TWI714291B - 主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統 - Google Patents

主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統 Download PDF

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Abstract

一種主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統，其包括一植栽組、若干可變光線強度的發光裝置、一二氧化碳偵測器及一控制器，植栽組設於一室內空間，發光裝置是用以根據一控制訊號對該植栽組發光而使該植栽組行光合作用，二氧化碳偵測器是用以偵測室內空間的二氧化碳濃度並發出一濃度訊號，控制器訊號連接發光裝置與二氧化碳偵測器，並用以接收濃度訊號並給予控制訊號，且控制器並根據濃度訊號而動態地調整發光裝置的光線強度，進而動態地調整植栽組行光合作用的效率。

Description

主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統
本發明是關於一種空氣淨化系統，特別是關於一種通過光合作用調節室內二氧化碳濃度的系統。
二氧化碳、PM2.5、揮發性有機化合物（VOCs）是造成室內空氣污染的三大主因，目前大多數的空氣清淨機主要用以處理PM2.5及部分VOCs，卻始終缺乏能有效降低二氧化碳的處理機制。而且，人們經常因為戶外空氣太冷、太熱、太髒或太吵雜而不願意開窗，導致室內二氧化碳濃度升高，當二氧化碳濃度超過1000 ppm時會使人感到困倦，長時間待在二氧化碳濃度高達3000-5000 ppm的環境則會有害人體健康。
二氧化碳濃度過高的情形特別常見於辦公室與學校的場合，其中辦公室內的二氧化碳濃度經常高達2500 ppm，而教室內的二氧化碳濃度甚至可能高達5000 ppm。這樣的高二氧化碳環境不但影響工作與學習效率，對健康也是有害的。
許多人認為可以在室內擺設植栽來消耗人體呼出的二氧化碳，但往往忽略兩個重要的因素：（一）室內植栽所消耗的二氧化碳速率經常跟不上一群人產生二氧化碳的速率；（二）多數景觀植物在高二氧化碳濃度的環境，例如超過1200 ppm，無法進行光合作用，因此一旦室內二氧化碳濃度超過植栽可行光合作用的濃度區間時，植栽並無助於減少室內二氧化碳濃度。
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種能動態調節植栽光合作用效率，以便將二氧化碳濃度控制在合宜區間的二氧化碳濃度調整系統。
為了達成上述及其他目的，本發明提供一種主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統，其包括一植栽組、若干可變光線強度的發光裝置、一二氧化碳偵測器及一控制器，植栽組設於一室內空間，發光裝置是用以根據一控制訊號對該植栽組發光而使該植栽組行光合作用，二氧化碳偵測器是用以偵測室內空間的二氧化碳濃度並發出一濃度訊號，控制器訊號連接發光裝置與二氧化碳偵測器，並用以接收濃度訊號並給予控制訊號，且控制器並根據濃度訊號而動態地調整發光裝置的光線強度，進而動態地調整植栽組行光合作用的效率。
本發明通過將室內二氧化碳濃度反饋至控制器，並相應地、動態地調整光線強度，使光合作用效率能在二氧化碳濃度增加時能相映提高，從而避免或至少大幅減緩室內二氧化碳濃度超標的情形。
請參考第1圖，所繪示者為本發明第一實施例的主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統（以下簡稱調整系統），其可應用於室內空間，並用以將室內空間的二氧化碳濃度控制在合宜的範圍，例如1000 ppm以下，或甚至600 ppm以下。該調整系統包括一植栽組10、若干可變光線強度的發光裝置20、一二氧化碳偵測器30、一控制器40及至少一風扇50。
植栽組10設於該室內空間，其可由複數植栽組成，這些植栽可能包括單一種植栽，也可能包括多種植栽。作為一種可能的選擇，植栽組中的植栽例如是景觀植物，包括但不限於西洋杜鵑、常春藤、孔雀竹芋、白馬粗肋草、仙客來、秋石斛、聖誕紅、火鶴花、黃金葛、心葉蔓綠絨、娃娃朱蕉、白蝴蝶合果芋及琴葉榕；作為另一種可能的選擇，植栽組中的植栽例如是漂浮性水生植物、香草植物或其他可食用植物。在可能的實施方式中，植栽組是以水培方式栽培。每一種植物只在其特定的二氧化碳濃度區間行光合作用，以常春藤為例，其合適的二氧化碳濃度區間約介於50-600 ppm，超過這個濃度區間，則常春藤不行光合作用；另以聖誕紅為例，其合適的二氧化碳濃度區間約介於100-1200 ppm，超過這個濃度區間，聖誕紅不行光合作用；因此，在一個較佳的植栽組中，通常包含有二氧化碳濃度區間具有互補特性的多種植栽。