CN101761998B - 围护结构内嵌管道式空调系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种围护结构内嵌管道式空调系统及其控制方法,属于一种利用可再生低品位能源的绿色空调领域。该空调系统包括:建筑热交换部分,蓄能部分,辅助冷源部分,辅助热源部分和动力输送部分。本发明通过在围护结构中内嵌管道扩大循环流体与围护结构的换热面积以实现在直接利用可再生低品位能时的低温差传热并获取大的换热量,在供冷/供热的同时实现热量/冷量的直接存储,以及通过辅助冷源部分及辅助热源部分实现可再生低品位能的捕捉并通过蓄能部分进行存储以进一步提高系统的供冷与供热能力。该空调系统能够充分利用可再生能源减低室外气候对室内环境的影响,从而达到大大减少甚至取消为满足室内舒适性要求对高品位能源的依赖。

Description

围护结构内嵌管道式空调系统及其控制方法

技术领域:

[0001] 本发明属于一种利用可再生低品位能源的绿色空调领域,具体涉及一种围护结构内嵌管道的空调系统及其控制方法。

背景技术:

[0002] 由于机械制冷技术的发展和生活标准的提高,以消耗高品位能源如电,燃气等的机械式舒适性空调系统的应用也越来越广泛。我国建筑运行能耗不断攀升,建筑运行能耗占社会总能耗的18. 8%。在过去的一段时间内,全球气候变暖、臭氧层的破坏以及矿物燃料的消耗量的增加等这些问题迫使社会和专家以及业界等认真思考如何有效地降低建筑能耗而继续满足人们对室内舒适度的要求并同时营造低碳排放的和谐社会。另一方面,虽然采用机械式空调系统可以减低室内的温度来满足室内人员的舒适性要求,但由于外围护结构受室外环境的影响,致使外围护结构内表面温度较高造成对室内人员明显的热辐射或冷辐射从而大大减少人体舒适性。在最近的几年内,很多研究者们把目光投向了低品位能源及可再生能源技术及应用以降低高品位能源的消耗、削减高峰电需求并减低能源成本。在建筑空调领域,可用的低品位能源技术包括夜间的通风冷却、蒸发冷却、冷凝冷却、以及利用太阳能、风能和地热能等。

[0003] 本发明是在这种背景下提出的,将可再生低品位能源的利用,建筑围护结构的形式及绿色空调系统集成在一起并提出相应的控制方法,不但可以大大减少对高品位能源的依赖还可以提高室内的热舒适性。该系统的发明是建设资源节约型与环境友好型社会的迫切需求。

发明内容:

[0004] 本发明的目的旨在提供一种可直接利用可再生低品位能源的方法,并设计可直接利用可再生低品位能源的围护结构内嵌管道式空调系统,及该系统的控制方法。

[0005] 本发明的空调系统包括:建筑热交换部分,即内嵌管道式外墙,内嵌管道式屋面, 管道用于循环流体(通常为水)的流动并与围护结构本体内部进行热交换;蓄能部分,包括:土壤或含水层,用于蓄冷或蓄热;辅助冷源部分,包括:冷却塔,直接利用室外较低的干球温度或湿球温度制取冷水以供土壤或含水层蓄冷;辅助热源部分,包括:太阳能集热器, 利用太阳能制取热水以供土壤或含水层蓄热;动力输送部分,包括水泵,提供循环流体在管道内流动的输运动力。

[0006] 一种围护结构内嵌管道式空调系统,包括:

[0007] 建筑热交换部分,通过其内嵌的管道内循环流体的流动与围护结构本体内部进行热交换;

[0008] 蓄能部分,用于蓄冷或蓄热;

[0009] 辅助冷源部分,以供蓄能部分蓄冷;

[0010] 辅助热源部分,以供蓄能部分蓄热;[0011] 动力输送部分,提供循环流体在管道内流动的输运动力。

[0012] 进一步地,所述的蓄能部分为土壤或含水层。

[0013] 进一步地,所述的辅助冷源部分为冷却塔,其利用室外较低的干球温度或湿球温度制取冷水以供蓄能部分蓄冷。

[0014] 进一步地,所述的辅助热源部分为太阳能集热器,利用太阳能制取热水以供蓄能部分蓄热。

[0015] 进一步地,所述的动力输送部分为水泵。

[0016] 进一步地,所述的建筑热交换部分为内嵌管道式外墙和/或内嵌管道式屋面。

[0017] 进一步地,根据不同地区的气候特点,该空调系统中可以不包括辅助冷源部分或辅助热源部分。

[0018] 一种上述任一权利要求所述的空调系统的控制方法,其通过控制器控制水泵的开启/停止来实现对空调系统的控制:

