CN110617571B - 一种围护结构、空调系统及其运行方法 - Google Patents

一种围护结构、空调系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑节能技术领域，提供一种围护结构、空调系统及其运行方法，所述围护结构包括内嵌管式墙体和/或内嵌管式屋面；在内嵌管式墙体、内嵌管式屋面内，从内往外设有多层埋管，每层埋管设有进水口与出水口；本发明通过在围护结构不同层的埋管内通入不同温度的循环流体，可以根据围护结构内部温度品位差异，高效处理不同位置处的得热，并在将每层埋管的进水口、出水口通过循环管路连通高品位能源和/或低品位能源，以构成空调系统来使用时，可选择向相应层的埋管通入满足需求的高品位能源或低品位能源，显著提高供冷或供热的灵活性、可靠性和舒适性，大大减少了对高品位能源的依赖，达到相应的建筑节能效果。

Description

一种围护结构、空调系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及建筑节能技术领域，尤其涉及一种围护结构、空调系统及其运行方法。
背景技术
围护结构(building envelope)是指建筑及房间各面的围挡物，如门、窗、墙等，能够有效地抵御不利环境的影响。围护结构可分为透光和不透光两部分:不透光围护结构有墙、屋顶和楼板等；透光围护结构有窗户、天窗和阳台门等。
透过非透光围护结构的传热是建筑得热的一个重要组成部分。降低透过墙体等围护结构的传热，对于建筑节能具有十分重大的意义。
目前，在外墙、楼板等围护结构内嵌入管道，利用管道内循环流动的冷热水对房间进行空气温度调节是一种常见的做法，这类围护结构可以充分利用低品位能源提高空调系统能效。以内嵌管式外墙为例，该结构可以充分利用墙体自身蓄热能力及水与管壁之间较大的接触面积，实现大量的热量传递，以削弱室外气候对室内环境的影响，减少室外向室内的传热，实现建筑节能。与此同时，由于其室内壁面温度适中，能够显著提高室内的热舒适性。
然而，传统的内嵌管式围护结构为单层埋管形式，即将围护结构的某一材料层作为埋管层并在其中嵌入单排水管。现有的研究表明，围护结构内的温度存在较大差异，在相同水温下，埋管的位置对透过围护结构的得热降低效果影响很大，而在相同埋管位置下，埋管的水温对透过围护结构的得热降低效果影响也很大。以夏季为例，在外墙或屋顶，越靠近室外表面，墙体温度越高，从而可用更高温度的水来冷却墙体，其可供选取的用来冷却围护结构的自然冷源范围就越广泛；相反，越靠近室内表面，利用低温水直接对室内空气降温的效果就越好，因而，可能需要高品位冷源的通入。
由此可见，围护结构内单层埋管的位置一旦确定，其可资利用的冷热源温度范围就随之确定，反之亦然。显然，这种单层埋管的围护结构难以根据围护结构温度品位差异来处理围护结构不同位置处的得热。另外，这种单层埋管的围护结构设计也严重限制了基于该围护结构的空调系统使用的灵活性、可靠性及舒适性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的之一是提供一种围护结构，用以解决当前单层埋管的墙体难以根据围护结构温度品位差异来处理墙体不同位置处的得热的问题。
本发明的目的之二是提供一种基于上述围护结构的空调系统及其运行方法，用以解决基于现有的单层埋管墙体的空调系统使用的灵活性、可靠性及舒适性受到限制，并难以进一步提高的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明在一方面提供了一种围护结构，包括内嵌管式墙体和/或内嵌管式屋面；在所述内嵌管式墙体、所述内嵌管式屋面内，从内往外设有多层埋管，每层所述埋管设有进水口与出水口。
优选的，本发明中在所述内嵌管式墙体或所述内嵌管式屋面内，设有内、外两层所述埋管；所述埋管的进水口、出水口之间的管路呈往复式管道布置或并排同程式管道布置。
