气换热。换热后进入分流加压模块(VII)，加压后再由分流器分成两个流股，一股送入无油空压机加压，另一股再一分为二，一部分作为返流空气送回空气混合模块，一部分作为排出空气排放到室外。加压后的空气也分成两个流股，一股进入膜分离模块(VIII)的富氧膜组件，另一股进入膜分离模块的除二氧化碳膜组件。待处理空气经过膜分离模块处理后，分为富氧空气、贫氧空气、富二氧化碳空气和贫二氧化碳空气，贫氧空气和富二氧化碳空气直接排放至室外，富氧空气和贫二氧化碳空气进入空气混合模块，与新鲜空气混合，完成系统的气体循环。
本实施例的工作原理是：空压模块的高压风机启动，增加系统内气体的压力，起到引风的作用。从外界进入的新鲜空气经由空气混合模块的空气进口管道进入气体混合器，与富氧空气、贫二氧化碳空气和返流空气充分混合后，进入过滤净化模块，先经过空气过滤器初步过滤灰尘，再经过空气净化器除去甲醛、二氧化硫等有害气体和PM2.5。过滤净化后的空气进入空压模块，加压后进入空气热交换模块，与室内排出的待处理空气换热，达到回收余热、预热/预冷新鲜空气的效果。换热后的空气送入湿度调节模块。湿度调节适宜的空气送入室内，供人们呼吸。室内温度由中央空调控制。排风模块将室内的待处理空气抽出，送入空气热交换模块与新鲜空气换热。换热后进入分流加压模块，加压后再由分流器分成两个流股，一股送入无油空压机加压，另一股再一分为二，一部分作为返流空气送回空气混合模块，一部分作为排出空气排放到室外。加压后的空气也分成两个流股，一股进入膜分离模块的富氧膜组件，另一股进入膜分离模块的除二氧化碳膜组件。待处理空气经过膜分离模块处理后，分为富氧空气、贫氧空气、富二氧化碳空气和贫二氧化碳空气，贫氧空气和富二氧化碳空气直接排放至室外，富氧空气和贫二氧化碳空气进入空气混合模块，与新鲜空气混合，完成系统的气体循环。
实施例1：
本实施例中，季节为夏季，室外平均气温35℃，室内中央空调温度设定为25℃，室内人群总耗氧100Nm3/h。
启动空压模块(III)的高压风机，给气体增压，利用压力差将室外新鲜空气吸入空气混合模块(I)，新鲜空气进风量约为5000Nm3/h，温度35℃。与膜分离模块(VIII)产生的富氧空气和贫二氧化碳空气以及返流空气完全混合，混合空气温度降至31.1℃，流量为22881.9Nm3/h，氧气含量和二氧化碳含量分别约为20.1％和0.4％。混合空气进入过滤净化模块(II)，除去灰尘、PM2.5等固体颗粒和二氧化硫、甲醛等杂质。过滤净化后的空气依次经过空压模块(III)和空气热交换模块(IV)，换热后温度约26℃，再经过湿度调节模块(V)后送入室内供人们呼吸。室内温度由中央空调控制在25℃左右。
排风模块(VI)从室内抽出待处理空气，其中氧气含量约为19.7％，二氧化碳含量约为1％，温度25℃，送入空气热交换模块(IV)回收冷量，复热后温度约30℃。复热后待处理空气进入分流加压模块(VII)，经过空气分流器，分成两部分，去处理的空气送入无油空压机加压，经过压缩机冷却器降温至约30℃，再分成两部分，分别去富氧膜组件和除二氧化碳膜组件。分流比例为去富氧：去除二氧化碳：不处理＝0.07：0.35：0.58，不处理的空气分出75％作为返流空气返回空气混合模块(I),其余的作为排出气体排到室外。膜分离模块(VIII)以一定的压力差作为推动力进行污浊空气的分离，水蒸气、二氧化碳、氧气这些渗透系数高的气体较快的透过气体分离膜，富集在气体分离膜的渗透相，而氮气这些渗透系数低的气体大部分不透过气体分离膜，富集在气体分离膜的渗余相。通过富氧膜组件得到的富氧空气中氧气浓度约为65.5％，二氧化碳浓度约为4.8％，通过除二氧化碳膜组件得到的贫二氧化碳空气中氧气浓度约为18.5％，二氧化碳浓度约为0.001％。富氧空气和贫二氧化碳空气进入空气混合模块(I)，贫氧空气和富二氧化碳空气排出室外。
实施例2：
本实施例中，季节为冬季，室外平均气温5℃，室内中央空调温度设定为25℃，室内人群总耗氧量250Nm3/h。
启动空压模块(III)的高压风机，给气体增压，利用压力差将室外新鲜空气吸入空气混合模块(I)，新鲜空气进风量约为5000Nm3/h，温度5℃。与膜分离模块(VIII)产生的富氧空气和贫二氧化碳空气以及返流空气完全混合，混合空气温度升高至8.6℃，流量为22642Nm3/h，氧气含量和二氧化碳含量分别约为20.6％和0.5％。混合空气进入过滤净化模块(II)，除去灰尘、PM2.5等固体颗粒和二氧化硫、甲醛等杂质。过滤净化后的空气依次经过空压模块(III)和空气热交换模块(IV)，换热后温度约23℃，再经过湿度调节模块(V)后送入室内供人们呼吸。室内温度由中央空调控制在25℃左右。
排风模块(VI)从室内抽出待处理空气，其中氧气含量约为19.5％，二氧化碳含量约为1.6％，温度25℃，送入空气热交换模块(IV)回收热量，换热后温度约10.6℃。换热后待处理空气进入分流加压模块(VII)，经过空气分流器，分成两部分，去处理的空气送入无油空压机加压，经过压缩机冷却器降温至约10℃，再分成两部分，分别去富氧膜组件和除二氧化碳膜组件。分流比例为去富氧：去除二氧化碳：不处理＝0.18：0.65：0.17，不处理的空气分出70％作为返流空气返回空气混合模块(I),其余的作为排出空气排到室外。膜分离模块(VIII)以一定的压力差作为推动力进行污浊空气的分离，水蒸气、二氧化碳、氧气这些渗透系数高的气体较快的透过气体分离膜，富集在气体分离膜的渗透相，而氮气这些渗透系数低的气体大部分不透过气体分离膜，富集在气体分离膜的渗余相。通过富氧膜组件得到的富氧空气中氧气浓度约为63.2％，二氧化碳浓度约为8.4％，通过除二氧化碳膜组件得到的贫二氧化碳空气中氧气浓度约为18.4％，二氧化碳浓度约为0.001％。富氧空气和贫二氧化碳空气进入空气混合模块(I)，贫氧空气和富二氧化碳空气排出室外。
