專利名稱：圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種利用可再生低品位能源的綠色空調(diào)領(lǐng)域，具體涉及一種圍護(hù)結(jié)構(gòu)
內(nèi)嵌管道的空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
由于機(jī)械制冷技術(shù)的發(fā)展和生活標(biāo)準(zhǔn)的提高，以消耗高品位能源如電，燃?xì)獾鹊?機(jī)械式舒適性空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。我國(guó)建筑運(yùn)行能耗不斷攀升，建筑運(yùn)行能耗 占社會(huì)總能耗的18. 8%。在過去的一段時(shí)間內(nèi)，全球氣候變暖、臭氧層的破壞以及礦物燃料 的消耗量的增加等這些問題迫使社會(huì)和專家以及業(yè)界等認(rèn)真思考如何有效地降低建筑能 耗而繼續(xù)滿足人們對(duì)室內(nèi)舒適度的要求并同時(shí)營(yíng)造低碳排放的和諧社會(huì)。另一方面，雖然 采用機(jī)械式空調(diào)系統(tǒng)可以減低室內(nèi)的溫度來滿足室內(nèi)人員的舒適性要求，但由于外圍護(hù)結(jié) 構(gòu)受室外環(huán)境的影響，致使外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度較高造成對(duì)室內(nèi)人員明顯的熱輻射或冷 輻射從而大大減少人體舒適性。在最近的幾年內(nèi)，很多研究者們把目光投向了低品位能源 及可再生能源技術(shù)及應(yīng)用以降低高品位能源的消耗、削減高峰電需求并減低能源成本。在 建筑空調(diào)領(lǐng)域，可用的低品位能源技術(shù)包括夜間的通風(fēng)冷卻、蒸發(fā)冷卻、冷凝冷卻、以及利 用太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮艿取?本發(fā)明是在這種背景下提出的，將可再生低品位能源的利用，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形 式及綠色空調(diào)系統(tǒng)集成在一起并提出相應(yīng)的控制方法，不但可以大大減少對(duì)高品位能源的 依賴還可以提高室內(nèi)的熱舒適性。該系統(tǒng)的發(fā)明是建設(shè)資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會(huì)的迫 切需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種可直接利用可再生低品位能源的方法，并設(shè)計(jì)可直接 利用可再生低品位能源的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)，及該系統(tǒng)的控制方法。
本發(fā)明的空調(diào)系統(tǒng)包括建筑熱交換部分，即內(nèi)嵌管道式外墻，內(nèi)嵌管道式屋面， 管道用于循環(huán)流體(通常為水)的流動(dòng)并與圍護(hù)結(jié)構(gòu)本體內(nèi)部進(jìn)行熱交換；蓄能部分，包 括土壤或含水層，用于蓄冷或蓄熱；輔助冷源部分，包括冷卻塔，直接利用室外較低的干 球溫度或濕球溫度制取冷水以供土壤或含水層蓄冷；輔助熱源部分，包括太陽能集熱器， 利用太陽能制取熱水以供土壤或含水層蓄熱；動(dòng)力輸送部分，包括水泵，提供循環(huán)流體在管 道內(nèi)流動(dòng)的輸運(yùn)動(dòng)力。
—種圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)，包括 建筑熱交換部分，通過其內(nèi)嵌的管道內(nèi)循環(huán)流體的流動(dòng)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)本體內(nèi)部進(jìn)行 熱交換； 蓄能部分，用于蓄冷或蓄熱；
輔助冷源部分，以供蓄能部分蓄冷；
輔助熱源部分，以供蓄能部分蓄熱；
動(dòng)力輸送部分，提供循環(huán)流體在管道內(nèi)流動(dòng)的輸運(yùn)動(dòng)力。
進(jìn)一步地，所述的蓄能部分為土壤或含水層。 進(jìn)一步地，所述的輔助冷源部分為冷卻塔，其利用室外較低的干球溫度或濕球溫 度制取冷水以供蓄能部分蓄冷。 進(jìn)一步地，所述的輔助熱源部分為太陽能集熱器，利用太陽能制取熱水以供蓄能 部分蓄熱。 進(jìn)一步地，所述的動(dòng)力輸送部分為水泵。 進(jìn)一步地，所述的建筑熱交換部分為內(nèi)嵌管道式外墻和/或內(nèi)嵌管道式屋面。