优选的，本发明在另一方面提供了一种基于上述围护结构的空调系统，包括高品位能源、低品位能源、循环泵、所述埋管及室内送风系统；每层所述埋管的进水口、出水口通过循环管路连通所述高品位能源和/或所述低品位能源；所述循环泵安装在每层所述埋管所对应的循环管路上；所述高品位能源包括供热或供冷用的高品位热源或高品位冷源，所述低品位能源包括供热或供冷用的低品位热源或低品位冷源；所述室内送风系统为向围护结构所对应的室内进行送风的系统。
优选的，本发明中所述高品位能源的制取设备包括冷机、热泵、锅炉、电加热器、太阳能集热器、余热产生装置当中的一种或至少两种组合；所述低品位能源的制取设备包括地埋管换热器、冷却塔、太阳能集热器、地表水换热器当中的一种或至少两种组合；所述室内送风系统包括全空气系统、全水系统、空气-水系统、冷剂式空调系统当中的一种或至少两种组合。
优选的，本发明在另一方面还提供了一种基于上述空调系统的运行方法，包括：在围护结构埋管处的温度高于供冷时预设的最低温度时，由高品位能源或低品位能源向埋管内供给冷流体；
在围护结构埋管处的温度低于供热时预设的最高温度时，由高品位能源或低品位能源向埋管内供给热流体。
优选的，本发明包括：在供冷时，将低品位能源的冷流体温度与内层埋管的入口温度设定值进行比较；
若低品位能源的冷流体温度低于内层埋管的入口温度设定值，则将低品位能源的冷流体通入至内层埋管中；
否则，将高品位能源的冷流体通入至内层埋管中。
优选的，本发明包括：在供冷时，将低品位能源的冷流体温度分别与内层埋管的入口温度设定值、外层埋管的入口温度设定值进行比较；
若低品位能源的冷流体温度高于内层埋管的入口温度设定值，且低于外层埋管的入口温度设定值，则将低品位能源的冷流体通入至外层埋管中。
优选的，本发明还包括：在供热时，将低品位能源的热流体温度与内层埋管的入口温度设定值进行比较；
若低品位能源的热流体温度高于内层埋管的入口温度设定值，则将低品位能源的热流体通入至内层埋管中；
否则，将高品位能源的热流体通入至内层埋管中。
优选的，本发明还包括：在供热时，将低品位能源的热流体温度分别与内层埋管的入口温度设定值、外层埋管的入口温度设定值进行比较；
若低品位能源的热流体温度低于内层埋管的入口温度设定值，且高于外层埋管的入口温度设定值，则将低品位能源的热流体通入至外层埋管中。
优选的，本发明在埋管的进水口与出水口的流体温差小于预设值时，控制埋管相应循环管路上的循环泵停止运行。
(三)技术效果
本发明提供的围护结构，通过设计内嵌管式围护结构，并在内嵌管式围护结构内部设置多层埋管，则可在不同层的埋管内通入不同温度的循环流体，从而可以根据围护结构的内部温度品位差异，高效处理不同位置处的得热，符合能量梯级利用的原则；另外，在传统单层埋管围护结构的基础上，可进一步降低透过围护结构的得热。
本发明提供的空调系统及其运行方法，由于基于上述的具有多层埋管的围护结构进行设计，并将每层埋管的进水口、出水口通过循环管路连通高品位能源和/或低品位能源，则在实际使用时，可根据围护结构内不同位置的温度品位差异，选择向相应层的埋管通入满足需求的高品位能源或低品位能源，可显著提高对供冷或供热使用的灵活性、可靠性和舒适性，大大减少为满足室内舒适性要求对高品位能源的依赖，降低了高品位能源的品位，达到了相应的建筑节能效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所示的基于围护结构的空调系统的第一种结构示意图；
图2为本发明实施例所示的基于围护结构的空调系统的第二种结构示意图；
图3为本发明实施例所示的基于围护结构的空调系统的第三种结构示意图；
图4为本发明实施例所示的内嵌管式围护结构内的两层埋管的第一种布置结构示意图；
图5为本发明实施例所示的图4的A-A剖面结构示意图；
图6为本发明实施例所示的内嵌管式围护结构内的两层埋管的第二种布置结构示意图；
图7为本发明实施例所示的图6的B-B剖面结构示意图。
