CN100460769C - 沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统 - Google Patents

沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统 Download PDF

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Abstract

沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统属于制冷空调技术领域。包括水源、输水泵、水处理单元、注水泵、2个截止阀、2个换热单元、抽水管、回扬支管、空气冷却处理单元、净水箱、蝶阀、抽水泵、回扬泵、海岸护围、注水管、多孔管头。本发明利用自来水通过换热单元吸取海洋冷量，利用地下第二承压含水层作为冷媒水的天然良好通道，方便地传递大规模冷量到需要空调的地域；同时本发明可以借助持续注水措施，使地下含水层保持足够的含水量，杜绝并纠正地面沉降的发生和发展，取得沉降地面回升的效果。本发明是一项可持续的技术，在节约能源、降低初期投资、减少运转成本、保护环境、保护生态、控制地面沉降方面将获得巨大效益。

Description

沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统
技术领域
本发明涉及一种沿海的地区性建筑空调系统，特别是一种以自来水为冷媒水原料的沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统，属于制冷空调技术领域。
背景技术
现有的利用海洋冷量的空调系统所提供的冷量有限，也不适于远距离传送。已有技术中，申请号为200510036661.0的“深层海水冷却的海风(空气)空调管道系统”发明专利，是将海面上的空气净化冷却后输入城市管网加以利用，由于空气的热容量偏小，以致携带冷量微小，驱动气流的电机功率耗费浩大；专利号为200410024765.6的“用冷却水制取纯水和冷气技术”发明专利，是利用冷海水对空气进气加湿来制取冷空气的，不能适用于远距离输送和大面积耗用冷量；专利号为00123905.8的“利用海水制作空调的技术工艺”发明专利，首先需要远距离输送海水，再直接以海水与空气热交换的方法提取海水冷量，对于距离海洋较远的区域，将面临管道腐蚀、海洋生物阻塞管道以及海水释冷后远距离回排入大海的诸多困难，技术难度大，运转维护困难。
发明内容
为了克服已有技术的不足与缺陷，本发明提供一种沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统。该系统利用深度有限的次表层海水或表层海水的冷量，以自来水通过海洋中设置的换热单元，吸取海水的冷量以制作冷媒水；再借助与大气环境相隔绝的、具有良好透水性和富水性的地下第二承压含水层作为输水通道，使冷媒水便捷地传输到需要的地域，包括城市或居民点。该冷媒水的温度与人工溴化锂制冷系统所制作的冷媒水温度相当，可直接作为建筑空调的冷媒使用，达到调节空气温度，同时节约能源、降低初期投资和减少运转成本的目的。该冷媒水的原料是自来水，具有足够的洁净度；通过空气冷却处理单元后，仍可送入建筑物顶部的净水箱，作为日常生活的非饮用水使用。在我国，沿海次表层海水深度介于10～300米之间，春夏季节水温都低到12～20℃，部分海域低达6～12℃；秋冬季节相应水温的深度更浅。由于深度有限，能量提取较为方便，海水的冷量可以作为地区性空调系统的大规模冷源。地下第二承压含水层顶板结构的深度为60～70米，厚度约20～30米，具有良好的透水性和富水性；其岩性为灰色细中砂，局部为粗砂含砾石，孔隙度大，是冷媒水的天然良好通道，为大规模冷量的传递提供了方便条件。自来水吸取海洋冷量后，穿过地下含水层，传输到需要应用的地域作为空调的冷媒水，可以组成经济、节能、利用海洋冷量的地区性空调系统。
本发明是通过下述技术方案实现的。本发明包括水源、输水泵、水处理单元、注水泵、第一电动截止阀、第一换热单元、第二电动截止阀、第二换热单元、抽水管、回扬支管、空气冷却处理单元、净水箱、蝶阀、抽水泵、回扬泵、海岸护围、注水管、多孔管头。
