CN211261124U - 一种浅层地热交换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种浅层地热交换装置，包括具有入口端和出口端的地下管路，其中该地下管路包括至少一个轴线相对水平面倾斜且横向铺设的管道，并且该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。本实用新型中，由于横向铺设管路，可以最大程度利用地源换热；另外，由于最低位置靠近出口管，可以减小对管道内的空气进行反向的加热或冷却，从而能够以较小的埋深铺设管道，降低成本；以及，管道内的抗菌涂层可以有效抑制细菌滋生，保持管道内卫生。

Description

一种浅层地热交换装置

技术领域

本实用新型涉及一种新风系统，具体涉及浅层地热交换装置。

背景技术

浅层地热能是指地表下浅表层(通常为数米至数百米)内的土壤砂石和地下水中所蕴藏的低温热能。它的来源以太阳辐射为主，还有一小部分来自地心热量，是一种可再生能源，一般温度恒定。

目前，传统的地热能主要通过水源热泵和地源热泵技术采集。然而，热泵需要额外的二次热交换设备，因此设备复杂、效率低且响应慢，不能直接连通新风系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种浅层地热交换装置，其利用地下埋管对空气直接进行热交换。

按照本实用新型，一种浅层地热交换装置，包括具有入口端和出口端的地下管路，其中该地下管路包括至少一个轴线相对水平面倾斜且横向铺设的管道，并且该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。

进一步，所述第一管路长度是所述第二管路长度的至少1.5倍。又，所述第一管路长度是所述第二管路长度的至少2倍。

其中，所述管道相对水平面设置的斜度为1％-3.5％。进一步，所述管道相对水平面设置的斜度为1％-2％。

其中，所述入口端设有伸出地面的进风管。

其中，所述出口端设有伸出地面的出风管。

该装置进一步包括新风口，其设在该进风管上并与之连通，其中该新风口包括依次套设在一起的外部穿孔管、过滤网、内部穿孔管其中，该外部穿孔管和内部穿孔管的管壁分别设有穿孔，所述外部穿孔管还设有裙部。

另外，所述管道是球墨铸铁管，其内壁设有含有抗菌成分的涂层。

进一步，该装置包括与所述地下管路连通的冷凝井，所述冷凝井设置在所述最低位置或者设置为与所述最低位置连通。

本实用新型的技术效果在于：由于横向铺设管路，可以最大程度利用浅层换热；另外，由于最低位置靠近出口管，可以减小对管道内的空气进行反向的加热或冷却，从而能够以较小的埋深铺设管道，降低成本；以及，管道内的抗菌涂层可以有效抑制细菌滋生，保持管道内卫生。

附图说明

图1是按照本实用新型的浅层地热交换装置的示意图。

图2-4分别是本实用新型的实施例的示意图。

图5是新风口的构造示意图。

具体实施方式

下面结合附描述本实用新型的具体实施方式。尽管下面的描述中出现了许多具体的细节，然而这些细节并非是限制性的。

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，进而表示方位的术语“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1所示，按照本实用新型的一个实施例，一种浅层地热交换装置，包括连通的新风口100和地下管路200，该地下管路200具有入口端210和出口端230。在图1示出的实施例中，地下管路还包括伸出地面的进风管212、铺设在地下一定深度的管道220和伸出地面的出风管232，该新风口100设置在该进风管212伸出地面的一端，从而空气可以通过新风口、进风管212进入地下管路200，进而经由出风管232离开。这里的术语“地下”是指地平面一下。管道可以铺设在开挖的沟渠中。

通常，新风口100设置在能够采集到新风的位置，如室外或者连接提供新风的通风设备，而出风管232构造为连通到室内或者室内通风设备。在一个例子中，进风管212和出风管232可以构造为竖直方向设置，或者在别的例子中，进风管212和出风管232可以构造为倾斜设置。这里的描述的“竖直方向设置”是指以管道的轴线与竖直方向一致，以及所描述的“倾斜设置”是指管道的轴线处于竖直方向和水平方向之间。

管道220构造为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，并且可以根据公知常识计算。这里的术语“横向”是指管道的轴线接近水平放置的方向。需要注意的是，通常，对于本实用新型的应用环境，由于管道在水平方向的尺寸通常在数米或十数米，因此地球的弧度造成的误差通常可以忽略不计，也就是认为地下管路的各处的水平方向是一致的。当然，本实用新型也可以用在更大尺度的环境中，这时，对于某些管道，其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，而不是对于全部管道完全一致的方向。

