CN116255695A - 一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，包括隧道冷热源、热交换介质、热交换场所以及空气源热泵的室外机和若干室内机，隧道冷热源为隧道周围的土层，热交换介质为隧道内受活塞风和机械排风影响实现定向流动的隧道空气，热交换场所为隧道的排风井，室外机的进风口与隧道的排风井相通，室外机经配管与若干室内机相连，室外机靠近排风井设置，若干室内机设于排风井的合建建筑的室内。本发明对隧道风和地热能进行高效利用，室外机以实现最大热交换效率为目标进行布置，实现空调系统的节能减排。本发明利用隧道风改变空气源热泵的进风温度，从而改善空调室外机的运行工况，大幅提高其换热效率，降低了空调系统的能耗。

Description

一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置

技术领域

本发明涉及空气源热泵空调领域，具体是一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置。

背景技术

随着人们对室内空气品质和室温舒适性要求的进一步提高，空调逐渐成为一种生活必需品，但空调能耗的逐年递增，使其占我国能源消耗的比例越来越高。倡导一种更绿色、更环保、更低碳的生活方式，要求降低碳排放、引导绿色技术创新并注重节能技术的开发，因此如何实现空调节能引起了人们的极大关注。空气源热泵系统(室外机)在建筑物的温度调控和热水供应等方面被广泛采用，以空气作为交换介质，冬季从室外吸收冷空气经加热，给建筑物供暖；夏季从室外吸收热空气经制冷给建筑物降温。目前空调的空气源热泵系统多数直接置于室外，其能耗会随其室外机进风温度而改变。研究表明，在冬季，空调室外机的进风温度每升高一度，就可以节约2％的能源；在夏季，降低室外机的进风温度，可以大幅度地提高空调系统的换热效率，达到节约能源的目的。所以空气源热泵系统的能耗受进风温度影响较大，尤其在冬季，当进风温度较低时，蒸发器表面会产生凝露或结霜，影响热泵的制热量，且化霜的过程也会增加额外能耗。

改善空调空气源系统运行工况和减少空气源热泵系统的能耗的一个有效方法是利用隧道空气，因为隧道周围的土层有强大的储热蓄冷能力，使得隧道内的空气温度在冬季远高于室外气温，在夏季远低于室外气温，具有冬暖夏凉的特性。CN214307689U公开了一种地铁空气源全热回收系统，该系统的布置极其复杂，包括地铁车站隧道排热管道、排热风室、排热风主管道等部分，这些结构不是地铁隧道的既有结构，需要新建，建造成本高；并且考虑到该系统深埋在地下，为地上建筑供暖时，两者间距过大，所需配管长度过长，需要额外补充制冷剂，并且严重影响空调的制冷、制热效果；与此同时该系统在冬季工况下运行时对外排风少，而隧道内空气中含有粉尘及一些有害气体，长时间积累会对地铁站内的人体不利。CN208108551U公开了一种地铁隧道热量回收装置，包括采集罩、地铁隧道顶部的通风口以及通气管等部分，采集罩包裹在地铁隧道洞室的外侧，会增加隧道的开挖断面面积，大幅增加工程造价，并且在地铁隧道顶部开设通风口不仅会破坏隧道支护结构，影响隧道稳定性，还会改变隧道内的风流。最重要的是该装置中经过热交换后的水温达不到生活热水的温度要求，没有实际使用效用。该装置极大的增加了隧道的造价且实施难度极大。

因此，需要一种构造简单、搭建成本低、运行费用低、对排风无影响以及高效率利用隧道风的空气源热泵空调节能装置。

发明内容

为解决我国空调系统能源消耗过大的问题，实现空调系统长期、稳定低耗能的运行，本发明提出利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，通过改变空气源热泵的室外机或其热交换器的布置形式使其直接与隧道风进行高效的热交换，实现空调系统的节能减排。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，包括隧道冷热源、热交换介质、热交换场所以及空气源热泵的室外机和若干室内机，所述的隧道冷热源为隧道周围的土层，所述的热交换介质为隧道内受活塞风和机械排风影响实现定向流动的隧道空气，所述的热交换场所为隧道的排风井，所述的室外机的进风口与隧道的排风井相通，所述的室外机经配管与所述的若干室内机相连，所述的室外机靠近所述的排风井设置，所述的若干室内机设于所述的排风井的合建建筑的室内。

