CN108917055A - 地源热管自循环式建筑冷暖系统 - Google Patents

地源热管自循环式建筑冷暖系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108917055A
CN108917055A CN201810554994.XA CN201810554994A CN108917055A CN 108917055 A CN108917055 A CN 108917055A CN 201810554994 A CN201810554994 A CN 201810554994A CN 108917055 A CN108917055 A CN 108917055A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
port
pipe
flow duct
major flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810554994.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108917055B (zh
Inventor
奉政
奉政一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201810554994.XA priority Critical patent/CN108917055B/zh
Publication of CN108917055A publication Critical patent/CN108917055A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108917055B publication Critical patent/CN108917055B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0046—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D15/00—Other domestic- or space-heating systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/40—Geothermal heat-pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

本发明提供了一种地源热管自循环式建筑冷暖系统，解决了常规地源热泵式空调系统依赖电力压缩机驱动冷媒循环系统消耗能源过大的问题，以及排放污染环境和产生噪音的问题，技术方案是：地上热交换器为室内毛细管热交换器，地下热交换器为设置在深入地下增温层的地岩孔内的传热管，传热管形状为U型，传热管高端口设置在地岩孔恒温层，传热管底端口设置在地岩孔增温层，高端口主导流管和/或低端口主导流管设置有阀门，供暖循环管路内充有气液双态二氧化碳或制冷剂，地岩孔内充填有导热填芯层。其利用自然地层能源和换热管中的二氧化碳或制冷剂在增温层汲取的热量以热管效应原理形成自循环对室内温度进行调节，节约能源，减少环境污染。

Description

地源热管自循环式建筑冷暖系统
技术领域
本发明涉及建筑室内温度调节系统，特别是一种地源热管自循环式建筑冷暖系统，适用于利用地源能量直接调节室内温度环境。
背景技术
目前，随着人类生活水平的提高，供暖、制冷的能源消耗、温室气体排放已占世界总量的三分之一，现有地源热泵供暖供冷技术，都是采用耗电很大的压缩机压缩冷媒放热、节流后蒸发吸热的热泵系统，不仅设备成本高且供暖费用也高。常规的地源热泵供暖供系统包括地上热交换器和地下热交换器连接的供暖循环管路，供暖循环管路通过地下竖井能够伸入到地下恒温层，通过中间介质水作为热载体，在热交换器中循环流动从而实现冬天取热，进行室内供热，由于需要连接压缩机和动力装置将中间介质抽回，需要消耗大量能源，而且产生大量噪音，实际应用并不理想。本发明人在PCT2011/CN/078904《建筑一体空调》专利中提出的地基桩毛细管制冷剂循环技术方案，仍然要采用耗能较大的压缩机，截止目前还没有地源热管自循环式建筑冷暖专利技术，也没有通过太阳能集热板收集热量经制冷剂循环将热量存储于地下反季节使用技术，世界迫切需要一种自然能量无费用供暖、供冷、供热水及发电的环保减排技术，为人类社会带来新的进步。
发明内容
本发明的目的是提供一种地源热管自循环式建筑冷暖系统，解决了常规地源热泵式空调系统依赖电力压缩机驱动冷媒循环系统消耗能源过大的问题，以及排放污染环境和产生噪音的问题，其利用自然地层能源和换热管中的二氧化碳或制冷剂在增温层汲取的热量以热管效应原理形成自循环对室内温度进行调节，节约能源，减少环境污染。
