一种室内生物增氧减碳方法及系统发明专利

专利名称：一种室内生物增氧减碳方法及系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN201910645611.4

专利申请（专利权）人：深圳市罗湖区威发商行
权利人地址：广东省深圳市罗湖区黄贝街道碧波社区怡景路2020号湖滨新村7栋2C

专利发明（设计）人：周锦富,周楹

专利摘要：本发明公开了一种室内生物增氧减碳方法，根据光生物反应器所在室内场区空气中的二氧化碳浓度，通过调整光生物反应器的水流量、气流量、光照强度及运行时间来控制微生物在光生物反应器内的生长速度，以达到室内空间中人或动物对增氧及减碳需求，实现室内健康的呼吸空气内循环。基于上述室内生物增氧减碳方法，本发明还公开了一种室内生物增氧减碳系统，代替了使用传统新风外循环换气系统来解决室内二氧化碳累积，从根源解决了室内外温差所造成的能源浪费。

主权利要求：
1.一种室内生物增氧减碳方法，其特征在于，根据光生物反应器所在室内场区空气中的二氧化碳浓度，通过调整光生物反应器的水流量、气流量、光照强度及运行时间来控制微生物在光生物反应器内的生长速度；
当所述光生物反应器所在室内场区属于运营时间且空气中的二氧化碳浓度小于或等于设定值时，光生物反应器进入正常负载模式：控制水流量的水泵、控制气流量的气泵以及控制光照强度的光源开启；
当所述光生物反应器所在室内场区属于运营时间且空气中的二氧化碳浓度大于设定值时，光生物反应器进入加大负载模式：增大水泵的水流量、气泵的气流量以及光源的光照强度；
当所述光生物反应器所在室内场区属于非运营时间时，光生物反应器进入待机负载模式：每30分钟以正常负载模式的控制参数开启水泵和气泵运行8分钟至12分钟；
在非运营时间过渡至运营时间的时间段内开启排水阀排水1分钟至2分钟，将光生物反应器内沉积的微生物尸体排出；
其中，所述设定值的设定范围为800ppm～1000ppm。
2.一种室内生物增氧减碳系统，其特征在于，包括：
光生物反应器，为用于培养微生物使其产生光合作用，实现增氧减碳的功能设备，空气传感器，用于检测所述光生物反应器所在室内场区空气中的二氧化碳浓度，以及，分别与所述光生物反应器和所述空气传感器电连接的控制器，所述控制器根据所述空气传感器发送过来的二氧化碳浓度信号，通过调整所述光生物反应器中的水泵的水流量、气泵的气流量和光源的光照强度及其各自的运行时间来控制微生物在所述光生物反应器内的生长速度；
其中，所述光生物反应器包括机体，所述机体内设有养殖容器，以及，相互连通的进风腔和出风腔，所述进风腔上开设有连通外界空气的进风口，所述出风腔上开设有连通外界空气的出风口，所述养殖容器盛装有培养基，所述培养基包含能够产生光合作用的微生物，所述养殖容器上设有为培养基提供光照强度的光源，所述养殖容器的顶部设有与所述出风腔连通的排气口，所述养殖容器的底部设有排水阀，所述进风腔内设有进风风扇、气泵和水泵，所述进风风扇的吸风侧与所述进风口连接，所述气泵的进气端与所述进风腔连通，所述气泵的出气端与所述养殖容器连通，所述水泵的进水端和出水端分别与所述养殖容器连通形成循环水路，所述出风腔内设有出风风扇，所述出风风扇的吹风侧与所述出风口连接，所述控制器分别与所述光源、排水阀、气泵、水泵、进风风扇和出风风扇电连接；
当所述光生物反应器所在室内场区属于运营时间且空气中的二氧化碳浓度小于或等于设定值时，光生物反应器进入正常负载模式：控制水流量的水泵、控制气流量的气泵以及控制光照强度的光源开启；
当所述光生物反应器所在室内场区属于运营时间且空气中的二氧化碳浓度大于设定值时，光生物反应器进入加大负载模式：增大水泵的水流量、气泵的气流量以及光源的光照强度；
当所述光生物反应器所在室内场区属于非运营时间时，光生物反应器进入待机负载模式：每30分钟以正常负载模式的控制参数开启水泵和气泵运行8分钟至12分钟；
在非运营时间过渡至运营时间的时间段内开启排水阀排水1分钟至2分钟，将光生物反应器内沉积的微生物尸体排出。
3.如权利要求2所述的室内生物增氧减碳系统，其特征在于，所述气泵为定频气泵，且设有多个；或者，所述气泵为变频气泵，且设有一个或多个。
4.如权利要求3所述的室内生物增氧减碳系统，其特征在于，所述水泵为定频水泵，且设有多个；或者，所述水泵为变频水泵，且设有一个或多个。
