CN107228436A - 一种基于太阳能和地冷的空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于太阳能和地冷的空调系统，包括地下冷水循环系统、太阳能热水器循环系统和室内换热系统，所述地下冷水循环系统利用补水泵将低温的地下水抽到保温水箱储存，然后通过循环水泵送入室内换热系统的顶板换热装置换热，给室内降温，所述太阳能热水器循环系统通过太阳能将水温升高，送入蓄热水箱储存，然后通过循环水泵送入换热器，利用换热所得热水供给地板辐射换热装置给室内升温，同时蓄热水箱内的热水还可作为生活热水使用，太阳能新风降温除湿系统通过太阳能电池板发电给半导体制冷片组提供电力冷却水源，冷却的低温水通过新风机降低室内温度，并调节湿度。本发明结构简单，合理利用可再生能源、水资源循环利用、节约成本。

Description

一种基于太阳能和地冷的空调系统
技术领域
本发明专利涉及空气调节节能领域，特别涉及一种基于太阳能和地冷的空调系统。
背景技术
目前市场上常见的家用空调系统属分体式空调居多，分体式空调虽然安装简单、使用方便灵活，但是仍然存在许多弊端，房间空调器难以保证良好的室内环境品质和舒适性，室内温度场、速度场都难以均匀。在密闭房间使用则完全没有新风进入；空气过滤器的效率低，易成为病菌滋生场所；还有室外机的废热和噪声成为破坏城市环境的原因，大量悬挂的室外机也会破话城市的景观。
常规的冷冻水制备需要利用制冷剂来制备，大量制冷剂的利用会污染环境，并且常规空调所需水温较低，能源浪费较为严重，而顶板辐射系统只需供应14-19℃的冷水，可完全由天然冷源供应。
如今常见的家用空调系统与太阳能热水器属两种产品，没有相互利用。
发明内容
本发明专利的目的是提供一种利用自然界山水和太阳能等可再生能源，无需制冷剂的家用辐射式空调系统。
实现本发明目的在于提供一种基于全新节能的空调系统。本发明的另一目的在于提供一种基于地冷和太阳能等清洁能源的空调系统，有效的减少污染排放。本发明的另一目的在于提供一种无须传统冷媒介质的空调系统，有效减少对大气臭氧层的破坏。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于太阳能和地冷的空调系统，其特征在于：包括地下冷水循环系统、太阳能热水器循环系统和室内换热系统，所述地下冷水循环系统包括保温水箱、地下蓄水箱以及进水总管和回水总管，所述保温水箱一侧设有与低温地下水相连的补水管，补水管上设有第一补水泵和第一补水阀，保温水箱另一侧设有第一循环水泵，第一循环水泵通过供水阀一与进水总管相连，进水总管另一端与室内换热系统的供水口相连，所述回水总管一端与室内换热系统的回水口相连，回水总管另一端通过回水阀一与地下蓄水箱顶部相连，地下蓄水箱底部通过第二循环水泵与保温水箱相连；所述太阳能热水器循环系统包括太阳能热水器、蓄热水箱和换热器，所述太阳能热水器出口通过热水管道与蓄热水箱相连，蓄热水箱通过热水泵与换热器热水侧的入口相连，换热器热水侧的出口通过第二回水管道与太阳能热水器的入口管道相连，回水总管还通过回水阀二与太阳能热水器的入口管道相连，换热器冷水侧的出口通过供水阀二与进水总管相连，换热器冷水侧的入口通过第三回水管道与回水总管相连，第三回水管道上依次设有回水阀三和第三循环水泵。
作为改进，所述室内换热系统包括设于室内顶部的顶板换热装置和设于室内地面的地板辐射换热装置，所述顶板换热装置包括换热盘管和贴在换热盘管底部的导热垫，所述地板辐射换热装置包括设于地板下方的地暖盘管及与地暖盘管贴紧的导热辐射层，所述换热盘管和地暖盘管的入口端分别通过供水阀三和供水阀四与进水总管相连，所述换热盘管和地暖盘管的出口端分别通过回水阀五和回水阀六与回水总管相连。
