CN210772578U - 可深井水直冷的老年人微风健康空调房 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种可深井水直冷的老年人微风健康空调房。通过采集深井水源并通过热交换设备将井水与用户端设备实现热交换以及使用热泵式溶液调湿新风机组，用于实现室内的空气交换并除湿；其中，用户端设备为设于房间顶部的上盘管以及设于房间底面的下盘管。本实用新型的优点在于：1、夏天地板、天棚双向冷辐射天棚冷辐射消除室内显热冷负荷，新风系统消除新风负荷及室内潜热冷负荷，进而排除湿度及防止结露。2、采用地板、天棚双向冷热辐射比单边辐射增加辐射面，因而也可提高供给天棚辐射盘管的水温,给深井水直接利用创造了条件。3、采用辐射方式，减少了室内的循环风量。

Description

可深井水直冷的老年人微风健康空调房

技术领域

本实用新型涉及室内空调领域，特别是一种可深井水直冷的老年人微风健康空调房。

背景技术

中国老年化越来越严重，改革开放四十年，很多财富都集中在50年代到60 年代人手中，独生子女的政策，使得这两代人膝下子女稀少，也加剧了这两代人的孤独感，他们的双亲正处于耄耋之年，需要优良养老场所，他们也必须为自己未来寻找颐养天年的归宿之地，因此养老地产、颐养中心在中国大地遍地开花。老年人的共同特点就是畏风怕冷。长期在普通空调房里，老年人很容易产生一种叫“空调病”的毛病。建设一种能适合老年居住的空调房间“老年人空调房”势在必得。

据调查：10％的老年人常年不开空调，50％的老年人有半夜起床关空调的习惯。深入研究发现：老年人并非不需要生活在一个相对恒温恒湿舒适的空间中，而是老年人细胞老化，皮肤起了皱折，换热面加大，空气对流使皮肤换热加快，人体产生不适感。因此减少空气对流，是解决问题的关键。当然老年人对室内的适应温度及新风量要求与普通人群是不一样的。普通人群夏天的适宜温度在 25℃左右，而老年人夏天的适宜温度在27℃左右。普通人群住房新风量50m³/h·P 左右，而老年人所需的新风换气量要成倍增加，且新风换气次数不小于2次/h；由此存在多项需要解决的问题：(1)新风换气量成倍增加，而老年人又需要减少室内空气对流，这便是现有领域矛盾所在，因此必须想办法减少室内空气对流量。(2)老年人室内温度高，室内显热负荷小，如何利用这个特点进行节能。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可深井水直冷的老年人微风健康空调房。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

可深井水直冷的老年人微风健康空调房，其特征在于：包括

空调系统，采集深井水源并通过热交换设备将井水与用户端设备实现热交换；以及

热泵式溶液调湿新风机组，用于实现室内的空气交换并除湿；

其中，用户端设备为设于房间顶部的上盘管以及设于房间底面的下盘管。

其中，用户端设备为设于房间顶部的上盘管以及设于房间底面的下盘管。

较之现有技术而言，本实用新型的优点在于：1、夏天地板、天棚双向冷辐射天棚冷辐射消除室内显热冷负荷，新风系统消除新风负荷及室内潜热冷负荷，进而排除湿度及防止结露。2、老年人具有畏风怕冷特性，所以夏季室内温度需要提高，因此也需要提高供给天棚辐射盘管的水温；采用地板、天棚双向辐射比单边辐射(仅地板辐射或仅天棚辐射)增加辐射面，因而也可提高供给天棚辐射盘管的水温,给深井水直接利用创造了条件。3、采用辐射而不采用风机盘管，减少了室内的循环风量。

附图说明

图1是本实用新型整体的结构示意图。

图2是本实用新型空调系统的连接关系图。

图3是本实用新型消除湿负荷的示意图。

图4为老年人居所的平面示意图。

标号说明：11抽水泵、12集水器、13分水器、14用户端分水器、15用户端集水器、161夏用板式换热器、171冬用板式换热器、172水源热泵、173蒸发器、174冷凝器、181阀门X、182阀门Y、183阀门Z、191阀门X1、192阀门Y1、193阀门Z1、2新风系统。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本实用新型内容进行详细说明：

如图1所示：一种可深井水直冷的老年人微风健康空调房。

包括：

空调系统，采集深井水源并通过热交换设备将井水与用户端设备实现热交换；以及热泵式溶液调湿新风机组2，设于室内并实现室内的空气交换；

其中，用户端设备为设于房间顶部的上盘管以及设于房间底面的下盘管。采用地板、天棚双向辐射，消除室内显热负荷，减少室内空气对流量。

使用热泵式溶液调湿新风机组，用于实现室外新鲜空气的采集并消除室内潜热负荷，有效降低室内湿度。它与地板、天棚双向辐射形成新型的温湿度独立控制空调系统(热泵式溶液调湿新风机组的参考型号为HVF-02、HVF-05、 HVF-08或HVF-10。)