5.如权利要求3所述的室内生物增氧减碳系统，其特征在于，所述光源设有多个，且均布在所述养殖容器的四周、或顶部、或底部、或所述养殖容器之内。
6.如权利要求3所述的室内生物增氧减碳系统，其特征在于，所述进风腔内设有进风侧消毒杀菌单元，所述出风腔内设有出风侧消毒杀菌单元，所述控制器分别与所述进风侧消毒杀菌单元和出风侧消毒杀菌单元电连接。
7.如权利要求2至6任一项所述的室内生物增氧减碳系统，其特征在于，所述光生物反应器设有用于检测培养基水质的水质传感器，所述水质传感器与所述控制器电连接。 说明书 : 一种室内生物增氧减碳方法及系统技术领域[0001] 本发明属于室内通风技术领域，更具体的说，涉及一种室内生物增氧减碳方法及系统。背景技术[0002] 二氧化碳CO2，无色无味，平时感觉不到它的浓度，是人类或动物有氧呼吸排出的一种废气，是一种窒息性气体，是室内空气中的主要污染物之一。室内二氧化碳的来源包括室内和室外两种。室外来源包括煤与木材的燃烧等，室内来源主要有两方面，一是来自人体呼出产生的气体，二是来自燃料的燃烧(室内取暖煤炉，煤气炉等)。二氧化碳的发生量由人或动物的数量和活动情况决定，例如在图书馆内及运动场内，人群的平均排出二氧化碳量就可以相差几倍。[0003] 国际间的研究常以二氧化碳，作为空气品质及通风状态的主要评价指标。为消除大多数投诉，室内二氧化碳总量应降至室外水平以下，即1000ppm以下。根据中国国家颁布的《室内空气质量国家标准》（GB/T18883‑2002）中明确指出，室内二氧化碳的标准值为0.10%，即不超过1000ppm。美国国家职业安全与健康研究所（NIOSH）认为室内空气中二氧化碳浓度超过1000ppm是一个标志，表明通风不足。美国ASHRAE通风标准里设定：建议室内二氧化碳浓度值也不应超过1000ppm。英国的学校标准规定，所有教学和学习空间的二氧化碳，当坐在头部高度并在一整天平均测量时，不应超过1500ppm。[0004] 当人处在室内环境中，不断呼吸需要不断消耗氧气。如果没有足够新风与室内污浊空气进行交换和过滤，室内二氧化碳等污浊空气的浓度就会上升，长时间积累下来不利于室内人群的身心健康。长期处于高浓度的二氧化碳环境，危害同样可怕。诸如：美国在二氧化碳浓度对人的影响也有相关研究，并在《环境与健康展望》（EnvironmentalHealthPerspectives）上发表了研究成果：在密闭环境下，周围人呼出的二氧化碳集合起来可能会使人的思考速度变得更慢。[0005] 二氧化碳滞留同缺氧一样，是一个专用病理学名词，能引起呼吸功能障碍，出现一系列临床表现。因此虽然二氧化碳性质稳定，本身无毒，但二氧化碳含量过高时，也会使人因缺氧而发生窒息，甚至死亡。环境空气二氧化碳过高，吸氧不是有效的补救措施，而是改善通气，帮助减少环境空气二氧化碳。单一的吸氧，本身提高了血氧分压，那么这又同时一定程度上抑制了二氧化碳的排出。[0006] 在大型室内封闭空间，不同空间经常都会有不同的人流量，例如是地下购物商场、地铁站或其他经常人多又无法开窗的地方，而这些地方一般通过机械方式换气，通风量是固定的，但这些地方的人流变化一般呈现明显的周期性变化特征，这种周期性在不同的时间尺度下还会有所差别：以天为单位观察，我们能看到每天人口从早到晚的涨落；以周为单位观察，我们能看到工作日和周末的明显差异；以年为单位观察，则又能看到四季气候与节假日对人流量的影响。由此可见，如果在大型室内封闭空间，采取一个固定的通风换气量，很大机会它在人多时通风不足，人少时就在浪费能源。发明内容[0007] 本发明所要解决的技术问题是要提供一种室内生物增氧减碳方法及系统，能够根据室内人或动物活动程度，变量控制微生物在光生物反应器内的生长速度，以达到室内空间中人或动物对增氧及减碳需求，实现室内健康的呼吸空气内循环。[0008] 为了解决上述技术问题，本发明的一个方面提供了一种室内生物增氧减碳方法，其根据光生物反应器所在室内场区空气中的二氧化碳浓度，通过调整光生物反应器的水流量、气流量、光照强度及运行时间来控制微生物在光生物反应器内的生长速度。