CN102425833A - 住宅地道风降温系统及其运行控制方法 - Google Patents

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雷勇
张静红
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一种住宅地道风降温系统，包括室内侧和室外侧两部分，室外侧是指新鲜空气、部分新风+回风的混合空气从土壤中取冷过程中涉及的系统结构，室内侧是指经地道处理后的空气在室内释冷过程中涉及的系统结构，室内侧和室外侧相连形成流通的地道风降温系统。采用置换通风的末端形式结合地道风降温，提高了室内的舒适度。土壤-空气换热埋管可布置在建筑地基范围内，从而降低了系统初投资、提高了系统运行效率并扩大了应用范围；冷凝水排除和地道清扫装置提高了室内空气品质；本发明还提出了该系统的运行控制方法，优化了地道风降温系统的季节运行控制策略，提高了系统能效系数，使得系统运行更加可靠、节能。

Description

住宅地道风降温系统及其运行控制方法
技术领域
本发明属于建筑通风降温节能技术领域，具体涉及的是地道风降温系统及其运行控制方法，特别是一种低投资、高能效提高住宅建筑舒适性的降温系统及其运行方式。
背景技术
地道风降温技术是一种通过地埋管道将空气与土壤进行热交换进而达到降温目的的建筑节能技术。一方面，利用土壤的蓄冷特性，将土壤作为天然冷源为住宅供冷；另一方面，与传统空调相比，系统能效系数(COP)大大提高。基于低投入、高能效的特点，地道风降温系统应用于住宅空调领域中具有较高的节能潜力和经济效益，有其研究推广的现实意义。
另一方面，现有地道风降温技术在应用过程中存在一系列的问题，例如：(1)凝结水排除问题。空气在地道中的降温处理过程是干工况和湿工况相结合的过程，势必在地道内形成凝结水。少量的凝结水是有助于空气和土壤的换热，但是长期积蓄过多，地道内易生菌、发霉，影响空气品质；(2)地道清扫问题。开式的地道易招引虫、鼠，地道长期使用易积灰积尘，影响空气品质；(3)地道埋管选址问题；对于既有建筑，在建筑周围空余地埋设地埋管道，增加了埋管成本；(4)地道风降温系统运行控制方式。
为降低系统能耗、实现更好的节能，开发合理的地道风降温系统及其运行控制方式成为客观存在的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于一种住宅地道风降温系统及其运行控制方法，解决现有技术中存在的上述问题。
为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：
一种住宅地道风降温系统，包括室内侧和室外侧两部分，
室外侧是指新鲜空气、部分新风+回风的混合空气从土壤中取冷过程中涉及的系统结构，
室内侧是指经地道处理后的空气在室内释冷过程中涉及的系统结构，室内侧和室外侧相连形成流通的地道风降温系统。其中：
室外侧主要包括混风井、进风风机、进风段竖直埋管、土壤-空气换热埋管、出风段竖直埋管和送风井等，其依次连通构成了室外侧，涉及空气经地道降温处理的全过程。
室内侧主要包括送风口和回风口。末端送风形式采用置换通风，即送风口出风速度不高于0.5m/s，送风口安装高度距地面不高于1.2m，通过扩大送风面积，来实现降低风速，均匀送风的目的。利用置换通风这种高舒适性的空调系统形式不仅提高室内空气品质，还在满足人体舒适性要求下降低系统能耗。回风口设置于室内高处，优选设置于室内最高点。
同时可在新风管末端安装防虫罩，避免虫、鼠进入地道，保持地道内整洁以提高送风品质。
室内侧送风管和清扫管接进送风井内，通过调节清扫管上的插板阀的开或闭以控制清扫模式。