進(jìn)一步地，根據(jù)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)，該空調(diào)系統(tǒng)中可以不包括輔助冷源部分或 輔助熱源部分。 —種上述任一權(quán)利要求所述的空調(diào)系統(tǒng)的控制方法，其通過控制器控制水泵的開 啟/停止來實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的控制 在供冷季，測(cè)量的室外溫度高于夏季供冷時(shí)室外的最低溫度時(shí)，開啟水泵向圍護(hù)
結(jié)構(gòu)供冷；當(dāng)測(cè)量的供回水干管的溫差小于最小設(shè)定值時(shí)，水泵停止運(yùn)行； 在供熱季，測(cè)量的室外溫度低于冬季供熱時(shí)室外的最高溫度時(shí)，開啟水泵向圍護(hù)
結(jié)構(gòu)供熱；當(dāng)測(cè)量的供回水干管的溫差小于最小設(shè)定值時(shí)，水泵停止運(yùn)行。
進(jìn)一步地， 在采用輔助冷源蓄冷的蓄冷季，測(cè)量的室外溫度低于采用輔助冷源蓄冷時(shí)的室外 最高溫度設(shè)定值時(shí)開啟水泵利用冷卻塔向室外環(huán)境提取冷量并向土壤或含水層蓄冷；當(dāng)測(cè) 量的供回水干管的溫差小于蓄冷時(shí)的最小設(shè)定值時(shí)，水泵停止運(yùn)行； 在采用輔助熱源蓄熱的蓄熱季，根據(jù)天氣確定水泵的開啟與停止決定是否利用太 陽能集熱器向土壤或含水層蓄熱；當(dāng)測(cè)量的供回水干管的溫差小于蓄熱時(shí)的最小設(shè)定值 時(shí)，水泵停止運(yùn)行。 本發(fā)明的內(nèi)嵌管道式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于直接利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)嵌式管道與圍護(hù)結(jié) 構(gòu)內(nèi)部接觸面積大的特點(diǎn)可以在管道流體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的低溫差傳熱的條件下實(shí)現(xiàn)大 的傳熱量。這為直接利用低品位能源的實(shí)現(xiàn)提供了重要的條件。 本發(fā)明的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于室外環(huán)境作用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)尚
未形成室內(nèi)冷或熱負(fù)荷時(shí)就將圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱量或冷量直接帶到土壤或含水層中。 本發(fā)明的空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)還在于充分利用地源這一無窮大的蓄冷蓄熱體充當(dāng)建
筑房間與室外氣候的緩沖帶，使用較少的水泵能耗使循環(huán)流體流動(dòng)實(shí)現(xiàn)冷熱量的轉(zhuǎn)移，大
大減少室外氣候的變化對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響。采用這種設(shè)計(jì)的建筑就猶如是建在地面上的
"窯洞"，可以充分利用低品位能，低的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁面溫度還可以大大提高室內(nèi)人員的
舒適性。 本發(fā)明的空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)還在于在非空調(diào)季或非采暖季充分利用地源這一天然 的蓄冷蓄熱體來通過太陽能集熱器實(shí)現(xiàn)蓄熱或通過冷卻塔來收集自然冷量實(shí)現(xiàn)蓄冷以供 供熱季或空調(diào)季使用。 在本發(fā)明的空調(diào)系統(tǒng)中涉及的冷卻塔及太陽能熱水器是常規(guī)的設(shè)備，市場(chǎng)上很容 易獲得，地埋管技術(shù)由于近年來地源熱泵技術(shù)的發(fā)展及推廣也得到很大的發(fā)展。在建筑結(jié) 構(gòu)中預(yù)埋管道也是常規(guī)的做法，比如室內(nèi)供水管的預(yù)埋等。因此本發(fā)明提出的空調(diào)系統(tǒng)在技術(shù)上是完全可行的。 本發(fā)明的空調(diào)系統(tǒng)的控制方法可以包括室外溫度傳感器，進(jìn)入地埋管熱交換器的