图中：1-内嵌管式墙体，2-内嵌管式屋面，3-窗户，4-内层埋管，5-外层埋管，6-高品位能源，7-低品位能源，8-室内送风系统，9-第一循环泵，10-第二循环泵，11-第一阀门，12-第二阀门，13-第三阀门。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1，本实施例提供了一种围护结构，包括内嵌管式墙体1和/或内嵌管式屋面2；在内嵌管式墙体1、内嵌管式屋面2内，从内往外设有多层埋管，每层埋管设有进水口与出水口。
在图1中示出了一种密闭的围护结构，这种围护结构的左侧墙体带有窗户3，右侧墙体为不透光的内嵌管式墙体1，围护结构的顶部为内嵌管式屋面2，在内嵌管式墙体1和内嵌管式屋面2内，均示意出了排布在靠近屋体内的内层埋管4和靠近屋体外的外层埋管5，且在内嵌管式墙体1与内嵌管式屋面2中，位于同层的埋管(内层埋管4、外层埋管5)相串联，在此应指出的是，内嵌管式墙体1与内嵌管式屋面2中各层的埋管也可进行相互独立设置。
具体的，以内嵌管式墙体1为例，通过设计内嵌管式墙体1，并在内嵌管式墙体1内部设置两层埋管，则可在内、外两层的埋管内通入不同温度的循环流体，从而可以根据围护结构的墙体内部温度品位差异，高效处理墙体不同位置处的得热，符合能量梯级利用的原则，并在传统单层埋管围护结构的基础上，可进一步降低透过围护结构的得热。
另外，还可通过对内嵌管式墙体1进行模块化设计，以便于满足装配式建筑墙体的安装、组合需求。
进一步的，本实施例中埋管的进水口、出水口之间的管路呈往复式管道布置或并排同程式管道布置。
具体的，在图4所示的内嵌管式墙体1内，内层埋管4与外层埋管5从内往外呈并排布置，每层埋管的进水口、出水口之间的管路呈往复式管道布置，即将若干个从上往下呈水平排布的支管首尾依次连接，排布在最上位和最下位的支管的自由端的管口分别作为该层埋管的进水口、出水口。如图5所示，内层埋管4与外层埋管5中一一相对应的支管在高度上呈错位布置。
与此同时，在图6所示的内嵌管式墙体1内，内层埋管4与外层埋管5从内往外呈并排布置，每层埋管的进水口、出水口之间的管路呈并排同程式管道布置，即将若干个从上往下呈水平排布的支管的两端对应连接在两根集管上，其中一根集管的管口为该层埋管的进水口，另一根集管的管口为该层埋管的出水口。如图7所示，内层埋管4与外层埋管5中一一相对应的支管在高度上呈错位布置。
进一步的，本实施例中在相邻两面相连接的内嵌管式墙体1中，位于同层的所述埋管相串联，和/或，在每面内嵌管式墙体1内，各层埋管从内往外依次串联。
具体的，围护结构在使用时，通过将多面内嵌管式墙体1内位于同层的埋管相串联，这有利于对各面内嵌管式墙体1进行统一供冷或供热。
另外，通过将每面内嵌管式墙体1内，各层埋管从内往外依次串联，这有利于在相应的内嵌管式墙体1内，增大冷/热流体的流程与进出口温差。
进一步的，本实施例还提供了一种基于上述围护结构的空调系统，包括高品位能源6、低品位能源7、循环泵、埋管及室内送风系统8；每层埋管的进水口、出水口通过循环管路连通高品位能源6和/或低品位能源7；循环泵安装在每层埋管所对应的循环管路上；高品位能源6包括供热或供冷用的高品位热源或高品位冷源，低品位能源7包括供热或供冷用的低品位热源或低品位冷源；室内送风系统8为向围护结构所对应的室内进行送风的系统。
在此应指出的是，高品位能源6为本领域所公知的冷机、热泵、锅炉、电加热器、太阳能集热器、余热产生装置当中的一种或至少两种组合而制备的低温冷水或高温热水；低品位能源7为本领域所公知的地埋管换热器、冷却塔、太阳能集热器、地表水换热器当中的一种或至少两种组合而制备的高温冷水或低温热水；高品位能源6与低品位能源7均作为冷源时，高品位能源6所对应的低温冷水的温度低于低品位能源7所对应的高温冷水的温度，而高品位能源6与低品位能源7均作为热源时，高品位能源6所对应的高温热水的温度高于低品位能源7所对应的低温热水的温度。
另外，室内送风系统8包括本领域所公知的全空气系统、全水系统、空气-水系统、冷剂式空调系统当中的一种或至少两种组合，以便为室内送风，加快室内空气流动，能够对室内进行快速升温或降温，补偿单独内嵌管式围护结构系统供热或供冷时室内升温或降温慢的缺点。