所述上盘管21和下盘管22均为迷宫回转型盘管，可提高换热效率。

所述空调系统包括

1.夏季用水循环系统：采集深井水源并通过热交换设备将井水与用户端用水实现热交换；

2.冬季用水循环系统：采集深井水源并通过热交换设备将井水与水源热泵 172产生的冷量实现热交换，水源热泵172形成的热量提供给用户端。

夏季用水循环系统在夏季从井水中采集冷水并通过直接换热的方式，给与用户端；同时回灌冷凝器产生的高于地下水温度的高温水到同温层；冬季用水循环系统，水源热泵172在给用户端供热的时候，同时回灌蒸发器产生的低于地下水温度的高温水到同温层，两次回灌能确保地下水温不会逐年升高，因而保持地下水源温度的基本稳定。

如图2所示：夏季用水循环系统包括：抽水泵11、集水器12、夏用板式换热器161、分水器13、用户端分水器14、用户端集水器15、用户供冷设备；

所述抽水泵11、集水器12、夏用板式换热器161的冷源侧、分水器13通过管路连接形成夏季井水循环水路；

所述夏用板式换热器161的热源侧、用户端分水器14、用户供冷设备、用户端集水器5通过管路连接形成夏季用户供冷水路。

夏季井水循环水路用于井水的循环；夏季用户供冷水路用于用户用水的循环，二者通过夏用板式换热器161实现热交换。

夏用板式换热器161冷源侧的进水口处设有控制夏季井水循环水路通断的阀门X181。

夏用板式换热器161热源侧的进水口和出水口处分别设有阀门Y182和阀门Z183。

冬季用水循环系统包括与夏季用水循环系统共用的抽水泵11、集水器12、分水器13、用户端分水器14和用户端集水器15，以及包括冬用板式换热器171、水源热泵172、用户供热设备；

抽水泵11、集水器12、冬用板式换热器171的热水侧、分水器13通过管路连接形成冬季井水循环水路；

所述冬用板式换热器171的冷水侧与水源热泵172的蒸发器173连接形成水路循环A；

水源热泵172的冷凝器174、用户端分水器14、用户供热设备、用户端集水器15通过管路连接形成冬季用户供热水路。

冬季井水循环水路用于井水的循环；用户供热设备的人员来自水源热泵172 的冷凝器174，而水源热泵172的蒸发器173产生的冷量通过水路循环A实现循环，冬季井水循环水路和水路循环A通过冬用板式换热器171实现热交换。

冬用板式换热器171热源侧的进水口处设有控制冬季井水循环水路通断的阀门X191。

水源热泵172的冷凝器174的进水口和出水口处设有控制冬季用户供冷水路通断的阀门Y1192和阀门Z1193。

本实用新型的运行模式如下：

1、夏季直冷：开启阀门X、Y、Z，关闭阀门X1、Y1、Z1，阀门开启的循环中，动力设备启动，阀门关闭的循环中，动力设备关闭。

2、冬天采暖：开启阀门X1、Y1、Z1，关闭阀门X、Y、Z，阀门开启的循环中，动力设备启动，阀门关闭的循环中，动力设备关闭。

在涉及上述空调系统时，需要考虑2大问题。

问题1

10％的老年人常年不开空调，50％的老年人有半夜起床关空调的习惯。深入研究发现：老年人并非不需要生活在一个相对恒温恒湿舒适的空间中，而是老年人细胞老化，皮肤起了皱折，换热面加大，空气对流使皮肤换热加快，人体产生不适感。因此减少空气对流，是解决问题的关键。当然老年人的对室内的适应温度及新风量与普通人群的适应温度是不一样的。普通人群夏天的适宜温度在25℃左右，而老年人夏天的适宜温度在27℃左右。普通人群住房新风量50m 3/h·P左右，而老年人夏天的适宜新风量在100m³/h·P左右，换气量成倍增加，且新风换气次数不小于2次/h。因此必须建设新风量高，温湿度适宜，室内循环风小的微风健康空调系统。