多个管道220可由管件240连接。在一个例子中，该管道220和管件240均采用球墨铸铁制成，例如，但并非限制，管道220可以采用离心铸造的方式制得，管件240可以采用砂型铸造的方式制得。

管道220和管件240的内壁可以设置防腐层，例如锌铝合金层，以防止电化学反应造成的腐蚀。进一步，管道220和管件240的内壁还可以设置抗菌涂层。

本实用新型的装置的工作原理是，外部空气或者新风经由新风口100进入地下管路200的管道220，例如通过风扇或者其他鼓风设备。由于管道220埋在地下并且导热，因此，管道220的内壁温度与同深度的地下温度相同或接近，这样管道内壁的温度与进入管道的空气之间存在温度差。空气与管道内壁进行热交换，从而空气降温或者升温。之后，空气沿管道220通过出风管232进入室内或者通风系统。附图2-4中的箭头表示空气的流动方向。

由于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。冷凝水在管道中210聚集而不排出，会滋生细菌、污染空气。因此，需要收集管道中的冷凝水并排出。

在本实用新型的实施例中，管道220均以相对水平面一定斜度横向铺设在地下。这些管道构造为其轴线相对水平面的斜度以百分比表示为1％-3.5％，优选地斜度为1-2％，或者以角度表示为优选1-2度。由此，这些管道220的组成的地下管路200具有竖直方向上的高点和低点。

这样，管道220中产生的冷凝水会在重力作用下汇聚到地下管路200的最低位置250。进一步，在本实用新型的实施例中，在该最低位置250或者附近设置冷凝井300，其作用是将冷凝水暴露在开放的空气中并因此而蒸发。

在一个实施例中，冷凝井300可以采用球墨铸铁管，并且可以在其内壁设有防腐层和抗菌涂层。在一个例子中，冷凝井300可以构造为在竖直方向伸出地面，或者在一个例子中，冷凝井300构造为以适当倾斜的角度伸出地面，其中倾斜的角度可以根据具体的应用环境而确定。类似地，这里描述的竖直或倾斜是指冷凝井的管道轴线方向。

在一个实施例中，该冷凝井300设置在最低位置250，例如，在一个例子中，冷凝井可以与管道220集成，比如，管道220可以通过管件与冷凝井300连通，这样管道中的冷凝水可以在重力作用下流入冷凝井。在这种情况下，需要在该冷凝井300的开放端设置空气单向阀，使得空气不能由外部大气通过该开放端进入该冷凝井300、进而进入地下管路200。

在另一个例子中，冷凝井300设置在最低位置250的附近，其最低位置比管道220的最低位置250在竖直方向更低，并通过倾斜的管子与该最低位置250连通。这里提到的倾斜的管子上连接该最低位置250的位置在竖直方向较高，而连接到冷凝井300的位置在竖直方向较低，从而，管道220的最低位置250内的冷凝水可以通过该倾斜的管子流入冷凝井300。所述的管子可以是例如，但不限于，硬质的塑料管。

由于地下管路200存在高点和低点，对于浅地层，距离地表距离越大，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，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，本实用新型提出，该最低位置最好构造在出口端的位置，或者，当存在实际工程应用的限制时，最低位置构造为尽量靠近该出口端。因此，在本实用新型中，该地下管路构造为该入口端210与该最低位置250之间的第一管路长度大于该最低位置250与出口端230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210与该最低位置250之间所有可能的管道路径中最短路径上的管道220与管件240的总长度，类似地，这里的第二管路长度是指在该最低位置与该出口端230之间所有管道路径中最短路径上的管道220与管件240的总长度。优选地，第二管路的长度越短，本实用新型的所指出的效果越好，也就是空气被反向加热/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。

如图2所示，按照本实用新型的一个实施例，最低位置250设在出风管232的位置，这样就避免已经冷却或加热的空气被再次反向加热或冷却。在这个例子中，冷凝井300可以设在最低位置250附近，并如前所述通过额外的管子与最低位置250连通，使得最低位置250处的冷凝水能够依靠重力流入冷凝井300。

图3是示出本实用新型的另一实施例，其中，根据应用的环境或者施工限制，该最低位置250设在该地下管路200中间的位置，其中，从该入口端210到该最低位置250的所述第一管路长度是从该最低位置250到该出口端230的所述第二管路长的至少1.5倍，进一步是至少2倍。

理想的是，在图3的实施例中，最低位置250到出口端230的距离尽可能短。在这个实施例中，冷凝井300可以设在该最低位置250处，或者设在最低位置250附件并通过管子连通，如前文所述。