具体的，本实施例所示的空调系统可设为三种实施结构，具体如下所示：
参见图1，在图1所示的第一种实施结构中，循环泵设为第一循环泵9和第二循环泵10，埋管设为内层埋管4、外层埋管5。
与此同时，在图1所示的第一种实施结构中，分为三个环路。在第一个环路中，高品位能源6、第一循环泵9、第一阀门11及内层埋管4通过相应的循环管路顺次连通；在第二个环路中，低品位能源7、第二循环泵10、第二阀门12及内层埋管4通过相应的循环管路顺次连通；在第三个环路中，低品位能源7、第二循环泵10、第三阀门13及外层埋管5通过相应的循环管路顺次连通。另外，在围护结构内还设有室内送风系统8。
该空调系统在运行时，在围护结构埋管处的温度高于供冷时预设的最低温度时，可选择由高品位能源6或低品位能源7向埋管内供给冷流体；在围护结构埋管处的温度低于供热时预设的最高温度时，可选择由高品位能源6或低品位能源7向埋管内供给热流体。
在其中一个具体实施例中，在供冷季进行供冷时，将低品位能源7的冷流体温度与内层埋管4的入口温度设定值进行比较：若低品位能源7的冷流体温度低于内层埋管4的入口温度设定值，则将低品位能源7的冷流体通入至内层埋管4中；否则，将高品位能源6的温度更低的冷流体通入至内层埋管4中，以便内层埋管4内用于与围护结构进行热交换的流体更加靠近室内，提高供冷效果。
进一步的，在供冷季进行供冷时，将低品位能源7的冷流体温度分别与内层埋管4的入口温度设定值、外层埋管5的入口温度设定值进行比较：若低品位能源7的冷流体温度高于内层埋管4的入口温度设定值，且低于外层埋管5的入口温度设定值，则将低品位能源7的冷流体通入至外层埋管5中，从而进一步提高供冷效果，同时，还减少了对高品位能源6的依赖。
在另一个具体实施例中，在供热季进行供热时，将低品位能源7的热流体温度与内层埋管4的入口温度设定值进行比较：若低品位能源7的热流体温度高于内层埋管4的入口温度设定值，则将低品位能源7的热流体通入至内层埋管4中；否则，将高品位能源6的温度更高的热流体通入至内层埋管4中。由此，通过对低品位能源7与高品位能源6的有机分配使用，有力确保了供热效果。
进一步的，在供热季进行供热时，将低品位能源7的热流体温度分别与内层埋管4的入口温度设定值、外层埋管5的入口温度设定值进行比较：若低品位能源7的热流体温度低于内层埋管4的入口温度设定值，且高于外层埋管5的入口温度设定值，则将低品位能源7的热流体通入至外层埋管5中，从而进一步提高供热效果，同时，还减少了对高品位能源6的依赖。
进一步的，本实施例中在埋管的进水口与出水口的流体温差小于预设值时，控制埋管相应循环管路上的循环泵停止运行。
具体的，当内层埋管4通入来自高品位能源6的循环流体、外层埋管5通入来自低品位能源7的循环流体时，打开第一阀门11、第三阀门13，关闭第二阀门12，开启第一循环泵9、第二循环泵10，辅以室内送风系统8，以此构成高品位能源6和低品位能源7搭配使用的空调系统。在此种情况下，流经内层埋管4和外层埋管5的循环流体的流量由第一阀门11和第三阀门13调节。在极端情况下，当内层埋管4或外层埋管5的进水口与出水口的流体温差小于预设值时，相应埋管层所对应的循环管路上的循环泵关闭。
当内层埋管4通入来自低品位能源7的循环流体、外侧埋管也通入来自低品位能源7的循环流体时，打开第二阀门12、第三阀门13，关闭第一阀门11，开启第二循环泵10，关闭第一循环泵9，辅以室内送风系统8，以此构成如图3所示的循环回路。在此种情况下，流经两层埋管的循环流体的流量由第二阀门12和第三阀门13调节。在极端情况下，当内层埋管4或外层埋管5的进水口与出水口的流体温差小于预设值时，相应层的埋管所对应的循环管路上的阀门关闭。
参见图2，在图2所示的第二种实施结构中，空调系统只设有一个环路，该环路由高品位能源6、第一循环泵9、第一阀门11、内层埋管4通过相应的循环管路顺次连通，在工作时，只需打开第一阀门11，并启动第一循环泵9，即可由高品位能源6向内层埋管4内通入高品位的流体(低温冷水或高温热水)，并辅以室内送风系统8。
