CN101418977B - 基于地下水制冷的空调节能方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地下水制冷的空调节能方法及其系统，其中方法的关键是在所述的水泵的进水管和所述的回水管上分别安装一个进水分配阀和回水分配阀，使水泵的进水管上的进水分配阀与电制冷进水管连接，使回水管上的回水分配阀与电制冷回水管相连，再使电制冷进水管和电制冷回水管分别与保温水箱相连，并在保温水箱一侧或其中安装一个谷电工作的制冷或制热装置。本发明的装置包括水井、水泵和空调终端，水泵的进水端通过水管伸入水井中，水泵的出水端通过出水管与各空调终端的进水端相连，各空调终端的出水端通过管道与伸入水井中的回水管相通，同时在在回水管和水泵的进水管道上分别安装有进水分配阀和回水分配阀。本发明具有方法简单，节能效果好的优点。

Description

基于地下水制冷的空调节能方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种空调节能方法及系统，尤其是一种利用地下水进行制冷，必要时再辅以用低于正常制冷制热功率设备在夜间谷电时段进行制冷(或制热)以达到节能目的的方法及系统，具体地说是一种基于地下水制冷的空调节能方法及系统。

背景技术

众所周知，随着人类社会的不断进步，能源消耗与日俱增，能源消耗的激增引起二氧化碳排放量的剧增，使温室气体效应日益明显，进而引起全球气温反常，海平面上升，各类恶劣气候频繁发生，自然灾害所造成的损失无法估量。因此，节能减排，已成为全社会的共识，各种节能技术方兴未艾。

作为城市发展标记的各类大型建筑和各类厂矿企事业单位的生产办公用房以及高档家庭住宅每年要消耗大量的能源用于夏天制冷和冬天制热，虽然目前已采取了诸如使用对臭氧层破坏较小的制冷剂、限制机关企事业单位夏天的空调温度等一系列措施，但尽管如此，每年用于建筑物空调的用电量仍然十分惊人。

在南方地区，地下水资源十分丰富，这类地区夏季温度很高需要空调制冷，而冬季一般温度均在零度以上，基本不需要制热，空调利用率不高。而地下水是一种基本处于恒温状态的冷媒介质，具有巨大的利用价值，如果能将明显低于地面温度的地下水用于建筑物制冷更是一种节能减排的有效措施。

与此同时，电能是一种无法储存的能源，而电力输送功率的确定是按照白天最大用电负荷进行测算的，而当夜间大部分用电设备处于停机状态时，电能就白白地浪费掉了，因此电力部门十分希望人们能在夜间多多用电，并在电价上制定了相应的奖励政策，夜间(谷时)电费仅为白天(峰时)电费的四分之一左右，因此将夜间电能进行转换成白天所需的制冷(或制热，冬天作为一种补充)能量对地下水制冷进行补充，将大大提高制冷效果，节约大量的能源，节约运行费用。

据申请人所知，目前尚无一种利用地下水进行制冷以实现节能减排的空调节能方法和系统可供使用，更无一种将谷电与地下水进行有机结合的空调系统可供使用。

发明内容

本发明的目的是针对地下水水温低而未开发利用的问题，设计一种利用地下水进行制冷的基于地下水制冷的空调节能方法及系统。

本发明的技术方案是：

一种基于地下水制冷的空调节能方法，首先在需安装中央空调系统的建筑物附近或地下开挖至少一个水井；其次，利用水泵将水井的冷却水抽入为建筑物空调终端供水的制冷进水管中，同时将经建筑物空调终端进行过热交换的水通过回水管送入所述的水井中，利用低于地上温度的地下水实现建筑物空调终端的制冷，其特征是在所述的水泵的进水管和所述的回水管上分别安装一个进水分配阀和回水分配阀，使水泵的进水管上的进水分配阀与电制冷进水管连接，使回水管上的回水分配阀与电制冷回水管相连，再使电制冷进水管和电制冷回水管分别与保温水箱相连，并在保温水箱一侧安装一个主要在谷电期间工作以使保温水箱中的水制冷的冷冻机式空调机组，同时在保温水箱中安装一个也是主要在谷电期间工作的加热元器件以备需要制热时使用。