本发明采用的技术方案是：该地源热管自循环式建筑冷暖系统包括连接有地上热交换器和地下热交换器的供暖循环管路，其特征在于：所述地上热交换器为室内毛细管热交换器，地下热交换器为设置在深入地下增温层的地岩孔内的传热管，传热管形状为U型传热管，传热管高端口设置在地岩孔的恒温层，传热管底端口设置在地岩孔的增温层，传热管U型底部设置在地岩孔底部，传热管高端口主导流管连接室内毛细管前端口分配器，传热管低端口经带有保温套的低端口主导流管连接室内毛细管后端口分配器，高端口主导流管和/或低端口主导流管设置有阀门，所述供暖循环管路内充有气液双态二氧化碳或制冷剂，地岩孔内充填有导热填芯层；所述低端口主导流管为输气粗管，高端口主导流管为输液细管。
所述供暖循环管路并联有太阳能集热板，太阳能集热板前端口通过导流支管连接高端口主导流管上段，太阳能集热板后端口通过另一导流支管连接低端口主导流管上段，太阳能集热板前端口设置有前端阀，太阳能集热板后端口设置有后端阀。
所述传热管高端口主导流管设置有循环泵。
所述供暖循环管路并联有太阳能集热板，太阳能集热板前端口的导流支管、高端口主导流管上段和高端口主导流管下段之间通过三通阀连接；太阳能集热板后端口的另一导流支管、低端口主导流管上段和低端口主导流管下段之间通过喷射三通阀连接；所述室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿器。
所述供暖循环管路还并联有制冷循环管路，制冷循环管路包括设置在所述地岩孔恒温层段的散热管，散热管形状为带高端口和低端口的U型，散热管低端口通过低端口第一导流支管连接低端口主导流管上段，散热管高端口通过高端口第一导流支管连接高端口主导流管上段，高端口主导流管上段设置有循环泵。
所述低端口主导流管上段、低端口主导流管下段和低端口第一导流支管之间通过喷射三通阀连接；高端口主导流管上段、高端口主导流管下段和高端口第一导流支管之间通过三通阀连接；所述室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿器。
所述低端口主导流管上段、低端口主导流管下段和低端口第一导流支管之间通过三通阀连接；高端口主导流管下段和高端口第一导流支管分别设有阀门；所述高端口第一导流支管或低端口导流支管连接有室外集冷器，所述室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿器。
所述高端口第一导流支管的阀门为向高端口主导流管上段连通的第一单向阀，高端口主导流管下段的阀门为向传热管连通的第二单向阀。
所述供暖循环管路还并联有制冷循环管路，制冷循环管路包括设置在所述地岩孔恒温层段的散热管，散热管形状为带高端口和低端口的U型，散热管低端口通过低端口第一导流支管连接低端口主导流管上段，散热管高端口通过高端口第一导流支管连接高端口主导流管上段；高端口第一导流支管和高端口主导流管下段分别设有阀门；低端口主导流管上段、低端口主导流管下段和低端口第一导流支管之间通过三通阀连接；所述室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿器；在室内毛细管的两端分别设置有前端电磁阀和后端电磁阀。
所述太阳能集热板上设置有可开合的遮盖帘或开合部成为集热制冷板。
本发明具有的积极效果是：由于利用室内毛细管热交换器和U型传热管连通形成供暖循环管路，该管路内充注气液双态二氧化碳或制冷剂，传热管高端口和低端口分别设置在地岩孔的增温层和恒温层，传热管U型底部设置在地岩孔底部，使得冬季室内毛细管内放热后低温介质由于重力向下流动进入地岩孔内的U型传热管，随着逐渐向下流动，经地层的变温层、恒稳层到更深增温层，增温层温度为38℃至50℃，使介质吸收热量增温，并由低温液态转化成气态，根据热管效应原理，介质增温后体积膨胀变轻，压力增大，经传热管U型底部转弯向上回流，上升进入带保温套的低端口主导流管，再次进入室内毛细管向室内传导释放热量，往复流动循环构成自然能量室内供暖。其利用了地下岩层热储藏量大、可持续传导热能，合理的使用环保能源自然循环，降低了能耗；循环管路内不结冰，热能传导转化快；不用电力驱动循环设备，同时也免去使用地面上的压缩机系统，极大的减少了设备产生的噪音对环境的影响，达到室内零噪音，而且没有压缩机回油、液击等技术问题，设备综合成本低，施工相对简单；巧妙的利用了建筑物施工前期的打地岩孔取样和打地基钻孔形成的地岩孔，节约了施工量。特别是其传热介子为回收的二氧化碳和自然地层能源的热管效应循环对室内温度进行调节，极大的节约了能源，减少石化燃料的环境污染，人与自然和谐，市场潜力巨大，对人类可持续发展具有重要意义。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是本发明实施例二的结构示意图；
图3是本发明实施例三的结构示意图；
图4是本发明实施例四的结构示意图；
图5是本发明实施例五的结构示意图；
图6是本发明实施例六的结构示意图。
图中序号说明： 1地岩孔、2低端口主导流管、2-1低端口主导流管上段、2-2低端口主导流管下段、3传热管、3-1传热管高端口、3-2传热管低端口、3-3传热管U型底部、4阀门、5保温套、6室内毛细管前端口分配器、7室内毛细管后端口分配器，8室内毛细管、9温控器、10、高端口主导流管、10-1高端口主导流管上段、10-2高端口主导流管下段、 11、导热填芯层，12、太阳能集热板，12-1太阳能集热板后端阀、12-2太阳能集热板前端阀、13太阳能集热板遮盖开合部、14循环泵、15散热管、15-1散热管高端口、15-2散热管低端口、16喷射三通阀、17三通阀、18低端口第一导流支管、19高端口第一导流支管、20除湿器、21室外集冷器、22第一单向阀、23第二单向阀、24前端电磁阀、25后端电磁阀、26压力传感器。