参见图3，在图3所示的第三种实施结构中，空调系统设有两个环路，其中一个环路由低品位能源7、第二循环泵10、第二阀门12、内层埋管4通过相应的循环管路顺次连通，另一个环路由低品位能源7、第二循环泵10、第三阀门13、外层埋管5通过相应的循环管路顺次连通；在工作时，通过控制第二阀门12或第三阀门13，即可由同一个低品位能源7分别向内层埋管4、外层埋管5供应低品位的流体(高温冷水或低温热水)，并辅以室内送风系统8。
综上所述，以上实施例所示的空调系统由于基于上述的具有多层埋管(两层埋管)的围护结构进行设计，并将每层埋管的进水口、出水口通过循环管路连通高品位能源6和/或低品位能源7，则在实际使用时，可根据围护结构内部不同位置的温度品位差异，选择向相应层的埋管通入满足需求的高品位能源6或低品位能源7，可显著提高内嵌管式围护结构供冷或供热的灵活性、可靠性和舒适性，大大减少为满足室内舒适性要求对高品位能源的依赖，达到了相应的建筑节能效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于空调系统的运行方法，其特征在于，包括：
在围护结构埋管处的温度高于供冷时预设的最低温度时，由高品位能源或低品位能源向埋管内供给冷流体；
在围护结构埋管处的温度低于供热时预设的最高温度时，由高品位能源或低品位能源向埋管内供给热流体；
所述围护结构包括内嵌管式墙体和/或内嵌管式屋面；在所述内嵌管式墙体、所述内嵌管式屋面内，从内往外设有多层埋管，每层所述埋管设有进水口与出水口；
在所述内嵌管式墙体或所述内嵌管式屋面内，设有内、外两层所述埋管；所述埋管的进水口、出水口之间的管路呈往复式管道布置或并排同程式管道布置；
所述空调系统包括高品位能源、低品位能源、循环泵、埋管及室内送风系统；每层所述埋管的进水口、出水口通过循环管路连通所述高品位能源和/或所述低品位能源；所述循环泵安装在每层所述埋管所对应的循环管路上；所述高品位能源包括供热或供冷用的高品位热源或高品位冷源，所述低品位能源包括供热或供冷用的低品位热源或低品位冷源；所述室内送风系统为向围护结构所对应的室内进行送风的系统。
2.根据权利要求1所述的基于空调系统的运行方法，其特征在于，包括：在供冷时，将低品位能源的冷流体温度与内层埋管的入口温度设定值进行比较；
若低品位能源的冷流体温度低于内层埋管的入口温度设定值，则将低品位能源的冷流体通入至内层埋管中；
否则，将高品位能源的冷流体通入至内层埋管中。
3.根据权利要求1所述的基于空调系统的运行方法，其特征在于，包括：在供冷时，将低品位能源的冷流体温度分别与内层埋管的入口温度设定值、外层埋管的入口温度设定值进行比较；
若低品位能源的冷流体温度高于内层埋管的入口温度设定值，且低于外层埋管的入口温度设定值，则将低品位能源的冷流体通入至外层埋管中。
4.根据权利要求1所述的基于空调系统的运行方法，其特征在于，还包括：在供热时，将低品位能源的热流体温度与内层埋管的入口温度设定值进行比较；
若低品位能源的热流体温度高于内层埋管的入口温度设定值，则将低品位能源的热流体通入至内层埋管中；
否则，将高品位能源的热流体通入至内层埋管中。
5.根据权利要求1所述的基于空调系统的运行方法，其特征在于，还包括：在供热时，将低品位能源的热流体温度分别与内层埋管的入口温度设定值、外层埋管的入口温度设定值进行比较；
若低品位能源的热流体温度低于内层埋管的入口温度设定值，且高于外层埋管的入口温度设定值，则将低品位能源的热流体通入至外层埋管中。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于空调系统的运行方法，其特征在于，在埋管的进水口与出水口的流体温差小于预设值时，控制埋管相应循环管路上的循环泵停止运行。
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