[0009] 作为上述生物增氧减碳方法的优选方案，其运行逻辑如下：[0010] 当所述光生物反应器所在室内场区属于运营时间且空气中的二氧化碳浓度小于或等于设定值时，光生物反应器进入正常负载模式：控制水流量的水泵、控制气流量的气泵以及控制光照强度的光源开启；[0011] 当所述光生物反应器所在室内场区属于运营时间且空气中的二氧化碳浓度大于设定值时，光生物反应器进入加大负载模式：增大水泵的水流量、气泵的气流量以及光源的光照强度；[0012] 当所述光生物反应器所在室内场区属于非运营时间时，光生物反应器进入待机负载模式：每30分钟以正常负载模式的控制参数开启水泵和气泵运行8分钟至12分钟；[0013] 其中，所述设定值的设定范围为800ppm～1000ppm。[0014] 作为上述生物增氧减碳方法的优选方案，在非运营时间过渡至运营时间的时间段内开启排水阀排水1分钟至2分钟，将光生物反应器内沉积的微生物尸体排出。[0015] 作为上述生物增氧减碳方法的优选方案，所述光生物反应器的进出气体均经空气消毒器进行消毒。[0016] 另外，本发明的另一个方面还提拱了一种室内生物增氧减碳系统，其包括：[0017] 光生物反应器，为用于培养微生物使其产生光合作用，实现增氧减碳的功能设备，[0018] 空气传感器，用于检测所述光生物反应器所在室内场区空气中的二氧化碳浓度，[0019] 以及，分别与所述光生物反应器和所述空气传感器电连接的控制器，[0020] 所述控制器根据所述空气传感器发送过来的二氧化碳浓度信号，通过调整所述光生物反应器中的水泵的水流量、气泵的气流量和光源的光照强度及其各自的运行时间来控制微生物在所述光生物反应器内的生长速度。[0021] 作为上述生物增氧减碳系统的优选方案，所述光生物反应器包括机体，所述机体内设有养殖容器，以及，相互连通的进风腔和出风腔，所述进风腔上开设有连通外界空气的进风口，所述出风腔上开设有连通外界空气的出风口，所述养殖容器盛装有培养基，所述培养基包含能够产生光合作用的微生物，所述养殖容器上设有为培养基提供光照强度的光源，所述养殖容器的顶部设有与所述出风腔连通的排气口，所述养殖容器的底部设有排水阀，所述进风腔内设有进风风扇、气泵和水泵，所述进风风扇的吸风侧与所述进风口连接，所述气泵的进气端与所述进风腔连通，所述气泵的出气端与所述养殖容器连通，所述水泵的进水端和出水端分别与所述养殖容器连通形成循环水路，所述出风腔内设有出风风扇，所述出风风扇的吹风侧与所述出风口连接，所述控制器分别与所述光源、排水阀、气泵、水泵、进风风扇和出风风扇电连接。[0022] 作为上述生物增氧减碳系统的优选方案，所述气泵为定频气泵，且设有多个；或者，所述气泵为变频气泵，且设有一个或多个。[0023] 作为上述生物增氧减碳系统的优选方案，所述水泵为定频水泵，且设有多个；或者，所述水泵为变频水泵，且设有一个或多个。[0024] 作为上述生物增氧减碳系统的优选方案，所述光源设有多个，且均布在所述养殖容器的四周、或顶部、或底部、或所述养殖容器之内。[0025] 作为上述生物增氧减碳系统的优选方案，所述进风腔内设有进风侧消毒杀菌单元，所述出风腔内设有出风侧消毒杀菌单元，所述控制器分别与所述进风侧消毒杀菌单元和出风侧消毒杀菌单元电连接。[0026] 作为上述生物增氧减碳系统的优选方案，所述光生物反应器设有用于检测培养基水质的水质传感器，所述水质传感器与所述控制器电连接。[0027] 实施本发明的一种室内生物增氧减碳方法及系统，与现有技术相比较，具有如下有益效果：[0028] 本发明的室内生物增氧减碳方法根据光生物反应器所在室内场区空气中的二氧化碳浓度，通过调整光生物反应器的水流量、气流量、光照强度及运行时间来控制微生物在光生物反应器内的生长速度，以达到室内空间中人或动物对增氧及减碳需求，实现室内健康的呼吸空气内循环。而且使用本发明的室内生物增氧减碳系统，人类就能用较少的能源，在室内或半露天的空间内，用最天然的微生物光合作用，按实时需求，制造最健康的呼吸空气，代替了使用传统新风外循环换气系统来解决室内二氧化碳累积问题，从根源解决了室内外温差所造成的能源浪费问题。附图说明[0029] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。[0030] 图1是本发明提供的一种室内生物增氧减碳系统的结构示意图；[0031] 图2是光生物反应器的结构示意图。