CN114777197A - 一种地下廊道地热能回收利用空调系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下廊道地热能回收利用空调系统及方法，由进风预冷却系统、地下廊道换热系统、空调室外换热系统、室外进出风口和伸缩气囊强化换热装置组成；进风口的百叶初步过滤室外空气，对室外气流进行初步降温；地下廊道换热系统可实现空气与土壤的高效换热，伸缩气囊通过鼓风机、单向阀和电动排气阀来控制伸缩，并利用出风口的辅助送风机进一步提高换热效率。经伸缩气囊与土壤换热后的空气温度若达到可输送室内温度的标准后，则直接通过控制送风电动风阀让空气由管道自然经室内地板送风风口的送风篦子面终效过滤流入室内，若不达标，则通过连接室外通风井内的出风电动风阀控制，经过换热器精准对接空调室内机，为室内提供洁净高效的送风。

Description

一种地下廊道地热能回收利用空调系统及方法
技术领域
本发明属于空调系统领域，涉及进风预冷却系统、地下廊道换热系统、空调室外换热系统和伸缩气囊强化换热装置，特别涉及一种地下廊道地热能回收利用空调系统及方法。
背景技术
当今世界，能源与环境问题是全球关注的两个焦点问题，而中国能源消耗具有总量大，消耗方式粗旷的特点。在各种能耗中，建筑能耗不断增加，总量占我国总能耗的近1/3。因此，在建筑领域大力发展节能减排技术、寻求清洁和可再生能源，被认为解决能源与环境问题的重要出路之一。地热作为一种清洁、可再生能源，受到越来越多的关注。地热的使用突破了地域、资源限制,且它不受到时间与气候的限制，我们可以根据不同的需要加以利用。浅层地热的温度在夏季一般为8℃～10℃,比地下廊道正常温度低，冬季则一般为10～12℃,比地下廊道正常温度高，全年温度基本恒定。然而地下管廊还存在释放热量/冷量相对不足，需要很长的管廊才能满足建筑室内热舒适性要求，如果能在管廊内进一步辅助地热能，则可以实现通过较短管廊满足建筑通风目标。
目前加强地下廊道的通风系统性能主要通过以下几种方式实现：
(1)采用增加多个地面通风管或通风井的方式，加强通风效果，如专利《管廊的分散式自然通风结构》(专利申请号CN201821288078.8)，但这种方式会影响地面的形态、且对廊道内壁面温度的控制较为复杂。
(2)利用太阳能烟囱效应，深挖地热井，来分别控制夏季和冬季的通风，如专利《新型浅层地能、太阳能、风能一体化建筑空调系统》(专利申请号CN201010134129.3)但这种方式对太阳能风筒的要求较大，且辅以较多机械抽风器、水泵及热泵，能耗较高，使用场合受到一定限制。
经过对比现有技术文献的检索发现，没有与地下廊道结合的、利用伸缩气囊强化换热装置的地热能回收利用空调系统的相关专利与报道。
发明内容
本发明针对长度不大的地下廊道，并且地下廊道埋置深度不深的情况，提供一种地下廊道地热能回收利用空调系统及方法，本发明利用进风预冷却系统、地下廊道换热系统、空调室外换热系统和伸缩气囊强化换热装置，提高地下廊道换热效率，实现更清洁、绿色的空调系统。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提供一种地下廊道地热能回收利用空调系统，包括地下廊道换热系统，所述地下廊道换热系统位于地面以下；地下廊道换热系统的进风口处设置进风与冷却系统，出风口处设置空调室外换热系统；出风口的风道上通过送风风道与室内空间相连通；所述空调室外换热系统与室内空调机相连。
上述系统进一步的改进在于：
所述进风与冷却系统包括第一地面通风井，第一地面通风井内设置有进风篦子面和蒸发冷却器，所述进风篦子面位于地下廊道换热系统的进风口处；蒸发冷却器设置于进风篦子面的上方，第一地面通风井的入口设置进风百叶，蒸发冷却器上方的进风区通过进风百叶与室外相连通。
