CN112797525A - 带有旋转钻孔的单u型热激活建筑围护结构及运行控制方法 - Google Patents
带有旋转钻孔的单u型热激活建筑围护结构及运行控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构，包括墙体基体和置于墙体内的多个换热管路，所述墙体基体内部设置有多个钻孔，每个换热管路置于相应的钻孔内，每个换热管路包括U型换热管、圆柱旋转筒、U管固定胶条、圆柱旋转筒端盖和工质，圆柱旋转筒置于所述钻孔内，所述U型换热管通过所述U管固定胶条与圆柱旋转筒的内表面固定，圆柱旋转筒端盖安装在所述圆柱旋转筒的端部，圆柱旋转筒端盖的外侧安装有端盖传动齿轮，多个换热管路对应的端盖传动齿轮与传动链条连接，传动链条与设置在墙体基体下部的电机连接。本发明可实现更高的自然能源利用率并有效削减源端和泵送系统相应初始投资和运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及建筑围护结构技术领域，尤其是涉及一种带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构及运行控制方法。
背景技术
热激活建筑系统是一种高效建筑节能与供能系统，然而受到现有构造形式和建造方式的诸多限制，该技术仍有一些问题迫切需要得到解决。首先，在热激活建筑系统运行过程中，由于系统注热能力与围护结构热扩散能力之间的不匹配，嵌管周边区域存在严重的热堆积现象。热堆积现象会随着热激活建筑系统的持续运行而不断加剧，注热温度与嵌管周边区域的温差随之快速减小，系统注热能力和运行效率最终将产生大幅下降。其次，由于上述堆积热量无法及时向周边区域尤其是墙体内表面传递，导致热激活建筑系统在处理建筑室内瞬时负荷时的响应速度较差，因此部分使用热激活建筑系统的建筑仍需配置额外的瞬态负荷处理系统。此外，热堆积现象的存在还将导致围护结构长期面临受热不均的潜在安全隐患，建筑围护结构也因此容易出现裂纹进而影响建筑整体的结构安全和使用体验。然而，当前尚缺乏解决热激活建筑围护结构中热堆积现象的有效技术措施和方法手段，主要应对措施是对热激活建筑系统进行间歇运行并依靠脉冲式注热手段来缓解热堆积现象产生的不利影响。间歇运行虽然被证明可有效提升热激活建筑系统的注热量并减少系统运行功耗，但并非所有热激活建筑系统都适用这一控制方式。对于那些使用自然能源作为冷热源来源的热激活建筑系统来说，在自然能源丰富的时间段为了等待热堆积现象缓解而不能持续运行将导致极大的自然能源浪费。与此同时，为了能够在热堆积现象恢复时又能注入足够的自然能源，上述系统中又不得不额外提高泵送系统功率和源端容量，从而导致应对热堆积现象的代价大幅增加。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构及运行控制方法，可有效缓解热激活建筑围护结构中热堆积现象的产生及其影响，提高热激活建筑围护结构应对瞬态负荷的响应速度，改善热激活建筑围护结构的受热不均问题，最终达到强化热激活建筑系统注热能力和运行效率的目的。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构，包括墙体基体和置于墙体内的多个换热管路，其特征在于，所述墙体基体内部设置有多个钻孔，每个换热管路置于相应的钻孔内，每个换热管路包括U型换热管、圆柱旋转筒、专用固定件、U管固定胶条、圆柱旋转筒端盖和工质，所述圆柱旋转筒置于所述钻孔内，并且二者之间填充有导热润滑剂，所述U型换热管通过所述专用固定件和U管固定胶条与圆柱旋转筒的内表面固定，所述圆柱旋转筒端盖安装在所述圆柱旋转筒的端部，U型换热管的端部穿过所述圆柱旋转筒端盖，圆柱旋转筒端盖通过电机旋转机构带动转动；所述墙体基体的内部设有第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器位于钻孔对应圆心与墙体基体内表面的中垂线上，同时第一温度传感器距离钻孔的外表面与墙体基体内表面的距离相等，所述第二温度传感器位于相邻钻孔对应圆心的连接线上，且第二温度传感器距离钻孔表面的距离与第一温度传感器一致。
优选地，所述电机旋转机构包括电机、传动链条和端盖传动齿轮；所述圆柱旋转筒端盖的外侧安装有所述端盖传动齿轮，多个换热管路对应的端盖传动齿轮与所述传动链条连接，传动链条与设置在墙体基体下部的所述电机连接。
优选地，所述墙体基体的侧部设有操作仓盖，端盖传送齿轮位于所述操作仓盖内，操作仓盖的下部设有电机仓，电机安装在电机仓内。
