CN103216899A

CN103216899A - 一种以浅层地源为冷源的低温差水力辐射制冷系统

Info

Publication number: CN103216899A
Application number: CN2013101511298A
Authority: CN
Inventors: 陈康生
Original assignee: 王春梅
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2013-07-24

Abstract

本发明涉及一种低温差水力辐射制冷系统，特别是涉及一种以浅层地源为冷源的低温差水力辐射制冷系统。所述系统包括末端管网、末端集分水器、末端循环泵、地源循环泵、地源集分水器及地源换热器；所述末端管网按照设计要求进行铺设，所述末端管网、末端集分水器、末端循环泵、地源循环泵、地源集分水器及地源换热器之间形成循环回路；所述地源换热器埋设于浅层地源中。本发明系统简洁，维护费用低。极大地降低能耗，运行费用极低。

Description

一种以浅层地源为冷源的低温差水力辐射制冷系统

技术领域

本发明涉及一种低温差水力辐射制冷系统，特别是涉及一种以浅层地源为冷源的低温差水力辐射制冷系统。

背景技术

本发明中，涉及的技术术语及其解释如下：

水力辐射：指在建筑物的地板、墙面、天花板中，按一定的方式铺设水管网，以闭路水循环方式，以辐射为主进行热传播。

低温差：指进入管网的水温和从管网返回的水温之间的温度差值很小。

制冷：通过管网水循环，将建筑物内的热吸收并带走，达到对室内降温目的。

地源：地表以下浅层蕴藏的可再生能源。

室内结露：是建筑物内表面温度低于室内空气水分达到饱和蒸汽压的温度，导致水气在建筑物内表面凝结。

末端：由集分水器、换热管网和覆盖层(通常是混凝土)组成，将地暖管安装在地板、墙、天花板中的。

地源管换热器：由采集地源的专用聚乙稀管(如 PE 100)埋入地层中，通过闭路水循环与地层进行热交换。可以是多个环路。

现有技术中，存在如下缺陷：国内已在冬季广泛采用地暖-水力辐射供暖，但在夏季，仍然以对流方式(如空调、新风系统)为主。夏季能耗大。而且采用对流方式的舒适性差，与冬季的地暖供暖方式形成强烈的反差。同时，地暖+空调(或新风)有两套独立的末端，一个系统中有两个末端是重复投资。系统末端不能和可再生能源直接对接，是不可持续的。

现有技术中，将低温差水力辐射与地源结合制冷技术，在国内是空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

（1）解决低温差水力辐射与地源结合制冷的技术问题。

（2）解决水力辐射制冷过程中建筑物内表面结露问题。

本发明的技术方案如下：

一种以浅层地源为冷源的低温差水力辐射制冷系统，所述系统包括末端管网、末端集分水器、末端循环泵、地源循环泵、地源集分水器及地源换热器；所述末端管网按照设计要求进行铺设，所述末端管网、末端集分水器、末端循环泵、地源循环泵、地源集分水器及地源换热器之间形成循环回路；

其特征在于：

所述地源换热器埋设于浅层地源中。

进一步的，所述地源换热器埋设于浅层土壤、湖泊或河流中，与末端管网直接对接。

进一步的，所述地源换热器采用水平埋管，深度在地表以下1.5-1.8 m。

进一步的，所述地源换热器采用垂直埋管，将U型地源管放入60-120m 的井中，用回填料将U型地源管与井壁之间的空隙填满。

进一步的，所述循环回路中，进入地源换热器为来自室内的23-26 oC循环水，使循环水的温度降低2-3 oC，即20-22 oC温度的水再进入室内末端管网循环。

进一步的，还包括一个水力分离器，所述水力分离器安装在主环回路和次环回路之间，主环路和次环路各自的流量相互独立，互不影响，即在同一连通管汇中，实现各个环路之间的水力分离。

进一步的，所述系统循环回路上还安装有补水阀及膨胀罐，补水阀连接膨胀罐，补水阀给系统及时补充消耗的水量，膨胀罐维持设定的系统压力恒定不变。

其特征在于：

所述地源换热器埋设于湖泊或河流中，与末端管网直接对接。

本发明的有益效果是：

以大于产生露点温度(1 oC或以上)，作为末端管网系统的进水温

度，以2~3 oC的进、回水温差作为流量设计的依据，直接利用浅层(地层温度低于20 oC)可再生能源作为冷源，不使用地源热泵或其他设备，不间断水循环，吸收建筑物室内的热，并将热量带到浅层土壤、地层中，具有如下的优点：

