本發(fā)明涉及建筑通風(fēng)及相變蓄能領(lǐng)域，具體涉及一種雙埋管地道風(fēng)與相變蓄能耦合空調(diào)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

地道風(fēng)是一種通過地埋管道將空氣與土壤進(jìn)行熱交換進(jìn)而為室內(nèi)環(huán)境提供冷量的建筑節(jié)能技術(shù)。一方面，利用土壤的蓄冷特性，將土壤作為天然冷源為住宅供冷；另一方面，與傳統(tǒng)空調(diào)相比，在提供室內(nèi)新風(fēng)的同時(shí)又可以大大降低電力消耗?；诘屯度?、高能效的特點(diǎn)，地道風(fēng)降溫系統(tǒng)應(yīng)用于住宅空調(diào)領(lǐng)域中具有較高的節(jié)能潛力和經(jīng)濟(jì)效益，有其研究推廣的現(xiàn)實(shí)意義。

在常規(guī)地道風(fēng)的基礎(chǔ)上，已經(jīng)出現(xiàn)了一些創(chuàng)新和改進(jìn)并形成相關(guān)專利。例如利用礦山井下地道風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)、地道風(fēng)與太陽(yáng)能供熱復(fù)合系統(tǒng)等。但是現(xiàn)有的地道通風(fēng)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中仍然存在著一系列問題亟待解決，例如：(1)由于地下恒溫土壤溫度通常低于室外空氣露點(diǎn)，易出現(xiàn)凝露并導(dǎo)致發(fā)霉和病菌滋生，地道風(fēng)會(huì)降低室內(nèi)空氣品質(zhì)，甚至危害人體健康。(2)為了滿足室內(nèi)冷負(fù)荷，常規(guī)地道通風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)速度較大，室內(nèi)易出現(xiàn)不舒適感。(3)室內(nèi)無人狀態(tài)下地道通風(fēng)系統(tǒng)不運(yùn)行，土壤冷源無法得到充分利用。(4)由于室內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面設(shè)置輻射板的面積有限，僅依靠輻射換熱有時(shí)難以滿足室內(nèi)供冷需求。

為了提高室內(nèi)熱舒適度和空氣品質(zhì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)土壤冷源的高效化利用，開發(fā)新型的地道通風(fēng)系統(tǒng)成為客觀存在的迫切需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雙埋管地道風(fēng)與蓄熱空調(diào)耦合系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

提供了一種雙埋管地道風(fēng)與蓄熱空調(diào)耦合系統(tǒng)，以閉式地道風(fēng)系統(tǒng)和開式新風(fēng)系統(tǒng)為主體，分別承擔(dān)室內(nèi)冷負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷。圍護(hù)結(jié)構(gòu)輻射板系統(tǒng)與相變蓄能系統(tǒng)通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)空腔相結(jié)合，同時(shí)在天花板設(shè)有室內(nèi)回風(fēng)對(duì)流系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包含相變材料和空氣腔內(nèi)的溫度傳感器，通過風(fēng)閥的開關(guān)、風(fēng)機(jī)的啟停和風(fēng)量控制，使得系統(tǒng)高效化運(yùn)行。

進(jìn)一步地，所述的閉式地道風(fēng)系統(tǒng)圍繞供冷房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)輻射板系統(tǒng)形成閉合回路，其動(dòng)力是由室外風(fēng)機(jī)提供；所述的開式新風(fēng)系統(tǒng)的埋管深度小于閉式地道風(fēng)系統(tǒng)，其新風(fēng)管路進(jìn)口端設(shè)有無聲風(fēng)機(jī)；所述的室內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)輻射板系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有空腔，其內(nèi)布置相變蓄能系統(tǒng)；所述室內(nèi)回風(fēng)對(duì)流系統(tǒng)設(shè)有回風(fēng)口、回風(fēng)閥和出風(fēng)口、出風(fēng)閥。所述的控制系統(tǒng)是由溫度傳感設(shè)備、風(fēng)速控制設(shè)備、風(fēng)機(jī)及風(fēng)閥共同組成的。

