[发明专利]用于封闭或半封闭空间中的气候控制的系统

说明书

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)。

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。