CN106813333A - 双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统 - Google Patents

双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统，主要包括闭式地道风系统、开式地道新风系统、相变蓄能系统、围护结构辐射板系统、室内回风对流系统及控制系统。其中闭式地道风系统围绕供冷房间围护结构辐射板系统及相变蓄能系统形成闭合回路，开式地道新风系统埋管深度小于闭式地道风系统。本发明提出的双埋管系统解决了常规地道通风系统夏季凝露发霉、病菌滋生的问题，避免了直接引入室外高温空气作为新风而带来的较大负荷。同时相变蓄能系统与围护结构辐射板系统的结合，减少地道风送风风速变化而引起冷热不均，也可有效减少系统风机的运行时间。所述的空调系统实现了土壤冷源的高效化利用，提高了室内热舒适度和空气品质。

Description

双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统
技术领域
本发明涉及建筑通风及相变蓄能领域，具体涉及一种双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统。
背景技术
地道风是一种通过地埋管道将空气与土壤进行热交换进而为室内环境提供冷量的建筑节能技术。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，在提供室内新风的同时又可以大大降低电力消耗。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。
在常规地道风的基础上，已经出现了一些创新和改进并形成相关专利。例如利用矿山井下地道风的空调系统、地道风与太阳能供热复合系统等。但是现有的地道通风系统在应用过程中仍然存在着一系列问题亟待解决，例如：(1)由于地下恒温土壤温度通常低于室外空气露点，易出现凝露并导致发霉和病菌滋生，地道风会降低室内空气品质，甚至危害人体健康。(2)为了满足室内冷负荷，常规地道通风系统的送风速度较大，室内易出现不舒适感。(3)室内无人状态下地道通风系统不运行，土壤冷源无法得到充分利用。(4)由于室内围护结构表面设置辐射板的面积有限，仅依靠辐射换热有时难以满足室内供冷需求。
为了提高室内热舒适度和空气品质，同时实现土壤冷源的高效化利用，开发新型的地道通风系统成为客观存在的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双埋管地道风与蓄热空调耦合系统，解决现有技术中存在的上述问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
提供了一种双埋管地道风与蓄热空调耦合系统，以闭式地道风系统和开式新风系统为主体，分别承担室内冷负荷和新风负荷。围护结构辐射板系统与相变蓄能系统通过围护结构内空腔相结合，同时在天花板设有室内回风对流系统。控制系统包含相变材料和空气腔内的温度传感器，通过风阀的开关、风机的启停和风量控制，使得系统高效化运行。
进一步地，所述的闭式地道风系统围绕供冷房间围护结构辐射板系统形成闭合回路，其动力是由室外风机提供；所述的开式新风系统的埋管深度小于闭式地道风系统，其新风管路进口端设有无声风机；所述的室内围护结构辐射板系统内部设有空腔，其内布置相变蓄能系统；所述室内回风对流系统设有回风口、回风阀和出风口、出风阀。所述的控制系统是由温度传感设备、风速控制设备、风机及风阀共同组成的。
进一步地，所述的闭式地道风系统埋管深度为5-8m(夏季时该深度土壤层温度约为20℃)，所述的埋管在施工时需设置3-5°的坡度，并在地道垂直弯管处设置排水槽；所述的排水槽焊接直径为30mm排水管，排水管连接地面上的自吸式抽水泵；所述的闭式地道风管出风口设置在围护结构空腔内，且出风管路垂直部分设置保温结构，室外管道同样设置外保温结构，所述的外保温结构采用难燃B1级聚氨酯泡沫板保温，泡沫外层设置铝箔隔热结构。
进一步地，所述的开式新风系统埋管深度约为1-2m，夏季时该深度土壤层温度约为26℃，该温度一般高于夏季空气的露点温度，因此室外空气经过管道降温后不会发生发霉结露问题。出风管路垂直部分设置保温结构，所述的新风系统的入风口处设置中效空气过滤器。
进一步地，所述的围护结构辐射板系统设置于侧墙体及天花板，所述的侧墙体和天花板均设置有空腔，其中侧墙体空腔位于墙体的两侧，其宽度为50cm，厚度为8cm-10cm；天花板空腔面积覆盖整个天花板，其厚度为8cm-10cm；所述的空腔内设置有相变蓄能系统，相变蓄能系统内部和空气腔内均设有温度传感器。
进一步地，所述的空腔的靠外侧设置3cm厚度的XPS保温板，靠内侧布置相变蓄能模块，相变蓄能模块固定在辐射板上；所述的辐射板材质为金属铝板。
进一步地，所述的室内回风对流系统设置于天花板空腔内，所述的空腔内设置进风口和回风口，所述的进口处及出口处分别设置自动调节风阀。回风口、天花板内空气腔、出风口和室内空间共同构成室内空气循环回路。