作为改进，所述保温水箱设有第一液位控制器和第一水位仪，所述第一水位仪和第一补水阀与第一液位控制器串级相连，第一液位控制器通过控制第一补水阀开度调节保温水箱水位；所述蓄热水箱设有第二水位仪和第二液位控制器，回水阀一和回水阀二为自动控制阀，当第二水位仪检测到蓄热水箱水位已满时，通过第二液位控制器控制关闭回水阀二，并打开回水阀一。
作为改进，所述蓄热水箱内还设有电加热器，蓄热水箱底部还设有生活用水管，所述生活用水管上设有生活用水阀。
作为改进，所述太阳能热水器的入口管道上设有第二补水泵和第二补水阀，所述换热器冷水侧入口的第三回水管道上设有第三补水泵和第三补水阀，所述第二补水泵和第三补水泵的入口均连接地下水或者自来水。
作为改进，所述第一补水泵、第二补水泵和第三补水泵的入口均设有防止堵塞和损坏泵体的过滤装置。
作为改进，地板辐射换热装置的导热辐射层为纳米热超导材料，所述纳米热超导材料为碳晶硅或碳晶硅和活性炭的混合体，当纳米热超导材料为碳晶硅和活性炭混合体时，混合体中碳晶硅与活性炭的比例为2.5:1-3.5:1。
作为改进，所述一种基于太阳能和地冷的空调系统还包括太阳能新风降温除湿系统，所述太阳能新风降温除湿系统包括太阳能电池板、第四循环水泵、蓄电池、半导体制冷片组和新风机，所述新风机为可调湿度的新风机，新风机设于室内顶部，所述第四循环水泵入口通过管道与保温水箱底部相连，第四循环水泵出口连接半导体制冷片组的冷端入口，半导体制冷片组的冷端出口通过第四供水管道与新风机的循环水入口相连，新风机的循环水出口通过第四回水管道与地下蓄水箱顶部相连，所述太阳能电池板所发电量储存在蓄电池内给半导体制冷片组提供电力。
作为改进，所述新风机的进风管设有70℃防火阀和过滤装置。
本发明具有的积极效果：本发明无需制冷剂，充分利用自然界的天然冷源和可再生能源以达到节能和环保的效果，夏季利用天然冷源制冷以及利用太阳能制备热水供生活使用，冬天利用太阳能热水器制备的热水来进行采暖。并且均采用辐射式系统，保证了房间温度场和速度场的均匀性。系统内水资源得到充分循环，其余热也能得到利用，节约水资源的同时实现了节能的目标。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的回水总管和进水总管部分局部放大示意图。
附图标记，1-太阳能电池板，2-蓄电池，3-第五截止阀，4-第四循环水泵，5-热管散热片，6-半导体制冷片组，7-第六截止阀，8-第七截止阀，9-进风管，10-新风机，11a-供水阀三，11b-回水阀五，12-散流器，13-顶板换热装置，14a-供水阀四，14b-回水阀六，15-地板辐射换热装置，16-第一补水泵，17-第一补水阀，18-保温水箱，19-第一水位仪，20-第一循环水泵，21-供水阀一，22-回水阀一，23-回水阀二，24-回水阀三，25-第三循环水泵，26-供水阀二，27-第三补水泵，28-第三补水阀，29-第二循环水泵，30-第二截止阀，31-太阳能热水器，32-地下蓄水箱，33-蓄热水箱，34-第二水位仪，35-第三截止阀，36-换热器，37-第二补水泵，38-第二补水阀，39-生活用水阀，40-第四截止阀，41-电加热器，42-建筑墙体，43-热水泵，44-进水总管，45-回水总管，46-第二回水管道，47-入口管道，48-第三回水管道，49-第四供水管道，50-第四回水管道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明专利的原理和特征进行描述，所举例子只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2所示，一种基于太阳能和地冷的空调系统，包括地下冷水循环系统、太阳能热水器循环系统和室内换热系统，所述地下冷水循环系统包括保温水箱18、地下蓄水箱32以及进水总管44和回水总管45，所述保温水箱18一侧设有与低温地下水相连