CN113959020A - 用于建筑的节能暖通系统和具有该节能暖通系统的建筑 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于建筑的节能暖通系统，包括相互连通的用于浅层地热交换的地下管路(100)、至少一个新风风机(300)和新风管路(200)，其中，所述系统配置为通过所述新风风机(300)将来自外部环境的空气经由所述地下管路(100)提供至所述新风管路(200)而形成新风、并输送至所述建筑(10)的内。本发明还提供一种使用上述节能暖通系统的建筑。本发明利用可再生能源，极大减少建筑的运行能耗，降低碳排放和环境污染，另外减少了暖通设备和管路的数量，降低了暖通系统的复杂程度和安装难度，从而减少投资和运维费用。

Description

用于建筑的节能暖通系统和具有该节能暖通系统的建筑

技术领域

本发明涉及建筑领域，具体涉及用于建筑的节能暖通系统。

背景技术

建筑能耗在社会总能耗中的占比达到30～40％，其中大部分用于采暖和制冷。高能耗带来了高碳排放和环境污染等问题。可再生能源是指自然界中存在的无污染的各种能源，如太阳能，地热能等。利用可再生能源为建筑物提供制冷和采暖可以大大降低建筑无的碳排放和减少相应的环境污染问题。另一方面，传统的制冷和采暖设备结构复杂，造价高昂，且需要专门的管路和末端系统才能把冷和热输送到建筑物的内部，这些都给建筑物的设计、建造和使用带来不同程度的挑战。

现有的建筑空调系统通常包括集中式空调系统、半集中式系统、多联机系统、分体式系统等。附图1示出了集中式和半集中式系统的示意图。

对于半集中式系统，参见附图1中区域8，新风风机1获得将外部新鲜空气(即新风)，冷热源4将冷热媒通过冷热媒管路5(在图1中以点划线表示)提供到表冷器7与新风换热。之后新风被通过新风管路2(在图1中以实线表示)输送到区域8。冷热源4还将冷热媒通过冷热媒管5(以点划线表示)输送至区域8内设置的风机盘管6。风机盘管6将回风与冷热媒进行热交换，然后在区域8内循环。

对集中式系统，参见附图1中区域9，新风风机1获取外部新鲜空气，冷热源4将冷热媒通过冷热媒管5(以点划线表示)提供到表冷器7与新风换热。之后，新风被通过新风管路2(以实线表示)输送到区域9。回风管路3(以虚线表示)将区域9内的回风输送到表冷器7参与换热。一部分回风与新风混合被再次输送到区域9，另一部分则被排出建筑之外。

还可以设有排风装置(图中未示)将区域8和9中的空气排出建筑之外。图1中的箭头表示空气或冷媒的流动方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种节能暖通系统，可以降低运行能耗并提高空气质量。

按照本发明的一个方面，一种用于建筑的节能暖通系统，包括相互连通的用于浅层地热交换的地下管路、至少一个新风风机和新风管路，其中，所述系统配置为通过所述新风风机将来自外部环境的空气经由所述地下管路提供至所述新风管路而形成新风、并输送至所述建筑的内部。

其中，所述地下管路埋设在地面以下，其中所述地下管路包括相互连通的伸出地面的入口端、至少一个横向铺设的导热管和与所述新风管路连接的出口端，所述导热管的轴线相对水平面倾斜。

进一步，所述地下管路具有最低位置，其中，所述入口端与所述最低位置之间的第一管路长度大于所述最低位置与所述出口端之间的第二管路长度。所述第一管路长度是所述第二管路长度的至少2倍。

其中，所述地下管路进一步包括与所述导热管连通的冷凝井，所述冷凝井设在所述最低位置或设置为与所述最低位置连通。

其中，所述导热管相对水平面的斜度为1％-2％。所述导热管为球墨铸铁管。

其中，所述新风管路包括总管和至少一个与所述总管连通的支管，所述支管构造为将所述新风输送至所述建筑的局部区域。

进一步，该系统包括至少一个冷却/加热设备，所述冷却/加热设备构造为冷却和/或加热所述总管和/或至少一个所述支管中的空气。

其中，所述冷却/加热设备构造为直接或通过工质热交换而冷却和/或加热所述新风管路内的空气。

进一步，该系统包括回风管路和至少一个换热设备，所述换热设备构造为分别与所述新风管路和所述回风管路连通，其中，所述换热设备在所述新风管路上位于所述加热设备的上游。

按照本发明另一方面，一种建筑，其包括前述的节能暖通系统，其中，所述节能暖通系统配置为向所述建筑内提供冷或热的新风。

本发明的技术效果在于：通过利用浅层土壤的可再生能源，满足建筑的全部或大部分采暖和制冷需求，取代常规的采暖和制冷设备，降低投资和运维费用；仅使用新风管路，为建筑物同时提供新风、采暖和制冷，减少了建筑内的管路数量，降低管路的复杂程度和安装难度，从而减少设计、施工和运维费用。