优选地，所述专用固定件的外部周向设置有3个或以上的弧形槽道，其中两个对称设置的弧形槽道与所述U管固定胶条外侧配合，用于压紧U型换热管，另外一个或以上的弧形槽道为作为通气孔使用，并且专用固定件内部还设置有螺纹连接孔。
优选地，U型换热管的换热段位于圆柱旋转筒以及弧形槽道之间。
优选地，所述U型换热管的进出口位于操作仓盖内部。
一种建筑围护结构的运行控制方法，将钻孔上下两侧定义为A区和B区，将钻孔左右两侧定义为C区和D区，通过控制器向电机发出控制信号带动圆柱旋转筒旋转，当U型换热管所在平面与墙体基体的内外表面保持垂直时停止圆柱旋转筒的旋转过程，此时，热激活建筑系统执行AB区持续注热、蓄热和放热模式，该种模式下，热激活建筑系统通过U型换热管中的工质向墙体基体中的A区和B区中持续注入热量，同时，第二温度传感器持续监测A区中温度变化，当第二温度传感器的温度实时监测值与工质的温差小于设定值时，通过控制器再次向电机发出控制信号带动圆柱旋转筒旋转，当U型换热管所在平面与墙体基体的内外表面保持平行时停止圆柱旋转筒的旋转过程，此时，热激活建筑系统执行CD区持续注热、蓄热和放热模式，该模式下，热激活建筑系统通过U型换热管中的工质向墙体基体中的C区和D区中持续注入热量，同时通过第一温度传感器持续监测A区中温度变化，当第二温度传感器的实时温度监测值与工质的温差小于设定值时，通过控制器再次向电机发出控制信号带动圆柱旋转筒旋转，并再次执行AB区持续注热、蓄热和放热模式。
优选地，若控制器在上述运行过程中接收到处理室内瞬态负荷指令，则控制器立即向电机发出控制信号带动圆柱旋转筒旋转，当U型换热管所在平面与墙体基体的内外表面保持平行时停止圆柱旋转筒的旋转过程，此时，热激活建筑系统执行CD区强化注热、蓄热和放热模式，该种模式下，热激活建筑系统通过U型换热管中的工质向墙体基体中的D区中持续注入热量，优先处理内表面处的室内瞬时负荷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明的热激活建筑围护结构无需对热激活建筑系统进行间歇运行控制即可有效解决传统热激活建筑围护结构内部广泛存在的热堆积现象，因此可实现更高的自然能源利用率并有效削减源端和泵送系统相应初始投资和运行费用。2、通过AB区和CD区的交替注热、蓄热和放热，本发明的热激活建筑围护结构可在克服热堆积现象的同时，确保热激活建筑系统的注热能力不会发生大幅衰减，因此注热能力和运行效率相比传统热激活建筑系统可得到显著提升。3、通过AB区和CD区交替注热、蓄热和放热，还可有效缓解热激活建筑围护结构的受热不均问题，热激活建筑围护结构中出现裂纹的潜在风险得到降低，结构安全和使用体验也相应得到提升。4、本发明的热激活建筑围护结构实现了热激活建筑系统的模块化设计和建造，建成后无需对墙体承重层进行大规模破坏即可完成检修和运维，检修难度和运维工作量可得到大幅下降。5、在执行CD区强化注热、蓄热和放热时，本发明的热激活建筑围护结构还能够对建筑瞬态负荷及时做出响应，相比传统热激活建筑围护结构的响应速度更加迅速，可以有效削减用于处理建筑瞬时负荷的系统安装容量、初始投资和运行费用。
附图说明
图1所示为本发明带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构的正视图；
图2所示为本发明带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构的侧视图；
图3所示为本发明带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构AA向剖视图；
图4所示为本发明带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构BB向剖视图；
图5所示为热激活建筑围护结构中AB区持续注热、蓄热和放热模式；