另一方面，每一種植物都有其特定的光補償點及光飽和點，當光線強度到達光補償點時，植物光合作用所消耗二氧化碳與呼吸作用所產生二氧化碳達到平衡；當光線強度達到光飽和點時，植物光合作用所消耗二氧化碳達到最大，繼續增加光線強度，光合作用也不會再增加；當光線強度介於光補償點與光飽和點之間時，光線強度越大，光合作用所消耗的二氧化碳越高。此外，二氧化碳濃度越高，植物的光飽和點可能會提高。一般而言，陰生植物的光補償點及光飽和點分別低於陽生植物的光補償點及光飽和點，且陽生植物在高光線強度的環境下，其二氧化碳消耗率通常大於陰生植物；因此，在一個較佳的植栽組中，通常包含有光補償點較低的植物，以便在低照度時仍能消耗二氧化碳，且通常還包含有光飽和點較高且最大二氧化碳消耗率也較高的植物，作為消耗室內過多二氧化碳的主力植栽。
該些發光裝置20可各別根據控制訊號對植栽組10發出光線而使植栽組行光合作用，適用的發光裝置20可為但不限於發光二極體、白熾燈、螢光燈、高壓氣體放電燈及霓虹燈，所發出的光線不限於可見光，也可能包括紫外光、紅外光等不可見光。在可能的實施方式中，多個發光裝置可置放於同一基座，但由各自獨立的控制訊號進行控制，例如在一基板上嵌設多個可獨自受控發光的發光二極體。在可能的實施方式中，各別發光裝置所發出的光線，其色溫值或光譜值是使用者或製造者預先設定的數值，而其光線強度是可調變的，例如，當給予不同電流，發光二極體可發出具有不同強度的光線，光線強度可調變的發光裝置可根據控制訊號在不同時間發出不同強度的光線。
二氧化碳偵測器30裝設於室內，用以偵測室內空間的二氧化碳濃度並發出濃度訊號。控制器40與二氧化碳偵測器30訊號連接並可接收該濃度訊號。在可能的實施方式中，二氧化碳偵測器30是在固定的時間間隔偵測二氧化碳濃度並發出濃度訊號，從而使控制器40可根據最近兩次收到的濃度訊號判斷二氧化碳濃度增加或減少的速率。
控制器40還與發光裝置20訊號連接並給予控制訊號，特別是，控制器40可根據濃度訊號而動態地調整發光裝置20的光線強度，進而動態地調整植栽組10行光合作用的效率。例如，當控制器40根據最近兩次收到的濃度訊號判斷二氧化碳濃度的增加速率時，控制器40更藉由給予控制訊號使發光裝置20增加光線強度，進而使植栽組10因行光合作用而多消耗的二氧化碳的速率不小於二氧化碳濃度的增加速率，從而避免或至少減緩室內二氧化碳濃度增加。另一方面，當控制器40判斷室內二氧化碳濃度減少時，也可相應地調降光線強度，減少植栽組行光合作用的效率，藉此節省電力。
為了準確地提供控制訊號調節植栽組行光合作用的效率，控制器40可儲存有多種植物的各項與光合作用有關的參數、室內空間的空間體積參數及使用室內空間的最大使用人數等資訊，前述參數可包含但不限於各植物的光線強度對光合作用效率的關係、各植物可行光合作用的二氧化碳濃度區間、各植物在特定光強度、二氧化碳濃度下，單位葉片面積在單位時間內產生的氧氣莫耳數。另一方面，控制器可根據空間體積參數及其最大使用人數換算出該室內空間的最大二氧化碳濃度增加速度，從而提供植栽組10的合適植栽種類及其數量的建議資訊，並可根據所儲存的各項與光合作用有關的參數、植栽種類及其數量求得發光裝置20的光線強度對植栽組10行光合作用的效率的關係式，藉此實現根據二氧化碳偵測器30所提供的濃度訊號相應地動態調節光合作用效率的功效。
風扇50是用以朝植栽組10吹氣，將植栽組行光合作用所產生的氧氣吹散，避免氧氣滯留在植物周圍而影響光合作用效率。在可能的實施方式中，風扇50與控制器40訊號連接，且控制器40更可根據二氧化碳濃度增加或減少的速率相應地增加或減少風扇50的轉速，從而動態地調節風扇50吹散氧氣的能力。需說明的是，控制器40與發光裝置20、二氧化碳偵測器30及風扇50之間可以是有線或無線訊號連接。
在前述實施例中，植栽組10例示性地僅包含單一種植物。在如第2圖所示的實施例中，植栽組10被放置於多層架體，每一層架可擺放相同或不同的植物，每一層植物上方都設有發光裝置20，因此在可能的實施方式中，每一層的發光裝置20可以被獨立控制，而使位於不同層的發光裝置20提供不同的光線強度。
通過上述設計，本發明可以實現通過植栽組主動地、動態地調整室內二氧化碳濃度，讓室內空間的二氧化碳濃度維持在合宜的範圍，並且讓使用者在室內也能呼吸到類似森林般的空氣。本發明其他額外的優點包括，能夠同時藉由植物淨化二氧化碳以外的多種氣體污染物，並且提高美觀。
10‧‧‧植栽組 20‧‧‧發光裝置 30‧‧‧二氧化碳偵測器 40‧‧‧控制器 50‧‧‧風扇
第1圖為本發明第一實施例的系統架構示意圖。
第2圖為本發明另一實施例的植栽組示意圖。
10‧‧‧植栽組
20‧‧‧發光裝置
30‧‧‧二氧化碳偵測器
40‧‧‧控制器
50‧‧‧風扇