当地道由于长期运行或长期停滞，在开启地道风通风降温系统前需对地道进行清理。关闭室内侧的送风蝶阀和回风蝶阀，打开吹扫管上的插板阀，开启进风风机进行吹扫，待清扫完毕后关闭插板阀，再开启地道风降温系统，保持地道的整洁以提高送风空气品质。
土壤-空气换热埋管的埋管方式可采用直埋管或是U型盘管方式。水平埋管以1％的坡度坡向最低点的积水槽，可设置水位探头测试积水槽内水位，槽顶焊接的抽水管连接至送风井，便于利用水泵定期排除地道内冷凝水。
室内侧的回风管和新风管接进混风井内，新风和回风在混风井内混合，实现了全新风和部分新风两种运行控制模式，有效降低了系统运行能耗。
根据室外气温的变化，通过转换地道风降温系统的运行控制方法，减少系统的运行能耗，以此来提高系统的性能系数(COP)。
所述的运行控制方法包括全新风和部分新风两种运行模式：
A：全新风运行模式
当室外气温低于32℃且室内有降温需求时，采用全新风地道风降温模式，关闭室内回风，即关闭回风管上蝶阀，地道处理的空气全部来自室外空气，处理后经置换风口送入室内，同时开启室内门窗排出。
B：部分新风运行模式
当室外气温高于32℃时，室内需要降温，采用部分新风+回风的地道风降温模式，即将10～15％的新风与85～90％室内回风混合后送入地道内，冷却降温后经由置换风口送入室内，同时关闭室内门窗。
两种模式的切换都可通过手动控制，用户可以根据自身热舒适感调节运行模式。从控制手段上减少该系统的能耗，实现系统的节能控制。
运用本发明时，为尽可能减少投入成本，对于新建建筑可采用与建筑地基相结合的方式；对于既有建筑为减少地道的施工工程量，需要优化地道降温系统的设计，采用合理的地道截面尺寸、埋管方式、选材材质和风速，减少地道长度，有效降低投入成本，扩大地道风降温系统的应用范围。
由于采用了上述方案，现有技术中地道风降温系统应用中存在的问题，在本发明中都得到了解决。
本发明从系统设计最优化和经济效益最大化出发，将地道风降温技术应用于住宅建筑，并设计冷凝水排除和地道清扫装置方案、结合地道风降温系统和置换通风的末端形式、优化地道风降温系统的全年运行控制策略、提出地道结合建筑地基结构安装的新思路，有效解决住宅夏季通风降温、地道风降温系统空气品质差和热舒适性低等问题。所提出的地道风降温系统的全年运行控制方法，大大降低了系统能耗并提高了系统能效系数(COP)，使整个系统从设计到运行都实现了节能、环保的目的。所提出的地道结合建筑地基结构安装的新思路，降低了系统初投资，扩大了系统应用范围。
附图说明
图1是本发明实施例住宅地道降温系统结构示意图。
图2是图1所示实施例中的混风井部分的结构示意图。
图3是图1所示实施例中的送风井部分的结构示意图。
图4是图1所示实施例中的积水槽结构示意图。
图1中：1-混风井，2-进风风机，3-进风段竖直埋管，4-土壤-空气换热埋管，5-积水槽，6-出风段竖直埋管，7-送风井，9-送风口，10-回风口，11-回风管。
图2中：12-回风管上蝶阀，13-新风管，14-手动多叶对开调节阀，15-防虫罩。
图3中：8-送风管上蝶阀，16-清扫管，17-插板阀，18-抽水口，19-抽水管，20-送风管。
图4中：19-抽水管，21-抽水水泵。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明中的住宅地道风降温系统是由室内侧和室外侧两个部分组成。
室外侧是指新鲜空气、部分新风+回风的混合空气从土壤中取冷过程中相关的系统结构，主要包括混风井1、进风风机2、进风段竖直埋管3、土壤-空气换热埋管4、出风段竖直埋管6和送风井7六部分。这六部分依次连通构成了室外侧，涉及空气经地道降温处理的全过程。