本发明对隧道风和地热能进行高效利用，室外机以实现最大热交换效率为目标进行布置，实现空调系统的节能减排。隧道周围的土层具有强大的储热蓄冷的能力，能与隧道空气(即隧道风)通过热交换介质进行强制对流换热，提高冬季流入隧道内的空气温度以及降低夏季流入隧道内的空气温度。隧道内受活塞风和机械排风影响实现定向流动的隧道空气中含有粉尘及一些有害气体，不能直接引入室内，本发明引导其作为室外机的进风使用。本发明直接以排风井(隧道风亭)作为热交换场所，排风井内通风良好，拥有足够的进风、排风和维修的空间，无阳光照射、隔音效果好且墙面坚固结实、本身无振动，能够承受室外机的重量，这些条件均满足室外机安装的要求，与此同时本发明将室外机安装在靠近排风井的场所，避免因室内机与室外机之间距离过大而增大损耗。由此，在隧道风从排风井流出的过程中，空调系统的室外机就可以将与隧道周围的土层进行热交换后的隧道空气作为热交换介质利用，而为使隧道空气得到充分利用，还可以通过在一个排风井口处多种形式布置多台室外机的方式加以实现，最终达到空调系统减少能耗的目的。

本装置的运行模式为：在冬季，隧道运行产生的活塞风和机械排风使隧道内气流实现定向流动，室外的气流由进风井流入，流经隧道，而隧道周围的土层在冬季有强大的储热能力，使冬季隧道周围的土层的温度远高于外界，可以充当热源的作用，空气在流动过程中与隧道周围土层进行强制对流换热，使空气温度升高，使其远高于外界温度(即隧道内空气温度＞室外温度)，随后在活塞风、机械风的带动下从下一站的排风井排出，使与隧道周围的土层进行热交换后的隧道空气从排风井自下而上定向涌出，该隧道空气直接作为本装置中空调室外机的进风，以此提高空调室外机的换热效率并减少其在冬季出现凝露或结霜的现象，大幅降低冬季空调系统的能耗，达到节约能源的目的。

在夏季，隧道运行产生的活塞风和机械排风使隧道内气流实现定向流动，室外的气流由进风井流入，流经隧道，而隧道周围的土层在夏季有强大的蓄冷能力，使夏季隧道周围的土层的温度远低于外界，可以充当冷源的作用，空气在流动过程中与隧道周围土层进行强制对流换热，使空气温度降低，使其远低于外界温度(即隧道内空气温度＜室外温度)，随后在活塞风、机械风的带动下从下一站的排风井排出，使与隧道周围的土层进行热交换后的隧道空气从排风井自下而上定向涌出，该隧道空气直接作为本装置中空调室外机的进风，以此提高空调室外机的换热效率，大幅降低夏季空调系统的能耗，达到节约能源的目的。

作为优选，所述的室外机设于所述的排风井的外侧，所述的室外机的进风口正对所述的排风井的横向出风口。该方案的换热效率高，而且最为便捷，几乎没有运行成本和搭建成本。

作为优选，所述的室外机固定在第一托架上，所述的第一托架固定在所述的排风井的出口一侧的上方墙体上。

作为优选，所述的室外机置于所述的合建建筑的室外，所述的排风井内设有引风挡板，所述的引风挡板的上端固定于所述的排风井的上方楼板，所述的引风挡板的下端悬设于所述的排风井内，所述的引风挡板自上而下斜向所述的排风井的横向出风口，所述的引风挡板、所述的排风井的上方楼板和正对所述的排风井的横向出风口的排风井的侧面墙体围成一锥形的导风腔，所述的排风井的上方楼板上穿设有导风管，所述的导风管的入口与所述的导风腔相通，所述的导风管的出口正对所述的室外机的进风口。考虑到部分室外机规格较大，如顶出风式空调室外机，无法在隧道的排风井内安全固定，因而本方案中，将室外机置于合建建筑的室外，并通过引风挡板引导和收集隧道风，再通过导风管引到放置室外机的楼层，调整导风管的出风方向，使其对准室外机的进风口。

