CN112797829A - 带有十字钻孔的双u型热激活建筑围护结构及运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有十字钻孔的双U型热激活建筑围护结构，其特征在于，包括墙体基体、多个双U型换热管路和温度监测系统，墙体基体内部设置有多个十字型钻孔，每个换热管路由第一U型管和第二U型管和换热工质组成，其中第一U型管放置于十字型钻孔的竖向钻孔内，第二U型管放置于十字型钻孔的水平钻孔内，第一U型管和第二U型管通过专用固定件以及U管固定胶条固定在十字型钻孔的四个端部位置。本发明热激活建筑围护结构无需对热激活建筑系统进行间歇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。
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十字钻孔的双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：
一种带有十字钻孔的双U型热激活建筑围护结构，其特征在于，包括墙体基体、多个双U型换热管路和温度监测系统，所述墙体基体内部设置有多个十字型钻孔，每个所述换热管路由第一U型管和第二U型管和换热工质组成，其中第一U型管放置于十字型钻孔的竖向钻孔内，第二U型管放置于十字型钻孔的水平钻孔内，所述第一U型管和第二U型管通过专用固定件以及U管固定胶条固定在十字型钻孔的四个端部位置，使第一U型管和第二U型管与墙体基体紧密接触；所述温度监测系统由位于所述墙体基体内部的第一温度传感器、第二温度传感器以及外置控制器组成，所述第一温度传感器位于十字型钻孔的水平钻孔延长线上，并且第一温度传感器与水平钻孔端部以及墙体基体内表面的距离相等，所述第二温度传感器位于十字型钻孔的竖向钻孔延长线上，且第二温度传感器距离竖向钻孔端部的距离与第一温度传感器与水平钻孔端部的距离一致。
优选地，所述专用固定件的截面呈十字形，其截面的中心贯穿设有螺纹安装孔，截面的四周贯穿设有放气孔，专用固定件的四个边紧密压紧所述U管固定胶条，使U管固定胶条压紧所述第一U型管和第二U型管。
优选地，在靠近钻孔出口的一端设有操作仓盖，并且操作仓盖的上下两端设有流体管道进出口。
优选地，所述墙体基体连同操作仓的外侧依次覆盖有外保温层和外抹灰层，对应内侧覆盖有内抹灰层。
优选地，所述多个换热管路中的第一U型管和第二U型管在操作仓盖中分别相互串接或者并接。
一种建筑围护结构的运行控制方法，包括“间歇注热、蓄热和放热模式”、“定向注热、蓄热和放热模式”和“强化注热、蓄热和放热模式”三种模式。
优选地，所述“间歇注热、蓄热和放热模式”：控制器向热激活建筑系统发出控制信号以接通第一U型管，此时热激活建筑系统执行竖向钻孔区域的间歇注热、蓄热和放热模式，该种模式下，热激活建筑系统通过第一U型管向墙体基体的中心区域持续注入热量，同时通过第一温度传感器持续监测墙体基体的中心区域温度变化，当第一温度传感器的温度实时监测值与换热工质的温差小于设定值时，通过控制器再次向热激活建筑系统发出控制信号以切换换热管路并接通第二U型管，此时热激活建筑系统执行水平钻孔区域的间歇注热、蓄热和放热模式，该模式下，热激活建筑系统通过第二U型换热管向墙体基体两侧边缘区域持续注入热量，同时通过第二温度传感器持续监测两侧边缘区域的温度变化，当第二温度传感器的实时温度监测值与换热工质的温差小于设定值时，通过控制器向热激活建筑系统发出控制信号以再次接通第一U型管，并执行竖向钻孔区域的间歇注热、蓄热和放热模式，如此，竖向钻孔区域和水平钻孔区域交替进行着持续注热、蓄热和放热过程直至控制器最终发出系统停止运行的控制指令。
优选地，所述“定向注热、蓄热和放热模式”：当控制器在上述“间歇注热、蓄热和放热模式”运行过程中接收到优先处理室内瞬态负荷的指令时，控制器立即向热激活建筑系统发出指令并执行水平钻孔区域的定向注热、蓄热和放热模式，该种模式下，热激活建筑系统通过第二U型管向墙体基体的两侧边缘区域持续注入热量以优先处理来自室内的瞬时负荷。
优选地，所述“强化注热、蓄热和放热模式”：当控制器接收到热激活建筑系统进行性能优先的运行指令后，则控制器立即向热激活建筑系统发出快速注热指令并执行竖向钻孔区域和水平钻孔区域的强化注热、蓄热和放热模式，该种模式下，热激活建筑系统通过第一U型管和第二U型管中向包含墙体基体的中心区域和两侧边缘区域的全区域持续注入热量以确保围护结构的高热工性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明热激活建筑围护结构无需对热激活建筑系统进行间歇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、通过墙体基体中心区域和两侧边缘区域的交替注热、蓄热和放热，本发明的热激活建筑围护结构还可以在克服热堆积现象影响的同时，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得到显著提升。