图6所示为热激活建筑围护结构中CD区持续注热、蓄热和放热模式。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构如图1-图6所示，包括墙体基体11、多个换热管路以及运行控制系统。所述墙体基体11内部设置有多个钻孔12，一端设有操作仓盖13，操作仓盖13的下部设有电机仓14。每个所述换热管路由U型换热管21、圆柱旋转筒22、U管固定胶条23、专用固定件24、圆柱旋转筒端盖25和工质26组成。所述圆柱旋转筒22置于钻孔12内部，靠近操作仓盖13的一端安装有圆柱旋转筒端盖25。所述圆柱旋转筒22与钻孔12之间填充有导热润滑剂27。所述专用固定件24的外部周向设置有3个或以上的弧形槽道241，其中两个对称设置的弧形槽道用于安装U型换热管和相应U管固定胶条，另外一个或以上的弧形槽道241为作为通气孔使用，通气孔是为了防止专用固定件沿圆柱旋转桶滑动的过程中被密闭空间中的气体顶住从而无法安装，并且专用固定件24内部还设置有螺纹连接孔242。安装时，用长螺栓拧入到专用固定件的螺纹连接孔内，通过两个弧形槽道压紧U形换热管的内侧，长螺栓带着专用固定件沿着U形换热管的内壁向圆柱旋转筒的内部滑动到指定位置，松开长螺栓使其脱离专用固定件，之后再用同样的方式安装下一个专用固定件，专用固定件的数量根据U型换热管的长度决定，间隔设置几个专用固定件而不是直接使用一个专用固定件的目的有两个：一个是出于材料节省的目的，因为U管固定胶条与矩形钻孔本身具有一定的过盈配合，挤压进去后一般情况下不会变形或松动，当然极端情况也会有；另一个目的是，多个固定安装件相比较一个整体的固定安装件便于安装和拆卸。所述U型换热管21的进出口位于操作仓盖13内部，U型换热管21的换热段位于圆柱旋转筒22以及弧形槽道241之间，并且通过U管固定胶条23与圆柱旋转筒22内表面紧密接触。所述圆柱旋转筒端盖25的端部安装有端盖传动齿轮33，多个换热管路对应的端盖传动齿轮与传动链条32连接。所述电机31位于电机仓14内部，电机转轴的另一端位于操作仓盖13内部并且端部安装有电机传动齿轮34。所述传动链条32的一端与同样位于操作仓盖13内部的电机传动齿轮34连接。所述第一温度传感器36和第二温度传感器37位于所述墙体基体11内部，第一温度传感器36位于钻孔12对应圆心与墙体基体内表面4的中垂线上，同时第一温度传感器36距离钻孔12的外表面与墙体基体内表面4的距离相等，所述第二温度传感器37位于相邻钻孔12对应圆心的连接线上，且第二温度传感器37距离钻孔12外表面的距离与第一温度传感器36一致。电机31的电源线与所述控制器35连接。
所述带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构的运行控制方法如下：当控制器35接收到热激活建筑系统运行指令后，本发明的热激活建筑围护结构按照先AB区后CD区的交替模式进行持续注热、蓄热和放热。首先，通过控制器35向电机31发出控制信号带动圆柱旋转筒23旋转，当U型换热管21所在平面与墙体基体11的内外表面保持垂直时停止圆柱旋转筒22的旋转过程。此时，热激活建筑系统执行AB区持续注热、蓄热和放热模式。该种模式下，热激活建筑系统通过U型换热管21中的工质26向墙体基体11中的A区和B区中持续注入热量，同时通过第二温度传感器37持续监测A区中温度变化。当第二温度传感器37的温度实时监测值与工质26的温差小于设定值时，通过控制器35再次向电机31发出控制信号带动圆柱旋转筒22旋转，当U型换热管21所在平面与墙体基体11的内外表面保持平行时停止圆柱旋转筒22的旋转过程。此时，热激活建筑系统执行CD区持续注热、蓄热和放热模式。该模式下，热激活建筑系统通过U型换热管21中的工质26向墙体基体11中的C区和D区中持续注入热量，同时通过第一温度传感器36持续监测A区中温度变化。当第二温度传感器37的实时温度监测值与工质26的温差小于设定值时，通过控制器35再次向电机31发出控制信号带动圆柱旋转筒22旋转，并再次执行AB区持续注热、蓄热和放热模式。如此，AB区持续注热、蓄热和放热模式和CD区持续注热、蓄热和放热模式交替进行直至控制器35发出系统停止运行指令。此外，若控制器35在上述运行过程中接收到处理室内瞬态负荷指令，则控制器35立即向电机31发出控制信号带动圆柱旋转筒22旋转，当U型换热管21所在平面与墙体基体11的内外表面保持平行时停止圆柱旋转筒22的旋转过程。此时，热激活建筑系统执行CD区强化注热、蓄热和放热模式。该种模式下，热激活建筑系统通过U型换热管21中的工质26向墙体基体11中的D区中持续注入热量优先处理内表面4处的室内瞬时负荷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构，包括墙体基体和置于墙体内的多个换热管路，其特征在于，所述墙体基体内部设置有多个钻孔，每个换热管路置于相应的钻孔内，每个换热管路包括U型换热管、圆柱旋转筒、专用固定件、U管固定胶条、圆柱旋转筒端盖和工质，所述圆柱旋转筒置于所述钻孔内，并且二者之间填充有导热润滑剂，所述U型换热管通过所述专用固定件和U管固定胶条与圆柱旋转筒的内表面固定，所述圆柱旋转筒端盖安装在所述圆柱旋转筒的端部，U型换热管的端部穿过所述圆柱旋转筒端盖，圆柱旋转筒端盖通过电机旋转机构带动转动；所述墙体基体的内部设有第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器位于钻孔对应圆心与墙体基体内表面的中垂线上，同时第一温度传感器距离钻孔的外表面与墙体基体内表面的距离相等，所述第二温度传感器位于相邻钻孔对应圆心的连接线上，且第二温度传感器距离钻孔表面的距离与第一温度传感器一致。