Claims (6)

  1. 一種主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統，包括：一植栽組，設於一室內空間；若干可變光線強度的發光裝置，用以根據一控制訊號對該植栽組發光而使該植栽組行光合作用；一二氧化碳偵測器，用以偵測該室內空間的二氧化碳濃度並發出一濃度訊號；以及一控制器，訊號連接於該些發光裝置與該二氧化碳偵測器，該控制器用以接收該濃度訊號並給予該控制訊號，且該控制器並用以根據該濃度訊號而動態地調整該發光裝置的光線強度，進而動態地調整該植栽組行光合作用的效率；其中該二氧化碳偵測器是用以在固定的時間間隔偵測二氧化碳濃度並發出所述濃度訊號，該控制器更用以根據最近兩次收到的所述濃度訊號判斷二氧化碳濃度增加或減少的速率，該控制器更用以根據所述二氧化碳濃度增加或減少的速率相應地增加或減少該發光裝置的光線強度，進而相應地增加或減少該植栽組行光合作用的效率。
  2. 如請求項1所述的主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統，更包括至少一風扇與該控制器訊號連接，該風扇用以朝該植栽組吹氣，該控制器更用以根據所述二氧化碳濃度增加或減少的速率相應地增加或減少該風扇的轉速。
  3. 如請求項1所述的主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統，其中當該控制器根據最近兩次收到的所述濃度訊號判斷出二氧化碳濃度的增加 速率時，該控制器更藉由增加所述光線強度使該植栽組因行光合作用而多消耗二氧化碳的速率不小於該二氧化碳濃度的增加速率。
  4. 一種主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統，包括：一植栽組，設於一室內空間；若干可變光線強度的發光裝置，用以根據一控制訊號對該植栽組發光而使該植栽組行光合作用；一二氧化碳偵測器，用以偵測該室內空間的二氧化碳濃度並發出一濃度訊號；以及一控制器，訊號連接於該些發光裝置與該二氧化碳偵測器，該控制器用以接收該濃度訊號並給予該控制訊號，且該控制器並用以根據該濃度訊號而動態地調整該發光裝置的光線強度，進而動態地調整該植栽組行光合作用的效率；其中該控制器用以根據該室內空間的一空間體積參數及其最大使用人數提供該植栽組的合適植栽種類及其數量的建議資訊，並根據所述植栽種類及其數量求得該發光裝置的光線強度對該植栽組行光合作用的效率的關係式。
  5. 一種主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統，包括：一植栽組，設於一室內空間；若干可變光線強度的發光裝置，用以根據一控制訊號對該植栽組發光而使該植栽組行光合作用；一二氧化碳偵測器，用以偵測該室內空間的二氧化碳濃度並發出一濃度訊號；以及一控制器，訊號連接於該些發光裝置與該二氧化碳偵測器，該控制器用以接收該濃度訊號並給予該控制訊號，且該控制器並用以根據該濃度訊號而動態地 調整該發光裝置的光線強度，進而動態地調整該植栽組行光合作用的效率；其中該植栽組包括至少二植栽種類，該些植栽種類可行光合作用的二氧化碳濃度區間彼此不同。
  6. 如請求項5所述的主動式室內植栽動態二氧化碳濃度調整系統，更包括至少一風扇，用以朝該植栽組吹氣。
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