CN110243005A - 一种新型地暖敷设结构、温控系统及温控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型地暖敷设结构、温控系统及温控方法，涉及室内采暖技术领域。包括辐射管道，连通用户总管道，进入采暖区域并沿采暖边界绕行一周引出，包括供热水流入的进水分配管以及供热水流出的回水汇总管；至少一根支管，包括进水端和出水端，所述进水端连通所述进水分配管，所述出水端连通所述回水汇总管。本方案与现有技术中单管道弯折敷设的结构相比，本方案中由于在进水分配管和回水汇总管之间并联多条支管，从而增加了多条联通进水分配管和回水汇总管的分支水路。其中，某段发生水垢堵塞或流通不畅时，仍有多个分支水路可以正常工作，保证热水的流量和传热能力，提高能源利用率和采暖效果。

Description

一种新型地暖敷设结构、温控系统及温控方法

技术领域

本发明涉及室内采暖技术领域，特别是涉及一种新型地暖敷设结构、温控系统及温控方法。

背景技术

我国北方地区因为地理因素和环境因素等综合影响，冬季气温极低，且持续时间长。绝大多数北方地区室内都需要采用供暖的方式，才能度过漫漫寒冬。

随着生活水平的提高，工业和现代化技术的快速发展，加之近几年国家大力提倡节能减排和清洁能源的利用。地暖因价格低廉，可适用多种能源介质，在广大北方地区得到广泛应用。

地暖是地板辐射采暖的简称，英文为Radiant Floor Heating，是以整个地面为散热器，通过地板辐射层中的热媒，均匀加热整个地面，利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导，来达到采暖的目的。低温地面热媒在室内形成脚底至头部逐渐递减的温度梯度，从而给人以脚暖头凉的舒适感。地面辐射供暖符合中医“温足顶凉”的健身理论，是目前最舒适的采暖方式，也是现代生活品质的象征。

传统地暖利用热水流过水管时，散发热量，使热水中蕴含的热量通过导热、对流和辐射的传热形式，传递到需要加热的空间中。

需要采暖的空间，通常对应一个采暖地面，水管敷设在有限的地面下方，因此在采暖边界内，现有的水管通过迂回弯折的方式，弯折成“回”字形或“之”字形，使有限范围内水管的散热面积增大。

但是，现有的采暖结构中，整个散热结构由同一根水管弯折而成，水管从房间引入，弯曲盘绕最后又从房间引出。

因管道过长、且弯道较多，压力损失大。因压力损失大，管道过细，管道中容易形成水垢，容易造成壁面结垢，进而堵塞管道。一旦阻塞管道，使得热水无法正常循环，使得整个房间温度失控。

依据传热学相关理论，1mm的水垢导热热阻是管壁热阻的40倍，严重影响供暖质量；据相关资料显示,在地暖运行过程中,地暖管内壁的水垢每增厚1毫米会使室内的温度下降约6℃,这样就会造成供暖效果变差，这是能源的极大浪费。

各个用户输送热水是通过总进水管分配的，当用户采暖的管道因水垢堵塞时，因总进水管的流量是一定的，因此会增加为其他用户输送的热水量。当各个用户的管道堵塞情况不同时，总进水管无法均匀的向各个用户输送热水，导致各个用户采暖的温度失控。

依据实际情况，对于同一用户点，不同房间的温差可达3-7℃，且温差很难调整，常常因为室内各房间温差较大，造成身体不舒适。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种新型地暖敷设结构、温控系统及温控方法，减小因水管堵塞、流通不畅或流量不均对整体采暖的影响和实现用户点温度可控。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种新型地暖敷设结构，包括：