具体实施方式
根据图1～6详细说明本发明的具体结构。在地层结构上按照地层温度可分三层：第一层称作变温层（外热层），该层温度主要来自太阳的辐射热能，它随外界变化而不同；第二层称作恒温层（常温层），该层为变温层的下部界面，地下温度大致保持平均温度14-20℃；第三层称作增温层（内热层），该层不受太阳辐射的影响，其热能来自地球内部，随着深度的增加而增高。世界每年新建筑达40亿平方米，都是从打地岩孔取样和打地基桩开始，本发明将钻探地岩孔进行规划增量，加深到增温层获得38℃以上温度。
实施例一，如图1所示，一种地源热管自循环式建筑冷暖系统，其包括连接有地上热交换器和地下热交换器的供暖循环管路，地上热交换器采用金属的室内毛细管8室内毛细管前端口和后端口都设置有用于分配液管的室内毛细管前端口分配器6和室内毛细管后端口分配器7。地下热交换器可采用多组并排的传热管3，传热管设置在深入地下增温层百米至千米的地岩孔1内，传热管形状为U型传热管，传热管的一端较高，即传热管高端口3-1；另一端较低即传热管低端口3-2，传热管高端口的高度设置在地岩孔1的恒温层的高度，传热管低端口的高度设置在地岩孔的增温层的高度，传热管U型底部3-1设置在地岩孔底部，传热管高端口3-1连接有高端口主导流管10，低端口主导流管2带有保温套5，保温套用于保证低端口主导流管内吸热后的制冷剂保持温度，高端口主导流管10上端连接室内毛细管前端口分配器6，传热管低端口3-2连接有低端口主导流管2，低端口主导流管的下端深入地下恒温层，低端口主导流管2上端连接室内毛细管后端口分配器7，高端口主导流管和/或低端口主导流管设置有阀门4，可以通过阀门连接温控器，阀门可以采用向传热管高端口连通的单向阀供暖循环管路内充注有气液双态二氧化碳或制冷剂作为热量传递介质，优选气液双态二氧化碳，地岩孔内充填有导热填芯层11，可以采用石墨粉水泥岩浆等回灌为导热填芯层，在地岩孔口设置设备安装口。为了提高气液转化传热的效率，可以采用输气粗管作为低端口主导流管，采用输液细管作为高端口主导流管。其也可以应用到下列实施例中。
工作原理：根据地质温区理论，地面下2-15米为14℃恒温层，更深地层为增温层，其温度表达公式为：14℃+0.03*100m=温度，本实施例钻孔深度800米时，孔的底部温度为14℃+0.03*800m=38℃，当地岩孔直径在5-30cm之间时，以孔深下部600米向外2.8米半径岩层平均降温4℃，整个冬季输出供暖热量为：2.8*2.8*3.14*600*1000*2.7*0.8/1000*2.778*4℃=35470KWH，可以满足500m2别墅冬季供暖需求。
当采用气液双态二氧化碳作为热量传递介质供暖工作时，从楼板或内墙金属的室内毛细管8向外释放热量后的液态二氧化碳经高端口主导流管10进入阀门4，温控器9控制阀门4的开闭及流量，液体二氧化碳经阀门4进入传热管3高端口，初始段二氧化碳吸热成为气液双态，继续向下流动吸热直到超过二氧化碳临界点31.2℃全部成为气态，继续向下流动加热为体积大质量小的过热气体，直到地下800米的最底层的传热管U型弯部7继续加热为压力8MP过热气体（和室内毛细管8中冷凝放热末段压力6.5MP形成15kg的压差），通过低端口主导流管2连接的室内毛细管后端口分配器7进入埋设在建筑楼板上或墙体中的室内毛细管8，经过几十米的冷凝大面积放热，温度降为20-25℃，恰好在二氧化碳亚临界液化，体积缩小压力降低，经室内前端口分配器6以及高端口主导流管10的虹吸作用下重新进入阀门4构成自然能量循环，在低端口主导流管2的外面包敷保温套5确保散热很小，二氧化碳的气化潜热是水传热的十几倍，很细的气管和更细的液管即可满足能量需求。室内温控器9通过控制阀门控制室内温度在设定值范围内，随着最冷季节的过去，室内需热量也由20KW降至5KW，地下岩热末端温度由起始的38℃降至30-32℃，即使室内毛细管中二氧化碳放热温度27-25℃，放热量仍达12W/m2，保证室内温度23-24℃。
供暖期终止，地下热量还将不断向中心岩层传递热量共计210天，直至岩孔恢复到原始38℃保证来年供暖。没有电费燃料费消耗，自然环保。
实施例二，如图2所示，一种地源热管自循环式建筑冷暖系统，是在实施例一基础上做出的改进，其增加了太阳能集热板12，具体为：在供暖循环管路并联有太阳能集热板，太阳能集热板前端口通过导流支管连接高端口主导流管上段10-1，太阳能集热板后端口通过另一导流支管连接低端口主导流管上段2-1，太阳能集热板前端口设置有太阳能集热板前端阀12-2，太阳能集热板后端口设置有太阳能集热板后端阀12-1。还可以在太阳能集热板上设置太阳能集热板遮盖开合部13，该开合部是在太阳能集热板一侧或背部设置散热开合盖，或者采用可开合的遮阳帘。还可以在传热管高端口主导流管设置有循环泵，辅助增加介质的循环速度。其他结构与实施例一相同。
