CN202382339U - 一种室外空气与地下恒温层热交换系统 - Google Patents

一种室外空气与地下恒温层热交换系统 Download PDF

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陈永平
于程
张程宾
施明恒
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Abstract

本实用新型公开了一种室外空气与地下恒温层热交换系统，包括输入风管道和输出风管道，还包括一处于地下恒温层的拓扑结构热交换管道，扑结构热交换管道的末端与输出风管道连通，扑结构热交换管道的始端与输入风管道连通，在输入风管道上连接有风机，拓扑结构热交换管道包括至少两级换热管道，每级换热管道由母管道、连接管道和子管道构成，所述的母管道通过所述的连接管道与所述的子管道连接。通过将室外空气引入安放在地下恒温层位置的拓扑结构热交换管道进行热交换，然后通过送风口将空气送入建筑物内，改变室内空气温度，达到四季都能有效调节室内空气品质的目的。本实用新型可在建筑物铺设地基时同步安装管道系统，方便环保。

Description

一种室外空气与地下恒温层热交换系统
技术领域
本实用新型涉及空气循环调节系统，具体涉及的是利用地下恒温层与室外空气进行传热的具有拓扑结构管道式的热交换系统。
背景技术
目前社会上使用的普遍是利用制冷机和加热器的空调系统，随之也产生了大量的能源消耗和污染物排放。人居环境的舒适性与地球资源的有限性之间产生的矛盾日益加剧。
虽然在地球表面，由于太阳的辐射热能影响，地下温度随之变化，但到地下一定深度后，就不在受其影响。地壳表面以下通常分为变温层、恒温层和增温层。其中恒温层温度随季节的变化幅度几乎为零，深度一般在20米左右，恰好为普通住宅楼地基深度范围内。利用恒温层的这一特点，可以设计出高效节能的空调系统。而传统的地热资源利用装置多采用地下水吸、放热的方法，这对地下水资源有一定程度的污染和浪费，还可能造成地基沉降等危害。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种采用拓扑结构管道提高地下恒温层利用效率，节约资源并降低成本的室外空气与地下恒温层热交换系统。
技术方案
一种室外空气与地下恒温层热交换系统，包括输入风管道和输出风管道，其特征在于：还包括一处于地下恒温层的拓扑结构热交换管道，扑结构热交换管道的末端与输出风管道连通，扑结构热交换管道的始端与输入风管道连通，在输入风管道上连接有风机，所述的拓扑结构热交换管道包括至少两级换热管道，每级换热管道由母管道、连接管道和子管道构成，所述的母管道通过所述的连接管道与所述的子管道连接，所述的子管道沿所述的输入风管道末端轴向呈平行层状排列，所述的母管道与所述的子管道平行。
所述的连接管道为“十”字形管道，在所述的“十”字形管道的末端分别连接四个子管道，所述的上下级换热管道的“十”字形管道的直径之比为N-1/△，所述的上下级“十”字形管道的长度之比为N-1/d，其中：参数N为换热管道的级数，取大于等于4的整数；参数△为7/3至3的实数，参数d取大于1且小于等于2的实数。
所述的母管道和子管道，设置在拓扑换热管束的层与层之间，母管道与换热管束层的初级分支节点相连接，子管道与拓扑换热管束层的下一级分支端点相连接，用于将管程流体从一层拓扑换热管束传输至下一层拓扑换热管束。
所述的换热管束内，每一层换热管通过“十”字分叉产生了越来越多的分支，使得管程对流换热面积大幅增加；分叉还能有下扰动换热管束内流体的流动提高流体湍流度，这样，换热管内的对流换热效果得到了大幅度增强。同时，拓扑换热管束结构类似于优化了的流体分配器/集合器，能有效降低换热管束内的流体流动压降。并且，拓扑换热管束沿径向层状布置不仅有效利用了壳程内空间来布置更多的换热管以提高管程和壳程之间的换热面积，还实现了壳程流体垂直冲刷拓扑换热管束作用使得换热管外侧的流动换热性能得到了大幅度提高。因此，多层拓扑结构的换热管管束的设计布置达到了高效换热和节能的目的。
有益效果：
本实用新型涉及的空气调节系统采用地下恒温层作为冷/热源，利用空气循环系统将室内空气与地下土壤进行热交换，达到改善室内空气品质的目的。新型拓扑热交换管道不仅增加了管程与壳程之间的对流换热面积，还有利于换热管束内流体湍流度的提高和热边界层的重新构成。直接使用空气作为换热介质，避免了地下水的使用，有效地防止了地基沉降等危害。由于风机安装在地下，使得整个装置对居民楼的噪声影响大大减小。
附图说明：
图1 是本实用新型的系统连接图。
图2 是本实用新型拓扑结构热交换管道结构图。
附图中：1引风口；2风机；3拓扑结构热交换管道；4送风口；5建筑物；6大地；7母管道；8连接管道；9子管道。
具体实施方式：
以下结合附图作进一步的说明：
图1给出了本实用新型的结构系统示意图，一种包含了拓扑结构热交换管道的空调系统，包括输入风管道和输出风管道，输入风管道的入口为引风口1，输出风管道的出口为送风口4,，还包括一处于地下恒温层的拓扑结构热交换管道3，扑结构热交换管道3的末端与输出风管道连通，扑结构热交换管道的始端与输入风管道连通，在输入风管道上连接有风机2，拓扑结构热交换管道包括至少两级换热管道，每级换热管道由母管道7、连接管道8和子管道9构成，其中母管道7通过连接管道8与所述的子管道9连接，子管道沿所述的输入风管道末端轴向呈平行层状排列，母管道7与子管道9平行。
从引风口1开始将室外空气导入至地下20米深度范围的拓扑结构热交换管道3内，通过与地下恒温层形成热交换，使得空气温度达到适宜的程度，再将空气通过输气管道经过送风口4通至建筑物5内，从而改善室内空气质量和提高环境舒适度。
连接管道8采用“十”字形管道，其4叉末端分别与4个子管道9相连，子管道9再通过“十”字形管道与下一级子管道连通。
在引风口1后配置风机2，提供空气在地下热交换管道中循环的动力。
该空调系统节能环保，且空气调节作用非常明显，尤其在夏冬两季。 

Claims (2)

1.一种室外空气与地下恒温层热交换系统，包括输入风管道和输出风管道，其特征在于：还包括一处于地下恒温层的拓扑结构热交换管道，扑结构热交换管道的末端与输出风管道连通，扑结构热交换管道的始端与输入风管道连通，在输入风管道上连接有风机，所述的拓扑结构热交换管道包括至少两级换热管道，每级换热管道由母管道、连接管道和子管道构成，所述的母管道通过所述的连接管道与所述的子管道连接，所述的子管道沿所述的输入风管道末端轴向呈平行层状排列，所述的母管道与所述的子管道平行。
2.根据权利要求1所述的室外空气与地下恒温层热交换系统，其特征在于：所述的连接管道为“十”字形管道，在所述的“十”字形管道的末端分别连接四个子管道，所述的上下级换热管道的“十”字形管道的直径之比为N-1/△，所述的上下级“十”字形管道的长度之比为N-1/d，其中：参数N为换热管道的级数，取大于等于4的整数；参数△为7/3至3的实数，参数d取大于1且小于等于2的实数。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102434931A (zh) * 2011-12-23 2012-05-02 东南大学 一种室外空气与地下恒温层热交换系统
CN102889658A (zh) * 2012-11-08 2013-01-23 唐国屏 节能空调

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