作为优选，所述的导风管的出口设有斜向所述的室外机的进风口的导风板，以便将导风管的出风顺利导向室外机的进风口。

作为优选，所述的导风管的外侧包裹有隔音保温板，以避免产生不必要的热交换以及避免噪音扰民。

作为优选，所述的室外机的机体与热交换器分体设置，所述的机体设于所述的排风井的外侧或内侧，所述的热交换器横向布置在所述的排风井的内侧，所述的排风井的内壁固定有横向支撑架，实施的热交换器固定在所述的横向支撑架上。为进一步提高在排风井中室外机对隧道风的利用效率和热交换效率，本方案对室外机进行改造，将室外机的机体与热交换器分体设置，使隧道风可以与热交换器充分进行热交换。

作为优选，所述的排风井的内壁固定有第二托架，所述的机体设于所述的排风井的内侧时，所述的机体固定在所述的第二托架上。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明实现了隧道风和地热能的高效利用，利用隧道风改变空气源热泵的进风温度，从而改善空调室外机的运行工况，并进一步通过改良空调室外机的热交换器的布置形式，大幅提高其换热效率，降低了空调系统的能耗；

(2)本发明利用既有的隧道冷热源、热交换介质、热交换场所，无需新建；

(3)本发明使用建筑与风亭合建的方式，室外机与室内机间的距离很短，配管的长度会大大减小，因此极大地降低了成本，经济效益好；

(4)本发明装置搭建完成后，使用过程中，直接以排风井作为热交换场所，与隧道周围的土层进行热交换后的隧道空气直接作为空调室外机的进风，以此提高空调室外机的换热效率，大幅降低夏季空调系统的能耗，达到节约能源的目的；

(5)本发明应用在建筑与隧道风亭合建的场所，此类场所以商场为主，商场和地铁隧道的运营时间相近，即排风井内没有隧道风的时间段与空调系统停止运行的时间段相同，不会出现空调系统室外机散热不足的情况，所以不需要风扇进行额外散热，因此还可以节省空调风扇产生的耗能。

附图说明

图1为一种隧道的纵剖面图；

图2为实施例1中节能装置搭建后效果示意图(即排风井的纵截面图)；

图3为实施例2中节能装置搭建后效果示意图(即排风井的纵截面图)；

图4为实施例3中节能装置搭建后效果示意图(即排风井的纵截面图)；

图5为实施例3中节能装置搭建后效果示意图(即排风井的横截面图)；

图6为实施例4中节能装置搭建后效果示意图(即排风井的纵截面图)；

图7为实施例4中节能装置搭建后效果示意图(即排风井的横截面图)。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图1为一种隧道的纵剖面图。如图1所示，隧道内列车运行与空气的活塞作用和隧道机械排风使空气从进风井1流入隧道内，与隧道周围的土层3进行热交换，与隧道周围的土层3进行热交换后的隧道空气再从排风井2流出。其中隧道周围的土层3、进风井1、排风井2均为隧道自有，不需另外布置。在诸如图1所示的隧道搭建本发明装置，以下列举三种实施方案。

第一种方案，即实施例1的利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，如图2所示，包括隧道冷热源、热交换介质、热交换场所以及空气源热泵的室外机6和若干室内机4，隧道冷热源为隧道周围的土层3，热交换介质为隧道内受活塞风和机械排风影响实现定向流动的隧道空气，热交换场所为隧道的排风井2，室外机6的进风口与隧道的排风井2相通，室外机6经配管5与若干室内机4相连，室外机6设于排风井2的外侧并靠近排风井2设置，室外机6的进风口正对排风井2的横向出风口，室外机6通过螺栓固定在第一托架7上，螺栓由上向下安装并加防松垫以确保室外机6安装水平，第一托架7固定在排风井2的出口一侧的上方墙体上，若干室内机4设于排风井2的合建建筑的室内。