室内侧是指经地道降温处理后的空气在室内释冷过程中相关的系统结构，主要包括送风口9和回风口10。回风口9安装高度距地面不高于1.2m。回风口10设置于室内高处，优选设置于室内最高点。末端送风形式采用置换通风，即送风口9，出风速度不高于0.5m/s，通过扩大送风面积，来实现降低风速，均匀送风的目的。利用置换通风这种高舒适性的空调系统形式不仅提高室内空气品质，还在满足人体舒适性要求下降低系统能耗。
在混风井口设置有新风管13，其与室内侧的回风管11在混风井内与室外侧的竖直进风埋管3相连。
地道风降温系统室内侧的回风管11和新风管13接进混风井1内，混风井1与进风风机2相连，而后连接到地下埋管，依次为进风段竖直埋管3、土壤-空气换热埋管4、积水槽5和出风段竖直埋管6，出风段竖直埋管6、清扫管16和送风管20接进送风井内，送风管20与末端送风口9相连。回风口10置于室内高处，优选室内最高点。与回风管11相连。其中新风管13处接有手动多叶对开调节阀14和防虫罩15。积水槽5顶部焊有抽水管19连至送风井7。清扫管16处接有插板阀17。
本发明中用混风井1替代原有取风口，实现了全新风和部分新风两种运行模式，有效降低了系统运行能耗。
本发明中在土壤-空气换热埋管4的最低点设置了积水槽5，用于收集空气降温处理过程中出现的冷凝水，在槽内安装水位探头(简明起见，图中未画出)，并在槽顶焊接抽水管19，定期用水泵(简明起见，图中未画出)抽水，很好解决了冷凝水排除问题，提高了送风空气品质。
本发明中在新风管13设置了防虫罩，避免虫、鼠进入地道。在地道出风口处旁通一路吹扫管16。当地道由于长期运行或长期停滞，在开启地道风通风降温系统前需对地道进行清理，关闭室内侧的送风蝶阀8和回风蝶阀12，打开吹扫口处的插板阀17，开启进风风机2进行吹扫，清扫完毕后再开启地道风降温系统，这样可保持地道的整洁并提高送风空气品质。
本发明中提出地道结合建筑地基安装的新思路。对于既有建筑，只能在建筑周围空余地埋设地埋管道，增加了挖土回填的成本。但是对于新建建筑，将地道结合建筑地基结构安装，可有效降低投入成本，扩大地道风降温系统的应用范围。
同时可在新风管13末端安装防虫罩15，避免虫、鼠进入地道，保持地道内整洁以提高送风品质。
室内侧送风管20和清扫管16接进送风井内，通过调节清扫管16上的插板阀17的开或闭以控制清扫模式。
当地道由于长期运行或长期停滞，在开启地道风通风降温系统前需对地道进行清理。关闭室内侧的送风蝶阀8和回风蝶阀12，打开吹扫管上的插板阀17，开启进风风机2进行吹扫，待清扫完毕后关闭插板阀17，再开启地道风降温系统，保持地道的整洁以提高送风空气品质。
土壤-空气换热埋管的埋管方式可采用直埋管或是U型盘管方式。水平埋管以1％的坡度坡向最低点的积水槽，槽顶焊接的抽水管19连接至送风井7，便于利用水泵21定期排除地道内冷凝水。
根据室外气温的变化，通过转换地道风降温系统的运行模式，减少系统的运行能耗，以此来提高系统的性能系数(COP)。该系统有两种运行模式，其中：
A：全新风运行模式
当室外气温低于32℃且室内有降温需求时，采用全新风地道风降温模式，地道处理的空气全部来自室外空气，关闭回风管上蝶阀12，打开新风管上手动多叶对开调节阀14和打开地道进风风机2。空气经地道处理后经送风口送入室内，打开送风管上蝶阀8，同时开启室内门窗排出。清扫管上的插板阀17始终保持关闭状态。
B：部分新风运行模式
当室外气温高于32℃时，室内需要降温，采用部分新风+回风的地道风降温模式，即将10～15％的新风与85～90％的室内回风混合后送入地道内，调节回风管上蝶阀12和新风管上的手动多叶对开调节阀14，同时开启进风风机2。空气经地道冷却降温后经由送风口9送入室内，打开送风管上蝶阀8，同时关闭室内门窗。清扫管上的插板阀17始终保持关闭状态。
两种模式的切换都可通过手动控制，用户可以根据自身热舒适感调节运行模式。从控制手段上减少该系统的能耗，实现系统的节能控制。