其中第一换热单元和第二换热单元采用翅片式换热管或换热盘管，均置放在海面以下10～300米之间的深度，视海水温度而定，第一换热单元置放在浅水深度，适于秋末至春初时节利用海洋表层水的冷量，第二换热单元置放在较深的海水层，适于春夏季节提取海洋次表层水的冷量。输水泵、水处理单元、注水泵均置放在海岸边的陆地上。
输水泵的进口接管伸入水源的水面以下，输水泵的出口与水处理单元的进口连接。注水泵的进口与水处理单元的出口连接，注水泵的出口接管分别通过第一电动截止阀和第二电动截止阀与第一换热单元和第二换热单元的进口连接。第一换热单元和第二换热单元的出口均与注水管的一端连接，注水管的另一端穿过海岸护围后，设置在地下第二承压含水层的深度。注水管的另一端管口部制成多个支管，支管口安装多孔管头。
抽水管布置在需要采取空调冷媒水的地点，抽水管的下端口由地面向下垂直插入地下第二承压含水层的中部深度。抽水管的上端口与抽水泵进口连接，抽水泵出口分别与并联的空气冷却处理单元的各进口连接，空气冷却处理单元是空气和冷媒水发生换热的装置，空气冷却处理单元的出口与就近的净水箱的进口连接，蝶阀与净水箱的出口连接。在抽水泵的进口处还通过回扬支管与回扬泵的出口连接，回扬泵的进口也与净水箱的出口连接。抽水泵的工作是向上抽水，回扬泵的工作是向下回灌水。
输水泵通过伸入水源水面下的管路，抽取常温的水，送入水处理单元，经净化、过滤、杀菌、絮凝、加氯等工序，将常温的水制作为符合自来水各项指标的净水。净水经注水泵加压后通过第一电动截止阀或第二电动截止阀进入第一换热单元或第二换热单元。第一换热单元和第二换热单元所处的深度应保证换热后的净水降到要求的温度，以便携带足够的冷量。在秋末至春初时节，打开第一电动截止阀，第一换热单元工作；在春夏季节，打开第二电动截止阀，关闭第一电动截止阀，第二换热单元工作。从第一换热单元或第二换热单元出口流出的净水降到足够低的温度成为冷媒水。冷媒水经注水管和多孔管头注入地下第二承压含水层，并源源不断地流向各个方向，以供各空调系统采取使用。
在空调系统所在地，由地下第二承压含水层传输的冷媒水经由抽水管，被抽水泵抽取，提升进入空气冷却处理单元。在空气冷却处理单元中，冷媒水的冷量传递给通过的空气，供各空调单元使用。释放冷量后的冷媒水成为接近常温的净水，通过管道进入就近的净水箱，作为日常生活的净水来源。各用户可通过控制净水箱出口处的蝶阀，随时采用。
当抽水泵的抽水量明显下降时，表明抽水管的进口处存在较为严重的堵塞现象。这时，应关闭抽水泵，同时启动回扬泵，使回扬泵将净水箱中的水回灌入地下，以冲刷抽水管的进水管道，克服堵塞。然后再关闭回扬泵，重新开启抽水泵，再次进入正常工作状态。
在本发明开始实施后，注水泵应持续注水，以保证地下承压含水层内富含冷媒净水，使各处空调单元都能获得充足的冷媒水，并保持足够的压力。在不需要使用空调的季节，注水泵仍应持续地适量注水，以储备足够的冷媒水，供炎热季节时大量采取，并达到地面沉降回升可控的目标。
本发明的有益效果：本发明利用自来水吸取海洋冷量，利用地下第二承压含水层作为冷媒水的天然良好通道，方便地传递大规模冷量到需要空调的地域，适用于沿海的大面积地域，可用于整个城市和村镇，也可兼顾分散的零星居民点和民居的大规模空气调节系统；同时本发明可以借助持续注水措施，使地下含水层保持足够的含水量，杜绝并纠正地面沉降的发生和发展，取得沉降地面回升的效果。本发明是一项可持续的技术，在节约能源、降低初期投资、减少运转成本、保护环境、保护生态、控制地面沉降方面将获得巨大效益。
附图说明
图1是本发明建筑空调系统的结构原理图。
图中，1水源，2输水泵，3水处理单元，4注水泵，5第一电动截止阀，6第一换热单元，7第二电动截止阀，8第二换热单元，9抽水管，10回扬支管，11空气冷却处理单元，12净水箱，13蝶阀，14抽水泵，15回扬泵，16海岸护围，17注水管，18多孔管头，19地下第二承压含水层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1所示，本发明包括水源1、输水泵2、水处理单元3、注水泵4、第一电动截止阀5、第一换热单元6、第二电动截止阀7、第二换热单元8、抽水管9、回扬支管10、空气冷却处理单元11、净水箱12、蝶阀13、抽水泵14、回扬泵15、海岸护围16、注水管17、多孔管头18。