3、通过墙体基体中心区域和两侧边缘区域的交替注热、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、在执行墙体基体两侧边缘区域的定向注热、蓄热和放热的模式下，本发明的热激活建筑围护结构还能够对建筑的瞬态负荷及时做出响应，响应速度相比传统热激活建筑围护结构更加迅速，因而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。5、在执行墙体基体中心区域以及两侧边缘区域的全区域强化注热、蓄热和放热的模式下，本发明的热激活建筑围护结构能够以高于传统热激活建筑系统的注热能力向围护结构中注入热量，因此在气候更加恶劣的地区或者在同等气候区应用时性能更加优越。6、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。
附图说明
图1所示为本发明带有十字钻孔的双U型热激活建筑围护结构示意图；
图2所示为本发明带有十字钻孔的双U型热激活建筑围护结构俯视图；
图3所示为图2的AA向剖视图；
图4所示为图3的局部放大图；
图5所示为图2的BB向剖视图
图6所示为图5的局部放大图。
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。
本发明带有十字钻孔的双U型热激活建筑围护结构如图1-图5所示，包括墙体基体11、多个双U型换热管路、温度监测系统以及外保温层和内外抹灰层。所述墙体基体11内部设置有多个十字型钻孔12，在靠近钻孔出口的一端设有操作仓盖14，并且操作仓盖14的上下两端设有流体管道进出口25，流体管道进出口与双U型换热管路连接。所述墙体基体11连同操作仓14的外侧依次覆盖有外保温层15和外抹灰层16，对应内侧覆盖有内抹灰层17。每个所述换热管路由第一U型管21和第二U型管22和换热工质27组成，其中第一U型管21放置于十字型钻孔12的竖向钻孔内，第二U型管22放置于十字型钻孔12的水平钻孔内。所述第一U型管21和第二U型管22通过带有螺纹安装孔241和放气孔242的专用固定件24以及U管固定胶条23固定在十字型钻孔12的四个端部位置，并且与墙体基体11紧密接触。使用时，先放入U管固定胶条，之后用一根长螺杆拧到螺纹安装孔内将专用固定件深入到十字型钻孔内压紧U管固定胶条，之后反向拧出长螺杆，为了便于放置专用固定件时排出十字型钻孔内的气体，设置四个放气孔。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。所述多个换热管路中的第一U型管21和第二U型管22在操作仓盖14中分别相互串接或者并接。所述温度监测系统由位于所述墙体基体11内部的第一温度传感器4、第二温度传感器5以及外置控制器6组成。所述第一温度传感器4位于十字型钻孔12的水平钻孔延长线上，并且第一温度传感器4与水平钻孔端部以及墙体基体内表面3的距离相等。所述第二温度传感器5位于十字型钻孔12的竖向钻孔延长线上，且第二温度传感器5距离竖向钻孔端部的距离与第一温度传感器4与水平钻孔端部的距离一致。
所述带有十字钻孔的双U型热激活建筑围护结构的运行控制方法包括“间歇注热、蓄热和放热模式”、“定向注热、蓄热和放热模式”和“强化注热、蓄热和放热模式”三种。
间歇注热、蓄热和放热模式：当控制器6接收到热激活建筑系统进行节能优先的运行指令后，本发明的热激活建筑围护结构按照先竖向钻孔区域后水平钻孔区域的交替模式进行持续注热、蓄热和放热。首先，通过控制器6向热激活建筑系统发出控制信号以接通第一U型管21，此时热激活建筑系统执行竖向钻孔区域的间歇注热、蓄热和放热模式。该种模式下，热激活建筑系统通过第一U型管21向墙体基体11的中心区域持续注入热量，同时通过第一温度传感器4持续监测墙体基体11的中心区域温度变化。当第一温度传感器4的温度实时监测值与换热工质的温差小于设定值时，通过控制器6再次向热激活建筑系统发出控制信号以切换换热管路并接通第二U型管22，此时热激活建筑系统执行水平钻孔区域的间歇注热、蓄热和放热模式。该模式下，热激活建筑系统通过第二U型换热管22向墙体基体11两侧边缘区域持续注入热量，同时通过第二温度传感器5持续监测两侧边缘区域的温度变化。当第二温度传感器5的实时温度监测值与换热工质27的温差小于设定值时，通过控制器向热激活建筑系统发出控制信号以再次接通第一U型管21，并执行竖向钻孔区域的间歇注热、蓄热和放热模式。如此，竖向钻孔区域和水平钻孔区域交替进行着持续注热、蓄热和放热过程直至控制器6最终发出系统停止运行的控制指令。
定向注热、蓄热和放热模式：当控制器6在上述“间歇注热、蓄热和放热模式”运行过程中接收到优先处理室内瞬态负荷的指令时，控制器6立即向热激活建筑系统发出指令并执行水平钻孔区域的定向注热、蓄热和放热模式。该种模式下，热激活建筑系统通过第二U型管22向墙体基体11的两侧边缘区域持续注入热量以优先处理来自室内的瞬时负荷。