工作原理为：本实施在屋顶做好隔热层铺设50m2太阳能集热板12，使单孔供暖面积增加提高效益。当采用液态二氧化碳作为热量传递介质供暖工作时，太阳能集热板在夜晚温度下降管路压力降低，开启阀门，二氧化碳液体进入太阳能集热板12，天亮以后阳光辐射热量使其不断蒸发，当升温到45℃-50℃以上气体（高于岩孔最底温度38℃，压力也高于高端口主导流管中的压力），阀门开启，二氧化碳蒸汽极速向下流动至传热管放热并逐渐成为气液混合物，从U型底部转弯向上返，由于上部岩层温度低、压力变小，因此二氧化碳沿低端口主导流管继续向上，直至全部冷凝为液体，此时太阳能集热板内压力仍很高，放下遮阳帘，或者打开开合盖，或再次等到夜晚，使太阳能集热板温度下降，压力降低，液体二氧化碳再进入太阳能集热板，太阳热量以每平方米1000W计算汲取的热量为1000W*50m2*8H*20天*5个月=40000KWH，秋季后储热量为800W*50m2*7H*20天*2个月=11200KWH，岩层温度增高至45-48℃，冬季太阳热量以每平方米350W计算直接供暖4个月热量为：12600KWH，热量合计约为：63800KWH，与岩层热量叠加可满足1000m2建筑供暖需求。
实施例三，如图3所示，一种地源热管自循环式建筑冷暖系统，是在实施例二基础上的进一步改进，供暖循环管路并联有太阳能集热板12，增加了喷射三通阀16，以及三通阀17，太阳能集热板前端口的导流支管、高端口主导流管上段10-1和高端口主导流管下段10-2之间通过三通阀17连接；太阳能集热板后端口的另一导流支管、低端口主导流管上段2-1和低端口主导流管下段2-2之间通过喷射三通阀16连接，通过设置三通阀和喷射三通阀，替代了太阳能集热板前端阀和后端阀；还可以在太阳能集热板上设置太阳能集热板遮盖开合部13，该开合部是在太阳能集热板一侧或背部设置散热开合盖，或者采用可开合的遮阳帘；该连接结构不使用循环泵，可以在室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿器，其它结构与实施例一相同。
工作原理：本实施在屋顶做好隔热层铺设50m2太阳能集热板12，使单孔供暖面积增加提高效益。当采用液态二氧化碳作为热量传递介质供暖工作时，太阳能集热板在夜晚温度下降管路压力降低，三通阀17旋转至上下联通位置，使太阳能集热板前端口与高端口主导流管下段导通，传热管3中的二氧化碳液体进入太阳能集热板12，天亮以后阳光辐射热量使其不断蒸发膨胀，当升温到50-80℃以上气体（高于岩孔最底温度38℃及压力），喷射三通阀16开启至向下导通，使太阳能集热板后端口向下与低端口主导流管下段导通，二氧化碳蒸汽极速向下喷射至混流段，室内毛细管中的二氧化碳同时被引射出来，室内毛细管8制冷。
混合后的二氧化碳向下流动至传热管3放热并逐渐成为气液混合物，从U型底部转弯向上返，由于上部岩层温度低、压力变小，因此二氧化碳沿低端口主导流管继续向上，直至全部冷凝为液体，当太阳能集热板中的二氧化碳全部蒸发以后，夜晚来临，三通阀17旋转至低端口主导流管上段和低端口主导流管下段之间联通位置，打开开合盖或白天放下遮阳帘，午夜后太阳能集热板内温度下降到25-30℃，压力大幅降低，三通阀17旋转至至向上导通，使低端口主导流管下段向上与太阳能集热板后端口导通，传热管中的二氧化碳气体又反向喷射至太阳能集热板中，其引射端口又给室内毛细管二氧化碳制冷，形成循环。
冬季供暖时通过三通阀与喷射三通阀的切换，形成传热管热量和太阳能集热板热量并联供暖形式，二个三通阀门的切换组合，可以满足全年的供暖、制冷各种需求。太阳热量以每平方米1000W计算，汲取的热量为1000W*50m2*8H*20天*5个月=40000KWH，引射制冷效率按20%设计，则增加储热8000kwh，秋季后储热量为800W*50m2*7H*20天*2个月=11200KWH，岩层温度增高至45-48℃，冬季太阳热量以每平方米350W计算直接供暖4个月热量为：12600KWH，热量合计约为：71800KWH，与岩层热量叠加可满足1000m2以上建筑供暖。
实施例四，如图4所示，一种地源热管自循环式建筑冷暖系统，是在实施例一基础上的进一步改进，增加了并联的制冷循环管路，具体为：在供暖循环管路并联制冷循环管路，采用在地岩孔恒温层段设置散热管15，散热管形状也为带高端口和低端口的U型，散热管低端口15-2通过低端口第一导流支管18连接低端口主导流管上段2-1，散热管高端口15-1通过高端口第一导流支管19连接高端口主导流管上段10-1，高端口主导流管上段设置有循环泵14；可以在低端口主导流管上段2-1、低端口主导流管下段2-2和低端口第一导流支管18之间通过喷射三通阀连接16；在高端口主导流管上段、高端口主导流管下段和高端口第一导流支管之间通过三通阀连接；还可以在室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿器20。
工作原理：当采用气液双态二氧化碳作为热量传递介质冬季供暖工作时，传热管的上端口向下流动的二氧化碳液体不断蒸发，温度下降，不断带走岩层热量，而加热为气体后通过U型弯向上输送时压力较大，进入喷射三通阀高速喷射，恰好将散热管14中的二氧化碳气体引射出来共同输入室内毛细管8，由于室内毛细管冬季多数情况下仅需32℃以下，因此，引射后的二氧化碳尽管降温还是能够满意供暖，如果引射效率为20%，则刚好增加了20%的供暖热量，散热管周围恒温层的温度也由14-20降至10-16℃，给来年夏季供冷增加了总热量的20%储冷量。