其中第一换热单元6和第二换热单元8均采用翅片式换热管或换热盘管，置放在海面以下10～300米之间的深度，视海水温度而定，第一换热单元6置放在浅水深度，适于秋末至春初时节利用海洋表层水的冷量，第二换热单元8置放在较深的海水层，适于春夏季节提取海洋次表层水的冷量。输水泵2、水处理单元3、注水泵4均置放在海岸边的陆地上。水源1选择靠近海边的江河或湖泊。海岸护围16是采用水泥砖石材料制作成的坚固结构。
输水泵2的进口接管伸入水源1的水面以下，输水泵2的出口与水处理单元3的进口连接。注水泵4的进口与水处理单元3的出口连接，注水泵4的出口接管分别通过第一电动截止阀5和第二电动截止阀7与第一换热单元6和第二换热单元8的进口连接。第一换热单元6和第二换热单元8的出口均与注水管17的一端连接，注水管17的另一端穿过海岸护围16后设置在地下第二承压含水层19的深度。注水管17的另一端管口部制成多个支管，支管口安装多孔管头18。多孔管头18是一端封堵的管段，其端部和管壁都均布有φ2～3mm的透孔，其孔间距为40～50mm。
抽水管9布置在需要采取空调冷媒水的地点，抽水管9的下端口由地面向下垂直插入地下第二承压含水层19的中部深度。抽水管9的下端口封堵。抽水管9下端口和进入第二承压含水层19的管段部分都均布有φ2～3mm的抽水透孔，孔距40～50mm。抽水管9的上端口与抽水泵14进口连接，抽水泵14出口分别与并联的空气冷却处理单元11的各进口连接，空气冷却处理单元11是空气和冷媒水发生换热的装置，空气冷却处理单元11的出口与就近的净水箱12的进口连接，蝶阀13与净水箱12的出口连接。在抽水泵14的进口处还通过回扬支管10与回扬泵15的出口连接，回扬泵15的进口也与净水箱12的出口连接。抽水泵14的工作是向上抽水，回扬泵15的工作是向下回灌水。第一换热单元6、第二换热单元8以及注水泵4与第一换热单元6、第二换热单元8连接的管路，都用钛合金管制作。第一电动截止阀5、第二电动截止阀7选用耐海水腐蚀的型号。注水管17、多孔管头18和抽水管9均采用不锈钢材质。
输水泵2通过伸入水源1水面下的管路，抽取常温的水，送入水处理单元3，经净化、过滤、杀菌、絮凝、加氯等工序，将常温的水制作为符合自来水各项指标的净水。净水经注水泵4加压后通过第一电动截止阀5或第二电动截止阀7进入第一换热单元6或第二换热单元8。第一换热单元6和第二换热单元8均采用翅片式换热管或换热盘管，第一换热单元6和第二换热单元8所处的深度应保证换热后的净水降到要求的温度，以便携带足够的冷量。在秋末至春初时节，打开第一电动截止阀5，第一换热单元6工作；在春夏季节，打开第二电动截止阀7，关闭第一电动截止阀5，第二换热单元8工作。从第一换热单元6或第二换热单元8出口流出的净水降到足够低的温度成为冷媒水。冷媒水经注水管17和多孔管头18注入地下第二承压含水层19，并源源不断地流向各个方向，以供各空调系统采取使用。
在空调系统所在地，由地下第二承压含水层19传输的冷媒水经由抽水管9，被抽水泵14抽取，提升进入空气冷却处理单元11。在空气冷却处理单元11中，冷媒水的冷量传递给通过的空气，供各空调单元使用。释放冷量后的冷媒水成为接近常温的净水，通过管道进入就近的净水箱12，作为日常生活的净水来源。各用户可通过控制净水箱12出口处的蝶阀13，随时采用。
当抽水泵14的抽水量明显下降时，表明抽水管9的进口处存在较为严重的堵塞现象。这时，应关闭抽水泵14，同时启动回扬泵15，使回扬泵15将净水箱12中的水回灌入地下，以冲刷抽水管9的进水管道，克服堵塞。然后再关闭回扬泵15，重新开启抽水泵14，再次进入正常工作状态。
在本发明开始实施后，注水泵4应持续注水，以保证地下承压含水层19内富含冷媒净水，使各处空调单元都能获得充足的冷媒水，并保持足够的压力。在不需要使用空调的季节，注水管17仍应持续地适量注水，以储备足够的冷媒水，供炎热季节时大量采取，并达到地面沉降回升可控的目标。