進(jìn)一步地，所述的閉式地道風(fēng)系統(tǒng)埋管深度為5-8m(夏季時(shí)該深度土壤層溫度約為20℃)，所述的埋管在施工時(shí)需設(shè)置3-5°的坡度，并在地道垂直彎管處設(shè)置排水槽；所述的排水槽焊接直徑為30mm排水管，排水管連接地面上的自吸式抽水泵；所述的閉式地道風(fēng)管出風(fēng)口設(shè)置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)空腔內(nèi)，且出風(fēng)管路垂直部分設(shè)置保溫結(jié)構(gòu)，室外管道同樣設(shè)置外保溫結(jié)構(gòu)，所述的外保溫結(jié)構(gòu)采用難燃B1級(jí)聚氨酯泡沫板保溫，泡沫外層設(shè)置鋁箔隔熱結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述的開式新風(fēng)系統(tǒng)埋管深度約為1-2m，夏季時(shí)該深度土壤層溫度約為26℃，該溫度一般高于夏季空氣的露點(diǎn)溫度，因此室外空氣經(jīng)過管道降溫后不會(huì)發(fā)生發(fā)霉結(jié)露問題。出風(fēng)管路垂直部分設(shè)置保溫結(jié)構(gòu)，所述的新風(fēng)系統(tǒng)的入風(fēng)口處設(shè)置中效空氣過濾器。

進(jìn)一步地，所述的圍護(hù)結(jié)構(gòu)輻射板系統(tǒng)設(shè)置于側(cè)墻體及天花板，所述的側(cè)墻體和天花板均設(shè)置有空腔，其中側(cè)墻體空腔位于墻體的兩側(cè)，其寬度為50cm，厚度為8cm-10cm；天花板空腔面積覆蓋整個(gè)天花板，其厚度為8cm-10cm；所述的空腔內(nèi)設(shè)置有相變蓄能系統(tǒng)，相變蓄能系統(tǒng)內(nèi)部和空氣腔內(nèi)均設(shè)有溫度傳感器。

進(jìn)一步地，所述的空腔的靠外側(cè)設(shè)置3cm厚度的XPS保溫板，靠?jī)?nèi)側(cè)布置相變蓄能模塊，相變蓄能模塊固定在輻射板上；所述的輻射板材質(zhì)為金屬鋁板。

進(jìn)一步地，所述的室內(nèi)回風(fēng)對(duì)流系統(tǒng)設(shè)置于天花板空腔內(nèi)，所述的空腔內(nèi)設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和回風(fēng)口，所述的進(jìn)口處及出口處分別設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥。回風(fēng)口、天花板內(nèi)空氣腔、出風(fēng)口和室內(nèi)空間共同構(gòu)成室內(nèi)空氣循環(huán)回路。

進(jìn)一步地，所述的吊頂式輻射板表面等間距地開有微槽道，輻射板邊緣處設(shè)有凝水槽。所述的微槽道的開槽深度從中央向邊緣處逐漸降低。

進(jìn)一步地，所述的相變蓄能系統(tǒng)是由封裝容器及相變材料組成，所述的封裝容器材料采用鋁合金，其厚度為1cm-2cm，長(zhǎng)度為40m-60cm，寬度為30cm-50cm；所述的鋁合金容器外部一端設(shè)置凹槽，內(nèi)部設(shè)置翅片；所述的相變材料采用有機(jī)石蠟，相變溫度約為21℃，所述的相變材料內(nèi)加入5％-10％的石墨烯。所述天花板相變蓄能系統(tǒng)的封裝容器間設(shè)置5cm-10cm的間隙，構(gòu)成微型風(fēng)道。

進(jìn)一步地，所述的控制系統(tǒng)是由空腔內(nèi)的溫度傳感器、相變材料內(nèi)部的溫度傳感器、室內(nèi)的溫度傳感設(shè)備、風(fēng)速控制設(shè)備及系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和各風(fēng)閥共同組成的。

由上述發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的雙埋管地道風(fēng)與蓄熱空調(diào)耦合系統(tǒng)，其有益效果在于：

