CN108224622A - 以干空气能、太阳能及地热能为驱动能源的空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以干空气能、太阳能及地热能为驱动能源的空调系统，包括在房屋相对的两侧分别设置的被动式蒸发冷却风塔和太阳能烟囱以及设置在地面下的地板辐射供冷/暖系统，被动式蒸发冷却风塔靠近房屋墙壁的底部预留有通入室内的室内进风口，太阳能烟囱设置在房屋墙壁的上部，且太阳能烟囱靠近房屋墙壁的底部预留有室内排风口。本发明的空调系统，将蒸发冷却技术、太阳能技术及地热能技术结合，依靠自然对流使气流通过下送上排的气流组织形式排出，能耗低。

Description

以干空气能、太阳能及地热能为驱动能源的空调系统
技术领域
本发明属于空调设备技术领域，涉及一种以干空气能、太阳能及地热能为驱动能源的空调系统。
背景技术
高能耗问题始终是全社会可持续发展的绊脚石，发展可再生能源已成为许多国家推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径，也是我国推进能源生产、消费革命以及推动能源转型的重要措施。可再生能源是能源供应体系的重要组成部分，目前，全球可再生能源开发利用规模不断扩大，技术发展相对成熟，应用成本也快速下降。因此，对空调需求急剧增加的今天，我们亦完全可利用可再生能源实现供冷、供热及通风。
我国绝大部分地区，尤其是西北地区具有得天独厚的自然条件，气象跨度大，光照充足，夏季炎热干燥，具有丰富的干空气能、太阳能及地热能等多种可再生能源，是蒸发冷却技术、太阳能技术及地热能技术的高适用区。
发明内容
本发明的目的是提供一种以干空气能、太阳能及地热能为驱动能源的空调系统，将蒸发冷却技术、太阳能技术及地热能技术结合，依靠自然对流使气流通过下送上排的气流组织形式排出，能耗低。
本发明所采用的技术方案是，以干空气能、太阳能及地热能为驱动能源的空调系统，包括在房屋相对的两侧分别设置的被动式蒸发冷却风塔和太阳能烟囱以及设置在地面下的地板辐射供冷/暖系统，被动式蒸发冷却风塔靠近房屋墙壁的底部预留有通入室内的室内进风口，太阳能烟囱设置在房屋墙壁的上部，且太阳能烟囱靠近房屋墙壁的底部预留有室内排风口。
本发明的特征还在于，
被动式蒸发冷却风塔包括塔体，塔体的上部设置有填料直接蒸发冷却功能段，塔体的顶部还设置有塔盖。
填料直接蒸发冷却功能段包括填料，填料的上方设置有布水器，所填料的下方设置有水箱，布水器与水箱通过供水管a连接，填料对应的塔体外侧均匀设置有多个室外进风口。
供水管a上还设置有水处理器a和循环水泵a。
水箱还连接有补水管a。
太阳能烟囱包括设置在房屋墙壁上方的囱体，囱体远离房屋墙壁的一侧为玻璃幕墙，囱体在房屋墙壁上的一侧为绝热墙体，室内排风口设置在绝热墙体的下方，绝热墙体远离房屋墙壁的一侧还设置有蓄热墙体，玻璃幕墙的上方设置有室外排风口，囱体的顶部还设置有玻璃盖板。
地板辐射供冷/暖系统包括埋设在室外土壤里的地埋管换热器和设置在室内地面下的地板辐射末端，地埋管换热器和地板辐射末端通过供水管b和回水管形成闭合回路。
供水管b上还设置有水处理器b和循环水泵b。
循环水泵b的吸入端还连接有补水管b。
室内进风口内设置有袋式过滤器和变频风量调节阀a，室内排风口内设置有变频风量调节阀b。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的空调系统，完全采用可再生能源：干空气能、太阳能及地热能，将被动式蒸发冷却向下通风降温技术和太阳能烟囱技术相结合，依靠自然对流使凉爽的新鲜空气送入空调区域并通过下送上排的气流组织形式排出，同时利用地热能耦合地板辐射供冷/供暖技术，健康舒适的同时避免了高能耗；
