CN105737308B - 新风预处理地热交换系统 - Google Patents

Abstract

一种新风预处理地热交换系统，它包括通过通风管路连通的室外新风取风部分、地热交换部分和室内新风处理部分三部分，其特征是室外新风取风部分设置于地上，室外新风取风部分包括自上而下依次布置且连通的新风口，粗效过滤装置，中效过滤装置，静电除尘装置，固体除湿装置；地热交换部分包括地埋管，设置于地埋管上的温度测点、气动清洗装置预留口和流量测点；室内新风处理部分包括新风机组，排水管，新风阀门、静压箱，新风管道。

Description

新风预处理地热交换系统

技术领域

本发明涉及一种地热交换系统，尤其涉及一种新风预处理地热交换系统。

背景技术

现有技术中有一种地埋管式节能换气系统，其尚未解决的问题主要有：

1、原专利室外新风先通过地埋管进入室内，在室内新风机组入口处设置过滤装置，而在室外新风取风口处未设置过滤和集尘装置。由于国内室外空气污染较严重，如果室外新风未经处理直接进入地埋通风管道，势必会造成地埋通风管道的集尘和微生物在管内滋生。这样通过地埋管处理的新风会成为一种新的污染源，进入室内会恶化室内空气品质。

2、原专利对地埋通风管道材质、埋深、管长、坡度、风速等技术指标的设置缺乏详细的计算方法。而这些指标直接与系统换热效果密切相关，如果不确定这些技术指标，系统难以进行设计和定量分析，不能真正的指导设计。

3、原专利对于夏季运行，管壁内产生凝结水是通过自流汇集到集水井坑中集中排出。而实际工程中，由于凝结水量与室外气象条件、送风量大小和地热交换器降温效果有密切关系，存在凝结水量比较小，不能汇集，贴附在管壁上，无法排出的可能性，进而形成灰尘聚集和霉菌滋生的问题。在原专利中未考虑采取相应的技术措施解决此问题。

4、原专利缺乏对地热交换系统实际运行效果的监测功能。对新风预处理后效果缺乏监测，无法判断系统运行是否达到预期的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：（a）以提高换热效率为目标，对地热交换系统的埋管深度、管长、管内风速等技术参数进行优化；（b）地热交换系统凝结水排出和清洗方法；（c）地热交换系统运行参数监测方法。

本发明所采取的技术方案为：一种新风预处理地热交换系统，它包括通过通风管路连通的室外新风取风部分、地热交换部分和室内新风处理部分三部分，其特征是室外新风取风部分设置于地上，室外新风取风部分包括自上而下依次布置且连通的新风口，粗效过滤装置，中效过滤装置，静电除尘装置，固体除湿装置。新风口距离地面大于等于2.0m，新风口内设置达到粗效过滤器，对粒径≥5.0μm，过滤效率90＞E≥70%，采用初效无纺布平铺于框架内，滤料双面金属网固定的结构形式；中效过滤装置包括压差监测装置和中效过滤器，中效过滤器的初阻力在50-90Pa左右，终阻力在100-180Pa左右，对粒径≥1.0μm，过滤效率99＞E≥70%，采用袋式结构，确保气流均衡地充满整个袋子。固体除湿装置为圆柱形的固体吸附除湿固定床，在固体吸附除湿固定床内部设置有用以放置固体吸附剂的格板或孔板，吸附剂为活性氧化铝。地热交换部分包括地埋管，设置于地埋管上的温度测点、气动清洗装置预留口和流量测点；地埋管由至少两列相互连通且并排布置的直径150-500mm高密度聚乙烯管道组成，每列地埋管管道长度30-50m；地埋管有2%-3%的坡度，坡向与地热交换器内气流方向相同；并列的地埋管之间，地埋管和建筑物之间均应保持1m以上的距离，地埋管埋深4m以下，地埋管管道内风速控制在2m/s。室内新风处理部分包括新风机组，排水管，新风阀门、静压箱，新风管道；静压箱进风端设两个接口，一个接口与地埋管相连，另一接口连接新风管道；排水管安装在地埋管与静压箱之间的管路上；静压箱的出风口连通新风机组，新风机组将新风通过管路送入室内；新风阀门安装在新风管道与静压箱之间的管路上。新风阀门13平常关闭，只有在地埋管系统进行检修时，才开启。