辐射管道，连通用户总管道，进入采暖区域并沿采暖边界绕行一周引出，包括供热水流入的进水分配管以及供热水流出的回水汇总管；

至少一根支管，包括进水端和出水端，所述进水端连通所述进水分配管，所述出水端连通所述回水汇总管。

还包括：

至少一个恒速组件，设于所述进水分配管上，一端供所述热水流入，一端供所述热水流出，减小所述热水通过的路径截面积，以均衡所述热水的流速和热水压强。

还包括：

扰流组件，改变所述热水的流动状态，且增强所述热水的紊流作用并冲击所述支管内壁。

所述支管为多个且均匀分布在所述采暖边界围成的范围内。

所述支管为直管。

相邻所述支管之间平行设置。

所述恒速组件包括：

恒速管，设于所述进水分配管上，所述恒速管供所述热水流过，所述恒速管内部通道的截面面积沿所述热水流动方向逐渐变小，均衡所述恒速管输入端流出的热水流速和压强。

所述进水分配管和/或恒速管中设有叶轮，所述叶轮转动连接在所述进水分配管和/或所述恒速管的内壁上，且所述叶轮受控于所述热水的流动而发生相对于所述进水分配管和/或所述恒速管的转动。

叶轮设于所述恒速管的输出端。

所述进水分配管和/或所述恒速管内设有整流器，所述整流器内设有若干供所述热水流过的整流通道，所述整流通道平行于所述进水分配管和/或所述恒速管的延伸方向。

所述整流器靠近所述叶轮设置，使所述热水依次流经所述叶轮与所述整流器。

所述整流器包括：

若干整流片，设于所述进水分配管和/或所述恒速管的内壁上，沿所述进水分配管和/或所述恒速管的延伸方向延伸，相邻所述整流片之间构成所述整流通道。

所述扰流组件包括：

轴件，设于所述支管内，且沿所述支管长度方向延伸；

扰流件，设于所述轴件上，与所述热水流动方向呈一定角度（0-180°）。

所述扰流件沿所述轴件长度方向呈螺旋形分布。

所述扰流件为弧形面和/或倾斜面，在所述热水流过扰流件时，产生不同于支管延伸方向的分力，使所述热水改变原有的流动状态，流动距离延长，紊流作用增强。

所述扰流件为沿所述轴件长度方向延伸的螺旋片。

所述扰流组件的长度不小于所述支管的长度。

所述扰流件包括若干扰流单元，所述扰流单元伸出所述轴件，且所述扰流单元与所述轴件之间的夹角度数为（0°，180°）。

一种温控系统，包括：

上述任意方案所述的用户总管道，连通有若干进水分配管；

短路调节管，一端连接所述进水分配管，另一端连通所述回水汇总管，在进水分配管进入所述采暖区前对所述热水进行分流；

温控阀，设于所述短路调节管上，受控于温控器以控制所述短路调节管分流的所述热水的流量；

温度传感器，实时采集预设位置的温度参数，在温度超过设定阈值时向所述温控器发送过热信号，使所述温控器调节所述温控阀，增大所述短路调节管内的热水流量，以减小进入所述采暖区的热水量，在温度小于设定阈值时向所述温控器发送低温信号，使所述温控器调节所述温控阀减小，所述短路调节管内的热水流量，以增大进入所述采暖区的热水流量。

一种利用上述温控系统控制用户室温的温控方法，包括：

S1：根据用户的设定，实时采集房间温度并判断房间温度是否达到用户的舒适需求；

S2：当房间温度超过用户的设定阈值时，发出过热信号并减小流入采暖区的热水量；当房间温度低于用户的设定阈值时，发出低温信号并增大流入采暖区的热水量。

本发明的有益效果是：

（1）与现有技术中单管道弯折敷设的结构相比，本方案中由于在进水分配管和回水汇总管之间并联多条支管，从而增加了多条联通进水分配管和回水汇总管的分支水路。当其中，某段发生水垢堵塞或流通不畅时，仍有多个分支水路可以正常工作，保证热水的流量和传热能力，提高能源利用率和采暖效果。

（2）由于进水分配管中流动的热水，依次分流进入各个支管中，所以每经过一个支管，热水的流量和压强都会被削弱一些。因此在进水分配管上设置恒速组件，可以在热水分流后对热水的流速和压强进行有效均衡，使热水具有足够前行的动力。

（3）在恒速管中设置叶轮，当热水通过变径时，因横截面积变小，热水流速加快，加之叶轮的推动和搅拌作用，破坏热水的流速和温度分布梯度，使热水的温度和流速更加均匀。

（4）在支管附近设置整流器，可有效削弱因恒速过程和叶轮推动作用而造成的热水不稳定状态，平均分配热水至每一个支管，使每个支管热水量均衡，有利于热水的均衡分配和房间的整体供暖效果，提高换热效率和能源利用率。