为了解决上述问题，本发明采用了上盘管、下盘管双向冷辐射结合热泵式溶液调湿新风机组；

一般来说，冬天采用下盘管热辐射即可实现要求，故此处不再赘述；夏天需上盘管、下盘管双向冷辐射消除室内显热冷负荷，而热泵式溶液调湿新风机组，消除新风负荷及室内潜热冷负荷，进而排除湿度及防止结露,热泵式溶液调湿新风机组自身带有风冷热泵系统及盐溶液调湿系统，可以处理新风的冷热负荷、湿负荷及室内的潜热冷热负荷，因而可以达到温湿度独立控制的功能。传统采用风机盘管的非辐射高级住房新风量仅为房间总风量及空气换气量的 15％,即使老年人空调房的新风量翻倍，也就30％；而本发明的上盘管、下盘管双向冷辐射没有空调室内机(如风机盘管)，就没有空调室内机的循环风，因此总风量仅为30％，属于换气量小的微风空调系统。

问题2

由于冷辐射是要连续供冷的，开开停停是很不节能的，连续供冷能耗较大，因此如果能利用地下水源或地表水源直接冷却，那就能降低老年人微风健康空调房的使用成本，为老年人微风健康空调房得到大力推广找到依据。地下水源或地表水源的温度比制冷机制冷温度要高，因此必须提高供给辐射盘管的水温才能满足使用要求。

为了解决上述问题，就要提高供给辐射盘管的水温，首先是采用了热泵式溶液调湿新风机组，实现温湿度独立控制，使得辐射盘管只负责显热冷负荷，因此夏季辐射盘管的表面温度与室内温度的可以更加接近，冷辐射温差小就能提高供水温度，其次，老年人的畏风怕冷特性，必须提高夏季室内温度，因而也会提高提高供给上盘管的水温，最后，采用上盘管、下盘管双向冷辐射比单边辐射增加辐射面，因而也可提高供给天棚辐射盘管的水温。单面辐射基本上很难直接利用深井水，这也是为什么现阶段深井水尚未被直接利用的原因。

在进行整体设计的时候，需要考虑以下五个技术问题：

1、室内温湿度：

根据医学杂志及《辐射供暖供冷技术规程》JGJ142-2012：老年的健康适宜温度为26℃-28℃，取27℃,老年人夏天的适宜温湿度在27℃,60％左右，根据《辐射供暖供冷技术规程》JGJ142-2012第3.3.2规定：全面辐射供冷室内设计温度可提高0.5℃-1.5℃.由于老年人居所吊顶高度不会大于3米，换热比较充分，可取1.5℃，因此本老年人微风健康空调房的设计室内温湿度参数为28.5℃， 60％.

2、防结露：

湿空气碰到冷表面会产生结露，这是常识，但如果是通过热泵式溶液调湿新风，其干燥的空气不会产生结露的。根据《辐射供暖供冷技术规程》JGJ142-2012 第3.1.4规定：供冷表面温度应保证高于室内空气露点温度1℃-2℃。根据I-D 图：当室内温湿度参数为28.5℃,60％时，其露点温度为17.1℃，也就是说供冷表面温度至少要设计在18.1℃以上。

3、消除湿负荷：

如图3所示，O₁为天棚辐射的假想送风状态点，O₂新风的送风状态点，溶液调湿新风除了处理新风负荷及潜热外,还消除了室内湿度△d。

4、负荷计算：

如图4所示：为了了解老年人居所的负荷情况：首先我们必须构建老年人居所的模型。为此特意挑选了2个地区选择了2个不含卫生间27.89m²的双人老年人居所进行计算。

目前采用深井水源较多是夏热冬冷及寒冷两个地区，分别选用一个城市进行计算，如夏热冬冷地区的苏州及寒冷地区的青岛。按室内温湿度参数为夏季 28.5℃、60％和冬季24℃、60％，通过鸿业负荷计算软件对苏州、青岛两个城市进行夏天和冬天冷、热负荷以及夏季夜间冷负荷进行计算，计算得出下4个表格：

苏州夏季及冬季冷热负荷表1

苏州夏季夜间冷负荷表2

青岛夏季及冬季冷热负荷表3

青岛夏季夜间冷负荷表4

从以上4个表中，可以看出，老年人房的新风冷、热、湿负荷都比常规客房的要小，而且溶液调湿新风已经是非常成熟的技术。对于天棚冷热辐射我们关心的以下几个指标，

苏州：

夏季白天逐时室内显热冷负荷指标：1201/27.89＝43.06W/m²。

夏季夜间室内显热冷负荷指标：654/27.89＝23.45W/m²。

冬季室内逐时最大显热热负荷指标：352/27.89＝12.62W/m²。

青岛：

夏季白天逐时室内显热冷负荷指标：114427.89＝41.02W/m²。

夏季夜间室内显热冷负荷指标：610/27.89＝21.87W/m²。

冬季室内逐时最大显热热负荷指标：407/27.89＝14.59W/m²。

5、冷辐射计算：

5.1、冬天热辐射计算：

老年人冬季室内设计温度为20～24℃，取22℃，当采用深井水源热泵时，深井水源的进出水温度可做到32～38℃，平均温度35℃，根据《辐射供暖供冷技术规程》JGJ142-2012表B.1.1,平均水温35℃向上供热量及室内设计温度为 20～24℃区间可列出表5，