供回水干管上裝設(shè)溫度傳感器，控制預(yù)設(shè)值，及相應(yīng)的序列控制及控制算法。 建筑熱交換部分的運(yùn)行，冷卻塔的運(yùn)行及太陽能熱水器的運(yùn)行分別在控制器中設(shè)
定的供冷季/供熱季時(shí)間、采用輔助冷源蓄冷的蓄冷季時(shí)間、采用輔助熱源蓄熱的蓄熱季
時(shí)間內(nèi)運(yùn)行。 在供冷/供熱季，根據(jù)測(cè)量的供回水干管的溫差與相應(yīng)的設(shè)定值相比較來確定水 泵運(yùn)行是否有意義；如果供回水干管的溫差太小說明換熱量太少，這時(shí)可以停止水泵的運(yùn) 行，避免不必要的高品位能的消耗。 在采用輔助冷源蓄冷的蓄冷季，當(dāng)測(cè)量的供回水干管的溫差小于蓄冷時(shí)的最小設(shè) 定值時(shí)，水泵也要停止運(yùn)行；如果地埋管的出水管的溫度低于供水管的溫度，說明是在灌熱 而不是灌冷，系統(tǒng)也需要停止運(yùn)行。 在采用輔助熱源蓄熱的蓄熱季，當(dāng)測(cè)量的供回水干管的溫差小于蓄熱時(shí)的最小設(shè) 定值時(shí)，水泵也要停止運(yùn)行；如果地埋管的出水管的溫度高于供水管的溫度，說明是在灌冷 而不是灌熱，系統(tǒng)也需要停止運(yùn)行。 如果該技術(shù)得到應(yīng)用，可以大大的提高可再生低品位能源的利用并降低建筑運(yùn)行 能耗，及大大降低為維持建筑熱舒適性對(duì)高品位能源的依賴，同時(shí)也可以大大提高建筑室 內(nèi)的熱舒適性。對(duì)于房地產(chǎn)公司來講，通過設(shè)計(jì)，建造新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)并可以充分利用可再生 低品位能源，可以大大提高室內(nèi)環(huán)境的熱舒適性，更重要的是可以大大提高公司的社會(huì)責(zé) 任形象及市場(chǎng)營(yíng)銷的競(jìng)爭(zhēng)力。


本發(fā)明包括的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，結(jié)合在本申請(qǐng)中并構(gòu)成本 申請(qǐng)的一部分。
圖1為本發(fā)明的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)的示意圖； 圖2為本發(fā)明的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道的一種布置方式，即往復(fù)式管道布置方式；
圖3為本發(fā)明的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道的另一種布置方式，即并排同程式管道布置方 式； 圖4為本發(fā)明的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖，即不設(shè)置 輔助冷源措施，只設(shè)置輔助熱源措施，適合用于夏涼冬冷地區(qū)； 圖5為本發(fā)明利用可再生能源的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)的又一實(shí)施例的 示意圖，即不設(shè)置輔助熱源措施，只設(shè)置輔助冷源措施，適合用于夏熱冬暖地區(qū)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1 : 如圖1所示，本發(fā)明的利用可再生能源的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)適合用于 夏熱冬冷地區(qū)。該系統(tǒng)包括建筑熱交換部分l，蓄能部分2，輔助冷源部分3，輔助熱源部分 4及動(dòng)力輸送部分22。
在供熱季時(shí)間里，當(dāng)測(cè)量的室外溫度19低于冬季供熱時(shí)室外的最高溫度時(shí)，閥門 13與14打開，其它閥門32， 33， 42， 43關(guān)閉，動(dòng)力輸送部分22 ( —般為水泵)開啟，向圍護(hù)結(jié) 構(gòu)內(nèi)的管道11與12提供高于室外環(huán)境溫度的水，減少室內(nèi)向室外的散熱，起到抵御寒冷的 作用，散熱降了溫的循環(huán)流體(通常為水)通過地埋管熱交換器21降低土壤或含水層2溫 度。如果測(cè)量的供水干管的溫度23比回水干管的溫度24低，則循環(huán)流體從圍護(hù)結(jié)構(gòu)中吸 熱，達(dá)不到放熱的目的，動(dòng)力輸送部分停止運(yùn)行。如果測(cè)量的供水干管的溫度23與回水干 管的溫度24的差小于相應(yīng)的設(shè)定值，說明循環(huán)流體向圍護(hù)結(jié)構(gòu)的放熱量很小，水泵停止運(yùn) 行。 