所述蒸发冷却器上外接自来水作为冷源。
所述地下廊道换热系统包括进风通道、地下廊道以及出风通道；地下廊道内设置有伸缩气囊，伸缩气囊的入口处连接鼓风机，出口处连接电动排气阀；出风风道的末端设置空调室外换热系统。
所述鼓风机通过单向阀与伸缩气囊的入口相连。
所述出风风道内沿气体流向依次设置辅助送风机和出风电动风阀；送风风道的入口位于辅助送风机和出风电动风阀之间，出口与位于室内地板上的地板送风风口相连通。
所述地板送风风口处设置有送风篦子面。
所述空调室外换热系统包括第二地面通风井，第二地面通风井内设置有送风篦子面和空调室外机换热器，所述送风篦子面位于出风风道的末端；空调室外机换热器设置于送风篦子面的上方，第二地面通风井的出口设置出风百叶，空调室外机换热器上方的出风区通过出风百叶与室外相连通；空调室外机换热器与室内空调机相连进行换热。
所述送风风道内设置有送风电动阀。
第二方面，本发明提供一种地下廊道地热能回收利用方法，包括以下步骤：
室外空气首先通过进风百叶，过滤空气中的尘埃粒子及悬浮物，进入蒸发冷却器中对空气进行预冷，然后通过进风篦子面再次对空气过滤，进一步过滤尘埃粒子及悬浮物；鼓风机运行使气体经单向阀进入伸缩气囊，气体流经膨胀后的伸缩气囊的上方和下方空间，经过辅助送风机提高空气和土壤间换热；
如果空气温度没有达到送入室内温度的标准，关闭送风电动风阀，打开出风电动风阀；与土壤换热后的空气温经过空调室外机换热器换热调温后，与室内空调机对接，为室内提供送风；
如果空气温度已达到送入室内温度的标准，打开送风电动风阀，气体通过送风风道自然压入室内地板送风风口，使让空气由管道自然经室内地板送风风口的送风篦子面终效过滤流入室内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明能有效降低地下廊道通风的能耗，打造绿色、节能、清洁的通风环境，是实现节能减排有效措施。综合利用可再生清洁能源的地热能，整合地下空间资源，推动立体化城市发展。通过系统研究与地下管廊与地热耦合的建筑自然通风系统，掌握该系统的设计与运行特性，为地下廊道的地热能回收利用空调系统的推广应用提供指导与借鉴。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明的总体结构示意图
其中：1-进风百叶，2-蒸发冷却器，3-进风篦子面，4-隔湿层，5-鼓风机，6-单向阀，7-伸缩气囊，8-电动排气阀，9-辅助送风机，10-送风电动风阀，11-出风电动风阀，12-空调室外机换热器，13-出风百叶，14-室内地板送风风口，15-空调室内机，16-出风篦子面。
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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明实施例公开了一种地下廊道地热能回收利用空调系统，包括进风预冷却系统、地下廊道换热系统、空调室外换热系统和伸缩气囊强化换热装置。本发明空调系统包括：进风百叶1、蒸发冷却装置、进风篦子面3、鼓风机5、单向阀6、伸缩气囊7、固定绳索、电动排气阀8、辅助送风机9、电动风阀、空调室外机换热器12、出风百叶13。其中进风百叶1、蒸发冷却装置、进风篦子面3组合在一起，构成进风预冷却系统，安装在地面通风井内；鼓风机5、单向阀6、伸缩气囊7、固定绳索、电动排气阀8组合在一起，构成伸缩气囊强化换热装置，通过固定绳索悬挂在地下廊道的顶上；辅助送风机9、送风篦子面16、出风电动风阀11、空调室外机换热器12、出风百叶13组合在一起，构成空调室外换热系统，安装在室外出风通风井内。