本发明的具体特点还有，静压箱采用框架式结构，内部粘贴50mm吸音材料，内敷一层穿孔率为30%穿孔镀锌铁皮。主要作用是减少动压、增加静压、稳定气流和减少气流振动。同时在机房现场风管安装距离无法满足变径所要求的长度时，便于风管之间的相互连接。

地埋管每隔10m在管内设1个温度监测装置。在地埋管的取风口和进入建筑物之的地面不同深度设置土壤温度监测装置，深度每增加1m设置1个土壤温度监测装置。

在地埋管的管道直管段处预留1个风量测试接口。在地埋管管路系统上每隔10-15m设置一个清洗口，清洗口采用堵头封闭；清洗口采用直径不小于150mm的三通，在管道清洗时，卸下堵头，将风管气动清洗装置对接该三通对地埋管进行清洗。

本发明的有益效果是：（a）新风通过地热交换系统预处理，冬季可以把室外新风从室外环境温度-10℃提升到0-5℃，温升10-15℃，采暖能耗降低10%以上。夏季能把新风从室外环境温度34℃降低到28℃左右温降6-8℃左右，空调能耗降低15%以上。

（b）新风口距离地面大于等于2.0m，作用是防止吸入土壤散发的氡等有害物质。

（c）通过压差监测功能可以自动监测中效过滤器是否堵塞，从而提醒用户及时更换过滤器。

（d）地埋管至少两列并排布置作用是在有限可用地范围内，尽量保证地热交换器的换热面积。

（e）地埋管坡度设置作用一是防止在极端天气下管内可以出现的凝结水，二是为今后管道清洗后排水提供可能。

（f）加新风过滤和地热交换系统清洗装置，可以去除风管内附着含有微生物的粉尘状物质，减少室内污染源，同时可以确保空调系统的高效运行。

（h）增加固体除湿装置使处理的气体通过它，吸附质被吸附在吸附剂上夏季新风进行预除湿处理，提高新风的露点温度，保证新风通过地热交换器降温后HDPE管道内壁不会出现结露和凝结水现象。

（i）通过设置在地热交换系统各处的温度监测点，可以准确掌握系统的运行状况，对运行参数达不到设计要求时，及时采取措施进行系统维护。

选用HDPE管道原因是：

1）连接可靠：聚乙烯管道系统之间采用电热熔方式连接，接头的强度高于管道本体强度。

2）低温抗冲击性好：聚乙烯的低温脆化温度极低，可在-60-60℃温度范围内安全使用。冬季施工时，因材料抗冲击性好，不会发生管子脆裂。

3）抗应力开裂性好：HDPE具有低的缺口敏感性、高的剪切强度和优异的抗刮痕能力，耐环境应力开裂性能也非常突出。

4）耐化学腐蚀性好：HDPE管道可耐多种化学介质的腐蚀，土壤中存在的化学物质不会对管道造成任何降解作用。聚乙烯是电的绝缘体，因此不会发生腐烂、生锈或电化学腐蚀现象；此外它也不会促进藻类、细菌或真菌生长。

5）可挠性好： HDPE管道的柔性使得它容易弯曲，工程上可通过改变管道走向的方式绕过障碍物，在许多场合，管道的柔性能够减少管件用量并降低安装费用。

6）水流阻力小：HDPE管道具有光滑的内表面，其曼宁系数为0.009。光滑的表现和非粘附特性保证HDPE管道具有较传统管材更高的输送能力，同时也降低了管路的压力损失和输水能耗。