的补水管，补水管上设有第一补水泵16和第一补水阀17，保温水箱18另一侧设有第一循环水泵20，第一循环水泵20通过供水阀一21与进水总管44相连，进水总管44另一端与室内换热系统的供水口相连，所述回水总管45一端与室内换热系统的回水口相连，回水总管45另一端通过回水阀一22与地下蓄水箱32顶部相连，地下蓄水箱32底部通过第二循环水泵29与保温水箱18相连，第二循环水泵29出口与保温水箱18之间设有第二截止阀30；所述太阳能热水器循环系统包括太阳能热水器31、蓄热水箱33和换热器36，所述换热器36为板式换热器，所述太阳能热水器31出口通过热水管道与蓄热水箱33相连，蓄热水箱33通过热水泵43与换热器36热水侧的入口相连，热水泵43与换热器36热水侧的入口之间设有第三截止阀35，换热器36热水侧的出口通过第二回水管道46与太阳能热水器31的入口管道47相连，第二回水管道46上设有第四截止阀40，回水总管45还通过回水阀二23与太阳能热水器31的入口管道47相连，换热器36冷水侧的出口通过供水阀二26与进水总管44相连，换热器36冷水侧的入口通过第三回水管道48与回水总管45相连，第三回水管道48上依次设有回水阀三24和第三循环水泵25。
所述室内换热系统包括设于室内顶部的顶板换热装置13和设于室内地面的地板辐射换热装置15，所述顶板换热装置13从上至下依次包括盖板、保温材料、铜制的换热盘管、导热垫、下部金属盖板，所述导热垫为纳米热超导材料；所述地板辐射换热装置15从上至下依次包括地板、水泥砂浆层、地暖盘管、导热辐射层、保温层、以及结构层。所述地暖盘管管材为耐高温，耐腐蚀，耐高压且易弯曲的PE管，所述导热辐射层为为纳米热超导材料，所述纳米热超导材料为碳晶硅或碳晶硅和活性炭的混合体，当纳米热超导材料为碳晶硅和活性炭的混合体时，碳晶硅与活性炭的比例为2.5:1-3.5:1，最佳比例为3:1。所述换热盘管和地暖盘管的入口端分别通过供水阀三11a和供水阀四14a与进水总管44相连，所述换热盘管和地暖盘管的出口端分别通过回水阀五11b和回水阀六14b与回水总管45相连。
所述保温水箱18设有第一液位控制器和第一水位仪19，所述第一水位仪19和第一补水阀17与第一液位控制器串级相连，第一液位控制器通过控制第一补水阀17开度调节保温水箱18水位；所述蓄热水箱33设有第二水位仪34和第二液位控制器，回水阀一22和回水阀二23为自动控制阀，当第二水位仪34检测到蓄热水箱33水位已满时，通过第二液位控制器控制关闭回水阀二23，并打开回水阀一22，否则打开回水阀二23，并关闭回水阀一22。
所述蓄热水箱33内还设有电加热器41，当阳光不足时，开启电加热器41进行加热替代太阳能热水器31的功能。蓄热水箱33底部还设有生活用水管，所述生活用水管上设有生活用水阀39。
所述太阳能热水器31的入口管道47上设有第二补水泵37和第二补水阀38，所述换热器36冷水侧入口的第三回水管道48上设有第三补水泵27和第三补水阀28，所述第二补水泵37和第三补水泵27的入口均连接地下水或者自来水。
所述第一补水泵16、第二补水泵37和第三补水泵27的入口均设有防止堵塞和损坏泵体的过滤装置。
所述一种基于太阳能和地冷的空调系统还包括太阳能新风降温除湿系统，所述太阳能新风降温除湿系统包括太阳能电池板1、第四循环水泵4、蓄电池2、半导体制冷片组6和新风机10，所述新风机10为可调湿度的新风机10，新风机10设于室内顶部，新风机10的出风口在室内顶部设有散流器12，所述第四循环水泵4入口通过管道与保温水箱18底部相连，第四循环水泵4入口与保温水箱18底部之间设有第五截止阀3，第四循环水泵4出口连接半导体制冷片组6的冷端入口，半导体制冷片组6的冷端出口通过第四供水管道49与新风机10的循环水入口相连，半导体制冷片组6的热端设有热管散热片5，所述太阳能电池板1所发电量储存在蓄电池2内为半导体制冷片组6供电，新风机10的循环水出口通过第四回水管道50与地下蓄水箱32顶部相连，第四供水管道49和第四回水管道50上分别设有第六截止阀7和第七截止阀8。