在供熱季結(jié)束后，進(jìn)入采用輔助冷源蓄冷的蓄冷季(為冬末春初)。測(cè)量的室外 溫度19低于使用輔助冷源蓄冷時(shí)的室外最高溫度設(shè)定值時(shí)，閥門32與33打開，其它閥門 13，14，42，43關(guān)閉，動(dòng)力輸送部分22開啟，利用冷卻塔31向土壤或含水層2灌冷。如果測(cè) 量的供水干管的溫度23比回水干管的溫度24低，則循環(huán)流體(通常為水)從土壤或含水 層2中排熱，達(dá)不到蓄冷的目的，動(dòng)力輸送部分停止運(yùn)行。如果測(cè)量的供水干管的溫度23 與回水干管的溫度24的差小于相應(yīng)的設(shè)定值，說明循環(huán)流體通過冷卻塔向室外環(huán)境的排 熱量很小，即向土壤或含水層2的灌冷量很小，水泵停止運(yùn)行。蓄冷季結(jié)束時(shí)，蓄冷體的溫 度2較低，為夏天的供冷做好準(zhǔn)備。 在夏天供冷季時(shí)間里，當(dāng)測(cè)量的室外溫度19高于夏季供冷時(shí)室外的最低溫度時(shí)， 閥門13與14打開，其它閥門32， 33， 42， 43關(guān)閉，動(dòng)力輸送部分22開啟，向圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的管 道11與12提供低于室外環(huán)境溫度的水，吸收圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱量，起到抵御室外炎熱的作 用，吸熱升了溫的循環(huán)水通過地埋管熱交換器21提高土壤或含水層溫度2。如果測(cè)量的供 水干管的溫度23比回水干管的溫度24高，則循環(huán)流體(通常為水)向圍護(hù)結(jié)構(gòu)放熱，達(dá)不 到吸熱的目的，動(dòng)力輸送部分停止運(yùn)行。如果測(cè)量的回水干管的溫度24與供水干管的溫度 23的差小于相應(yīng)的設(shè)定值，說明循環(huán)流體從圍護(hù)結(jié)構(gòu)中吸收的熱量很小，水泵停止運(yùn)行。
在供冷季結(jié)束后，進(jìn)入采用輔助熱源蓄熱的蓄熱季(通常為秋天)。當(dāng)為晴天時(shí)， 閥門42與43打開，其它閥門13， 14， 32， 33關(guān)閉，動(dòng)力輸送部分22開啟，利用太陽能集熱器 41收集太陽能向土壤或含水層2灌熱。如果測(cè)量的回水干管的溫度24與供水干管的溫度 23的差小于相應(yīng)的設(shè)定值，說明循環(huán)流體通過太陽能集熱器41收集的太陽能太小，即向土 壤或含水層2的灌熱量很小，動(dòng)力輸送部分停止運(yùn)行。蓄熱季結(jié)束時(shí)，蓄熱部分2的溫度較 高，為冬天的供熱做好準(zhǔn)備。
實(shí)施例2 : 如圖4所示，本實(shí)施例是將實(shí)施例1的系統(tǒng)中的輔助冷源部分取消后得到的變種 系統(tǒng)，適合用于夏涼冬冷地區(qū)，即夏天不需要供冷，冬天需要供熱的地區(qū)。該系統(tǒng)包括建筑 熱交換部分l，蓄能部分2，輔助熱源部分4及動(dòng)力輸送部分22。在冬天的供熱季節(jié)里系統(tǒng) 的運(yùn)行模式與實(shí)施例1的供熱運(yùn)行模式一樣。在秋天的采用輔助熱源蓄熱的蓄熱季的運(yùn)行 模式與實(shí)施例1的蓄熱運(yùn)行模式一樣。本系統(tǒng)沒有夏天供冷模式及采用輔助冷源蓄冷的蓄 冷運(yùn)行模式。
實(shí)施例3 : 如圖5所示，本實(shí)施例是將實(shí)施例1的系統(tǒng)中的輔助熱源部分取消后得到的變種 系統(tǒng)，適合用于夏熱冬暖地區(qū)，即夏天需要供冷，冬天不需要供熱的地區(qū)。該系統(tǒng)包括建筑熱交換部分l，蓄能部分2，輔助冷源部分3及動(dòng)力輸送部分22。在夏天的供冷季節(jié)里系統(tǒng) 的運(yùn)行模式與實(shí)施例1的供冷運(yùn)行模式一樣。在冬天及/或春天的采用輔助冷源蓄冷的蓄 冷季的運(yùn)行模式與實(shí)施例1的蓄冷運(yùn)行模式一樣。本系統(tǒng)沒有冬天供熱模式及采用輔助熱 源蓄熱的蓄熱運(yùn)行模式。
權(quán)利要求