进风百叶1，安装在通风井上部的两侧，用于过滤室外空气中的大颗粒尘埃粒子及悬浮物；蒸发冷却，安装在通风井内部靠近地下廊道的位置，用于初步降低室外空气的温度；进风篦子面3安装在进风井的入口处，出风篦子面16安装在出风井的末端，均用于过滤尘埃粒子及悬浮物；鼓风机5，安装在水平地下廊道内靠近进风口位置，与单向阀6左侧相连，用于向伸缩气囊7内送入气体，膨胀气囊；单向阀6，安装在水平地下廊道内靠近进风口位置，与伸缩气囊7左侧相连，用于向伸缩气囊7内单向送入气体，膨胀气囊，防止气囊饱和后气体回流；伸缩气囊7与单向阀6和电动排气阀8相连，安装在水平地下廊道内，与两侧隔湿层4相隔10cm左右，用于引导气流从伸缩气囊7装置的上下两侧经过；电动排气阀8，安装伸缩气囊7末端，用于排放气囊内部气体；辅助送风机9，安装在地下廊道靠近出风口位置上，用于提高送风效果；出风电动风阀11，安装在地下廊道内靠近出口处，用于控制气体是否排放至室外通风井；送风电动风阀10，安装在管道入口处，用于控制空气是否由管道自然流入室内；地板室内出风风口，安装在室内地板内，用于终效过滤流入室内的空气；空调室外机换热器12，安装在室外通风井内部靠近地下廊道的位置，用于向室内空调的进、出水管提供冷/热水；出风百叶13，安装在室外通风井两侧，用于部分空气的自然逸散；
本发明的工作过程：
对于进风预冷却系统：
室外空气首先通过进风百叶1，过滤空气中的大颗粒尘埃粒子及悬浮物，进而进入蒸发冷却器2(冬季不启动预蒸发冷却装置)中对空气进行预冷，然后通过进风篦子面3再次对空气过滤，过滤掉较小的尘埃粒子及悬浮物。
对于地下廊道换热系统：
鼓风机5运行使气体经单向阀6进入伸缩气囊7，电动排气阀8可控制气囊放气，气体流经膨胀后的伸缩气囊7的上方和下方空间，气流流速大大提高，经过辅助送风机9再次提高了空气和土壤间换热。此时，如果空气温度已达到可送入室内温度的标准，无需再通过换热器降温，打开送风电动风阀10，气体通过管道自然压入室内地板送风风口14，减少能耗；如果空气温度没有达到标准，不能直接通入室内，那么就关闭送风电动风阀10，打开出风电动风阀11。
对于空调室外换热系统：
与土壤换热后的空气温度若没有达到可直接输送室内温度的标准，则通过连接室外通风井的出风电动风阀11控制，经过空调室外机换热器12加热(或冷却)调温后，与室内空调精准对接，为室内提供洁净高效的送风。若达到标准，则直接通过靠近管道入口的送风电动风阀10让空气由管道自然经室内地板送风风口14的送风篦子面终效过滤流入室内。地下廊道内的空气通过送风篦子面16的再次过滤后，经过空调室外机换热器12辅助调温后，与空调室内机15连接，部分空气由出风百叶13自然逸散。
本发明的原理：
室外空气经过进风百叶1进入通风井，初效过滤室外空气，经过蒸发冷却装置实现第一步降温(冬季不启动该装置)，通过进风篦子面3中效过滤处理后进入地下廊道。地下廊道内鼓风机5和单向阀6控制气囊膨胀，引导气流从伸缩气囊强化换热装置的上下两侧经过，气流流速大大提高，增强了气体与土壤之间的换热。经伸缩气囊7与土壤换热后的空气温度若达到可输送室内温度的标准后，则直接通过控制送风电动风阀10让空气由管道自然经室内地板送风风口14的送风篦子面终效过滤流入室内；若不达标，则通过连接室外通风井的出风电动风阀11控制，经过空调室外机换热系统的换热器精准对接空调室内机15，向室内空调的进、出水管提供冷/热水，形成一套完整的空调系统。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地下廊道地热能回收利用空调系统，其特征在于，包括地下廊道换热系统，所述地下廊道换热系统位于地面以下；地下廊道换热系统的进风口处设置进风与冷却系统，出风口处设置空调室外换热系统；出风口的风道上通过送风风道与室内空间相连通；所述空调室外换热系统与室内空调机(15)相连。