进一步地，所述的吊顶式辐射板表面等间距地开有微槽道，辐射板边缘处设有凝水槽。所述的微槽道的开槽深度从中央向边缘处逐渐降低。
进一步地，所述的相变蓄能系统是由封装容器及相变材料组成，所述的封装容器材料采用铝合金，其厚度为1cm-2cm，长度为40m-60cm，宽度为30cm-50cm；所述的铝合金容器外部一端设置凹槽，内部设置翅片；所述的相变材料采用有机石蜡，相变温度约为21℃，所述的相变材料内加入5％-10％的石墨烯。所述天花板相变蓄能系统的封装容器间设置5cm-10cm的间隙，构成微型风道。
进一步地，所述的控制系统是由空腔内的温度传感器、相变材料内部的温度传感器、室内的温度传感设备、风速控制设备及系统中的风机和各风阀共同组成的。
由上述发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的双埋管地道风与蓄热空调耦合系统，其有益效果在于：
通过闭式地道风管路和开式新风管路构成的双埋管地道风系统，一方面避免了常规地道风系统将夏季凝露引起的发霉和病菌滋生引入室内，提高了室内环境的空气品质，另一方面避免了开窗通风带来的额外冷负荷，降低了空调系统能耗。围护结构辐射板系统与相变蓄能系统的结合，使得室内无需供冷时，土壤内的冷量得以储存，提高能源利用效率，为系统不同运行模式下土壤冷量的储存和释放提供了条件。此外，室内回风对流系统的设计，在围护结构辐射制冷的基础上进一步提升了空调系统的制冷系统的换热能力，同时对流和辐射相结合的方式也提高了室内的舒适性。控制系统则控制各系统的协同运行，通过对各风阀、风机的控制实现多种运行模式间的自动切换，实现了系统能源利用效率和室内舒适度的最大化。
附图说明
图1为本发明实施例提供的双埋管地道风与蓄热空调耦合系统结构示意图；
图2为天花板蓄能腔俯视图
图3为墙体蓄能腔侧视图
图4为墙体、天花板空腔剖面图；
图5为吊顶式辐射板结构图；
图6为墙体辐射板结构图；
图7为墙体辐射板俯视图；
图中：1-闭式地道风室外管段，2-自吸式抽水泵，3-排水管，4-排水槽，5-闭式地道风换热埋管，6-新风换热埋管，7-空腔进口风阀，8-室内空气腔，9-相变蓄能模块，10-辐射板，11-XPS保温板，12-墙体，13-新风管道外保温，14-室外新风管段，15-新风风机，16-回风阀，17-回风口，18-天花板，19-循环风机，20-出风阀，21-出风口，22-空腔出口风阀，23-闭式地道风管道外保温，24-窗户，25-室内新风口，26-微风道，27-辐射板微槽道，28-凝水槽，29-翅片。
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描述。
图1是本发明的双埋管地道风与蓄热空调耦合系统结构示意图。如图1所示，本发明在结构上主要包括闭式地道风系统、开式新风系统、围护结构辐射板系统、相变蓄能系统和室内回风对流系统。
所述闭式地道风系统主要由闭式地道风室外管段1、换热埋管5、室内空气腔8、循环风机19和管道外保温23构成闭合回路。其中换热埋管5深度约为5-8m，夏季时该深度土壤层温度约为20℃，该温度一般高于夏季空气的露点温度，因此室外空气经过管道降温后不会发生发霉结露问题。系统运行时，循环风机19开启。闭式地道风系统内空气循环流动，通过换热埋管5的作用将土壤冷量转移至室内空腔8后，再依次传递至相变蓄能模块9和辐射板10。最终安装于墙体和天花板的辐射板以辐射的形式为室内提供冷量。
所述开式新风系统主要由新风换热埋管6、室外新风管段14、新风风机15、室内新风口25和管道外保温结构13构成。运行时由新风风机15引入室外空气，经新风换热埋管6得到预冷后通过室内新风口25送入室内环境。由于新风换热埋管6深度仅为1-2m(夏季时该深度土壤层温度约26℃，高于室外空气露点)。
所述围护结构辐射板系统和相变蓄能系统主要由室内空气腔8、相变蓄能模块9、辐射板10、XPS保温板11、墙体12、天花板18构成。系统运行时，闭式地道风系统内空气流经室内空气腔8，相变蓄能模块9内的相变材料达到相变温度后发生相变并吸收空气内的冷量，通过这一过程将土壤冷量储存在相变蓄能模块内。
所述室内回风对流系统主要由室内回风阀16、回风口17、天花板空气腔8、微风道26、循环风机19、出风阀20、出风口21构成。当室内冷负荷增大，围护结构辐射板系统无法满足需求时，该系统开始运行。相变蓄能系统完成全部充能时，室内空腔进口风阀7和室内空腔出口风阀22关闭，回风阀16和出风阀20开启，循环风机19将室内空气通过回风口17引入天花板空气腔8。室内空气通过对流的方式与相变蓄能模块9内的相变材料直接换热，再经过出风口21回到室内，构成室内循环回路并为室内环境提供冷量。
所述辐射板采用疏导结露设计，具体结构为：
对于吊顶式辐射板，在其表面等间距地开微槽道27，微槽道27的开槽深度由中央向边缘处逐渐降低。冷凝水在毛细作用下首先积聚到微槽道内部，再利用微槽道内表面坡度的引流作用，把冷凝水疏导至辐射板边缘处的凝水槽28，集中回收。