采用导热系数为0.38W/(m.K)PE-X管时。

表5:平均水温35℃时水泥、石材陶瓷面层单位地面面积的向上供热量(w/m²)

水泥、石材陶瓷表面温度可按下式计算：

t_pj＝t_n+9.82×(q/100)^0.969-------------(1)

计算得出下表：

表6:平均水温35℃时水泥、石材陶瓷表面平均温度(℃)

表7:平均水温35℃时水泥、石材陶瓷表面与水管水温温差(℃)

从表5～7可发现：

1、地面向上的散热量比老年人居所的显热负荷大很多，不要天棚热热辐射就能满足老年人居所显热负荷的要求，而且还可以承担部分新风热负荷，减少新风侧的开机容量。

2、当铺设的加热管200mm，且在22℃时，石材陶瓷面层与水管水温温差平均6.8℃,此时水管温度35℃，室内22℃，水管温度与室内温度13℃，由于冷辐射无表格可查，但在同等条件下夏季冷辐射是可以借鉴冬季热辐射的。目前采用深井水源较多是夏热冬冷及寒冷两个地区，40米深的水温在13～16℃左右，与老年人居所室内温度28.5℃度相差也13℃左右，因此有借鉴意义。

5.1、夏季冷辐射计算：

顶棚辐射供冷表面温度计算公式(2)及地面辐射供冷表面温度计算公式(3) 分别如下：

t_pj＝t_n-0.175q^0.976-------------(2)

t_pj＝t_n-0.171q^0.989-------------(3)

苏州计算：

白天：假如地板及天棚两边分摊的冷量一样：即q为43.06/2＝21.53W,室内温度28.5℃

公式(2)计算天棚表面平均温度：25.0℃

公式(3)计算地面表面平均温度：24.9℃

平均25℃左右。

表面与水管的温差按6.8℃计算，即末端水管平均水温为18.2℃。

可采用1℃温升的板式换热器，再考虑0.2度的管道温升，即水井水温的平均温度为17℃就可以满足使用要求，《辐射供暖供冷技术规程》JGJ142-2012，冷辐射适合水温差2～5℃，如果考虑直冷温差3℃，即15.5℃～18.5℃，也就是白天：深井水温在15.5℃出水就可满足要求。

夜间：假如地板及天棚两边分摊的冷量一样，按武汉计算：即q为 23.45/2＝11.73W,室内温度28.5℃

公式(2)计算天棚表面平均温度：26.6℃

公式(3)计算地面表面平均温度：26.5℃

平均26.6℃左右

表面与水管的温差按6.8℃计算，即末端水管平均水温为19.8℃。

可采用1℃温升的板式换热器，再考虑0.2度的管道温升，即水井水温的平均温度为18.6℃就可以满足使用要求，如果考虑直冷温差3℃，即17.1℃～20.1℃，也就是夜间：深井水温在17.1℃出水就可满足要求。

青岛计算：

白天：假如地板及天棚两边分摊的冷量一样：即q为41.02/2＝20.51W,室内温度28.5℃

公式(2)计算天棚表面平均温度：25.2℃

公式(3)计算地面表面平均温度：25.1℃

平均25.2℃左右

表面与水管的温差按6.8℃计算，即末端水管平均水温为18.4℃。

可采用1℃温升的板式换热器，再考虑0.2度的管道温升，即水井水温的平均温度为17.2℃就可以满足使用要求，如果考虑直冷温差3℃，即15.7℃～18.7℃，也就是白天：深井水温在15.7℃出水就可满足要求。

夜间：假如地板及天棚两边分摊的冷量一样，按武汉计算：即q为 21.87/2＝10.94W,室内温度28.5℃

公式(2)计算天棚表面平均温度：26.7℃

公式(3)计算地面表面平均温度：26.7℃

平均26.7℃左右

表面与水管的温差按6.8℃计算，即末端水管平均水温为19.9℃。

可采用1℃温升的板式换热器，再考虑0.2度的管道温升，即水井水温的平均温度为18.7℃就可以满足使用要求，如果考虑直冷温差3℃，即17.2℃～20.2℃，也就是夜间：深井水温在17.2℃出水就可满足要求。