[0019] 在供冷季,测量的室外温度高于夏季供冷时室外的最低温度时,开启水泵向围护结构供冷;当测量的供回水干管的温差小于最小设定值时,水泵停止运行;

[0020] 在供热季,测量的室外温度低于冬季供热时室外的最高温度时,开启水泵向围护结构供热;当测量的供回水干管的温差小于最小设定值时,水泵停止运行。

[0021] 进一步地,

[0022] 在采用辅助冷源蓄冷的蓄冷季,测量的室外温度低于采用辅助冷源蓄冷时的室外最高温度设定值时开启水泵利用冷却塔向室外环境提取冷量并向土壤或含水层蓄冷;当测量的供回水干管的温差小于蓄冷时的最小设定值时,水泵停止运行;

[0023] 在采用辅助热源蓄热的蓄热季,根据天气确定水泵的开启与停止决定是否利用太阳能集热器向土壤或含水层蓄热;当测量的供回水干管的温差小于蓄热时的最小设定值时,水泵停止运行。

[0024] 本发明的内嵌管道式结构的优点在于直接利用围护结构的内嵌式管道与围护结构内部接触面积大的特点可以在管道流体与围护结构之间的低温差传热的条件下实现大的传热量。这为直接利用低品位能源的实现提供了重要的条件。

[0025] 本发明的围护结构内嵌管道式空调系统的优点在于室外环境作用于围护结构尚未形成室内冷或热负荷时就将围护结构内的热量或冷量直接带到土壤或含水层中。

[0026] 本发明的空调系统的特点还在于充分利用地源这一无穷大的蓄冷蓄热体充当建筑房间与室外气候的缓冲带,使用较少的水泵能耗使循环流体流动实现冷热量的转移,大大减少室外气候的变化对室内环境的影响。采用这种设计的建筑就犹如是建在地面上的 “窑洞”,可以充分利用低品位能,低的围护结构的内壁面温度还可以大大提高室内人员的舒适性。

[0027] 本发明的空调系统的特点还在于在非空调季或非采暖季充分利用地源这一天然的蓄冷蓄热体来通过太阳能集热器实现蓄热或通过冷却塔来收集自然冷量实现蓄冷以供供热季或空调季使用。

[0028] 在本发明的空调系统中涉及的冷却塔及太阳能热水器是常规的设备,市场上很容易获得,地埋管技术由于近年来地源热泵技术的发展及推广也得到很大的发展。在建筑结构中预埋管道也是常规的做法,比如室内供水管的预埋等。因此本发明提出的空调系统在技术上是完全可行的。

[0029] 本发明的空调系统的控制方法可以包括室外温度传感器,进入地埋管热交换器的供回水干管上装设温度传感器,控制预设值,及相应的序列控制及控制算法。

[0030] 建筑热交换部分的运行,冷却塔的运行及太阳能热水器的运行分别在控制器中设定的供冷季/供热季时间、采用辅助冷源蓄冷的蓄冷季时间、采用辅助热源蓄热的蓄热季时间内运行。

[0031] 在供冷/供热季,根据测量的供回水干管的温差与相应的设定值相比较来确定水泵运行是否有意义;如果供回水干管的温差太小说明换热量太少,这时可以停止水泵的运行,避免不必要的高品位能的消耗。

[0032] 在采用辅助冷源蓄冷的蓄冷季,当测量的供回水干管的温差小于蓄冷时的最小设定值时,水泵也要停止运行;如果地埋管的出水管的温度低于供水管的温度,说明是在灌热而不是灌冷,系统也需要停止运行。

[0033] 在采用辅助热源蓄热的蓄热季,当测量的供回水干管的温差小于蓄热时的最小设定值时,水泵也要停止运行;如果地埋管的出水管的温度高于供水管的温度,说明是在灌冷而不是灌热,系统也需要停止运行。