对于墙壁式辐射板，只需在辐射板表面竖直方向等间距地开微槽道27即可。当辐射板表面出现凝露现象时，冷凝水首先积聚到微槽道内部，然后利用本身的重力作用就可以留到墙壁式辐射板下方处的凝水槽28，集中回收。
本实施例的具体运行模式是：
相变蓄能及辐射制冷过程：
室内空腔进口风阀7和室内空腔出口风阀22打开，回风阀16和出风阀20关闭。循环风机19开启，闭式地道风系统运行，将土壤冷量储存于相变蓄能系统内。与此同时围护结构辐射板系统运行，辐射板通过冷辐射作用向室内环境提供冷量。
室内回风对流+辐射制冷过程：
当相变材料内各处的温度传感器均显示相变温度，即相变材料全部完成相变时，控制系统关闭室内空腔进口风阀7和室内空腔出口风阀22，开启回风阀16和出风阀20，室内回风对流系统开始运行，在围护结构辐射作用的基础上，通过直接对流的方式进一步地为室内输送冷量。根据室内温度传感器，控制系统通过循环风机3控制室内循环风量，使得室内温度稳定在合适范围内。
新风过程：
当室内存在新风需求时，控制系统开启新风风机15，引入室外空气并通过新风埋管与土壤冷源换热，将空气预冷后送入室内空间。当室内出现人数变化或无人时，控制系统调节新风风机15的风量或关闭风机，以适应室内新风需求量的变化。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统，主要包括闭式地道风系统、开式新风系统、围护结构辐射板系统、相变蓄能系统、室内回风对流系统及控制系统，所述的闭式地道风系统围绕供冷房间围护结构辐射板系统形成闭合回路，其动力是由室外风机提供；所述的开式新风系统的埋管深度小于闭式地道风系统，其新风管路进口端设有无声风机；所述的室内围护结构辐射板系统内部设有空腔，其内布置相变蓄能系统；所述室内回风对流系统设有回风口、回风阀和出风口、出风阀；所述的控制系统是由温度传感设备、风速控制设备、风机及风阀共同组成的。
2.根据权利要求1所述的双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统，其特征在于，所述的闭式地道风系统埋管深度为5-8m(夏季时该深度土壤层温度约为20℃)，所述的埋管在施工时需设置3-5°的坡度，并在地道垂直弯管处设置排水槽；所述的排水槽焊接直径为30mm排水管，排水管连接地面上的自吸式抽水泵；所述的闭式地道风管出风口设置在围护结构空腔内，且出风管路垂直部分设置保温结构，室外管道同样设置外保温结构，所述的外保温结构采用难燃B1级聚氨酯泡沫板保温，泡沫外层设置铝箔隔热结构。
3.根据权利要求1所述的双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统，其特征在于，所述的开式新风系统埋管深度约为1-2m(夏季时该深度土壤层温度约为26℃)，出风管路垂直部分设置保温结构，所述的新风系统的入风口处设置中效空气过滤器。
4.根据权利要求1所述的双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统，其特征在于，所述的围护结构辐射板系统设置于侧墙体及天花板，所述的侧墙体和天花板均设置有空腔，其中侧墙体空腔位于墙体的两侧，其宽度为50cm，厚度为8cm-10cm；天花板空腔面积覆盖整个天花板，其厚度为8cm-10cm；所述的空腔内设置有相变蓄能系统，相变蓄能系统内部和空气腔内均设有温度传感器。
5.根据权利要求4所述的围护结构空腔，其特征在于，所述的空腔的靠外侧设置3cm厚度的XPS保温板，靠内侧布置相变蓄能模块，相变蓄能模块固定在辐射板上；所述的辐射板材质为金属铝板。
6.根据权利要求1所述的双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统，其特征在于，所述的室内回风对流系统设置于天花板空腔内，所述的空腔内设置进风口和回风口，所述的进口处及出口处分别设置自动调节风阀，回风口、天花板内空气腔、出风口和室内空间共同构成室内空气循环回路。
7.根据权利要求1所述的双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统，其特征在于，吊顶式辐射板表面等间距地开有微槽道，辐射板边缘处设有凝水槽；所述的微槽道的开槽深度从中央向边缘处逐渐降低。
8.根据权利要求4所述的相变蓄能系统，其特征在于，相变蓄能系统是由封装容器及相变材料组成，所述的封装容器材料采用铝合金，其厚度为1cm-2cm，长度为40m-60cm，宽度为30cm-50cm；所述的铝合金容器外部一端设置凹槽，内部设置翅片；所述的相变材料采用有机石蜡，相变温度约为21℃，所述的相变材料内加入5％-10％的石墨烯；所述天花板相变蓄能系统的封装容器间设置5cm-10cm的间隙，构成微型风道。
9.根据权利要求1所述的双埋管地道风与相变蓄能耦合空调系统，其特征在于，所述的控制系统是由空腔内的温度传感器、相变材料内部的温度传感器、室内的温度传感设备、风速控制设备及系统中的风机和各风阀共同组成的。
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