(2)本发明的空调系统，秉承了“高质高用，低质低用”的能源应用原则和“高温供冷，低温供暖”的节能理念，实现温湿度独立控制，夏季由被动式蒸发冷却风塔和太阳能烟囱组成的新风系统承担潜热负荷和部分显热负荷，而地板辐射末端承担剩下显热负荷，充分利用可再生能源的基础上同时注重系统整体的节能效益；
(3)本发明的空调系统，在被动式蒸发冷却风塔上部加装了填料直接蒸发冷却功能段，在夏季高温时，可以冷却加湿送入空调区域的新风，在凉爽季节时，可以选择不开启该功能段，提高了系统运行的灵活性且易于实现节能，而且填料对新风还具有一定的过滤作用，与设置在室内进风口内部的袋式过滤器形成粗、中效两级过滤，保证了室内空气品质。
附图说明
图1是本发明空调系统的结构示意图。
图中，1.被动式蒸发冷却风塔，2.塔盖，3.填料直接蒸发冷却功能段，4. 塔体，5.室外进风口，6.填料，7.布水器，8.供水管a，9.水箱，10.地板辐射供冷/暖系统，11.水处理器a，12.循环水泵a，13.补水管a，14.太阳能烟囱， 15.玻璃盖板，16.囱体，17.玻璃幕墙，18.蓄热墙体，19.绝热墙体，20.室外排风口，21.空调区域，22.室内进风口，23.袋式过滤器，24.变频风量调节阀 a，25.室内排风口，26.变频风量调节阀b，27.地埋管换热器，28.地板辐射末端，29.供水管b，30.回水管，31.水处理器b，32.循环水泵b，33.补水管b。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明所采用的技术方案是，如图1所示，以干空气能、太阳能及地热能为驱动能源的空调系统，包括在房屋相对的两侧分别设置的被动式蒸发冷却风塔1和太阳能烟囱14以及设置在地面下的地板辐射供冷/暖系统10，被动式蒸发冷却风塔1靠近房屋墙壁的底部预留有通入室内的室内进风口22，太阳能烟囱14设置在房屋墙壁的上部，且太阳能烟囱14靠近房屋墙壁的底部预留有室内排风口25。
被动式蒸发冷却风塔1包括塔体4，塔体4的上部设置有填料直接蒸发冷却功能段3，塔体4的顶部还设置有塔盖2。
填料直接蒸发冷却功能段3包括填料6，填料6的上方设置有布水器7，所填料6的下方设置有水箱9，布水器7与水箱9通过供水管a8连接，塔体 4上围绕塔体6外侧均匀设置有多个室外进风口5，室外进风口5设置在填料6对应的塔体6外侧。
供水管a8上还设置有水处理器a11和循环水泵a12。
水箱9还连接有补水管a13。
太阳能烟囱14包括设置在房屋墙壁上方的囱体16，囱体16远离房屋墙壁的一侧为玻璃幕墙17，囱体16在房屋墙壁上的一侧为绝热墙体19，室内排风口15设置在绝热墙体19的下方，绝热墙体19远离房屋墙壁的一侧还设置有蓄热墙体18，玻璃幕墙17的上方设置有室外排风口20，囱体16的顶部还设置有玻璃盖板15。
地板辐射供冷/暖系统10包括埋设在室外土壤里的地埋管换热器27和设置在室内地面下的地板辐射末端28，地埋管换热器27和地板辐射末端28 通过供水管b29和回水管30形成闭合回路。
供水管b29上还设置有水处理器b31和循环水泵b32。
循环水泵b32的吸入端还连接有补水管b33。
室内进风口22内设置有袋式过滤器23和变频风量调节阀a24，室内排风口25内设置有变频风量调节阀b26。
本发明空调系统的工作过程为：
(1)夏季供冷时
开启被动式蒸发冷却风塔1和太阳能烟囱14分别承担空调区域21潜热负荷和部分显热负荷，开启地板辐射供冷系统承担空调区域剩下显热负荷。
被动式蒸发冷却风塔工作过程是：室外新风从被动式蒸发冷却风塔1四周设置的室外进风口5进入填料直接蒸发冷却功能段3的填料6内进行冷却加湿处理，由于冷空气密度大要下沉，产生反浮力通风效应后沿塔体4自发流动到室内送风口22内，经过袋式过滤器23过滤后送入空调区域21承担潜热负荷和部分显热负荷，然后室内空气按一定排风比例通过室内排风口25 进入太阳能烟囱14；