夏季时，喷射三通阀切换至室内毛细管后端口与散热管之间联通位置，制冷循环泵19通电启动，散热管14中下部12-16℃液体经低端口第一导流支管和低端口主导流管上段进入室内金属毛细管8中以16℃-20℃蒸发吸热（压力约6MP），单位制冷量50W/m2时，由于室内地面全部铺设了金属毛细管，形成最大传热面积，400m2冷量达20KW可保证室内25℃，而此时的散热管U型弯部位温度为16℃，延散热管向上温度为10℃压力4.5MP左右，10KG压差使气体通过U型弯后继续向上直到放热成为液体，二氧化碳温度低于15℃时流过室内窗台下的金属除湿器20会结露，析出室内空气中的水份，通过溢水管排至室外，使室内降温的同时进行了除湿。
实施例五，如图5所示，一种地源热管自循环式建筑冷暖系统，是在实施例四基础上的进一步改进，同样增加了并联的制冷循环管路，散热管低端口14-2通过低端口第一导流支管16连接低端口主导流管上段2-1，散热管高端口15-1通过高端口第一导流支管19连接高端口主导流管上段，在高端口主导流管上段设置有循环泵14。不同的结构是：在高端口第一导流支管19和主导流管下段分别设有第一单向阀22和第二单向阀23。在低端口主导流管上段2-1、低端口主导流管下段2-2和低端口第一导流支管18之间通过三通阀17连接，便于两管路切换连通。还可以在高端口第一导流支管连接有室外集冷器21，可以在室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿20。
工作原理为：地岩层的冷量通常为14℃以上，室内除湿换热器体积大成本高，南方建筑冷负荷大或者要带更大建筑面积冷量会不足，本实施例在散热管14的高端口第一导流支管管路上连接一个室外集冷器21，冬天时散热管中的二氧化碳热蒸气不断进入室外集冷器自然放热，冷凝为液体靠重力作用延管壁下流至散热管15，2P空调大小的换热器，散热管温度18℃时和室外-10℃温差达28℃以上，放热集冷5000W，每天储冷量5000W*24H=120KWH，冬季储冷量120KWH*120天=14400KWH使岩层接近2℃，可满足1500m2建筑夏季冷量需求。
夏季供冷时，散热管中全部为液体，通过循环泵将液体输入至室内毛细管后，散热管内部形成空腔，进入室内毛细管的二氧化碳制冷剂受热蒸发为气体，沿低端口主导流管上段、三通阀、低端口第一导流支管进入散热管空腔降温，并逐渐向上冷凝变成液体，重新进入制冷循环泵19完成制冷循环。
还可以使用电动三通阀切换方式制冷，当三通阀将换热管和散热管联通时，换热管中的高压气体急速进入散热管，将其内部液态二氧化碳顶入室内毛细管蒸发吸热，时间间隔一会，散热管中的二氧化碳从低端口管路流向高端口逐渐冷凝为液体，散热管内形成空腔，电动三通阀再切换到散热管与室内毛细管联通位置，则室内毛细管中的二氧化碳气体迅速被抽入散热管重新被冷凝，重复以上过程，实现连续制冷，由于电动三通耗电3-5w极其微小，半平方米的光伏发电就能支持整个夏天。
实施例六，如图6所示，一种地源热管自循环式建筑冷暖系统，是在实施例二的基础上的进一步改进，并增加了实施四的并联的制冷循环管路，其中供暖循环管路并联太阳能集热板12，太阳能集热板上设置13太阳能集热板遮盖开合部，有可开合的遮盖帘或开合部成为集热制冷板，室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿器20。在室内毛细管的两端分别设置有前端电磁阀24和后端电磁阀25。即可以在二层以上建筑，每套室内毛细管的进口及出口都设置一个电磁阀，室内毛细管管路上设置一个压力传感器26，在楼顶设置集热制冷板，地岩孔深。散热管低端口15-2通过低端口第一导流支管18连接低端口主导流管上段2-1，散热管高端口15-1通过高端口第一导流支管19连接高端口主导流管上段，不同的结构是：高端口第一导流支管19和主导流管下段分别设有阀门4，低端口主导流管上段2-1、低端口主导流管下段2-2和低端口第一导流支管18之间通过三通阀17连接。地源孔增深至1000米，底部温度达45℃，太阳能集热制冷板加大到100m2以上，适应20层以上高层建筑应用。
工作原理：该太阳能集热制冷板在夏季、秋季汲取太阳热量进行储存；而冬季、春季白天汲取太阳热量存储于传热管供冬季供暖，而夜间或阴雨天则开启后部或侧部开合部，成为室外集冷板，通过三通阀切换为散热管15储冷。太阳能集热制冷板获得更好利用。当内部充注二氧化碳开始冷量需求较小时，太阳能集热板12始终向传热管3排热储热，当太阳能集冷板12内二氧化碳全部蒸发后，压力不再增高，将三通阀17转换到中间端口联通低端口主导流管上段和低端口主导流管下段位置，开启前端电磁阀24，打开太阳能集热板后端阀12-1，将太阳能集热板12中剩余高压干蒸汽顶入散热管15中，散热管中的3℃的二氧化碳液体被顶入高端口主导流管，通过除湿器20释放过冷除湿，再进入室内金属毛细管8，关闭太阳能集热板后端阀12-1，开启后端电磁阀25，由于此时散热管15已逐渐将顶入的二氧化碳气体液化，温度降至10℃左右，对应压力很低，，将三通阀17恢复室内毛细管与散热管14联通位置，室内毛细管8中的二氧化碳液体蒸发吸热成为气体（约20-22℃），再通过毛细管后端口分配器7、低端口第一导流支管16逐渐吸入散热管散热构成循环。在没有阳光的阴天或夜晚，将三通阀短时间转换到传热管3和散热管14联通位置，传热管3中的高压干蒸汽将散热管液体制冷剂顶入室内毛细管8中，三通阀再转换到散热管和室内毛细管后端口分配器7，室内毛细管中CO2液体蒸发吸热制冷回到散热管中构成循环。至进入夏季后每天供冷降低建筑体温度，使单日建筑热负荷峰值很小，散热管中的二氧化碳被更多顶出后，管路中的冷凝面积增加供冷增大。与传统技术比较，没有压缩机，没有泵，电动阀耗电5W，每回工作仅几秒至数十秒钟，0.03m2的光伏电池+UPS即能满足使用。