附图说明

图1是传统的暖通系统的示意图。

图2是按照本发明的节能暖通系统的一个实施例的示意图，其中箭头表示新鲜空气的流动方向。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的具体实施方式。尽管在下面实施例中描述了许多细节，然而这些细节是示例性的，并非对本发明的限制。

在本说明书中，除非特别说明，表示方位的术语“上”和“下”分别是指竖直方向的上和下。类似地，除非特别说明，表示方位的术语“高”和“低”分别表示在竖直方向的相对位置，以更接近地面为高，反之为低。

如图2所示，按照本发明的一个实施例，一种用于建筑的节能暖通系统，其构造在建筑10的内部及周边。图2中，箭头表示新鲜空气的流动方向。

在该节能暖通系统中，地下管路100铺设在建筑10外的地面下。地下管路100包括入口端110、导热管120和出口端130，其彼此连通。其中，入口端110构造为伸出地面，与外部环境空气连通，由此，外部空气可以通过入口端110进入导热管120。尽管在图2中仅示出一根导热管，然而，在其他例子中，可以包括多根导热管，其通过管件连接形成管路。导热管120优选地是球墨铸铁管，或者，也可以是其他采用热的良导体材料制成的管，如钢管。在一个例子中，地下管路100中使用的管件也由球墨铸铁制成。

导热管120横向铺设在地下一定深度。其埋设的深度可根据具体的应用环境确定。这里的术语“横向”是指管道的轴线接近水平放置的方向。通常，对于本发明的应用环境，由于管道在水平方向的尺寸通常在数米或十数米，因此地球的弧度所造成的误差可以忽略不计，也就是认为地下管路100的各处的水平方向是一致的。然而，当将本发明用在更大尺度的环境中时，各个管道所处位置的水平方向可能稍许不一致，例如，相距较远的管道。这种情况下，所述的水平方向则以各管道自身所处的位置为基准。

由于导热管120位于在地下并且导热，因此，导热管120的内壁温度与同深度的地下温度相同或接近。这种情况下，通过入口端110从外部环境引入管道内的空气与管道内壁存在温度差。空气与管道内壁进行热交换，从而使空气降温或者升温。

环境空气中不可避免的含有水蒸气，特别是在空气温暖湿润的地区或者季节，在热交换过程中会产生冷凝水，因此，导热管120相对水平面倾斜布置，其中产生的冷凝水在重力作用下可以汇集到最低位置140。最低位置140应当是整个管路上的最低位置。导热管120的轴线相对水平面的斜度以百分比表示为1％-2％。

优选地，在最低位置140或附近设置冷凝井(图中未示出)，其作用是将冷凝水排出。冷凝井与导热管120连通，并且冷凝井伸出地面与大气连通。在冷凝井的开放端设置单向的空气阀，使得空气不能由外部大气通过开放端进入冷凝井。冷凝井也可以利用球墨铸铁管制成。

对于浅地层，距离地表距离越大，也就是越深的位置，其与地表的温差越大。那么，对于需要利用地源冷却环境热空气的情况，例如夏天，当空气从管路的高点到低点的过程中，空气受到冷却，而当空气从管路的低点到高点的过程中，空气受到加热。类似地，对于需要加热环境冷空气的情况，例如冬天，当空气从管路的高点到低点过程中，空气受到加热，而当空气从管路的低点到高点的过程中，空气受到冷却。也就是说，由于地下管路100存在高低落差，当空气从入口管进入管路之后，被冷却/加热的空气在从最低点到出口管过程中又被再次反向加热/冷却。

为了避免这种情况，地下管路100的最低位置140优选地设在出口端130对应的位置，或者，当存在实际工程应用的限制时，最低位置140构造为尽量靠近该出口端130。因此，在本发明中，该地下管路100构造为该入口端110与该最低位置140之间的第一管路长度大于该最低位置140与出口端130之间的第二管路长度。这里的第一管路长度是指在该入口端110与该最低位置140之间所有可能的管道路径中最短路径上的管道以及可能的管件的总长度，类似地，这里的第二管路长度是指在该最低位置140与该出口端130之间所有管道路径中最短路径上的管道以及可能的管件的总长度。第二管路的长度越短，空气被反向加热/冷却的程度越低。理想的是，最低位置在出口端，这样，该第二管路长度可以认为几乎为零，从而空气基本上不会被反向加热/冷却。在一个例子中，所述第一管路长度是所述第二管路长度的至少2倍。

