CN101586855B - 一种地源蓄冷装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种地源蓄冷装置及系统。所述地源蓄冷装置，包括液态蓄冷工质和地下冷却管盘换热单元，所述液态蓄冷工质位于地下土壤中，所述地下冷却管盘换热单元位于所述液态蓄冷工质中且部分露于地上，实现所述蓄冷工质的蓄冷。通过所述地下冷却管盘换热单元对所述蓄冷工质进行蓄冷，通过液态蓄冷工质增强单位空间的蓄冷能力和换热能力。所述蓄冷工质所蓄积的冷量可以作为空调装置等换热系统的冷端，该蓄冷装置结构简单、运行稳定可靠、效率高、环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及蓄冷技术，特别涉及一种地源蓄冷装置及系统。
背景技术
地源热泵技术是一种利用浅层常温土壤或地下水中的能量作为能源的高效节能，低运行成本的既可供暖又可制冷并能提供生活热水的新型热泵技术。它高效、节能，有利于可持续发展。地源热泵技术利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过电能驱动，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天通过地源热泵空调将室内的热量转移到地下土壤或地下水中，达到制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖；夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷，是一种有效地利用能源的方式。
在现有的地源热泵系统的地下系统中的冷却工质或冷源主要的来源是简单地通过地下热交换器跟土壤进行热交换。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：由于长时间向土壤中释放热量，会致使土壤温度升高，地热源品味下降，制冷效率下降。
发明内容
本发明实施例提供一种地源蓄冷装置及系统以解决现有技术中制冷效率下降的问题。
本发明的实施例采用如下技术方案：
一种地源蓄冷装置，包括液态蓄冷工质和地下冷却管盘换热单元，所述液态蓄冷工质位于地下土壤中，所述地下冷却管盘换热单元位于所述液态蓄冷工质中且部分露于地上，实现所述蓄冷工质的蓄冷。
一种地源蓄冷系统，包括地源蓄冷装置，所述地源蓄冷装置包括液态蓄冷工质和地下冷却管盘换热单元，所述液态蓄冷工质位于地下土壤中，所述地下冷却管盘换热单元位于所述液态蓄冷工质中且部分露于地上，用于对所述蓄冷工质蓄冷。
本发明实施例提供一种地源蓄冷装置及系统利用昼夜、夏冬环境的温度差异，通过地下冷却管盘换热单元对蓄冷工质进行蓄冷，通过液态蓄冷工质增强单位空间的蓄冷能力和换热能力。蓄冷工质所蓄积的冷量可以作为空调装置等换热系统的冷端，该蓄冷装置结构简单、运行稳定可靠、效率高、环境友好。
附图说明
图1是本发明地源热泵系统的第一实施例的结构示意图；
图2是本发明地源蓄冷装置的第一实施例的结构示意图；
图3是本发明实施例包括地源蓄冷装置的系统结构示意图；
图4是本发明实施例地源蓄冷装置在电信机房中应用的系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
请参考图1，是本发明地源热泵系统的第一实施例的结构示意图。所述地源热泵系统的工作原理如下：首先，地面系统中的压缩机2吸入来自蒸发器1的低温低压的气态冷媒工质，并将其压缩成高温高压的气态冷媒工质，高温高压的气态冷媒工质进入冷凝器4，在冷凝器4中高温高压的气态冷媒工质，与来之地下管盘系统5的冷却工质进行冷却，冷却后的冷媒工质流经热力膨胀阀(毛细管)3，节流成低温低压的气液两相冷媒工质，然后低温低压的冷媒工质在蒸发器1中吸收来自外界的热量，成为低温低压的冷媒气体，低温低压的气态冷媒工质又被压缩机2吸入继续循环。外界空气等待冷却物质经过蒸发器4后，释放了热量，温度下降。