第二种方案，即实施例2的利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，如图3所示，室外机6置于合建建筑的室外，排风井2内设有引风挡板10，引风挡板10的上端固定于排风井2的上方楼板，引风挡板10的下端悬设于排风井2内，引风挡板10自上而下斜向排风井2的横向出风口，引风挡板10、排风井2的上方楼板和正对排风井2的横向出风口的排风井2的侧面墙体围成一锥形的导风腔9，排风井2的上方楼板上穿设有导风管11，导风管11的外侧包裹有隔音保温板，导风管11的入口与导风腔9相通，导风管11的出口设有斜向室外机6的进风口的导风板12，导风管11的出口正对室外机6的进风口。

第三种方案，即实施例3、实施例4的利用隧道风的空气源热泵空调节能装置。实施例3如图4和图5所示，室外机6的机体6-1与热交换器6-2分体设置，机体6-1设于排风井2的外侧，热交换器6-2横向布置在排风井2的内侧，排风井2的内壁固定有横向支撑架8，实施的热交换器6-2固定在横向支撑架8上。本方案中，支撑架8采用角钢横纵交错并焊为一体的设计。实施例4与实施例3的区别在于，如图6和图7所示，机体6-1设于排风井2的内侧，排风井2的内壁固定有第二托架13，机体6-1固定在第二托架13上。

以第三种方案为例，搭建完成后，使用过程中，隧道风先与隧道周围的土层3进行热交换，再与空调室外机6热交换，实现空调系统的节能减排。热交换结束后直接从排风井2口流出，这个过程中不需要风扇进行额外散热、排风，可以节省空调风扇产生的耗能。在隧道风从排风井2流出的过程中，空调系统的室外机6就可以将与隧道周围的土层进行热交换后的隧道空气作为热交换介质利用，而为使隧道空气得到充分利用，还可以通过在一个排风井2口处多种形式布置多台室外机6的方式加以实现，最终达到空调系统减少能耗的目的。

Claims (8)

1.一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，其特征在于，包括隧道冷热源、热交换介质、热交换场所以及空气源热泵的室外机和若干室内机，所述的隧道冷热源为隧道周围的土层，所述的热交换介质为隧道内受活塞风和机械排风影响实现定向流动的隧道空气，所述的热交换场所为隧道的排风井，所述的室外机的进风口与隧道的排风井相通，所述的室外机经配管与所述的若干室内机相连，所述的室外机靠近所述的排风井设置，所述的若干室内机设于所述的排风井的合建建筑的室内。

2.根据权利要求1所述的一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，其特征在于，所述的室外机设于所述的排风井的外侧，所述的室外机的进风口正对所述的排风井的横向出风口。

3.根据权利要求2所述的一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，其特征在于，所述的室外机固定在第一托架上，所述的第一托架固定在所述的排风井的出口一侧的上方墙体上。

4.根据权利要求1所述的一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，其特征在于，所述的室外机置于所述的合建建筑的室外，所述的排风井内设有引风挡板，所述的引风挡板的上端固定于所述的排风井的上方楼板，所述的引风挡板的下端悬设于所述的排风井内，所述的引风挡板自上而下斜向所述的排风井的横向出风口，所述的引风挡板、所述的排风井的上方楼板和正对所述的排风井的横向出风口的排风井的侧面墙体围成一锥形的导风腔，所述的排风井的上方楼板上穿设有导风管，所述的导风管的入口与所述的导风腔相通，所述的导风管的出口正对所述的室外机的进风口。

5.根据权利要求4所述的一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，其特征在于，所述的导风管的出口设有斜向所述的室外机的进风口的导风板。

6.根据权利要求4所述的一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，其特征在于，所述的导风管的外侧包裹有隔音保温板。

7.根据权利要求1所述的一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，其特征在于，所述的室外机的机体与热交换器分体设置，所述的机体设于所述的排风井的外侧或内侧，所述的热交换器横向布置在所述的排风井的内侧，所述的排风井的内壁固定有横向支撑架，实施的热交换器固定在所述的横向支撑架上。

8.根据权利要求7所述的一种利用隧道风的空气源热泵空调节能装置，其特征在于，所述的排风井的内壁固定有第二托架，所述的机体设于所述的排风井的内侧时，所述的机体固定在所述的第二托架上。

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