安全检测，尽管室内金属毛细管8承压高安全性好，为防止出现微小裂纹带来安全隐患，无论供暖、供冷都能对室内金属毛细管进行微泄露检测，例如，当前端电磁阀23关闭，室内毛细管中的二氧化碳都被吸入散热管后，后端电磁阀24也关闭，十分钟后，每组毛细管中通过传感器25的压力数据应基本一致，万一某组毛细管中压力偏低，则说明可能有意外泄露，此时，该管路的进房液阀、进房气阀不再开启并报修，其它管路仍可正常工作，每天的自动检测，确保安全万无一失。
秋季储热，供冷期结束后，利用供暖期来临前的1-2个月，把三通阀转换成太阳能集热制冷板管路和散热管14连接位置，使太阳能集热制冷板的热量向散热管中储存，直到散热管14周围岩层温度也达到35-38℃。
冬季供暖及储冷，供暖期前段时间，首先使用散热管中的热量进行供暖，当散热管中的温度低于25℃不能输出热量时，开始为夏季储冷。在午夜后清晨前，太阳能集热板后面散热开合盖打开，三通阀21临时转换与散热管接通位，散热管中的二氧化碳蒸汽通过12-1太阳能集热板后端阀进入太阳能集热板放热，冬天的寒冷使其急速降温成为液体，重力作用再通过12-1太阳能集热板后端阀回流至散热管14构成循环。最冷季节阴天或每天夜晚重复蒸发放热集冷，可以让恒温层温度降至1-2℃，储冷体积增加近4-5倍，满足大型建筑冷量需求。由于太阳能集热制冷板具有热惰性，而室内毛细管地面墙体具有更大储热性，因此，储冷、供暖穿插进行互不影响。
综上所述，实现本发明的目的。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地源热管自循环式建筑冷暖系统，它包括连接有地上热交换器和地下热交换器的供暖循环管路，其特征在于：所述地上热交换器为室内毛细管热交换器，地下热交换器为设置在深入地下增温层的地岩孔内的传热管，传热管形状为U型传热管，传热管高端口设置在地岩孔的恒温层，传热管底端口设置在地岩孔的增温层，传热管U型底部设置在地岩孔底部，传热管高端口主导流管连接室内毛细管前端口分配器，传热管低端口经带有保温套的低端口主导流管连接室内毛细管后端口分配器，高端口主导流管和/或低端口主导流管设置有阀门，所述供暖循环管路内充有气液双态二氧化碳或制冷剂，地岩孔内充填有导热填芯层；所述低端口主导流管为输气粗管，高端口主导流管为输液细管。
2.根据权利要求1所述的地源热管自循环式建筑冷暖系统，其特征在于：所述供暖循环管路并联有太阳能集热板，太阳能集热板前端口通过导流支管连接高端口主导流管上段，太阳能集热板后端口通过另一导流支管连接低端口主导流管上段，太阳能集热板前端口设置有前端阀，太阳能集热板后端口设置有后端阀。
3.根据权利要求2所述的地源热管自循环式建筑冷暖系统，其特征在于：所述传热管高端口主导流管设置有循环泵。
4.根据权利要求1所述的地源热管自循环式建筑冷暖系统，其特征在于：所述供暖循环管路并联有太阳能集热板，太阳能集热板前端口的导流支管、高端口主导流管上段和高端口主导流管下段之间通过三通阀连接；太阳能集热板后端口的另一导流支管、低端口主导流管上段和低端口主导流管下段之间通过喷射三通阀连接；所述室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿器。
5.根据权利要求1所述的地源热管自循环式建筑冷暖系统，其特征在于：所述供暖循环管路还并联有制冷循环管路，制冷循环管路包括设置在所述地岩孔恒温层段的散热管，散热管形状为带高端口和低端口的U型，散热管低端口通过低端口第一导流支管连接低端口主导流管上段，散热管高端口通过高端口第一导流支管连接高端口主导流管上段，高端口主导流管上段设置有循环泵。
6.根据权利要求5所述的地源热管自循环式建筑冷暖系统，其特征在于：所述低端口主导流管上段、低端口主导流管下段和低端口第一导流支管之间通过喷射三通阀连接；高端口主导流管上段、高端口主导流管下段和高端口第一导流支管之间通过三通阀连接；所述室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿器。
7.根据权利要求5所述的地源热管自循环式建筑冷暖系统，其特征在于：所述低端口主导流管上段、低端口主导流管下段和低端口第一导流支管之间通过三通阀连接；高端口主导流管下段和高端口第一导流支管分别设有阀门；所述高端口第一导流支管或低端口导流支管连接有室外集冷器，所述室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿器。