2.根据权利要求1所述的带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构，其特征在于：所述电机旋转机构包括电机、传动链条和端盖传动齿轮；所述圆柱旋转筒端盖的外侧安装有所述端盖传动齿轮，多个换热管路对应的端盖传动齿轮与所述传动链条连接，传动链条与设置在墙体基体下部的所述电机连接。
3.根据权利要求2所述的带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构，其特征在于：所述墙体基体的侧部设有操作仓盖，端盖传送齿轮位于所述操作仓盖内，操作仓盖的下部设有电机仓，电机安装在电机仓内。
4.根据权利要求2所述的带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构，其特征在于：所述专用固定件的外部周向设置有3个或以上的弧形槽道，其中两个对称设置的弧形槽道与所述U管固定胶条外侧配合，用于压紧U型换热管，另外一个或以上的弧形槽道为作为通气孔使用，并且专用固定件内部还设置有螺纹连接孔。
5.根据权利要求4所述的带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构，其特征在于：U型换热管的换热段位于圆柱旋转筒以及弧形槽道之间。
6.根据权利要求3所述的带有旋转钻孔的单U型热激活建筑围护结构，其特征在于：所述U型换热管的进出口位于操作仓盖内部。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的建筑围护结构的运行控制方法，其特征在于：将钻孔上下两侧定义为A区和B区，将钻孔左右两侧定义为C区和D区，通过控制器向电机发出控制信号带动圆柱旋转筒旋转，当U型换热管所在平面与墙体基体的内外表面保持垂直时停止圆柱旋转筒的旋转过程，此时，热激活建筑系统执行AB区持续注热、蓄热和放热模式，该种模式下，热激活建筑系统通过U型换热管中的工质向墙体基体中的A区和B区中持续注入热量，同时，第二温度传感器持续监测A区中温度变化，当第二温度传感器的温度实时监测值与工质的温差小于设定值时，通过控制器再次向电机发出控制信号带动圆柱旋转筒旋转，当U型换热管所在平面与墙体基体的内外表面保持平行时停止圆柱旋转筒的旋转过程，此时，热激活建筑系统执行CD区持续注热、蓄热和放热模式，该模式下，热激活建筑系统通过U型换热管中的工质向墙体基体中的C区和D区中持续注入热量，同时通过第一温度传感器持续监测A区中温度变化，当第二温度传感器的实时温度监测值与工质的温差小于设定值时，通过控制器再次向电机发出控制信号带动圆柱旋转筒旋转，并再次执行AB区持续注热、蓄热和放热模式。
8.根据权利要求7所述的运行控制方法，其特征在于：若控制器在上述运行过程中接收到处理室内瞬态负荷指令，则控制器立即向电机发出控制信号带动圆柱旋转筒旋转，当U型换热管所在平面与墙体基体的内外表面保持平行时停止圆柱旋转筒的旋转过程，此时，热激活建筑系统执行CD区强化注热、蓄热和放热模式，该种模式下，热激活建筑系统通过U型换热管中的工质向墙体基体中的D区中持续注入热量，优先处理内表面处的室内瞬时负荷。
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2021
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|---|---|---|---|---|
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| CN114775844B (zh) * | 2022-06-07 | 2023-09-22 | 安徽正一建筑工程有限公司 | 一种装配式的节能建筑及施工方法 |
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