[0034] 如果该技术得到应用,可以大大的提高可再生低品位能源的利用并降低建筑运行能耗,及大大降低为维持建筑热舒适性对高品位能源的依赖,同时也可以大大提高建筑室内的热舒适性。对于房地产公司来讲,通过设计,建造新型围护结构并可以充分利用可再生低品位能源,可以大大提高室内环境的热舒适性,更重要的是可以大大提高公司的社会责任形象及市场营销的竞争力。

附图说明:

[0035] 本发明包括的附图用来提供对本发明的进一步的理解,结合在本申请中并构成本申请的一部分。

[0036] 图1为本发明的围护结构内嵌管道式空调系统的示意图;

[0037] 图2为本发明的围护结构内嵌管道的一种布置方式,即往复式管道布置方式;

[0038] 图3为本发明的围护结构内嵌管道的另一种布置方式,即并排同程式管道布置方式;

[0039] 图4为本发明的围护结构内嵌管道式空调系统的另一实施例的示意图,即不设置辅助冷源措施,只设置辅助热源措施,适合用于夏凉冬冷地区;

[0040] 图5为本发明利用可再生能源的围护结构内嵌管道式空调系统的又一实施例的示意图,即不设置辅助热源措施,只设置辅助冷源措施,适合用于夏热冬暖地区。

具体实施方式:

[0041] 下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明。

[0042] 实施例1 :

[0043] 如图1所示,本发明的利用可再生能源的围护结构内嵌管道式空调系统适合用于夏热冬冷地区。该系统包括建筑热交换部分1,蓄能部分2,辅助冷源部分3,辅助热源部分 4及动力输送部分22。[0044] 在供热季时间里,当测量的室外温度19低于冬季供热时室外的最高温度时,阀门 13与14打开,其它阀门32,33,42,43关闭,动力输送部分22(—般为水泵)开启,向围护结构内的管道11与12提供高于室外环境温度的水,减少室内向室外的散热,起到抵御寒冷的作用,散热降了温的循环流体(通常为水)通过地埋管热交换器21降低土壤或含水层2温度。如果测量的供水干管的温度23比回水干管的温度M低,则循环流体从围护结构中吸热,达不到放热的目的,动力输送部分停止运行。如果测量的供水干管的温度23与回水干管的温度M的差小于相应的设定值,说明循环流体向围护结构的放热量很小,水泵停止运行。

[0045] 在供热季结束后,进入采用辅助冷源蓄冷的蓄冷季(为冬末春初)。测量的室外温度19低于使用辅助冷源蓄冷时的室外最高温度设定值时,阀门32与33打开,其它阀门 13,14,42,43关闭,动力输送部分22开启,利用冷却塔31向土壤或含水层2灌冷。如果测量的供水干管的温度23比回水干管的温度M低,则循环流体(通常为水)从土壤或含水层2中排热,达不到蓄冷的目的,动力输送部分停止运行。如果测量的供水干管的温度23 与回水干管的温度M的差小于相应的设定值,说明循环流体通过冷却塔向室外环境的排热量很小,即向土壤或含水层2的灌冷量很小,水泵停止运行。蓄冷季结束时,蓄冷体的温度2较低,为夏天的供冷做好准备。

[0046] 在夏天供冷季时间里,当测量的室外温度19高于夏季供冷时室外的最低温度时, 阀门13与14打开,其它阀门32,33,42,43关闭,动力输送部分22开启,向围护结构内的管道11与12提供低于室外环境温度的水,吸收围护结构内的热量,起到抵御室外炎热的作用,吸热升了温的循环水通过地埋管热交换器21提高土壤或含水层温度2。如果测量的供水干管的温度23比回水干管的温度M高,则循环流体(通常为水)向围护结构放热,达不到吸热的目的,动力输送部分停止运行。如果测量的回水干管的温度M与供水干管的温度 23的差小于相应的设定值,说明循环流体从围护结构中吸收的热量很小,水泵停止运行。