附图说明

图1是本发明新风预处理地热交换系统组成示意图。

图中：1-新风口；2-粗效过滤器；3-中效过滤装置；4-静电除尘装置；5-固体除湿装置；6-地埋管；7-温度测点；8-气动清洗装置的预留口；9-流量测点；10-地热交换器；11-土壤温度测点；12-排水管；13-新风阀门；14-静压箱；15-新风机组；16-新风管道。

具体实施方式

如图1所示：一种新风预处理地热交换系统，它包括通过通风管路连通的室外新风取风部分、地热交换部分和室内新风处理部分三部分，室外新风取风部分设置于地上，室外新风取风部分包括自上而下依次布置且连通的新风口1，中效过滤装置3，静电除尘装置4，固体除湿装置5；新风口1距离地面大于等于2.0m，新风口1内设置粗效过滤器2，对粒径≥5.0μm，过滤效率90＞E≥70%，；中效过滤装置3，中效过滤器的初阻力在50-90Pa左右，终阻力在100-180Pa左右，对粒径≥1.0μm，过滤效率99＞E≥70%。固体除湿装置为圆柱形的固体吸附除湿固定床，在固体吸附除湿固定床内部设置有用以放置固体吸附剂的格板或孔板。

地热交换部分包括地埋管6，设置于地埋管6上的温度测点7、气动清洗装置预留口8和流量测点9；地埋管6由至少两列相互连通且并排布置的直径150-500mm高密度聚乙烯（HDPE）管道组成，每列地埋管6管道长度30-50m。地埋管6有地埋管有2%-3%的坡度，坡向与地热交换器内气流方向相同；并列的地埋管6之间，地埋管6和建筑物之间均应保持1m以上的距离，地埋管6埋深4m以下，地埋管6管道内风速控制在2m/s以下。

地热交换部分的地埋管6一端与室外新风取风部分的固体除湿装置5连通，另一端与室内新风处理部分的静压箱14相连通；

室内新风处理部分包括新风机组15，排水管12，新风阀门13、静压箱14，新风管道16。静压箱进风端设两个接口，一个接口与地埋管相连，另一接口连接新风管道16。排水管12安装在地埋管与静压箱之间的管路上。静压箱的出风口连通新风机组，新风机组15将新风通过管路送入室内；新风阀门13安装在新风管道16与静压箱之间的管路上。新风阀门13平常关闭，只有在地埋管系统进行检修时，才开启。

静压箱14采用框架式结构，内部粘贴50mm吸音材料，内敷一层穿孔率为30%穿孔镀锌铁皮。主要作用是减少动压、增加静压、稳定气流和减少气流振动。同时在机房现场风管安装距离无法满足变径所要求的长度时，便于风管之间的相互连接。地埋管6每隔10m在管内设1个温度监测装置。在地埋管6的取风口设置1个土壤温度监测装置，进入建筑物之前的地面不同深度设置土壤温度监测装置，深度每增加1m设置1个土壤温度监测装置。

在地埋管6的管道直管段处预留1个风量测试接口。在地埋管6管路系统上每隔10-15m设置一个清洗口，清洗口采用堵头封闭；清洗口采用直径不小于150mm的三通，在管道清洗时，卸下堵头，将风管气动清洗装置对接该三通对地埋管进行清洗。

试验过程和试验数据。

采用了新风预处理地热交换系统，通过计算模拟分析和运行工况实际检测，该系统的主要数据如下：（a）新风进风口设置过滤除尘装置，减少进入地热交换系统灰尘的70%以上，对PM2.5净化率达到90%以上，可以有效改善室内空气质量。

（b）新风进风口设置可更换的固体吸附材料的吸附除湿装置，对室外空气进行初步的除湿处理，夏季空调干球温度34.7℃，湿球温度26.8℃情况下，处理后空气干球温度27.5℃，湿球温度19.5℃，相对湿度50%，地热交换系统不发生结露现象。