上述半导体制冷片组6包括多个半导体制冷片，保证足够的制冷功率。
上述附在半导体制冷片组6的热管散热片5应为多组。
所述新风机10的进风管9上设有70℃防火阀和过滤装置。
本发明具有以下三种工作模式：
工作模式一：
如图1所示，夏季时，地下水的温度在19℃左右，通过第一补水泵16进入保温水箱18，保温水箱18顶部设有第一水位仪19，第一水位仪19与第一补水阀17产生联动，当保温水箱18内水位达到上限时，通过第一控制器关闭第一补水阀17和第一补水泵16，保温水箱18内低温的水经第一循环水泵20进入室内的顶板换热装置13，供水温度为19-20℃，经过顶板换热装置13的整个换热盘管后，顶板换热装置13的回水温度为22-23℃。运行一段时间后能在室内形成稳定的温度场。回水先经回水阀二23到达太阳能热水器31，经太阳能热水器31加热后进入蓄热水箱33，蓄热水箱33内部含电加热器41，在雨天可替代太阳能热水器31，蓄热水箱33的热水可作为生活用水。当蓄热水箱33的第二水位仪34监测到水位已满时通过第二控制器联动控制关闭回水阀二23，打回水阀一22，顶板换热装置13的回水经管路进入地下蓄水箱32与地下恒温的冷源热交换，降至18-19℃，后经第二循环水泵29和第二截止阀30后进入保温水箱18，完成一个完整的循环，利用地下较低的恒温环境，源源不断的给室内降温。整个系统采用天然冷水作为冷源，水资源得到充分利用，节能环保。
工作模式二
冬季阳光充足时，自来水或地下水经第二补水阀38和第二补水泵37进入太阳能热水器31，经加热后保存至蓄热水箱33，在后经热水泵43和第三截止阀35进入板式换热器热水端的入口，板式换热器的冷水端与地板辐射换热装置15通过管路循环相连，地下低温水或者自来水经第三补水阀28和第三补水泵27进入板式换热器冷水端，与太阳能热水器31来的高温热水进行换热，将水温加热至40-50℃，后经供水阀二26和供水阀四14a进入室内的地板辐射换热装置15。地板辐射换热装置15的导热辐射层为纳米热超导材料，上述纳米热超导材料为碳晶硅，也可为碳晶硅和活性炭的混合体，其中碳晶硅占总量的75％，活性炭占总量的25％，基于其热超导性能，可以很好的将地暖盘管的热量传到整个材料表面上，使线辐射变
为面辐射。地暖盘管回水端经回水阀三24和第三循环水泵25进入板式换热器36，如此循环。当阳光不充足时，利用电加热器41辅助加热给蓄热水箱33升温。
工作模式三
基于太阳能和地冷的空调系统还包括太阳能新风降温除湿系统，所述太阳能新风降温除湿系统包括太阳能电池板1、第四循环水泵4、蓄电池2、半导体制冷片组6和新风机10，在夏季时，19℃的高温冷水经第五截止阀3和第四循环水泵4进入半导体制冷片组6的冷端，经半导体制冷片组6的冷端降温后，降至7℃，通过第四供水管道49送入新风机10的循环水入口，供应新风机10处理空气。处理后的新风经风管和散流器12送入室内。新风机10承担室内的全部湿负荷和部分冷负荷，顶部设有排风口，排风口通过风管与室外相连。空气在室内循环后经排风口排除。新风机10的回水经第四回水管道50进入地下蓄水箱32降温后再次进入保温水箱18，如此循环，达到给室内降温和除湿效果。