[0047] 在供冷季结束后,进入采用辅助热源蓄热的蓄热季(通常为秋天)。当为晴天时, 阀门42与43打开,其它阀门13,14,32,33关闭,动力输送部分22开启,利用太阳能集热器 41收集太阳能向土壤或含水层2灌热。如果测量的回水干管的温度M与供水干管的温度 23的差小于相应的设定值,说明循环流体通过太阳能集热器41收集的太阳能太小,即向土壤或含水层2的灌热量很小,动力输送部分停止运行。蓄热季结束时,蓄热部分2的温度较高,为冬天的供热做好准备。

[0048] 实施例2 :

[0049] 如图4所示,本实施例是将实施例1的系统中的辅助冷源部分取消后得到的变种系统,适合用于夏凉冬冷地区,即夏天不需要供冷,冬天需要供热的地区。该系统包括建筑热交换部分1,蓄能部分2,辅助热源部分4及动力输送部分22。在冬天的供热季节里系统的运行模式与实施例1的供热运行模式一样。在秋天的采用辅助热源蓄热的蓄热季的运行模式与实施例1的蓄热运行模式一样。本系统没有夏天供冷模式及采用辅助冷源蓄冷的蓄冷运行模式。

[0050] 实施例3 :

[0051] 如图5所示,本实施例是将实施例1的系统中的辅助热源部分取消后得到的变种系统,适合用于夏热冬暖地区,即夏天需要供冷,冬天不需要供热的地区。该系统包括建筑热交换部分1,蓄能部分2,辅助冷源部分3及动力输送部分22。在夏天的供冷季节里系统的运行模式与实施例1的供冷运行模式一样。在冬天及/或春天的采用辅助冷源蓄冷的蓄冷季的运行模式与实施例1的蓄冷运行模式一样。本系统没有冬天供热模式及采用辅助热源蓄热的蓄热运行模式。

Claims (9)

1. 一种围护结构内嵌管道式空调系统,包括:建筑热交换部分,通过其内嵌的管道内的循环流体的流动与围护结构本体内部进行热交换;蓄能部分,用于蓄冷或蓄热;辅助冷源部分,以供蓄能部分蓄冷;辅助热源部分,以供蓄能部分蓄热;动力输送部分,提供所述循环流体在管道内流动的输送动力。
2.根据权利要求1所述的空调系统,其特征在于,所述的蓄能部分为土壤或含水层。
3.根据权利要求1或2所述的空调系统,其特征在于,所述的辅助冷源部分为冷却塔, 其利用室外较低的干球温度或湿球温度制取冷水以供蓄能部分蓄冷。
4.根据权利要求1或2所述的空调系统,其特征在于,所述的辅助热源部分为太阳能集热器,其利用太阳能制取热水以供蓄能部分蓄热。
5.根据权利要求1或2所述的空调系统,其特征在于,所述的动力输送部分为水泵。
6.根据权利要求1或2所述的空调系统,其特征在于,所述的建筑热交换部分为内嵌管道式外墙和/或内嵌管道式屋面。
7.根据权利要求1或2所述的空调系统,其特征在于,根据不同地区的气候特点,该空调系统中可以不包括辅助冷源部分或辅助热源部分。
8. —种对上述任一权利要求所述的空调系统进行控制的控制方法,其通过控制器控制水泵的开启/停止来实现对空调系统的控制:在供冷季,测量的室外温度高于夏季供冷时室外的最低温度时,开启水泵向围护结构供冷;当测量的供回水干管的温差小于最小设定值时,水泵停止运行;在供热季,测量的室外温度低于冬季供热时室外的最高温度时,开启水泵向围护结构供热;当测量的供回水干管的温差小于所述最小设定值时,水泵停止运行。
9.根据权利要求8所述的控制方法,其特征在于:在采用辅助冷源蓄冷的蓄冷季,测量的室外温度低于采用辅助冷源蓄冷时的室外最高温度设定值时,开启水泵利用冷却塔向室外环境提取冷量并向土壤或含水层蓄冷;当测量的供回水干管的温差小于蓄冷时的最小设定值时,水泵停止运行;在采用辅助热源蓄热的蓄热季,根据天气确定水泵的开启与停止决定是否利用太阳能集热器向土壤或含水层蓄热;当测量的供回水干管的温差小于蓄热时的最小设定值时,水泵停止运行。
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