运用本发明时，为尽可能减少投入成本，对于新建建筑可采用与建筑地基相结合的方式；对于既有建筑为减少地道的施工工程量，需要优化地道降温系统的设计，采用合理的地道截面尺寸、埋管方式、选材材质和风速，减少地道长度，有效降低投入成本，扩大地道风降温系统的应用范围，此不赘述。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种住宅地道风降温系统，其特征在于：包括室内侧和室外侧两部分；
室外侧是指新鲜空气、部分新风+回风的混合空气从土壤中取冷过程中涉及的系统结构，室内侧是指经地道处理后的空气在室内释冷过程中涉及的系统结构，室内侧和室外侧相连形成流通的地道风降温系统。
2.根据权利要求1所述的住宅地道风降温系统，其特征在于：所述室内侧包括送风口(9)、回风口(10)、送风管(20)、回风管(11)；室外侧包括混风井(1)、进风风机(2)、进风段埋管(3)、土壤-空气换热埋管(4)、积水槽(5)、出风段埋管(6)、送风井(7)，室外侧的埋管依次连接；室内侧的回风管(11)在混风井内与室外侧的竖直进风埋管(3)相连；室内侧的送风管(20)与吹扫管(16)在出风井内与室外侧的竖直出风埋管(7)相连。
3.根据权利要求1所述的住宅地道风降温系统，其特征在于：在混风井口设置有新风管(13)，其与室内侧的回风管(11)在混风井内与室外侧的竖直进风埋管(3)相连。
4.根据权利要求2所述的住宅地道风降温系统，其特征在于：送风口(9)，采用置换通风的方式，出风速度不高于0.5m/s，送风口(9)安装高度距地面不高于1.2m。
5.根据权利要求2所述的住宅地道风降温系统，其特征在于：回风口(10)的安装位置位于室内最高点。
6.根据权利要求2所述的住宅地道风降温系统，其特征在于：混风井(1)采用混凝土砖砌结构，新风和回风在混风井内混合；其中新风管(13)上装有多叶调节阀(14)用于调节新风风量、末端上装有防虫罩(15)用于防止虫、鼠进入地道；或/和，回风管(11)上装有蝶阀(12)用于调节回风风量；或/和，进风风机(2)为离心式风机。
7.根据权利要求2所述的住宅地道风降温系统，其特征在于：土壤-空气换热埋管(4)的管材为导热性能良好的PVC管或防腐防锈钢管；或/和，单管串联埋管总长度一般不超过40m；或/和，以1％的坡度坡向积水槽(5)；或/和，埋管形式采用直埋管或U型盘管，管道连接采用卡箍形式。
8.根据权利要求2所述的住宅地道风降温系统，其特征在于：积水槽(5)布置在水平埋管的最低点；或/和，埋管材料选用钢板，与水平埋管采用焊接方式连接；或/和，积水槽顶部焊有钢管通至地面，用于抽走地道内的冷凝水；所述钢管优选DN32镀锌钢管，。
9.根据权利要求2所述的住宅地道风降温系统，其特征在于：送风井(7)采用混凝土砖砌结构，送风管(20)、吹扫管(16)接至送风井；其中送风管(20)上装有蝶阀(8)，用于控制送风风量；吹扫管(16)末端上装有插板阀(17)。
10.权利要求1至9中任一所述的地道风降温系统的运行控制方法，其特征在于：包括全新风地道风降温系统运行模式和部分新风地道风降温系统运行模式：
(1)全新风地道风降温系统运行模式
当室外气温低于32℃时，关闭回风管上蝶阀(12)，打开新风管上手动多叶对开调节阀(14)、进风风机(2)、回风管上蝶阀(8)；根据室内负荷需求情况，通过调节手动多叶对开调节阀(14)和进风风机(2)控制风量大小；
(2)部分新风地道风降温系统运行模式
当室外气温高于32℃，开启回风管上蝶阀(12)，打开新风管上手动多叶对开调节阀(14)、进风风机(2)、回风管上蝶阀(8)；根据室内负荷需求情况，通过调节手动多叶对开调节阀(14)和进风风机(2)控制风量大小。
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