2.根据权利要求1所述的地下廊道地热能回收利用空调系统，其特征在于，所述进风与冷却系统包括第一地面通风井，第一地面通风井内设置有进风篦子面(3)和蒸发冷却器(2)，所述进风篦子面(3)位于地下廊道换热系统的进风口处；蒸发冷却器(2)设置于进风篦子面(3)的上方，第一地面通风井的入口设置进风百叶(1)，蒸发冷却器(2)上方的进风区通过进风百叶(1)与室外相连通。
3.根据权利要求2所述的地下廊道地热能回收利用空调系统，其特征在于，所述蒸发冷却器(2)上外接自来水作为冷源。
4.根据权利要求1所述的地下廊道地热能回收利用空调系统，其特征在于，所述地下廊道换热系统包括进风通道、地下廊道以及出风通道；地下廊道内设置有伸缩气囊(7)，伸缩气囊(7)的入口处连接鼓风机(5)，出口处连接电动排气阀(8)；出风风道的末端设置空调室外换热系统。
5.根据权利要求4所述的地下廊道地热能回收利用空调系统，其特征在于，所述鼓风机(5)通过单向阀(6)与伸缩气囊(7)的入口相连。
6.根据权利要求4所述的地下廊道地热能回收利用空调系统，其特征在于，所述出风风道内沿气体流向依次设置辅助送风机(9)和出风电动风阀(11)；送风风道的入口位于辅助送风机(9)和出风电动风阀(11)之间，出口与位于室内地板上的地板送风风口(14)相连通。
7.根据权利要求6所述的地下廊道地热能回收利用空调系统，其特征在于，所述地板送风风口(14)处设置有送风篦子面。
8.根据权利要求1或4或5或6所述的地下廊道地热能回收利用空调系统，其特征在于，所述空调室外换热系统包括第二地面通风井，第二地面通风井内设置有送风篦子面(16)和空调室外机换热器(12)，所述送风篦子面(16)位于出风风道的末端；空调室外机换热器(12)设置于送风篦子面(16)的上方，第二地面通风井的出口设置出风百叶(13)，空调室外机换热器(12)上方的出风区通过出风百叶(13)与室外相连通；空调室外机换热器(12)与室内空调机(15)相连进行换热。
9.根据权利要求1或4或5或6所述的地下廊道地热能回收利用空调系统，其特征在于，所述送风风道内设置有送风电动阀(10)。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述空调系统的地下廊道地热能回收利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
室外空气首先通过进风百叶(1)，过滤空气中的尘埃粒子及悬浮物，进入蒸发冷却器(2)中对空气进行预冷，然后通过进风篦子面(3)再次对空气过滤，进一步过滤尘埃粒子及悬浮物；鼓风机(5)运行使气体经单向阀(6)进入伸缩气囊(7)，气体流经膨胀后的伸缩气囊(7)的上方和下方空间，经过辅助送风机(9)提高空气和土壤间换热；
如果空气温度没有达到送入室内温度的标准，关闭送风电动风阀(10)，打开出风电动风阀(11)；与土壤换热后的空气温经过空调室外机换热器(12)换热调温后，与室内空调机(15)对接，为室内提供送风；
如果空气温度已达到送入室内温度的标准，打开送风电动风阀(10)，气体通过送风风道自然压入室内地板送风风口(14)，使让空气由管道自然经室内地板送风风口(14)的送风篦子面终效过滤流入室内。
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