（1）冬季和夏季都使用水力辐射系统。

（2）夏季和冬季的舒适度一样，贴近自然的冬暖夏凉环境。

（3）与可再生地源直接对接，绿色、环保和可持续。

（4）一套末端，节省投资。

（5）系统简洁，维护费用低。

（6）极大地降低能耗，运行费用极低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。图中分别是：末端管网1、末端集分水器2、末端循环泵3、地源循环泵4、地源集分水器5、地源换热器6、补水阀7、膨胀罐8、水力分离器9。箭头方向为本系统中循环水的流动方向。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明一种以浅层地源为冷源的低温差水力辐射制冷系统，包括末端管网1、末端集分水器2、末端循环泵3、地源循环泵4、地源集分水器5及地源换热器6。末端管网按照设计要求进行铺设，通常包括换热管网和覆盖层(通常是混凝土)组成，将地暖管安装在地板、墙、天花板中。末端管网、末端集分水器、末端循环泵、地源循环泵、地源集分水器及地源换热器之间形成循环回路。地源换热器由采集地源的专用聚乙稀管(如 PE 100)埋入地层中，通过闭路水循环与地层进行热交换。可以是多个环路。本发明中，地源换热器埋设于浅层地源中。浅层地源是一种可再生的能源，通常温度 < 20 oC，直接使用这个温度场作为冷源，制冷能量消耗极低，趋近零能耗。末端管网：按照制冷管网要求铺设，并要有足够的蓄热层厚度，同一个分水器的多个环路做到水力平衡。循环泵：要根据每个环路的水力特征曲线选择循环泵的杨程和流量。根据公式：Q = k * f * Δt 。本设计是低温差，因此，环路的流量要大，才能满足制冷负荷的要求。

地源换热器--浅层地源的采集方法有：

(1) 水平埋管，将地源管埋人地表以下1.5~1.8 m 深，根据设计冷

负荷，确定埋管的管径、环路数、长度等。

(2) 垂直埋管，将”U”型地源管放入60~120m 的井中，用回填料

将管与井壁之间的空隙填满。根据设计冷负荷，确定埋管的管径、钻井数量、深度等。

本发明的循环回路中，进入地源换热器为来自室内的23-26oC循环水，使循环水的温度降低2-3oC，即20-22oC温度的水再进入室内末端管网循环。

作为一种优选的实施方式，本发明还包括一个水力分离器，

所述水力分离器安装在主环回路和次环回路之间，主环路和次环路各自的流量相互独立，互不影响，即在同一连通管汇中，实现各个环路之间的水力分离。

水力分离器的作用：

(1)混水：把地源循环泵与末端循环泵的流量进行配置，确保系

统末端的进水温度高于产生室内结露的温度值，从而避免冷凝产生。

(2)使末端循环泵之间产生水力分离，确保各个末端分水器在低温

差(2-3 oC)情况下，有足够的流量。

系统循环回路上还安装有补水阀7及膨胀罐8，补水阀连接膨胀罐，补水阀给系统及时补充消耗的水量，膨胀罐维持设定的系统压力恒定不变。

夏季制冷工况：当系统的全部循环泵开启后，末端管网回水通过

水力分离器，由地源循环泵送入地源换热器，将热量释放给地层；与地层热交换后的水经过水力分离器，由各个末端循环泵送到末端分水器，进入末端管网，吸收室内热量。这样周而复始，不断大循环将室内热量带到地下，将夏季室内温度降到设计温度(26~28 oC)。

夏季制冷能耗：由于系统设计避免了冷凝，即在非冷凝温度工作

区运行，因此，系统实现全辐射制冷，无空调机或新风机，没有热泵，唯一能耗是电能，即循环泵的耗电。在室内相对湿度RH 60% 以上的情况下，用除湿机以降低湿度。

夏季制冷能耗 = 循环泵和除湿机的耗电量 ≈ 2 W / m2。

实现方案--常州市天目地源#1工程：工程位于冬冷夏热、相对湿度较高的长江下游·江苏常州地区。建筑面积260m2, 3层，5m挑高。120m2草坪。设计时间：2009年9月- 2011年8月。工程施工时间: 2011年9月-2012年9月。工程设计，设备、材料选型和工程监理均由技术的发明人独立完成。工程在建筑物节能的基础上，实现了低温差水力辐射与地源结合夏季制冷。

Claims

1.一种以浅层地源为冷源的低温差水力辐射制冷系统，所述系统包括末端管网、末端集分水器、末端循环泵、地源循环泵、地源集分水器及地源换热器；所述末端管网按照设计要求进行铺设，所述末端管网、末端集分水器、末端循环泵、地源循环泵、地源集分水器及地源换热器之间形成循环回路；

其特征在于：

所述地源换热器埋设于浅层地源中。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述地源换热器埋设于浅层土壤、湖泊或河流中，与末端管网直接对接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述地源换热器埋设于浅层土壤中，采用水平埋管，深度在地表以下1.5-1.8 m。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述地源换热器埋设于浅层土壤中，采用垂直埋管，将U型地源管放入60-120m 的井中，用回填料将U型地源管与井壁之间的空隙填满。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述循环回路中，进入地源换热器为来自室内的23-26 oC循环水，使循环水的温度降低2-3 oC，即20-22 oC温度的水再进入室内末端管网循环。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

还包括一个水力分离器，所述水力分离器安装在主环回路和次环回路之间，主环路和次环路各自的流量相互独立，互不影响，即在同一连通管汇中，实现各个环路之间的水力分离。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述系统循环回路上还安装有补水阀及膨胀罐，补水阀连接膨胀罐，补水阀给系统及时补充消耗的水量，膨胀罐维持设定的系统压力恒定不变。