一種圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)，包括建筑熱交換部分，通過其內(nèi)嵌的管道內(nèi)的循環(huán)流體的流動(dòng)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)本體內(nèi)部進(jìn)行熱交換；蓄能部分，用于蓄冷或蓄熱；輔助冷源部分，以供蓄能部分蓄冷；輔助熱源部分，以供蓄能部分蓄熱；動(dòng)力輸送部分，提供所述循環(huán)流體在管道內(nèi)流動(dòng)的輸送動(dòng)力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述的蓄能部分為土壤或含水層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述的輔助冷源部分為冷卻塔， 其利用室外較低的干球溫度或濕球溫度制取冷水以供蓄能部分蓄冷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述的輔助熱源部分為太陽能集 熱器，其利用太陽能制取熱水以供蓄能部分蓄熱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述的動(dòng)力輸送部分為 水泵。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述的建筑熱交換部分 為內(nèi)嵌管道式外墻和/或內(nèi)嵌管道式屋面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)不同地區(qū)的氣候特 點(diǎn)，該空調(diào)系統(tǒng)中可以不包括輔助冷源部分或輔助熱源部分。
8. —種對(duì)上述任一權(quán)利要求所述的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制方法，其通過控制器控制 水泵的開啟/停止來實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的控制在供冷季，測(cè)量的室外溫度高于夏季供冷時(shí)室外的最低溫度時(shí)，開啟水泵向圍護(hù)結(jié)構(gòu) 供冷；當(dāng)測(cè)量的供回水干管的溫差小于最小設(shè)定值時(shí)，水泵停止運(yùn)行；在供熱季，測(cè)量的室外溫度低于冬季供熱時(shí)室外的最高溫度時(shí)，開啟水泵向圍護(hù)結(jié)構(gòu) 供熱；當(dāng)測(cè)量的供回水干管的溫差小于所述最小設(shè)定值時(shí)，水泵停止運(yùn)行。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于在采用輔助冷源蓄冷的蓄冷季，測(cè)量的室外溫度低于采用輔助冷源蓄冷時(shí)的室外最高 溫度設(shè)定值時(shí)，開啟水泵利用冷卻塔向室外環(huán)境提取冷量并向土壤或含水層蓄冷；當(dāng)測(cè)量 的供回水干管的溫差小于蓄冷時(shí)的最小設(shè)定值時(shí)，水泵停止運(yùn)行；在采用輔助熱源蓄熱的蓄熱季，根據(jù)天氣確定水泵的開啟與停止決定是否利用太陽能 集熱器向土壤或含水層蓄熱；當(dāng)測(cè)量的供回水干管的溫差小于蓄熱時(shí)的最小設(shè)定值時(shí)，水 泵停止運(yùn)行。
全文摘要
一種圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法，屬于一種利用可再生低品位能源的綠色空調(diào)領(lǐng)域。該空調(diào)系統(tǒng)包括建筑熱交換部分，蓄能部分，輔助冷源部分，輔助熱源部分和動(dòng)力輸送部分。本發(fā)明通過在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中內(nèi)嵌管道擴(kuò)大循環(huán)流體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的換熱面積以實(shí)現(xiàn)在直接利用可再生低品位能時(shí)的低溫差傳熱并獲取大的換熱量，在供冷/供熱的同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱量/冷量的直接存儲(chǔ)，以及通過輔助冷源部分及輔助熱源部分實(shí)現(xiàn)可再生低品位能的捕捉并通過蓄能部分進(jìn)行存儲(chǔ)以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的供冷與供熱能力。該空調(diào)系統(tǒng)能夠充分利用可再生能源減低室外氣候?qū)κ覂?nèi)環(huán)境的影響，從而達(dá)到大大減少甚至取消為滿足室內(nèi)舒適性要求對(duì)高品位能源的依賴。
文檔編號(hào)F24F5/00GK101761998SQ20101010050
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者徐新華, 王勁柏 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)