具体实施方式[0032] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。[0033] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。[0034] 另外，需要说明的是，本发明的描述中，术语“前”及“后指的是：本发明的产品在使用状态时，靠近用户的一面为“前”，远离用户的一面则为“后”。[0035] 如图1和图2所示，本发明的优选实施例，一种室内生物增氧减碳方法，其根据光生物反应器100所在室内场区空气中的二氧化碳浓度，通过调整光生物反应器100的水流量、气流量、光照强度及运行时间来控制微生物在光生物反应器100内的生长速度，以达到室内空间中人或动物对增氧及减碳需求，实现室内健康的呼吸空气内循环。[0036] 示例性的，为了更好适应人流的周期性变化特征，可根据地下购物商场、地铁站或其他经常人多又无法开窗的地方等的运营时间和非运营时间，设定光生物反应器100相应的运行模式，故上述室内生物增氧减碳方法的运行逻辑如下：[0037] 当所述光生物反应器100所在室内场区属于运营时间且空气中的二氧化碳浓度小于或等于设定值时，光生物反应器100进入正常负载模式：控制水流量的水泵112、控制气流量的气泵111以及控制光照强度的光源开启；[0038] 当所述光生物反应器100所在室内场区属于运营时间且空气中的二氧化碳浓度大于设定值时，光生物反应器100进入加大负载模式：增大水泵112的水流量、气泵111的气流量以及光源的光照强度；[0039] 当所述光生物反应器100所在室内场区属于非运营时间时，光生物反应器100进入待机负载模式：每30分钟以正常负载模式的控制参数开启水泵112和气泵111运行8分钟至12分钟，具体时间分段方式可以根据水缸容量调节；[0040] 其中，所述设定值的设定范围为800ppm～1000ppm，具体根据用户当地官方空气质素标准制定。[0041] 示例性的，在非运营时间过渡至运营时间的时间段内开启排水阀109排水1分钟至2分钟，具体时间分段方式可以根据水缸容量调节，从而将光生物反应器100内沉积的微生物尸体排出，以防止微生物尸体腐化污染培养基。[0042] 示例性的，光生物反应器100内的微生物可以是各种水藻（如：小球藻），以及光合细菌（如：沼泽红假单胞菌）。[0043] 还需要说明的是，上述室内生物增氧减碳方法采用按需变量控制方式，不但可以有明显的节能减碳增氧的效果，还可以减少因为微生物生长速度过快而衍生的定期维护成本。例如，淡水小球藻生长周期为7‑14天，根据经验，传统光生物反应器100大都是用定时开关的方法模拟微生物的生长环境，以达至其最高产量化，这种定时控制方式虽然简单，但如果空间使用率经常不饱和，就会造成浪费能源，同时亦加大了水藻换水周期所需的频率，每两周就要更换水体一次，而采用本发明的按需变量控制方式之后，因为死藻的累积减少，更换水体周期可以延长至一个月一次，直接减少一半维护费。[0044] 另外，如图1和图2所示，为实施室内生物增氧减碳方法，本发明还提拱了一种室内生物增氧减碳系统，其包括：[0045] 光生物反应器100，为用于培养微生物使其产生光合作用，实现增氧减碳的功能设备；[0046] 空气传感器200，用于检测所述光生物反应器100所在室内场区空气中的二氧化碳浓度；[0047] 以及，分别与所述光生物反应器100和所述空气传感器200电连接的控制器300，所述控制器300优选为计算机，所述控制器300根据所述空气传感器200发送过来的二氧化碳浓度信号，通过调整所述光生物反应器100中的水泵112的水流量、气泵111的气流量和光源108的光照强度及其各自的运行时间来控制微生物在所述光生物反应器100内的生长速度，以达到室内空间中人或动物对增氧及减碳需求，实现室内健康的呼吸空气内循环。[0048] 而且，使用本发明的室内生物增氧减碳系统，人类就能用较少的能源，在室内或半露天的空间内，用最天然的微生物光合作用，按实时需求，制造最健康的呼吸空气，代替了使用传统新风外循环换气系统来解决室内二氧化碳累积问题，从根源解决了室内外温差所造成的能源浪费问题。