通過閉式地道風(fēng)管路和開式新風(fēng)管路構(gòu)成的雙埋管地道風(fēng)系統(tǒng)，一方面避免了常規(guī)地道風(fēng)系統(tǒng)將夏季凝露引起的發(fā)霉和病菌滋生引入室內(nèi)，提高了室內(nèi)環(huán)境的空氣品質(zhì)，另一方面避免了開窗通風(fēng)帶來的額外冷負(fù)荷，降低了空調(diào)系統(tǒng)能耗。圍護(hù)結(jié)構(gòu)輻射板系統(tǒng)與相變蓄能系統(tǒng)的結(jié)合，使得室內(nèi)無需供冷時(shí)，土壤內(nèi)的冷量得以儲(chǔ)存，提高能源利用效率，為系統(tǒng)不同運(yùn)行模式下土壤冷量的儲(chǔ)存和釋放提供了條件。此外，室內(nèi)回風(fēng)對(duì)流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)輻射制冷的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了空調(diào)系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)的換熱能力，同時(shí)對(duì)流和輻射相結(jié)合的方式也提高了室內(nèi)的舒適性。控制系統(tǒng)則控制各系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行，通過對(duì)各風(fēng)閥、風(fēng)機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行模式間的自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能源利用效率和室內(nèi)舒適度的最大化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的雙埋管地道風(fēng)與蓄熱空調(diào)耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為天花板蓄能腔俯視圖

圖3為墻體蓄能腔側(cè)視圖

圖4為墻體、天花板空腔剖面圖；

圖5為吊頂式輻射板結(jié)構(gòu)圖；

圖6為墻體輻射板結(jié)構(gòu)圖；

圖7為墻體輻射板俯視圖；

圖中：1-閉式地道風(fēng)室外管段，2-自吸式抽水泵，3-排水管，4-排水槽，5-閉式地道風(fēng)換熱埋管，6-新風(fēng)換熱埋管，7-空腔進(jìn)口風(fēng)閥，8-室內(nèi)空氣腔，9-相變蓄能模塊，10-輻射板，11-XPS保溫板，12-墻體，13-新風(fēng)管道外保溫，14-室外新風(fēng)管段，15-新風(fēng)風(fēng)機(jī)，16-回風(fēng)閥，17-回風(fēng)口，18-天花板，19-循環(huán)風(fēng)機(jī)，20-出風(fēng)閥，21-出風(fēng)口，22-空腔出口風(fēng)閥，23-閉式地道風(fēng)管道外保溫，24-窗戶，25-室內(nèi)新風(fēng)口，26-微風(fēng)道，27-輻射板微槽道，28-凝水槽，29-翅片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。

圖1是本發(fā)明的雙埋管地道風(fēng)與蓄熱空調(diào)耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上主要包括閉式地道風(fēng)系統(tǒng)、開式新風(fēng)系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)輻射板系統(tǒng)、相變蓄能系統(tǒng)和室內(nèi)回風(fēng)對(duì)流系統(tǒng)。

所述閉式地道風(fēng)系統(tǒng)主要由閉式地道風(fēng)室外管段1、換熱埋管5、室內(nèi)空氣腔8、循環(huán)風(fēng)機(jī)19和管道外保溫23構(gòu)成閉合回路。其中換熱埋管5深度約為5-8m，夏季時(shí)該深度土壤層溫度約為20℃，該溫度一般高于夏季空氣的露點(diǎn)溫度，因此室外空氣經(jīng)過管道降溫后不會(huì)發(fā)生發(fā)霉結(jié)露問題。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，循環(huán)風(fēng)機(jī)19開啟。閉式地道風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)空氣循環(huán)流動(dòng)，通過換熱埋管5的作用將土壤冷量轉(zhuǎn)移至室內(nèi)空腔8后，再依次傳遞至相變蓄能模塊9和輻射板10。最終安裝于墻體和天花板的輻射板以輻射的形式為室內(nèi)提供冷量。

所述開式新風(fēng)系統(tǒng)主要由新風(fēng)換熱埋管6、室外新風(fēng)管段14、新風(fēng)風(fēng)機(jī)15、室內(nèi)新風(fēng)口25和管道外保溫結(jié)構(gòu)13構(gòu)成。運(yùn)行時(shí)由新風(fēng)風(fēng)機(jī)15引入室外空氣，經(jīng)新風(fēng)換熱埋管6得到預(yù)冷后通過室內(nèi)新風(fēng)口25送入室內(nèi)環(huán)境。由于新風(fēng)換熱埋管6深度僅為1-2m(夏季時(shí)該深度土壤層溫度約26℃，高于室外空氣露點(diǎn))。

所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)輻射板系統(tǒng)和相變蓄能系統(tǒng)主要由室內(nèi)空氣腔8、相變蓄能模塊9、輻射板10、XPS保溫板11、墻體12、天花板18構(gòu)成。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，閉式地道風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)空氣流經(jīng)室內(nèi)空氣腔8，相變蓄能模塊9內(nèi)的相變材料達(dá)到相變溫度后發(fā)生相變并吸收空氣內(nèi)的冷量，通過這一過程將土壤冷量?jī)?chǔ)存在相變蓄能模塊內(nèi)。