经过导热管120降温或升温后的空气经由出口端130被新风风机300提供至新风管路200形成新风。新风管路200包括相互连通的总管210和至少一个支管220，支管220配置为将新风输送到建筑10的各个区域内。尽管在图2中，新风管路200示为设置在建筑10的外部，然而图2所述结构仅为示例性的而非限制，本领域技术人员能够理解在其他例子中，新风管路200可以布置在建筑10的内部。

根据具体应用环境，新风风机300可以设在任何合适的位置，例如，可以在总管210上设置新风风机300，也可以在支管220上设置新风风机300。在有的情况下，可以设置一个或多个新风风机300。新风风机可以采用现有的任何合适的类型，例如离心风机或轴流风机。

在本发明的节能暖通系统中，在新风管路200上设有至少一个冷却/加热设备600，其用以在对新风进行补充冷却和/或加热。冷却/加热设备可以构造为冷却或加热新风管路200的总管210内的新风，从而可以冷却或加热提供到整个建筑内的新风。或者，冷却/加热设备600也可以冷却或加热新风管路200的一个支管220中的新风，从而可以冷却或加热提供到建筑内的某个特定区域空间的新风。或者，冷却/加热设备600也可以冷却和加热多个不同支管220中的新风，从而冷却提供到某个区域空间的新风，而加热提供到另一区域空间的新风。冷却/加热设备的具体安装位置可以根据应用环境而确定，例如根据新风管的布置和/或建筑内部的空间结构等。

冷却/加热设备600可以采用任何适当的设备，只要能够适用于对管路的气体进行冷却和/或加热即可。例如，根据具体的应用环境，冷却/加热设备600可以是仅具有冷却功能的设备，或者可以是仅具有加热功能的设备，或者可以是具有分离的冷却模块和加热模块的设备，或者是具有集成的冷却模块和加热模块的设备。

冷却/加热设备600可以集成在管路上，或者冷却/加热设备600可以构造为独立的装置。以及，冷却/加热设备(600)可以直接或通过工质热交换而冷却和/或加热新风管路200内的新风。

在一个例子中，冷却/加热设备600可以是在管路上集成电热阻，利用电能转化为热能从而加热新风管路200内的空气，其可以设在总管210上或需要加热的支管220上。在另一个例子中，冷却/加热设备600可以是集成在管路中的半导体制冷制热装置，利用半导体的特性制冷或加热，类似地，可以设在总管210或支管220上。在又一个例子中，冷却/加热设备600构造为太阳能设备或燃气设备，将可以将新风管路200的新风引入冷却/加热设备600加热后再通入新风管路200。

在其他的例子中，冷却/加热设备600可以构造为通过工质(冷热媒)与新风的热交换而对新风冷却或加热。同样地，冷却/加热设备600可以根据具体应用环境而对总管210和/或支管220内的新风冷却和/或加热。也就是，冷却/加热设备600可以冷却或加热整个新风管路200中的新风，或者可以仅冷却或加热部分支管220中的新风。

本领域技术人员能够了解，还可以根据应用环境采用别的设备以加热新风管路中的空气，而不限于上述示例。例如，对于具有城市供热网的地区，可以利用市政供热加热新风。

在本发明中，冷却/加热设备600仅作为辅助手段对新风进行补充冷却或加热，因此冷却/加热设备600的实际运行时间非常短，例如仅在夏季或冬季的极端气温下运行，或者由于所需的冷却或加热功率小，冷却/加热设备600可以较低的能耗水平运行。从而，本发明的暖通系统的总体运行能耗大幅降低。

在该节能暖通系统中，还具有回风管路400和回风风机500。回风风机500将建筑10内的空气抽进回风管路400，之后输送到建筑10外部的大气中。回风管路400和回风风机500的布置可以根据具体应用环境而确定，例如，根据建筑的内部结构等。

为了提高冷却/加热设备600的能源利用率、进一步降低能源消耗，在本发明的节能暖通系统中，设有换热设备700，其分别与新风管路200和回风管路400连通。换热设备700设在新风管路200上位于冷却/加热设备600的上游，从而尚未被冷却或加热的新风与回风进行热交换以对新风进行预冷或预热，这样就可以进一步降低冷却/加热设备600的运行能耗。因此，回风管路400和/或回风风机500构造为可将回风提供到换热设备700，之后排出建筑10。

另一方面，在不需要对新风进行预冷或预热时，回风管路400和/或回风风机500构造为可将回风直接排出建筑10。例如，可以在回风管路400设置不通过换热设备700的旁通管和旁通阀，可以控制旁通阀的开闭从而将回风导入换热设备或旁通管，进而排出建筑10。本领域技术人员能够根据应用环境而确定控制器的具体配置和构造。