本发明解决了传统新风系统无法高效循环利用室内空气的问题，通过对室内空气进行富氧和除二氧化碳，混合后的空气与新风一起进入气体混合系统循环回室内可以减少新风的供风量，热交换系统实现了室内排出空气的热/冷量回收，用于预热/冷新鲜空气，降低新风系统的能耗。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (10)

1.一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，其特征在于，所述新风系统包括空气混合模块(I)、过滤净化模块(II)、空压模块(III)、空气热交换模块(IV)、湿度调节模块(V)、排风模块(VI)、分流加压模块(VII)和膜分离模块(VIII)；所述空气混合模块(I)与过滤净化模块(II)连接，所述过滤净化模块(II)与空压模块(III)连接，所述空压模块(III)和排风模块(VI)均与空气热交换模块(IV)连接，所述空气热交换模块(IV)分别与湿度调节模块(V)、分流加压模块(VII)连接，所述分流加压模块(VII)与膜分离模块(VIII)连接。
2.如权利要求1所述的一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，其特征在于，所述空气混合模块包括气体混合器和排气消声器，所述空气混合模块进气管道与室外、富氧空气管道、贫二氧化碳空气管道、返流空气管道相连，出口与过滤净化模块进口相连，出口处设置有排气消声器。
3.如权利要求1或2所述的一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，其特征在于，所述过滤净化模块包括空气过滤器和空气净化器，空气过滤器的出口与空气净化器的进口连接，所述空气净化器的出口与空压模块进口相连。
4.如权利要求1或2所述的一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，其特征在于，所述空压模块包括高压风机和安全阀，所述空压模块出口与空气热交换模块进口相连，出口处设置有安全阀。
5.如权利要求1或2所述的一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，其特征在于，所述空气热交换模块包括高效换热器和排气消声器，高效换热器内部设有新鲜空气管道和待处理空气管道，出口处设有排气消声器。
6.如权利要求1或2所述的一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，其特征在于，所述湿度调节模块为加湿器，所述高效换热器的新鲜空气管道出口与所述加湿器的入口相连，所述加湿器的出口与室内相连。
7.如权利要求6所述的一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，其特征在于，空气进入室内的管道上设有两个气体浓度检测仪、一个温度检测仪和一个湿度检测仪，所述气体浓度检测仪分别检测氧气和二氧化碳的浓度，通过调整分流加压模块中去富氧膜组件和去除二氧化碳膜组件的空气流量，控制空气中氧气和二氧化碳浓度含量达标；所述温度检测仪检测空气温度，通过调整返流空气的流量使温度达标；所述湿度检测仪检测空气湿度，通过调整加湿器的工作状态，使空气湿度达标。
8.如权利要求1或2所述的一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，其特征在于，所述排风模块为排风机，所述排风模块进口与室内相连，所述排风模块的出口与空气热交换模块相连，出口处设置有安全阀。压力超过安全值时打开安全阀泄压。
9.如权利要求1或2所述的一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，其特征在于，所述分流加压模块包括分流器、无油空压机、安全阀、压缩机冷却器和流量控制阀，所述高效换热器的待处理空气管道出口与分流器进口相连，所述分流器的出口分别与排出空气口、无油空压器的进口以及经流量调节阀后与返流空气管道相连；所述无油空压器的出口经安全阀与压缩机冷却器的进口连接，所述压缩机冷却器的出口经流量控制阀与所述膜分离模块的进口相连。
10.如权利要求1或2所述的一种富氧除二氧化碳带余热回收的新风系统，其特征在于，所述膜分离模块包括富氧膜组件和除二氧化碳膜组件，富氧膜组件是橡胶态聚合物中空纤维膜组件，设有富氧空气管道和贫氧空气管道，富氧空气管道与空气混合模块进口相连；除二氧化碳膜组件是聚环氧乙烷基薄膜中空纤维膜组件，设有贫二氧化碳空气管道和富二氧化碳空气管道，贫二氧化碳空气管道与空气混合模块进口相连。
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