8.根据权利要求7所述的地源热管自循环式建筑冷暖系统，其特征在于：所述高端口第一导流支管的阀门为向高端口主导流管上段连通的第一单向阀，高端口主导流管下段的阀门为向传热管连通的第二单向阀。
9.根据权利要求2所述的地源热管自循环式建筑冷暖系统，其特征在于：所述供暖循环管路还并联有制冷循环管路，制冷循环管路包括设置在所述地岩孔恒温层段的散热管，散热管形状为带高端口和低端口的U型，散热管低端口通过低端口第一导流支管连接低端口主导流管上段，散热管高端口通过高端口第一导流支管连接高端口主导流管上段；高端口第一导流支管和高端口主导流管下段分别设有阀门；低端口主导流管上段、低端口主导流管下段和低端口第一导流支管之间通过三通阀连接；所述室内毛细管气管管路或高端口主导流管上段地上部管路串联有除湿器；在室内毛细管的两端分别设置有前端电磁阀和后端电磁阀。
10.根据权利要求2、3、4或9任意一项所述的地源热管自循环式建筑冷暖系统，其特征在于：所述太阳能集热板上设置有可开合的遮盖帘或开合部成为集热制冷板。
CN201810554994.XA 2018-06-01 2018-06-01 地源热管自循环式建筑冷暖系统 Active CN108917055B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810554994.XA CN108917055B (zh) 2018-06-01 2018-06-01 地源热管自循环式建筑冷暖系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810554994.XA CN108917055B (zh) 2018-06-01 2018-06-01 地源热管自循环式建筑冷暖系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108917055A true CN108917055A (zh) 2018-11-30
CN108917055B CN108917055B (zh) 2021-06-15

Family

ID=64409690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810554994.XA Active CN108917055B (zh) 2018-06-01 2018-06-01 地源热管自循环式建筑冷暖系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108917055B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110878992A (zh) * 2019-10-09 2020-03-13 格辐(沈阳)节能设备科技有限公司 一种微管快热水箱和一种微管热泵机组
CN111473410A (zh) * 2020-04-21 2020-07-31 奉政一 地源自循环热管耦合空调装置
CN111637651A (zh) * 2020-06-09 2020-09-08 奉政一 地下换热管凝结热获取和释放方法及装置
CN112252814A (zh) * 2020-09-28 2021-01-22 中国航空规划设计研究总院有限公司 一种自驱动的液态金属建筑供冷和供暖系统及其安装方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201145372Y (zh) * 2007-12-26 2008-11-05 城市新能(北京)工程技术有限公司 一种地源热泵中央空调
US20100252229A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Lalit Chordia Geothermal energy system
CN102393049A (zh) * 2011-10-13 2012-03-28 北京德能恒信科技有限公司 一种地源热管热泵空调
CN104132486A (zh) * 2014-07-11 2014-11-05 浙江大学 一种无泵式热喷射制冷循环方法和装置
CN204854074U (zh) * 2015-07-30 2015-12-09 天津生态城能源投资建设有限公司 自动调节蒸发温度的热管型地埋管换热器
CN106338093A (zh) * 2016-09-27 2017-01-18 王顺心 一种内循环地源热泵
CN106705720A (zh) * 2017-01-19 2017-05-24 中国科学院广州能源研究所 一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统
CN107144035A (zh) * 2017-05-16 2017-09-08 中国科学院广州能源研究所 一种工质循环流量可调控的回路热管式地热开采系统
CN107631382A (zh) * 2017-11-03 2018-01-26 上海理工大学 热管型自再热式空调新风处理机

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201145372Y (zh) * 2007-12-26 2008-11-05 城市新能(北京)工程技术有限公司 一种地源热泵中央空调