太阳能烟囱的工作过程是：太阳光照射在玻璃幕墙17和玻璃盖板15上，产生大量的热量储存在蓄热墙体18内，而绝热墙体19又可以防止热量从右边流失，因而室内空气通过室内排风口25进入太阳能烟囱14后从下往上温度不断升高，并依据烟囱效应沿囱体14自发流动到室外排风口20排走；
填料直接蒸发冷却功能段3中布水系统工作过程是：水箱9中的水由循环水泵a12提高动力通过供水管a8，并经水处理器a11进行过滤后流入布水器7喷淋在填料6上润湿填料后落入水箱9内，由此构成循环；
地板辐射供冷系统工作过程是：地板辐射末端28中温度较高的回水通过回水管30流入室外土壤内的地埋管换热器27中，由于室外地下15米处的土壤温度是当地地表气温的年平均值，不随室外环境温度变化而变化，是冬暖夏凉的，因此温度较低的土壤吸收温度较高的回水中的热量，回水温度降低后流入供水管b29，然后再经过水处理器b31过滤后送入室内地板辐射末端28承担剩余显热负荷，然后温度升高继续流入地埋管换热器27内放热，由此构成循环，此循环所需功力由供水管b29上设置的循环水泵b32提供，通过循环水泵b32吸入端连接的补水管b33进行补水。
(2)冬季供暖时
开启被动式蒸发冷却风塔1、太阳能烟囱14以及地板辐射暖系统，但不开启被动式蒸发冷却风塔中的填料直接蒸发冷却功能段。
被动式蒸发冷却风塔的工作过程是：室外新风从被动式蒸发冷却风塔1 四周设置的室外进风口5进入填料直接蒸发冷却功能段2四周设置的填料6，由于冷空气密度大要下沉，产生反浮力通风效应后沿塔体4自发流动到室内送风口22，经过袋式过滤器23过滤后送入空调区域21实现通风，之后室内空气按一定排风比例通过室内排风口25进入太阳能烟囱14；
太阳能烟囱的工作过程是：太阳光照射在玻璃幕墙17和玻璃盖板15上，产生大量的热量储存在蓄热墙体18内，而绝热墙体19又可以防止热量从右边流失，因而室内空气通过室内排风口25进入太阳能烟囱14后从下往上温度不断升高，并依据烟囱效应沿囱体14自发流动到室外排风口20排走；
地板辐射供暖系统工作过程是：地板辐射末端28中温度较低的回水通过回水管30流入室外土壤内的地埋管换热器27中，由于室外地下15米处的土壤温度是当地地表气温的年平均值，不随室外环境温度变化而变化，是冬暖夏凉的，因此温度较高的土壤加热温度较低的回水，回水温度升高后流入供水管b29，经过水处理器b31过滤后送入室内地板辐射末端28承担冷负荷，然后温度降低继续流入地埋管换热器27内吸热，由此构成循环，此循环所需功力由供水管b29上设置的循环水泵b32提供，通过循环水泵b32吸入端连接的补水管b33进行补水。
(3)过渡季节时
由于过渡季节室外空气凉爽，对于舒适性空调系统而言，对空调区域21 参数要求相对不高，因此该空调系统在过渡季节仅开启被动式蒸发冷却风塔 1和太阳能烟囱14实现大风量通风。
被动式蒸发冷却风塔工作过程是：室外新风从被动式蒸发冷却风塔1四周设置的室外进风口5进入填料直接蒸发冷却功能段3的填料6内进行冷却加湿处理，由于冷空气密度大要下沉，产生反浮力通风效应后沿塔体4自发流动到室内送风口22内，经过袋式过滤器23过滤后送入空调区域21承担潜热负荷和部分显热负荷，然后室内空气按一定排风比例通过室内排风口25 进入太阳能烟囱14；
太阳能烟囱的工作过程是：太阳光照射在玻璃幕墙17和玻璃盖板15上，产生大量的热量储存在蓄热墙体18内，而绝热墙体19又可以防止热量从右边流失，因而室内空气通过室内排风口25进入太阳能烟囱14后从下往上温度不断升高，并依据烟囱效应沿囱体14自发流动到室外排风口20排走；
填料直接蒸发冷却功能段3中布水系统工作过程是：水箱9中的水由循环水泵a12提高动力通过供水管a8，并经水处理器a11进行过滤后流入布水器7喷淋在填料6上润湿填料后落入水箱9内，由此构成循环。