可以设置一个或多个换热设备700。在图2所示的实施例中，在新风管路200的总管210和每个支管220均设置冷却/加热设备600，仅在新风管路200的总管210上设置换热设备700，其位于总管210上的冷却/加热设备600的上游。在另一个实施例中，仅在新风管路200的总管210上设置冷却/加热设备600时，可以仅设置一个换热设备700，其位于总管210上的冷却/加热设备600的上游。在又一个实施例中，在一个或多个支管220设有冷却/加热设备600时，优选地，可在每个支管220设有冷却/加热设备600，对应地可以在每个设置冷却/加热设备600的支管220和对应的回风管路400之间换热设备700，并且，对于设有冷却/加热设备的支管，换热设备700可以设在支管220上、冷却/加热设备600的上游。

由上同样可知，本发明的暖通系统仅将新风提供至建筑内部，而不使用回风，这样，本发明的暖通系统可以提供舒适以及高质量的新风。

本发明的节能暖通系统中，换热设备可以采用现有的任何合适的设备，只要能够完成新风和回风的热交换即可。换热设备的具体安装方式和位置可以根据应用环境、换热设备构造和类型以及建筑的结构而确定。

尽管在上面的实施例中，将新风风机300、回风风机500和换热设备700描述为独立的设备，然而本领域技术人员能够了解，可以在一个设备中集成新风风机、回风风机和换热设备。在一个例子中，这样的集成设备可以是任何合适的现有的风机系统。

按照本发明的另一个实施例，一种建筑，其具有前述的节能暖通系统，其中，该节能暖通系统仅将冷或热的新风提供至建筑内部。

在上面的描述中，阐述了本发明的技术方案的细节，然而，本领域技术人员能够了解，本发明不限于上述实施例所列出的具体细节，而是可以在权利要求所限定的范围内变化，例如附图所示的管路布置方式仅仅是示例性的而非限制，本领域技术人员能够根据具体应用环境确定管路的排布。

Claims (12)

1.一种用于建筑的节能暖通系统，其特征在于，该系统包括相互连通的用于浅层地热交换的地下管路(100)、至少一个新风风机(300)和新风管路(200)，其中，所述系统配置为通过所述新风风机(300)将来自外部环境的空气经由所述地下管路(100)提供至所述新风管路(200)而形成新风、并输送至所述建筑(10)的内部。

2.如权利要求1所述的用于建筑的节能暖通系统，其特征在于，所述地下管路(100)埋设在地面以下，其中所述地下管路(100)包括相互连通的伸出地面的入口端(110)、至少一个横向铺设的导热管(120)和与所述新风管路(200)连接的出口端(130)，所述导热管(120)的轴线相对水平面倾斜。

3.如权利要求2所述的用于建筑的节能暖通系统，其特征在于，所述地下管路(100)具有最低位置(140)，其中，所述入口端(110)与所述最低位置(140)之间的第一管路长度大于所述最低位置(140)与所述出口端(130)之间的第二管路长度。

4.如权利要求3所述的用于建筑的节能暖通系统，其特征在于，所述第一管路长度是所述第二管路长度的至少2倍。

5.如权利要求3所述的用于建筑的节能暖通系统，其特征在于，所述地下管路(100)进一步包括与所述导热管(120)连通的冷凝井，所述冷凝井设在所述最低位置(140)或设置为与所述最低位置(140)连通。

6.如权利要求2所述的用于建筑的节能暖通系统，其特征在于，所述导热管(120)相对水平面的斜度为1％-2％。

7.如权利要求2所述的用于建筑的节能暖通系统，其特征在于，所述导热管(120)为球墨铸铁管。

8.如权利要求1所述的用于建筑的节能暖通系统，其特征在于，所述新风管路(200)包括总管(210)和至少一个与所述总管连通的支管(220)，所述支管(220)构造为将所述新风输送至所述建筑(10)的局部区域。

9.如权利要求8所述的用于建筑的节能暖通系统，其特征在于，进一步包括至少一个冷却/加热设备(600)，所述冷却/加热设备(600)构造为冷却和/或加热所述总管(210)和/或至少一个所述支管(220)中的空气。

10.如权利要求9所述的用于建筑的节能暖通系统，其特征在于，所述冷却/加热设备(600)构造为直接或通过工质热交换而冷却和/或加热所述新风管路(200)内的空气。

11.如权利要求1所述的用于建筑的节能暖通系统，其特征在于，进一步包括回风管路(400)和至少一个换热设备(700)，所述换热设备(700)构造为分别与所述新风管路(200)和所述回风管路(400)连通，其中，所述换热设备(700)在所述新风管路(200)上位于所述加热设备(600)的上游。

12.一种建筑，其特征在于，所述建筑包括权利要求1-11任一项所述的节能暖通系统，其中，所述节能暖通系统配置为向所述建筑内提供冷或热的新风。

Images