（5）当所述热水在支管内流动时，因扰流组件的作用，改变其原有的流动状态，迫使热水改变其原有的行程，热水增加行程，增大湍流强度，对壁面有较强的切应力作用，对壁面附近因流体的粘性作用而形成的边界层，有较强的破坏作用，可有效防止结垢现象发生，提高综合传热系数，有利于强化传热，热效率至少提高15%。

(6) 当房间温度与用户的设定阈值产生偏差时，温度传感器向所述温控器发送偏差信号，使所述温控器调节所述温控阀，即改变所述短路调节管内的热水流量，调节房间温度，提高采暖效果和提高能源利用率。

附图说明

图1为本发明采暖管道敷设结构的示意图；

图2为表示恒速组件结构的示意图；

图3为图2中A-A截面表示叶轮结构的示意图；

图4为图2中B-B截面表示整流器结构的示意图；

图5为表示支管中扰流组件结构的示意图；

图6为表示扰流组件另一种实施方式的示意图；

图7为表示温控系统结构的示意图；

图8为表示温控系统原理的示意图；

图9为表示本发明采暖管道另一种敷设结构的示意图。

其中：1、采暖边界；2、进水分配管；21、支管；211、进水端；22、切断阀；23、回水汇总管；3、恒速组件；31、恒速管；32、叶轮；33、整流器；34、整流片；4、扰流组件；41、轴件；42、扰流件；5、温控系统；51、用户总管道；52、短路调节管；53、温控阀；54、温度传感器；55、温控器；61、过滤器；62、压力表。

具体实施方式

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1：

本实施例提供的一种新型地暖敷设结构、温控系统及温控方法，结构如图所示。

该一种新型地暖敷设结构、温控系统及温控方法，包括：辐射管道，连通用户总管道51，进入采暖区域并沿采暖边界1绕行一周引出，包括供热水流入的进水分配管2以及供热水流出的回水汇总管23；至少一根支管21，包括进水端211和出水端，进水端211连通进水分配管2，出水端连通回水汇总管23。

还包括：至少一个恒速组件3，设于进水分配管2上，一端供热水流入，一端供热水流出，减小热水通过的路径的截面积，均衡所述热水的流速和压强。还包括：扰流组件4，改变所述热水的流动状态，且增强所述热水的紊流作用并冲击所述支管21内壁。支管21为多个且均匀分布在采暖边界1围成的范围内。支管21为直管。

对于支管21的形状不做具体限制，本实施例中，如图1所示，支管21为直管21。作为可替换的实施方式，如图9所示，支管21可以根据采暖边界1的形状而设定，支管21可以是弧形。

对于支管21的分布方式不作具体限制，本实施例中，支管21均匀敷设在采暖区内。作为可替换的实施方式，支管21可以根据实际需求进行分布调节。如本实施例中，当后续进水分配管2为了适应压强变化而做细时，可以在较细部位进行更密集的支管21排布。

对于支管21之间的位置关系不做具体限制，本实施例中，相邻支管21之间平行设置。恒速组件3包括：恒速管31，设于进水分配管2上，恒速管31供热水流过，恒速管31内部通道的截面面积沿热水流动方向逐渐变小，使恒速管31输入端流出的热水流速和压强相互均衡。作为可替换的实施方式，支管21之间可以相互交叉。

对于恒速组件3的结构不做具体限制，本实施例中，进水分配管2和/或恒速管31中设有叶轮32，叶轮32转动连接在进水分配管2和/或恒速管31的内壁上，且叶轮32受控于热水的流动而发生相对于进水分配管2和/或恒速管31的转动。叶轮32设于恒速管31的输出端。作为可替换的实施方式，叶轮32也可以设置在恒速管31内部，还可以设置在靠近恒速管31输出端的进水分配管2内。

对于进水分配管2与恒速管31之间的连接关系不做具体限制，本实施例中，进水分配管2与恒速管31之间是一体成型。作为可替换的实施方式，进水分配管2与恒速管31之间可以是螺纹连接，也可以是法兰连接等可拆卸的连接方式，亦可以是热熔等焊接形式的连接。