以上三种季节各自运行模式所需要的送排风比例可以通过室内进风口 22和室内排风口25内设置的变频风量调节阀a24和变频风量调节阀b26来调节。
本发明以干空气能、太阳能及地热能为驱动能源的空调系统完全以太阳能、干空气能和地热能为驱动能源实现夏季供冷、冬季供暖和全季节通风，将被动式蒸发冷却风塔、太阳能烟囱和地板辐射供冷/暖系统与建筑物融为一体，做到建筑与自然的和谐统一，不仅享受了健康舒适的空调方式，而且系统低能耗运行。

Claims (10)

1.以干空气能、太阳能及地热能为驱动能源的空调系统，其特征在于，包括在房屋相对的两侧分别设置的被动式蒸发冷却风塔(1)和太阳能烟囱(14)以及设置在地面下的地板辐射供冷/暖系统(10)，所述被动式蒸发冷却风塔(1)靠近房屋墙壁的底部预留有通入室内的室内进风口(22)，所述太阳能烟囱(14)设置在房屋墙壁的上部，且太阳能烟囱(14)靠近房屋墙壁的底部预留有室内排风口(25)。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述被动式蒸发冷却风塔(1)包括塔体(4)，所述塔体(4)的上部设置有填料直接蒸发冷却功能段(3)，所述塔体(4)的顶部还设置有塔盖(2)。
3.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，所述填料直接蒸发冷却功能段(3)包括填料(6)，所述填料(6)的上方设置有布水器(7)，所填料(6)的下方设置有水箱(9)，所述布水器(7)与水箱(9)通过供水管a(8)连接，所述填料(6)对应的塔体(6)外侧均匀设置有多个室外进风口(5)。
4.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于，所述供水管a(8)上还设置有水处理器a(11)和循环水泵a(12)。
5.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于，所述水箱(9)还连接有补水管a(13)。
6.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述太阳能烟囱(14)包括设置在房屋墙壁上方的囱体(16)，所述囱体(16)远离房屋墙壁的一侧为玻璃幕墙(17)，所述囱体(16)在房屋墙壁上的一侧为绝热墙体(19)，所述室内排风口(15)设置在所述绝热墙体(19)的下方，所述绝热墙体(19)远离房屋墙壁的一侧还设置有蓄热墙体(18)，所述玻璃幕墙(17)的上方设置有室外排风口(20)，所述囱体(16)的顶部还设置有玻璃盖板(15)。
7.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述地板辐射供冷/暖系统(10)包括埋设在室外土壤里的地埋管换热器(27)和设置在室内地面下的地板辐射末端(28)，所述地埋管换热器(27)和地板辐射末端(28)通过供水管b(29)和回水管(30)形成闭合回路。
8.根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于，所述供水管b(29)上还设置有水处理器b(31)和循环水泵b(32)。
9.根据权利要求8所述的空调系统，其特征在于，所述循环水泵b(32)的吸入端还连接有补水管b(33)。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的空调系统，其特征在于，所述室内进风口(22)内设置有袋式过滤器(23)和变频风量调节阀a(24)，所述室内排风口(25)内设置有变频风量调节阀b(26)。
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