地下系统中的地下管盘系统5的冷却工质或冷源主要的来源是简单地抽取地下水或通过地下热交换器跟土壤进行热交换。
在实现本发明过程中，发明人发现上述方案中至少存在如下问题：首先，开发地热，过量抽取地下水，会引起地下水位下降，导致局部范围的地面下降沉，毁坏道路，地下管道破裂等。其次，由于地下热水温度高，压力大，溶解周围岩石中化学物质能力强。因此水中往往含有几十种化学元素，其中有一些是对人体有害的，如氟、砷和某些放射性元素等。同时，由于土壤的热传导能力弱，当热负荷变化大时系统运行不稳定，并且土壤的比热较小，因而地下系统的换热装置庞大造价昂贵，除此之外长时间地向土壤中释放热量，会致使土壤温度升高，地热源品味下降。并且由于土壤温度大幅度变化会对土壤中的微生物生存造成影响，形成热污染。
实施例二：
请参考图2，是本发明地源蓄冷装置的第一实施例的结构示意图。本发明实施例的地源蓄冷装置包括蓄冷工质地下冷却管盘换热单元8、液态蓄冷工质7。
所述液态蓄冷工质7位于地下土壤中。在本实施例中，所述蓄冷工质7可以是比热容较大的水等液态物质。
所述地下冷却管盘换热单元8位于所述液态蓄冷工质7中且部分露于地上，用于实现所述蓄冷工质的蓄冷。在本实施例中，首先，蓄冷工质地下冷却管盘换热单元8的重力热管(以下简称重力热管)管内抽成真空，并根据不同的应用环境注入不同类型的低沸点易挥发的工质，如氟利昂、乙醇、水等。重力热管的管壁为光滑结构，以便液态工质只能沿重力方向移动。重力热管的下部为蒸发端，上部为冷却端。
在本实施例中，当液态蓄冷工质7的温度高于土壤或外部环境时，即蒸发端的温度高于冷却端的温度时，液态蓄冷工质7通过热传导或对流的形式与位于蓄冷工质冷却地下冷却管盘换热单元8的底部的热管循环工质进行热交换，受热后的热管循环工质开始蒸发，此时蒸发端的压力高于冷却端的压力，在压力差的推动下，重力热管循环工质气体流向冷却段，到达冷却端的蒸汽与热管壁换热，管壁再将该热量通过外部的换热翅片传递给环境或土壤，而完成换热后的重力热管循环工质蒸汽最终冷却为液体，冷却后的液体由于重力的作用沿管壁流回蒸发端继续蒸发如此循环直到冷却端和蒸发端的温差小到无法推动蒸汽循环为止。然而，外部环境和土壤的温度高于蓄冷工质的温度时，即冷却端的温度高于蒸发端时，由于重力热管循环工质在重力的作用下聚集在重力热管的底部，因而无法构成循环，此时重力热管不工作，外部热量无法进入土壤和蓄冷工质内部，使得土壤和蓄冷工质的冷量与外部得到一个良好的隔绝。当地下冷却管盘换热单元5所释放的热量致使蓄冷工质的温度高于环境或土壤的温度时，重力热管就会开始上述的循环。
所述地源蓄冷装置进一步包括换热强化搅拌单元10，所述换热强化搅拌单元10位于所述液态蓄冷工质7中，用于增强换热蓄冷效果。在本实施例中，当外部对冷量需求大时可以启动热强化搅拌器10，以强化地下冷却管盘换热单元5与液态蓄冷工质7的热交换能力。
所述地源蓄冷装置进一步包括土壤冷却地下管盘换热单元9，所述土壤冷却地下冷却管盘换热单元9位于所述液态蓄冷工质7中且部分露于地上，用于将土壤所聚集的热量散发到外部环境。在本实施例中，同时所述土壤冷却地下冷却管盘换热单元9通过其本身的重力热管将外部热量隔绝起来。
本发明实施例的地源蓄冷装置利用了蓄冷工质的储热特性，引入液态高比热容的液态蓄冷工质7，提升单位空间的蓄冷能力，同时利用地下冷却管盘换热单元8的重力热管单向传热的特性，以及昼夜、夏冬的温度差异对蓄冷工质进行蓄冷，由于该地源蓄冷装置不抽取地下水，因而不存在地面下陷和水污染的问题；同时通过增加土壤冷却地下管盘换热单元9，使得土壤中聚集的热量及时高效的散发掉，避免了土壤温度的上升，不会对环境造成热污染和破毁；并且利用换热强化搅拌单元10可以在大负荷的情况下启动该装置，增强换热能力，以避免系统的不稳定。通过该地源蓄冷装置可以做为一种获取低廉冷源的装置，用该冷源作为空调和其他换热系统的冷凝端，可以提高空调等换热系统的效率，减小消耗的电能，实现了节能与低成本运作。整个装置结构简单，易于实现。