显然，本发明的上述实施案例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来所。在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或者变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于太阳能和地冷的空调系统，其特征在于：包括地下冷水循环系统、太阳能热水器循环系统和室内换热系统，所述地下冷水循环系统包括保温水箱、地下蓄水箱以及进水总管和回水总管，所述保温水箱一侧设有与低温地下水相连的补水管，补水管上设有第一补水泵和第一补水阀，保温水箱另一侧设有第一循环水泵，第一循环水泵通过供水阀一与进水总管相连，进水总管另一端与室内换热系统的供水口相连，所述回水总管一端与室内换热系统的回水口相连，回水总管另一端通过回水阀一与地下蓄水箱顶部相连，地下蓄水箱底部通过第二循环水泵与保温水箱相连；所述太阳能热水器循环系统包括太阳能热水器、蓄热水箱和换热器，所述太阳能热水器出口通过热水管道与蓄热水箱相连，蓄热水箱通过热水泵与换热器热水侧的入口相连，换热器热水侧的出口通过第二回水管道与太阳能热水器的入口管道相连，回水总管还通过回水阀二与太阳能热水器的入口管道相连，换热器冷水侧的出口通过供水阀二与进水总管相连，换热器冷水侧的入口通过第三回水管道与回水总管相连，第三回水管道上依次设有回水阀三和第三循环水泵。
2.根据权利要求1所述一种基于太阳能和地冷的空调系统，其特征在于：所述室内换热系统包括设于室内顶部的顶板换热装置和设于室内地面的地板辐射换热装置，所述顶板换热装置包括换热盘管和贴在换热盘管底部的导热垫，所述地板辐射换热装置包括设于地板下方的地暖盘管及与地暖盘管贴紧的导热辐射层，所述换热盘管和地暖盘管的入口端分别通过供水阀三和供水阀四与进水总管相连，所述换热盘管和地暖盘管的出口端分别通过回水阀五和回水阀六与回水总管相连。
3.根据权利要求1所述一种基于太阳能和地冷的空调系统，其特征在于：所述保温水箱设有第一液位控制器和第一水位仪，所述第一水位仪和第一补水阀与第一液位控制器串级相连，第一液位控制器通过控制第一补水阀开度调节保温水箱水位；所述蓄热水箱设有第二水位仪和第二液位控制器，回水阀一和回水阀二为自动控制阀，当第二水位仪检测到蓄热水箱水位已满时，通过第二液位控制器控制关闭回水阀二，并打开回水阀一。
4.根据权利要求3所述一种基于太阳能和地冷的空调系统，其特征在于：所述蓄热水箱内还设有电加热器，蓄热水箱底部还设有生活用水管，所述生活用水管上设有生活用水阀。
5.根据权利要求1所述一种基于太阳能和地冷的空调系统，其特征在于：所述太阳能热水器的入口管道上设有第二补水泵和第二补水阀，所述换热器冷水侧入口的第三回水管道上设有第三补水泵和第三补水阀，所述第二补水泵和第三补水泵的入口均连接地下水或者自来水。
6.根据权利要求5所述一种基于太阳能和地冷的空调系统，其特征在于：所述第一补水泵、第二补水泵和第三补水泵的入口均设有防止堵塞和损坏泵体的过滤装置。
7.根据权利要求2所述一种基于太阳能和地冷的空调系统，其特征在于：地板辐射换热装置的导热辐射层为纳米热超导材料，所述纳米热超导材料为碳晶硅或碳晶硅和活性炭的混合体，当纳米热超导材料为碳晶硅和活性炭混合体时，混合体中碳晶硅与活性炭的比例为2.5:1-3.5:1。
8.根据权利要求1至7任意一项所述一种基于太阳能和地冷的空调系统，其特征在于：还包括太阳能新风降温除湿系统，所述太阳能新风降温除湿系统包括太阳能电池板、第四循环水泵、蓄电池、半导体制冷片组和新风机，所述新风机为可调湿度的新风机，新风机设于室内顶部，所述第四循环水泵入口通过管道与保温水箱底部相连，第四循环水泵出口连接半导体制冷片组的冷端入口，半导体制冷片组的冷端出口通过第四供水管道与新风机的循环水入口相连，新风机的循环水出口通过第四回水管道与地下蓄水箱顶部相连，所述太阳能电池板所发电量储存在蓄电池内给半导体制冷片组提供电力。
9.根据权利要求8所述一种基于太阳能和地冷的空调系统，其特征在于：所述新风机的进风管设有70℃防火阀和过滤装置。
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