传统的温湿度独立控制空调系统是指在一个空调系统中，采用两种不同蒸发温度的冷源，用高温冷冻水取代传统空调系统中大部分由低温冷冻水承担的显热负荷，这样可以提高综合制冷效率，进而达到节省能耗的目的。在温湿度独立控制空调中，高温冷源作为主冷源，它承担室内全部的显热负荷，低温冷源作为辅助冷源，它承担室内全部的湿负荷和新风负荷。

为了避免上述问题，故取消以上所述的传统的温湿度独立控制水系统的锅炉，改采用由热泵式溶液调湿新风机组冬天的新风热负荷及潜热热负荷，水源热泵提供的热水通过地面辐射管负责冬季室内显热热负荷。夏季有深井水提供冷水，通过地面、天棚双面辐射处理室内显热冷负荷，热泵式溶液调湿新风机组处理新风冷负荷及室内全部的湿负荷。

本专利热泵式溶液调湿新风机组选用型号：

每个老年人居所按2人计算，每人按90～100m³/h·P计算每个老年人居200m 3/h,如果每层20间老年人居所加附属房用一台盐溶液热回收型调湿新风机组，机组风量为5000m³/h，型号为HVF-05，如果20层选用20台HVF-05盐溶液热回收型调湿新风机组。

Claims (10)

1.可深井水直冷的老年人微风健康空调房，其特征在于：包括

空调系统，采集深井水源并通过热交换设备将井水与用户端设备实现热交换；以及

热泵式溶液调湿新风机组(2)，用于实现室内的空气交换并除湿；

其中，用户端设备为设于房间顶部的上盘管(21)以及设于房间底面的下盘管(22)。

2.根据权利要求1所述的可深井水直冷的老年人微风健康空调房，其特征在于：所述空调系统包括

夏季用水循环系统，采集深井水源并通过热交换设备将井水与用户端设备用水实现热交换；

冬季用水循环系统，采集深井水源并通过热交换设备将井水与水源热泵(172)产生的冷量实现热交换，水源热泵(172)形成的热量提供给用户端设备。

3.根据权利要求2所述的可深井水直冷的老年人微风健康空调房，其特征在于：夏季用水循环系统包括

抽水泵(11)、集水器(12)、夏用板式换热器(161)、分水器(13)、用户端分水器(14)、用户端集水器(15)、用户端设备；

所述抽水泵(11)、集水器(12)、夏用板式换热器(161)的冷源侧、分水器(13)通过管路连接形成夏季井水循环水路；

所述夏用板式换热器(161)的热源侧、用户端分水器(14)、用户端设备、用户端集水器(15)通过管路连接形成夏季用户供冷水路。

4.根据权利要求3所述的可深井水直冷的老年人微风健康空调房，其特征在于：夏用板式换热器(161)冷源侧的进水口处设有控制夏季井水循环水路通断的阀门X(181)。

5.根据权利要求3所述的可深井水直冷的老年人微风健康空调房，其特征在于：夏用板式换热器(161)热源侧的进水口和出水口处分别设有阀门Y(182)和阀门Z(183)。

6.根据权利要求2所述的可深井水直冷的老年人微风健康空调房，其特征在于：冬季用水循环系统包括与夏季用水循环系统共用的抽水泵(11)、集水器(12)、分水器(13)、用户端分水器(14)和用户端集水器(15)，以及包括冬用板式换热器(171)、水源热泵(172)、用户端设备；

抽水泵(11)、集水器(12)、冬用板式换热器(171)的热水侧、分水器(13)通过管路连接形成冬季井水循环水路；

所述冬用板式换热器(171)的冷水侧与水源热泵(172)的蒸发器(173)连接形成水路循环A；

水源热泵(172)的冷凝器(174)、用户端分水器(14)、用户端设备、用户端集水器(15)通过管路连接形成冬季用户供热水路。

7.根据权利要求6所述的可深井水直冷的老年人微风健康空调房，其特征在于：冬用板式换热器(171)热源侧的进水口处设有控制冬季井水循环水路通断的阀门X1(191)。

8.根据权利要求7所述的可深井水直冷的老年人微风健康空调房，其特征在于：水源热泵(172)的冷凝器(174)的进水口和出水口处设有控制冬季用户供冷水路通断的阀门Y1(192)和阀门Z1(193)。

9.根据权利要求1所述的可深井水直冷的老年人微风健康空调房，其特征在于：热泵式溶液调湿新风机组的型号为HVF-02、HVF-05、HVF-08或HVF-10。

10.根据权利要求1所述的可深井水直冷的老年人微风健康空调房，其特征在于：所述上盘管(21)和下盘管(22)均为迷宫回转型盘管。

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