强化注热、蓄热和放热模式：当控制器6接收到热激活建筑系统进行性能优先的运行指令后，则控制器6立即向热激活建筑系统发出快速注热指令并执行竖向钻孔区域和水平钻孔区域的强化注热、蓄热和放热模式。该种模式下，热激活建筑系统通过第一U型管21和第二U型管22中向包含墙体基体11的中心区域和两侧边缘区域的全区域持续注入热量以确保围护结构的高热工性能。
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 (9)
1.一种带有十字钻孔的双U型热激活建筑围护结构，其特征在于，包括墙体基体、多个双U型换热管路和温度监测系统，所述墙体基体内部设置有多个十字型钻孔，每个所述换热管路由第一U型管和第二U型管和换热工质组成，其中第一U型管放置于十字型钻孔的竖向钻孔内，第二U型管放置于十字型钻孔的水平钻孔内，所述第一U型管和第二U型管通过专用固定件以及U管固定胶条固定在十字型钻孔的四个端部位置，使第一U型管和第二U型管与墙体基体紧密接触；所述温度监测系统由位于所述墙体基体内部的第一温度传感器、第二温度传感器以及外置控制器组成，所述第一温度传感器位于十字型钻孔的水平钻孔延长线上，并且第一温度传感器与水平钻孔端部以及墙体基体内表面的距离相等，所述第二温度传感器位于十字型钻孔的竖向钻孔延长线上，且第二温度传感器距离竖向钻孔端部的距离与第一温度传感器与水平钻孔端部的距离一致。
2.根据权利要求1所述的带有十字钻孔的双U型热激活建筑围护结构，其特征在于，所述专用固定件的截面呈十字形，其截面的中心贯穿设有螺纹安装孔，截面的四周贯穿设有放气孔，专用固定件的四个边紧密压紧所述U管固定胶条，使U管固定胶条压紧所述第一U型管和第二U型管。
3.根据权利要求2所述的带有十字钻孔的双U型热激活建筑围护结构，其特征在于，在靠近钻孔出口的一端设有操作仓盖，并且操作仓盖的上下两端设有流体管道进出口。
4.根据权利要求2所述的带有十字钻孔的双U型热激活建筑围护结构，其特征在于，所述墙体基体连同操作仓的外侧依次覆盖有外保温层和外抹灰层，对应内侧覆盖有内抹灰层。
5.根据权利要求2所述的带有十字钻孔的双U型热激活建筑围护结构，其特征在于，所述多个换热管路中的第一U型管和第二U型管在操作仓盖中分别相互串接或者并接。
6.一种如权利要求1-5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：包括“间歇注热、蓄热和放热模式”、“定向注热、蓄热和放热模式”和“强化注热、蓄热和放热模式”三种模式。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述“间歇注热、蓄热和放热模式”：控制器向热激活建筑系统发出控制信号以接通第一U型管，此时热激活建筑系统执行竖向钻孔区域的间歇注热、蓄热和放热模式，该种模式下，热激活建筑系统通过第一U型管向墙体基体的中心区域持续注入热量，同时通过第一温度传感器持续监测墙体基体的中心区域温度变化，当第一温度传感器的温度实时监测值与换热工质的温差小于设定值时，通过控制器再次向热激活建筑系统发出控制信号以切换换热管路并接通第二U型管，此时热激活建筑系统执行水平钻孔区域的间歇注热、蓄热和放热模式，该模式下，热激活建筑系统通过第二U型换热管向墙体基体两侧边缘区域持续注入热量，同时通过第二温度传感器持续监测两侧边缘区域的温度变化，当第二温度传感器的实时温度监测值与换热工质的温差小于设定值时，通过控制器向热激活建筑系统发出控制信号以再次接通第一U型管，并执行竖向钻孔区域的间歇注热、蓄热和放热模式，如此，竖向钻孔区域和水平钻孔区域交替进行着持续注热、蓄热和放热过程直至控制器最终发出系统停止运行的控制指令。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述“定向注热、蓄热和放热模式”：当控制器在上述“间歇注热、蓄热和放热模式”运行过程中接收到优先处理室内瞬态负荷的指令时，控制器立即向热激活建筑系统发出指令并执行水平钻孔区域的定向注热、蓄热和放热模式，该种模式下，热激活建筑系统通过第二U型管向墙体基体的两侧边缘区域持续注入热量以优先处理来自室内的瞬时负荷。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述“强化注热、蓄热和放热模式”：当控制器接收到热激活建筑系统进行性能优先的运行指令后，则控制器立即向热激活建筑系统发出快速注热指令并执行竖向钻孔区域和水平钻孔区域的强化注热、蓄热和放热模式，该种模式下，热激活建筑系统通过第一U型管和第二U型管中向包含墙体基体的中心区域和两侧边缘区域的全区域持续注入热量以确保围护结构的高热工性能。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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