所述的水井的数量至少为两个，各水井之间通过管道或涵洞相通，所述的水泵的抽水井与回水管的回水井为不同的水井。

与上述方法相配的空调系统为：

一种基于地下水制冷的节能型中央空调系统，它包括水井12、水泵3和空调终端4，水泵3的进水端通过水管伸入水井12中，水泵3的出水端通过出水管7与各空调终端4的进水端相连，各空调终端4的出水端通过管道与伸入水井12中的回水管8相通，其特征是在回水管8和水泵3的进水管道上 分别安装有进水分配阀10和回水分配阀11，所述的进水分配阀10和回水分配阀11均通过水管与保温水箱1相连，在保温水箱1的一侧安装有冷冻机式空调机组2保温水箱1通过制冷进水管5和制冷回水管6与冷冻机式空调机组2相连形成一个向保温水箱1中提供冷水的制冷循环装置；在所述的保温水箱1中还安装有电加热元器件；所述的冷冻机式空调机组2的功率不大于设计计算额定功率的1/2。

所述的出水管7通过一个位于建筑物顶部的分配器9与各楼层的进水总管相通，各楼层的进水总管再通过相应的管道与各空调终端4的进水口相通，各空调终端4通过水管与所在楼层的回水总管相通，各楼层的回水总管均与回水管8相通，回水管8的出水口伸入水井12中。所述的进水管7和回水管8为保温管道，其表面包覆有保温材料，如聚胺脂保温材料等。

所述的地下水井12的数量为两个或两个以上，它们之间通过管道或涵洞相通，所述的水泵3的进水端和回水管8的回水端分别位于不同的水井中。

为了充分利用地能，避免地下水对管道的腐蚀，具体实施时可在进水管7的进水口和回水管8的出水口之间连接有盘管13，而预先在管道系统中预注循环水，通过位于地下或井水中的盘管13进行热交换达到制冷的目的。

本发明的有益效果：

1、本发明可充分发挥地下水充沛地区的地下水水温明显低于地表温度的特点，仅需一台水泵即可完成现有的大型空调机组才能完成的工作，是一种节能效果十分明显、绿色环保型空调系统，是对传统技术的一次突破。

2、对于制冷量不足的补充，本发明也充分利用谷电电费低的政策，可大幅度降低用电成本。由于充分利用了夜间时间长，能源可逐步积聚的特点，所选用的空调机组的功率可明显低于目前按标准进行计算所需的功率，经实验测算，仅需设计功率的1/3即可满足使用要求，这又进一步降低了电能消耗。

3、本发明的空调机组或加热元器件可根据保温水箱中的水温在白天峰电时间隙性地参与工作以作为制冷或制热的补充，即使工作其功率也仅为常规空调系统的1/3左右，因此节能效果十分明显。