Claims (6)

1.一种沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统，包括水源(1)、输水泵(2)、水处理单元(3)、注水泵(4)、第一电动截止阀(5)、第一换热单元(6)、第二电动截止阀(7)、第二换热单元(8)、抽水管(9)、回扬支管(10)、空气冷却处理单元(11)、净水箱(12)、蝶阀(13)、抽水泵(14)、回扬泵(15)、海岸护围(16)、注水管(17)、多孔管头(18)，其特征在于第一换热单元(6)和第二换热单元(8)均置放在海面以下10～300米之间的深度，输水泵(2)、水处理单元(3)、注水泵(4)均置放在海岸边的陆地上；输水泵(2)的进口接管伸入水源(1)的水面以下，输水泵(2)的出口与水处理单元(3)的进口连接；注水泵(4)的进口与水处理单元(3)的出口连接，注水泵(4)的出口接管分别通过第一电动截止阀(5)和第二电动截止阀(7)与第一换热单元(6)和第二换热单元(8)的进口连接；第一换热单元(6)和第二换热单元(8)的出口均与注水管(17)的一端连接，注水管(17)的另一端穿过海岸护围(16)后设置在地下第二承压含水层(19)的深度；注水管(17)的另一端管口部制成多个支管，支管口安装多孔管头(18)；抽水管(9)的下端口由地面向下垂直插入地下第二承压含水层(19)的中部深度；抽水管(9)的上端口与抽水泵(14)进口连接，抽水泵(14)出口分别与并联的空气冷却处理单元(11)的各进口连接，空气冷却处理单元(11)的出口与就近的净水箱(12)的进口连接，蝶阀(13)与净水箱(12)的出口连接；在抽水泵(14)的进口处还通过回扬支管(10)与回扬泵(15)的出口连接，回扬泵(15)的进口也与净水箱(12)的出口连接。
2.根据权利要求1所述的沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统，其特征是所述的水源(1)是选择靠近海边的江河或湖泊，海岸护围(16)是采用水泥砖石材料制成。
3.根据权利要求1所述的沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统，其特征是所述的第一换热单元(6)置放在浅水深度；第二换热单元(8)置放在较深的海水层；第一换热单元(6)和第二换热单元(8)均采用翅片式换热管或换热盘管。
4.根据权利要求1所述的沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统，其特征是所述的多孔管头(18)是一端封堵的管段，其端部和管壁都均布有φ2～3mm的透孔，其孔间距为40～50mm。
5.根据权利要求1所述的沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统，其特征是所述的抽水管(9)的下端口封堵；抽水管(9)下端口和进入第二承压含水层(19)的管段部分都均布有φ2～3mm的抽水透孔，孔距40～50mm。
6.根据权利要求1所述的沿海地下含水层传递海洋冷量的地区性建筑空调系统，其特征是所述的第一换热单元(6)、第二换热单元(8)以及注水泵(4)与第一换热单元(6)、第二换热单元(8)连接的管路，都用钛合金管制作；第一电动截止阀(5)、第二电动截止阀(7)选用耐海水腐蚀的型号；注水管(17)、多孔管头(18)和抽水管(9)均采用不锈钢材质。
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