所述室內(nèi)回風(fēng)對(duì)流系統(tǒng)主要由室內(nèi)回風(fēng)閥16、回風(fēng)口17、天花板空氣腔8、微風(fēng)道26、循環(huán)風(fēng)機(jī)19、出風(fēng)閥20、出風(fēng)口21構(gòu)成。當(dāng)室內(nèi)冷負(fù)荷增大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)輻射板系統(tǒng)無法滿足需求時(shí)，該系統(tǒng)開始運(yùn)行。相變蓄能系統(tǒng)完成全部充能時(shí)，室內(nèi)空腔進(jìn)口風(fēng)閥7和室內(nèi)空腔出口風(fēng)閥22關(guān)閉，回風(fēng)閥16和出風(fēng)閥20開啟，循環(huán)風(fēng)機(jī)19將室內(nèi)空氣通過回風(fēng)口17引入天花板空氣腔8。室內(nèi)空氣通過對(duì)流的方式與相變蓄能模塊9內(nèi)的相變材料直接換熱，再經(jīng)過出風(fēng)口21回到室內(nèi)，構(gòu)成室內(nèi)循環(huán)回路并為室內(nèi)環(huán)境提供冷量。

所述輻射板采用疏導(dǎo)結(jié)露設(shè)計(jì)，具體結(jié)構(gòu)為：

對(duì)于吊頂式輻射板，在其表面等間距地開微槽道27，微槽道27的開槽深度由中央向邊緣處逐漸降低。冷凝水在毛細(xì)作用下首先積聚到微槽道內(nèi)部，再利用微槽道內(nèi)表面坡度的引流作用，把冷凝水疏導(dǎo)至輻射板邊緣處的凝水槽28，集中回收。

對(duì)于墻壁式輻射板，只需在輻射板表面豎直方向等間距地開微槽道27即可。當(dāng)輻射板表面出現(xiàn)凝露現(xiàn)象時(shí)，冷凝水首先積聚到微槽道內(nèi)部，然后利用本身的重力作用就可以留到墻壁式輻射板下方處的凝水槽28，集中回收。

本實(shí)施例的具體運(yùn)行模式是：

相變蓄能及輻射制冷過程：

室內(nèi)空腔進(jìn)口風(fēng)閥7和室內(nèi)空腔出口風(fēng)閥22打開，回風(fēng)閥16和出風(fēng)閥20關(guān)閉。循環(huán)風(fēng)機(jī)19開啟，閉式地道風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行，將土壤冷量?jī)?chǔ)存于相變蓄能系統(tǒng)內(nèi)。與此同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)輻射板系統(tǒng)運(yùn)行，輻射板通過冷輻射作用向室內(nèi)環(huán)境提供冷量。

室內(nèi)回風(fēng)對(duì)流+輻射制冷過程：

當(dāng)相變材料內(nèi)各處的溫度傳感器均顯示相變溫度，即相變材料全部完成相變時(shí)，控制系統(tǒng)關(guān)閉室內(nèi)空腔進(jìn)口風(fēng)閥7和室內(nèi)空腔出口風(fēng)閥22，開啟回風(fēng)閥16和出風(fēng)閥20，室內(nèi)回風(fēng)對(duì)流系統(tǒng)開始運(yùn)行，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)輻射作用的基礎(chǔ)上，通過直接對(duì)流的方式進(jìn)一步地為室內(nèi)輸送冷量。根據(jù)室內(nèi)溫度傳感器，控制系統(tǒng)通過循環(huán)風(fēng)機(jī)3控制室內(nèi)循環(huán)風(fēng)量，使得室內(nèi)溫度穩(wěn)定在合適范圍內(nèi)。

新風(fēng)過程：

當(dāng)室內(nèi)存在新風(fēng)需求時(shí)，控制系統(tǒng)開啟新風(fēng)風(fēng)機(jī)15，引入室外空氣并通過新風(fēng)埋管與土壤冷源換熱，將空氣預(yù)冷后送入室內(nèi)空間。當(dāng)室內(nèi)出現(xiàn)人數(shù)變化或無人時(shí)，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)新風(fēng)風(fēng)機(jī)15的風(fēng)量或關(guān)閉風(fēng)機(jī)，以適應(yīng)室內(nèi)新風(fēng)需求量的變化。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。