[0049] 本实施例中，所述光生物反应器100包括机体101，所述机体101内设有养殖容器102，以及，相互连通的进风腔103和出风腔104，所述进风腔103上开设有连通外界空气的进风口106，所述出风腔104上开设有连通外界空气的出风口107。[0050] 所述养殖容器102盛装有1000000～1500000cell/mL浓度的培养基，所述培养基包含能够产生光合作用的微生物，所述养殖容器102上设有为培养基提供光照强度的光源‑2 ‑1108，光照强度为50～500μmolm s PPFD，所述养殖容器102的顶部设有与所述出风腔104连通的排气口105，光合作用所产生的氧气经排气口105进入出风腔104内，所述养殖容器102的底部设有用于将养殖容器102内沉积的微生物尸体排出的排水阀109。[0051] 所述进风腔103内设有进风风扇110、气泵111和水泵112。其中，所述进风风扇110的吸风侧与所述进风口106连接并用于将外界空气吸入到进风腔103内；所述气泵111的进气端与所述进风腔103连通，所述气泵111的出气端与所述养殖容器102的底部连通，由此气泵111将进风腔103内的空气作为小气泡以0.1L/min～2.0L/min的流速供给到培养基，同时小气泡在上升的过程中能够搅拌培养基，使微生物均匀的分布在培养基中；所述水泵112的进水端和出水端分别与所述养殖容器102连通形成循环水路，由此水泵112以0.1 20L/~min流量推动培养基在养殖容器102内循环流转，提高培养基的流动性，使微生物在培养基中更加均匀。[0052] 所述出风腔104内设有出风风扇113，所述出风风扇113的吹风侧与所述出风口107连接且用于将出风腔104内的空气吹送至外界。[0053] 其中，所述控制器300分别与所述光源108、排水阀109、气泵111、水泵112、进风风扇110和出风风扇113电连接。[0054] 还需要说明的是，进风风扇110和出风风扇113的运行逻辑为：当光生物反应器100按上述正常负载模式运转时，进风风扇110关闭，出风风扇113开启；当光生物反应器100按上述加大负载模式运转时，进风风扇110和出风风扇113均开启。[0055] 示例性的，为实现气流量大范围可控，所述气泵111为定频气泵，且设有多个，呈并联布置；或者，所述气泵111为变频气泵，且设有一个或多个，呈并联布置。[0056] 示例性的，为实现水流量大范围可控，所述水泵112为定频水泵，且设有多个，呈并联布置；或者，所述水泵112为变频水泵，且设有一个或多个，呈并联布置。[0057] 示例性的，为实现光照强度大范围可控，所述光源108设有多个，且均布在所述养殖容器102的四周、或顶部、或底部、或所述养殖容器102之内。其中，光源108可以是人造光，也可以是自然光。[0058] 示例性的，所述进风腔103内设有进风侧消毒杀菌单元114，所述出风腔104内设有出风侧消毒杀菌单元115，所述控制器300分别与所述进风侧消毒杀菌单元114和出风侧消毒杀菌单元115电连接。由此，光生物反应器100的进出气体均经消毒杀菌单元进行消毒杀菌，一方面防止外界的污染空气直接进入光生物反应器100的养殖容器102内污染培养基，保证微生物在培养基中良好生长，另一方面防止光生物反应器100的养殖容器102内产生污染空气直接排出外界，保证以舒适、健康的呼吸空气输出。本实施例中，所述进风侧消毒杀菌单元114和出风侧消毒杀菌单元115优选为等离子空气消毒器。[0059] 还需要说明的是，进风侧消毒杀菌单元114和出风侧消毒杀菌单元115的运行逻辑为：当光生物反应器100按上述正常负载模式运转时，进风侧消毒杀菌单元114关闭，出风侧消毒杀菌单元115开启；当光生物反应器100按上述加大负载模式运转时，进风侧消毒杀菌单元114和出风侧消毒杀菌单元115均开启。[0060] 示例性的，所述光生物反应器100设有用于检测培养基水质的水质传感器116，所述水质传感器116与所述控制器300电连接，由此控制器300能够根据水质传感器116发送来的水质信号，判断培养基的好坏，来确定是否需要更换培养基。[0061] 以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

专利地区：广东

专利申请日期：2019-07-17

专利公开日期：2024-08-13

专利公告号：CN110345577B