4、由于装机功率的下降，因此可降低整个大楼的空调投入，提高投入 产出比。经实践证明，一座7000平方米的建筑物每天的空调运行费用不超过500元。

5、由于白天基本上仅需一台水泵进行工作，电力消耗主要在夜间进行，因此本发明有利于用电平衡，减少电力浪费。

附图说明

图1是本发明的空调系统结构示意图之一(地下水井式)。

图2是本发明的空调系统结构示意图之二(地下盘管式)。

图3是本发明的空调系统的结构示意图之三(地下水加电)。

图4是本发明的空调系统的结构示意图之四(地下盘管加电)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

一种基于地下水制冷的空调节能方法，其特征是首先在需安装中央空调系统的建筑物附近或地下开挖至少一个水井，水井的直径和深度应根据建筑制冷所需的制冷功率及地下水的吸热量加以计算确定，水井的数量是二个或或二个以上为佳(图1中所示为三个水井)，水井之间应有管道或涵洞相通，以保证水量和通过水的流动加快散热和热交换；其次，利用水泵将水井的冷却水抽入为建筑物空调终端供水的制冷进水管中，同时将经建筑物空调终端进行过热交换的水通过回水管送入所述的水井中，当水井的数量为二个或二个以上时，水泵的抽水井与回水管的回水井为不同的水井，通过以上措施即可达到利用低于地上温度的地下水实现建筑物空调终端制冷的目的，仅利用一台水泵即可达到空调制冷的效果。

有时，为了弥补因为地下水不足或地下水温过度所导致的制冷效果差的问题，可在所述的水泵的进水管和所述的回水管上安装一个分配阀，使分配阀分别再连接一个电制冷进水管和电制冷回水管，再使电制冷进水管和电制冷回水管分别与保温水箱相连，再在保温水箱一侧安装一个主要在谷电期间工作而峰电期间间隙性工作以使保温水箱中的水制冷的冷冻机式空调机组，同时在保温水箱中安装一个也是主要在谷电期间工作的加热元器件以备需要 制热时使用。

实施例二。

如图1所示。

具体实施时可参照本发明的说明书和图1进行各种形式的变化，尤其是其中的地下水井可根据所在地的地下水的情况进行设计、计算和施工，其深度、直径、数量和水处理等均应根据实际情况进行调整，保温水箱可利用景观场地、绿地等场地进行建造，以期既不影响景观又建造水箱的目的。详述如下：

一种基于地下水制冷的节能型中央空调系统，它包括水井12、水泵3和空调终端4，水泵3的进水端通过水管伸入水井12中，水泵3的出水端通过出水管7与各空调终端4的进水端相连，各空调终端4的出水端通过管道与伸入水井12中的回水管8相通。为了保证制冷效果，确保各楼层的制冷效果基本一致，出水管7可通过一个位于建筑物顶部的分配器9与各楼层的进水总管相通，各楼层的进水总管再通过相应的管道与各空调终端4的进水口相通，各空调终端4通过水管与所在楼层的回水总管相通，各楼层的回水总管均与回水管8相通，回水管8的出水口伸入水井12中。为了节能，进水管7和回水管8以及其它连接管道均应采用保温管道，其表面应包覆有保温材料，如聚胺脂保温材料等。

此外，为了提高制冷效果，减少水井的开挖量，降低制造成本，可通过增加地下水井的数量的办法来增加容量，因此具体实施时，地下水井12的数量以两个或两个以上为佳，各水井之间可通过管道或涵洞相通，所述的水泵3的进水端和回水管8的回水端分别位于不同的水井中。

为了保证管道的使用寿命，管道应采用耐腐蚀管道或在水泵之间加装水处理装置。

实施例三。

如图2所示。

本实施例与实施例二的区别在于循环水采用的是预灌在管道中的，此时，在进水管7的进水口和回水管8的出水口之间应连接有盘管13，利用地能对 循环后进入盘管13中的循环水进行冷却。采用这种方式时盘管13或直接埋设于地下而免开水井，也可使盘管分别经过水井与水井中的水进行热交换。为了保证管道中循环水的量，应设置相应的补水装置。

实施例四。

如图3所示。

为了防止地下水制冷效果不佳或制冷周期跟不上，本实施例在实施例二的基础上增加了一个主要利用谷电进行制冷的制冷系统，其具体实现方法为：在回水管8和水泵3的进水管道上分别安装一个进水分配阀10和一个回水分配阀11，进水分配阀10和回水分配阀11均通过水管与保温水箱1相连，在保温水箱1的一侧安装有冷冻机式空调机组2(型号可为ZK-S)保温水箱1通过制冷进水管5和制冷回水管6与冷冻机式空调机组2相连形成一个向保温水箱1中提供冷水的制冷循环装置；在所述的保温水箱1中还安装有电加热元器件；所述的冷冻机式空调机组2的功率不大于设计计算额定功率的1/2。