进水分配管2和/或恒速管31内设有整流器33，整流器33内设有若干供热水流过的整流通道，整流通道平行于进水分配管2和/或恒速管31的延伸方向。整流器33靠近叶轮32设置，使热水依次流经叶轮32与整流器33。整流器33包括：若干整流片34，设于进水分配管2和/或恒速管31的内壁上，沿进水分配管2和/或恒速管31的延伸方向延伸，相邻整流片34之间构成整流通道。

扰流组件4包括：轴件41，设于支管21内，且沿支管21长度方向延伸；扰流件42，设于轴件41上，与热水流动方向呈一定角度（0，180°），本实施例中，扰流组件4固定在支管21内，水流进入时受扰流组件4影响而沿扰流件42的延伸方向绕行。作为可替换的实施方式，扰流单元与支管21的管壁之间无限接近，不影响扰流单元可以插入到支管21内即可，可以使热水流动对边界层的破坏力达到最大。作为另一种可替换的实施方式，扰流组件4与支管21内壁可以是过盈配合、也可以焊接、铸造等方式一体成型。

扰流件42沿轴件41长度方向呈螺旋形分布。扰流件42为弧形面和/或倾斜面，当热水流经扰流件42时，受到扰流件42的阻碍作用，其流动状态发生改变。扰流件42为沿轴件41长度方向延伸的螺旋片。扰流组件4的长度不小于支管21的长度。

对于扰流件42的具体形式不做限制，作为可替换的实施方式，如图6所示，扰流件42包括若干引流单元，扰流单元伸出轴件41，且扰流单元与轴件41之间的夹角度数为（0°，180°）。

对于扰流单元的结构不做具体限制，本实施例中，如图6所示，扰流单元为针肋肋片，一根轴件41上固定若干组短棒，每组轴件41可含3个或3个以上短棒组成，均布在轴件41的圆周上，各组短棒之间可平行排列也可呈螺旋状排列。作为扰流件42的另一种实施方式，扰流件42还可以是堰坝形或折流板形：一根轴件41上固定一系列的弧形板，弧形板之间呈一定的角度布置，且角度可以为（0°，180°）。

其中，用户总管道51连通有若干进水分配管2；

短路调节管52，一端连接进水分配管2，另一端连通回水汇总管23，在进水分配管2进入采暖区前对热水进行分流；温控阀53，设于短路调节管52上，受控于温控器55以控制短路调节管52分流的热水的流量；温度传感器54，实时采集预设位置的温度参数，在温度超过设定阈值时向温控器55发送过热信号，使温控器55调节温控阀53，增大短路调节管52内的热水流量，以减小进入采暖区的热水量，在温度小于设定阈值时向温控器55发送低温信号，使温控器55调节温控阀53，减小短路调节管52内的热水流量，以增大进入采暖区的热水流量。

本实施例中，利用上述温控系统5控制用户室温的温控方法为：

S1：根据用户的设定，实时采集房间温度并判断房间温度是否达到用户的舒适需求；

S2：当房间温度超过用户的设定阈值时，发出过热信号并减小流入采暖区的热水量；当房间温度低于用户的设定阈值时，发出低温信号并增大流入采暖区的热水量。

与现有技术中单管道弯折敷设的结构相比，本方案中由于在进水分配管2和回水汇总管23之间并联多条支管21，从而增加了多条联通进水分配管2和回水汇总管23的分支水路。当其中，某段发生水垢堵塞或流通不畅时，仍有多个分支水路可以正常工作，保证热水的流量和传热能力，提高能源利用率和采暖效果。

由于进水分配管2中流动的热水，依次分流进入各个支管21中，所以每经过一个支管21，所述热水的流量和压强都会被削弱一些。因此在进水分配管2上设置恒速组件3，可以在热水分流后对热水的流速和压强进行均衡，使热水具有足够前行的动力。

在恒速管31中设置叶轮32，当所述热水通过变径时，因横截面积变小，热水流速加快，加之叶轮32的推动和搅拌作用，破坏热水的流速和温度分布梯度，使热水的温度和流速更加均匀，有利于传热过程。

支管21附近设置整流器33，可有效削弱因恒速过程和叶轮32推动作用而造成的热水不稳定状态，平均分配热水至每一个支管21，使每个支管21热水量均衡，有利于热水的均衡分配和房间的整体供暖效果，提高换热效率和能源利用率。