实施例三：
需要说明的是本发明地源蓄冷装置可以应用于各种换热系统，可以是空调、电信机房等。
请参考图3，是本发明实施例包括地源蓄冷装置的地源蓄冷系统结构示意图。所述系统，包括地源蓄冷装置23，所述地源蓄冷装置23的具体结构和实施例二的地源蓄冷装置相同。
所述系统进一步包括空调装置22和热设备21，
在本实施例中，所述热设备21可以是电子设备或通信设备等；
在本实施例中，所述空调装置22用于调解所述热设备21的温度；
在本实施例中，将地源蓄冷装置23作为空调装置22的冷凝器的冷却工质的来源。
在本实施例中，通过该实施方案，可以减低空调装置22的冷端温度，提升空调装置22的制冷效率，节省运行费用；同时该实施例中的地源蓄冷装置23不会对土壤造成热污染，并且可以利用液态蓄冷工质和强化换热搅拌器以增强单位空间的蓄冷能力和换热能力，以及提升负载突变时系统的稳定性。
实施例四：
本实施例以具体在电信机房的具体应用为例说明。
请参考图4，是本发明实施例地源蓄冷装置在电信机房中应用的系统结构示意图。所述系统包括电信机房11、机房空调装置12和地源蓄冷装置13，其中所述地源蓄冷装置13具体可以为实施例二中的地源蓄冷装置。
本实施例中将地源蓄冷装置13作为机房空调装置12冷凝器的冷却工质的来源。所述地源蓄冷装置13的具体结构和实施例二的地源蓄冷装置相同，通过该实施方案，可以减低机房空调装置12的冷端温度，提升空调装置的制冷效率，节省运行费用，同时该实施例中的地源蓄冷装置13不会对土壤造成热污染，并且可以利用液态蓄冷工质和强化换热搅拌器以增强单位空间的蓄冷能力和换热能力，以及提升负载突变时系统的稳定性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种地源蓄冷装置，其特征在于，包括液态蓄冷工质和地下冷却管盘换热单元，换热强化搅拌单元；
所述液态蓄冷工质位于地下土壤中，所述地下冷却管盘换热单元位于所述液态蓄冷工质中且部分露于地上，用于对所述蓄冷工质蓄冷；所述地下冷却管盘换热单元的重力热管管内抽成真空，并根据不同的应用环境注入不同类型的低沸点易挥发的工质；
所述换热强化搅拌单元位于所述液态蓄冷工质中，用于增强换热蓄冷效果。
2.根据权利要求1所述的地源蓄冷装置，其特征在于，还包括土壤冷却地下管盘换热单元，所述土壤冷却地下管盘换热单元位于所述液态蓄冷工质中且部分露于地上，用于将土壤所聚集的热量散发到外部环境。
3.根据权利要求2所述的地源蓄冷装置，其特征在于，所述土壤冷却地下管盘换热单元包括重力热管，用于将外部热量隔绝。
4.一种地源蓄冷系统，其特征在于，包括地源蓄冷装置，所述地源蓄冷装置包括液态蓄冷工质，地下冷却管盘换热单元和换热强化搅拌单元；
所述液态蓄冷工质位于地下土壤中，所述地下冷却管盘换热单元位于所述液态蓄冷工质中且部分露于地上，实现所述蓄冷工质的蓄冷；所述地下冷却管盘换热单元的重力热管管内抽成真空，并根据不同的应用环境注入不同类型的低沸点易挥发的工质；
所述换热强化搅拌单元位于所述液态蓄冷工质中，用于增强换热蓄冷效果。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述地源蓄冷装置还包括土壤冷却地下管盘换热单元，所述土壤冷却地下管盘换热单元位于所述液态蓄冷工质中且部分露于地上，用于将土壤所聚集的热量散发到外部环境。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括空调装 置，所述地源蓄冷装置作为所述空调装置的冷却工质的来源。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括热设备，所述空调装置用于调解所述热设备的温度。
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