（c）地热交换系统在长期运行后，还是需要进行清洗。通过地热交换系统预留的三通，

与空调风管清洗气动清洗机连接。通过预留三通使清洗毛刷进入地埋管管道。毛刷可通过调节空气的压力以及流量获得合适的前进速度。

（d）通过建立地热交换系统的换热数学模型，考虑经济性和运行效果，优化系统各部分的技术参数，提出具体的设计指标。土壤温度测试数据如下：

不同埋深土壤温度

通过不同埋深的土壤温度可以看到，到夏季4m埋深的土壤温度已经趋于稳定，不随深度加深而变化。因此从经济和温度两个方面考虑，最终埋深确定为4m。

夏季工况测试数据。

不同风速地埋管空气出口温度的变化

从测试数据可以看到，在风量一定的情况下，2m/s风速以后，地埋管出口温度趋于稳定，考虑到新风预处理地热交换系统地埋管管路不长，增加风速会加大管道阻力，考虑运行成本和实际运行效果，地埋管风速采用2m/s。

（e）在系统适当位置设置温度测点，对系统的运行状况进行实施监测，对实际运行的效率进行分析，并根据实测数据验证计算模型的可靠性。

Claims (5)

1.一种新风预处理地热交换系统，它包括通过通风管路连通的室外新风取风部分、地热交换部分和室内新风处理部分三部分，其特征是室外新风取风部分设置于地上，室外新风取风部分包括自上而下依次布置且连通的新风口，粗效过滤装置，中效过滤装置，静电除尘装置，固体除湿装置；

新风口距离地面大于等于2.0m，新风口内设置粗效过滤器，对粒径≥5.0μm，过滤效率90＞E≥70%，采用初效无纺布平铺于框架内，滤料采用双面金属网固定；中效过滤装置包括压差监测装置和中效过滤器，中效过滤器的初阻力在50-90Pa左右，终阻力在100-180Pa左右，对粒径≥1.0μm，过滤效率99＞E≥70%，采用袋式结构，确保气流均衡地充满整个袋子；固体除湿装置为圆柱形的固体吸附除湿固定床，在固体吸附除湿固定床内部设置有用以放置固体吸附剂的格板或孔板，吸附剂为活性氧化铝；

地热交换部分包括地埋管，设置于地埋管上的温度测点、气动清洗装置预留口和流量测点；

地埋管由至少两列相互连通且并排布置的直径150-500mm高密度聚乙烯管道组成，每列地埋管管道长度30-50m；地埋管有2%-3%的坡度，坡向与地热交换器内气流方向相同；并列的地埋管之间，地埋管和建筑物之间均应保持1m以上的距离，地埋管埋深4m，地埋管管道内风速控制在2m/s；

室内新风处理部分包括新风机组，排水管，新风阀门、静压箱，新风管道；静压箱进风端设两个接口，一个接口与地埋管相连，另一接口连接新风管道；排水管安装在地埋管与静压箱之间的管路上；静压箱的出风口连通新风机组，新风机组将新风通过管路送入室内；新风阀门安装在新风管道与静压箱之间的管路上；

静压箱采用框架式结构，内部粘贴50mm吸音材料，内敷一层穿孔率为30%穿孔镀锌铁皮。

2.根据权利要求1所述的新风预处理地热交换系统，其特征是地埋管每隔10m在管内设1个温度监测装置。

3.根据权利要求1所述的新风预处理地热交换系统，其特征是在地埋管的取风口和进入建筑物之的地面不同深度设置土壤温度监测装置，深度每增加1m设置1个土壤温度监测装置。

4.根据权利要求1所述的新风预处理地热交换系统，其特征是在地埋管的管道直管段处预留1个风量测试接口。

5.根据权利要求1所述的新风预处理地热交换系统，其特征是在地埋管管路系统上每隔10-15m设置一个清洗口，清洗口采用堵头封闭。