图4示出本实用新型的另一实施例，可应用于具有地下空间的建筑，例如地下室3。与图2所示的实施例类似，在本实施例中，出口端230构造为最低位置250且设在地下室内部。也就是在本实施例中，管路的出口端230延伸进入地下室的内部，并且省略了出风管232，从而出口端230可以直接连接到建筑的通风系统。进一步，在这种情况下，本实用新型的装置可以省略冷凝井，转而可以通过在出口端设置冷凝水收集装置以收集从出口端流出的冷凝水。

这个实施例的一种变化类似于图3所示实施例，仍然应用于具有地下空间的建筑，区别在于，出口端230与最低位置250不重叠，也就是最低位置250在地下管路200中的某个位置(参考图3)。这种情况下，可以在出口端230省略出风管232，仍需要如前文所述在最低位置250或其附近设置冷凝井。

图5示出按照本实用新型的实施例，新风口100的示意图。新风口100包括依次套设在一起的外部穿孔管110、过滤网120、内部穿孔管130。其中该外部穿孔管110和内部穿孔管130可以是由金属制成，进一步，其管壁上设有穿孔(图中未示出)，以便通过新风。进一步，该外部穿孔管110设有一体的裙部112，或者在别的例子中，裙部112是单独的部件，固定在该外部穿孔管110上。另外，新风口100的端部还设有盖子140。

另外，出风管可以直接设在建筑内部，也就是在建筑内部伸出地面。离开出风管的空气可以在室内进行自然循环，或者进入与出风管连接的通风系统进行空气循环。在有的实施例中，根据需要，在出口管或者其端口设有加热或者冷却装置(图中未示)，以进一步加热或者冷却空气。

尽管在上面的实施例中，描述了本实用新型的优选实施例，然而，本领域技术人员能够了解，本实用新型不限于上述实施例所列出的具体细节，而是可以有一些变化的实施方式。

比如，尽管将地下管路描述为由多个管道连通而形成的管网，然而，在别的实施例中，地下管路可仅包括单一管道，也就是只有一根管道连通入口管和出口管。并且，该管道以相对水平面倾斜一定角度、横向铺设在地下。该管道可以是球墨铸铁管。在这个例子中，冷凝井通过管子与管道的最低处连通。

在别的一些例子中下，根据实际需要或者施工限制，例如环境等，该最低位置可以构造与该出口管在同一深度。这样的情况中，可能需要设置额外的设备或者措施来排出冷凝水。

另外，尽管在本说明书中没有具体描述管道的结构和连接方式，然而，本领域技术人员能够认识到，可以采用球墨铸铁管惯常的连接方式，只要能够实现密闭且稳固的连接即可，例如可以采用承插口式连接方式或者采用法兰连接方式。

因此，本实用新型可以在权利要求所限定的范围内变化。

Claims (10)

1.一种浅层地热交换装置，包括具有入口端(210)和出口端(230)的地下管路(200)，其中该地下管路包括至少一个轴线相对水平面倾斜且横向铺设的管道(220)，并且该地下管路(200)具有最低位置(250)，其特征在于，所述入口端(210)与所述最低位置(250)之间的第一管路长度大于所述最低位置(250)与所述出口端(230)之间的第二管路长度。

2.如权利要求1所述的浅层地热交换装置，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1.5倍。

3.如权利要求1所述的浅层地热交换装置，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。

4.如权利要求1所述的浅层地热交换装置，其特征在于，所述管道(220)相对水平面设置的斜度为1％-3.5％。

5.如权利要求1所述的浅层地热交换装置，其特征在于，所述管道(220)相对水平面设置的斜度为1％-2％。

6.如权利要求1所述的浅层地热交换装置，其特征在于，所述入口端(210)设有伸出地面的进风管(212)。

7.如权利要求6所述的浅层地热交换装置，其特征在于，该装置进一步包括新风口(100)，其设在该进风管(212)上并与之连通，其中该新风口(100)包括依次套设在一起的外部穿孔管(110)、过滤网(120)、内部穿孔管(130)其中，该外部穿孔管(110)和内部穿孔管(130)的管壁分别设有穿孔，所述外部穿孔管(110)还设有裙部(112)。

8.如权利要求1所述的浅层地热交换装置，其特征在于，所述出口端(230)设有伸出地面的出风管(232)。

9.如权利要求1所述的浅层地热交换装置，其特征在于，所述管道(220)是球墨铸铁管，其内壁设有含有抗菌成分的涂层。

10.如权利要求1所述的浅层地热交换装置，其特征在于，该装置进一步包括与所述地下管路(200)连通的冷凝井(300)，所述冷凝井(300)设置在所述最低位置(250)或者设置为与所述最低位置(250)连通。

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