实施例五。

如图4所示。

本实施例与实施例四的不同之处在于进水管7和出水管8之间连接有热交换用的盘管13，其余与实施例四相同。

本发明通过利用地下水进行制冷，利用小功率的空调机组作为制冷量不足时的补充，而该小功率空调机组又主要利用夜间谷电时段进行制冷，不仅节能电费，而且有利于电厂发电的平衡，通过利用低功率机组长时间蓄能以供白天使用，白天仅需一台水泵即可满足使用要求，因此节能减排效果十分明显。

本发明未涉及部分如电气控制、运行管理均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种基于地下水制冷的空调节能方法，首先在需安装中央空调系统的建筑物附近或地下开挖至少一个水井；其次，利用水泵将水井的冷却水抽入为建筑物空调终端供水的制冷进水管中，同时将经建筑物空调终端进行过热交换的水通过回水管送入所述的水井中，利用低于地上温度的地下水实现建筑物空调终端的制冷，其特征是在所述的水泵的进水管和所述的回水管上分别安装一个进水分配阀和回水分配阀，使水泵的进水管上的进水分配阀与电制冷进水管连接，使回水管上的回水分配阀与电制冷回水管相连，再使电制冷进水管和电制冷回水管分别与保温水箱相连，并在保温水箱一侧安装一个主要在谷电期间工作以使保温水箱中的水制冷的冷冻机式空调机组，同时在保温水箱中安装一个也是主要在谷电期间工作的加热元器件以备需要制热时使用。

2.根据权利要求1所述的基于地下水制冷的空调节能方法，其特征是所述的水井的数量至少为两个，各水井之间通过管道或涵洞相通，所述的水泵的抽水井与回水管的回水井为不同的水井。

3.一种基于地下水制冷的节能型中央空调系统，它包括水井(12)、水泵(3)和空调终端(4)，水泵(3)的进水端通过水管伸入水井(12)中，水泵(3)的出水端通过出水管(7)与各空调终端(4)的进水端相连，各空调终端(4)的出水端通过管道与伸入水井(12)中的回水管(8)相通，其特征是在回水管(8)和水泵(3)的进水管道上分别安装有进水分配阀(10)和回水分配阀(11)，所述的进水分配阀(10)和回水分配阀(11)均通过水管与保温水箱(1)相连，在保温水箱(1)的一侧安装有冷冻机式空调机组(2)保温水箱(1)通过制冷进水管(5)和制冷回水管(6)与冷冻机式空调机组(2)相连形成一个向保温水箱(1)中提供冷水的制冷循环装置；在所述的保温水箱(1)中还安装有电加热元器件；所述的冷冻机式空调机组(2)的功率不大于设计计算额定功率的1/2。

4.根据权利要求3所述的基于地下水制冷的节能型中央空调系统，其特征是所述的出水管(7)通过一个位于建筑物顶部的分配器(9)与各楼层的进水总管相通，各楼层的进水总管再通过相应的管道与各空调终端(4)的进水口相通，各空调终端(4)通过水管与所在楼层的回水总管相通，各楼层的回水总管均与回水管(8)相通，回水管(8)的出水口伸入水井(12)中；所述的进水管(7)和回水管(8)为保温管道。

5.根据权利要求3所述的基于地下水制冷的节能型中央空调系统，其特征是所述的地下水井(12)的数量为两个或两个以上，它们之间通过管道或涵洞相通，所述的水泵(3)的进水端和回水管(8)的回水端分别位于不同的水井中。

6.根据权利要求3所述的基于地下水制冷的节能型中央空调系统，其特征是在进水管(7)的进水口和回水管(8)的出水口之间连接有盘管(13)，盘管(13)或位于水井(12)中或位于地下。

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