当所述热水在支管21内流动时，因扰流组件4的作用，改变其原有的流动状态，迫使热水改变其原有的行程，增加热水的流动行程，增大湍流强度，对支管21壁面有较强的切应力作用，对壁面附近因流体的粘性作用而形成的边界层，有较强的破坏作用，可有效防止结垢现象发生，提高综合传热系数，有利于强化传热，热效率至少提高15%，同时对壁面形成的水垢有较强的冲刷作用。

当房间温度与用户的设定阈值产生偏差时，温度传感器54向所述温控器55发送偏差信号，使所述温控器55调节所述温控阀53，即改变所述短路调节管52内的热水流量，调节房间温度，提高采暖效果和提高能源利用率。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型地暖敷设结构，其特征在于：包括：

辐射管道，连通用户总管道（51），进入采暖区域并沿采暖边界（1）绕行一周引出，包括供热水流入的进水分配管（2）以及供热水流出的回水汇总管（23）；

至少一根支管（21），包括进水端（211）和出水端，所述进水端（211）连通所述进水分配管（2），所述出水端连通所述回水汇总管（23）。

2.根据权利要求1所述的一种新型地暖敷设结构，其特征在于：还包括：

至少一个恒速组件（3），设于所述进水分配管（2）上，一端供所述热水流入，一端供所述热水流出，减小所述热水通过的路径截面积，以均衡进水分配管内所述的热水流速和热水压强。

3.根据权利要求1所述的一种新型地暖敷设结构，其特征在于：还包括：

扰流组件（4），改变所述热水的流动状态，且增强所述热水的紊流作用并冲击所述支管（21）内壁。

4.根据权利要求1所述的一种新型地暖敷设结构，其特征在于：所述支管（21）为多个且均匀分布在所述采暖边界（1）围成的范围内。

5.根据权利要求1所述的一种新型地暖敷设结构，其特征在于：所述支管（21）为直管。

6.根据权利要求1所述的一种新型地暖敷设结构，其特征在于：相邻所述支管（21）之间平行设置。

7.根据权利要求2所述的一种新型地暖敷设结构，其特征在于：所述恒速组件（3）包括：

恒速管（31），设于所述进水分配管（2）上，所述恒速管（31）供所述热水流过，所述恒速管（31）内部通道的截面面积沿所述热水流动方向逐渐变小，均衡所述恒速管（31）输入端流出的热水流速和压强。

8.根据权利要求3所述的一种新型地暖敷设结构，其特征在于：所述扰流组件（4）包括：

轴件（41），设于所述支管（21）内，且沿所述支管（21）长度方向延伸；

扰流件（42），设于所述轴件（41）上，与所述热水流动方向的角度为（0°，180°），改变所述热水的流动状态，使所述热水的湍流强度增大，对所述热水的流动起增强紊流作用，强化换热能力。

9.一种温控系统，其特征在于：包括：

权利要求1～8任意一项所述的用户总管道（51），连通有若干进水分配管（2）；

短路调节管（52），一端连接所述进水分配管（2），另一端连通所述回水汇总管（23），在进水分配管（2）进入所述采暖区前对所述热水进行分流；

温控阀（53），设于所述短路调节管（52）上，受控于温控器（55）以控制所述短路调节管（52）分流的所述热水的流量；

温度传感器，实时采集预设位置的温度参数，在温度超过设定阈值时向所述温控器（55）发送过热信号，使所述温控器（55）调节所述温控阀（53），增大所述短路调节管（52）内的热水流量，以减小进入所述采暖区的热水量；在温度小于设定阈值时向所述温控器（55）发送低温信号，使所述温控器（55）调节所述温控阀（53），减小所述短路调节管（52）内的热水流量，以增大进入所述采暖区的热水流量。

10.一种利用权利要求9所述的温控系统控制用户室温的温控方法，其特征在于：包括：

S1：根据用户的设定，实时采集房间温度并判断房间温度是否达到用户的舒适需求；

S2：当房间温度超过用户的设定阈值时，发出过热信号并减小流入采暖区的热水量；当房间温度低于用户的设定阈值时，发出低温信号并增大流入采暖区的热水量。