US20100252229A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Lalit Chordia Geothermal energy system
CN102393049A (zh) * 2011-10-13 2012-03-28 北京德能恒信科技有限公司 一种地源热管热泵空调
CN104132486A (zh) * 2014-07-11 2014-11-05 浙江大学 一种无泵式热喷射制冷循环方法和装置
CN204854074U (zh) * 2015-07-30 2015-12-09 天津生态城能源投资建设有限公司 自动调节蒸发温度的热管型地埋管换热器
CN106338093A (zh) * 2016-09-27 2017-01-18 王顺心 一种内循环地源热泵
CN106705720A (zh) * 2017-01-19 2017-05-24 中国科学院广州能源研究所 一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统
CN107144035A (zh) * 2017-05-16 2017-09-08 中国科学院广州能源研究所 一种工质循环流量可调控的回路热管式地热开采系统
CN107631382A (zh) * 2017-11-03 2018-01-26 上海理工大学 热管型自再热式空调新风处理机

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110878992A (zh) * 2019-10-09 2020-03-13 格辐(沈阳)节能设备科技有限公司 一种微管快热水箱和一种微管热泵机组
CN111473410A (zh) * 2020-04-21 2020-07-31 奉政一 地源自循环热管耦合空调装置
CN111637651A (zh) * 2020-06-09 2020-09-08 奉政一 地下换热管凝结热获取和释放方法及装置
CN112252814A (zh) * 2020-09-28 2021-01-22 中国航空规划设计研究总院有限公司 一种自驱动的液态金属建筑供冷和供暖系统及其安装方法
CN112252814B (zh) * 2020-09-28 2021-10-26 中国航空规划设计研究总院有限公司 一种自驱动的液态金属建筑供冷和供暖系统及其安装方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108917055B (zh) 2021-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gao et al. Ground heat exchangers: Applications, technology integration and potentials for zero energy buildings
CN108917055A (zh) 地源热管自循环式建筑冷暖系统
CN102679624B (zh) 一种太阳能与热源塔热泵复合式三联供空调系统
Zhai et al. Experiences on solar heating and cooling in China
CN104132415B (zh) 太阳能热泵和地源热泵联合空调系统及控制方法
CN102338415A (zh) 自控热风式太阳能地板蓄热系统
CN204187754U (zh) 太阳能热泵和地源热泵联合空调系统
CN105570973A (zh) 一种利用太阳能的墙内壁蓄热采暖系统
CN101354169B (zh) 无动力、主动式调温系统及方法
CN1072010A (zh) 一种热泵供热供冷系统
CN206888173U (zh) 一种被动式供热通风太阳能房
CN102759142A (zh) 用于寒冷地区的热管采暖和热管发电的方法
CN109028414A (zh) 低能耗一体化建筑能源系统
CN108709227A (zh) 一种分房间式地热供暖装置及安装方法
CN208952287U (zh) 一种低能耗一体化建筑能源系统
CN111706945A (zh) 一种超低能耗建筑用被动式热激活建筑系统
CN109695909A (zh) 跨季节高效太阳能蓄热供热供暖制冷发电系统
CN111637651A (zh) 地下换热管凝结热获取和释放方法及装置
CN201652572U (zh) 一种新型地源热泵系统
CN106500224A (zh) 一种四季恒温的地源空调房屋
Sarbu et al. Solar-assisted heat pump systems
CN202281302U (zh) 自控热风式太阳能地板蓄热系统
CN206055821U (zh) 一种高效浅层地能—空气源热泵系统
CN201652992U (zh) 混合式地源热泵系统
CN214039016U (zh) 地下换热管凝结热获取和释放装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant