專利名稱：基于太陽(yáng)能發(fā)電的土壤源直冷環(huán)?？照{(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于太陽(yáng)能電池發(fā)電的土壤源空調(diào)系統(tǒng)，尤其是指利用地下土壤 恒溫環(huán)境直接對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，此系統(tǒng)無(wú)需外來(lái)電源，而采用太 陽(yáng)能作為能源，是一種環(huán)保綠色的節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。 背景技術(shù)：
目前，利用土壤恒溫原理進(jìn)行室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)的方法有兩類一類是直接利用地下 水進(jìn)行室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)；另一類是通過(guò)管道內(nèi)水與土壤進(jìn)行熱交換進(jìn)行室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)。但是 這些方法用到的水泵、風(fēng)機(jī)等的驅(qū)動(dòng)需要使用外來(lái)電，發(fā)生電能的消耗。本空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)土 壤源空調(diào)耗電量小、太陽(yáng)能清潔永久的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用太陽(yáng)能發(fā)電，為空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行提供所 需的小能耗，達(dá)到完全的綠色空調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于太陽(yáng)能電池供電的土壤源直冷空調(diào)系統(tǒng)。利用地 下土壤溫度環(huán)境基本為恒溫的這一特點(diǎn)，將循環(huán)水通過(guò)地埋管換熱器與土壤進(jìn)行熱交換， 變成冷卻水，室內(nèi)空氣再與冷卻水進(jìn)行熱交換后達(dá)到適宜于設(shè)備正常運(yùn)行的溫度。由于一 個(gè)好的空調(diào)系統(tǒng)耗電只有200W 400W，只需4m2太陽(yáng)能板產(chǎn)生的電能就完全能滿足耗電和 儲(chǔ)電的要求，無(wú)需外來(lái)電源，并且太陽(yáng)能電池壽命長(zhǎng)，只要太陽(yáng)存在，太陽(yáng)能電池就可以一 次投資而長(zhǎng)期使用，從而實(shí)現(xiàn)真正的綠色環(huán)保節(jié)能目的。如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)主要有3部分組成制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)分兩部分水循環(huán)和空氣循環(huán)。水循環(huán)由循環(huán)水泵、U型管地埋換熱器組 成。主要功能是通過(guò)管道內(nèi)的水將熱量傳遞給地下土壤，使降低管道內(nèi)水變成低溫流回?fù)Q 熱器。空氣循環(huán)主要由風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)盤(pán)管組成。主要功能是將室內(nèi)空氣與循環(huán)水進(jìn)行熱交換， 使室內(nèi)空氣達(dá)到適宜的溫度。控制系統(tǒng)由智能控制盒和測(cè)溫單元組成。主要功能是監(jiān)測(cè)溫度，通過(guò)智能控制盒 啟動(dòng)或關(guān)閉風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵，并根據(jù)需求上傳、記錄實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。所述的測(cè)溫單元由室內(nèi) 測(cè)溫電阻和水溫電阻組成。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能控制器、蓄電池組成。主要功能是將太陽(yáng) 輻射能轉(zhuǎn)化為電能，為設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)提供能源動(dòng)力。如圖1所示，水循環(huán)系統(tǒng)A內(nèi)水的流動(dòng)是靠循環(huán)水泵6提供動(dòng)力，循環(huán)水泵6可以 放在室內(nèi)，也可放在室外。在整個(gè)制冷系統(tǒng)中，U型管地埋換熱器7與循環(huán)水泵6和風(fēng)機(jī)盤(pán) 管4連接形成一個(gè)封閉水系統(tǒng)，封閉水系統(tǒng)中循環(huán)水泵6的驅(qū)動(dòng)指令來(lái)源于智能控制盒1。 風(fēng)機(jī)盤(pán)管4是把U型管地埋換熱器7內(nèi)的冷量傳遞給室內(nèi)空氣的主要換熱部件，熱交換方 式是通過(guò)風(fēng)機(jī)3將室內(nèi)熱空氣吹向風(fēng)機(jī)盤(pán)管4，使熱空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管4時(shí)吸收冷量，變成 冷空氣再流入室內(nèi)。為了獲取最大制冷效果，風(fēng)機(jī)3應(yīng)盡可能靠近風(fēng)機(jī)盤(pán)管4。同樣，其驅(qū)動(dòng)指令也來(lái)源于智能控制盒1。室內(nèi)測(cè)溫電阻2和水溫電阻5與智能控制盒1通過(guò)電阻線連接，智能控制盒1測(cè)試到溫度后，根據(jù)控制邏輯運(yùn)算得到輸出控制信號(hào)。智能控制盒1輸 出的信號(hào)通過(guò)繼電器控制接觸器的開(kāi)合給風(fēng)機(jī)3和循環(huán)水泵6提供電源，以此來(lái)控制風(fēng)機(jī) 3和循環(huán)水泵6啟停。發(fā)明智能控制盒1可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝的實(shí)際需要，隨意擺放位置。U型管地埋換熱器是本系統(tǒng)利用地下恒溫環(huán)境的主要部件，水在流經(jīng)U型管地埋 換熱器的同時(shí)通過(guò)管道壁面與地下土壤進(jìn)行熱交換，在夏季需制冷時(shí)，水將高溫傳遞給土 壤，變成冷卻水。風(fēng)機(jī)盤(pán)管是本系統(tǒng)利用冷卻水將室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)到適宜溫度的主要部件，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 使空氣流動(dòng)，空氣流過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管發(fā)生熱交換，達(dá)到適宜設(shè)備運(yùn)行的正常溫度。 該控制系統(tǒng)是通過(guò)智能控制盒控制風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵的開(kāi)啟與關(guān)閉。所述的測(cè)溫單元是測(cè)溫電阻，具體為室內(nèi)測(cè)溫電阻和循環(huán)水溫電阻。測(cè)溫單元也 可為測(cè)溫電偶或其他測(cè)溫元件。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)D為整個(gè)系統(tǒng)供電。由太陽(yáng)能電池板8將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為電 能，經(jīng)太陽(yáng)能控制器9對(duì)所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往交流負(fù) 載A和B，另一方面把多余的能量送往蓄電池10組儲(chǔ)存?zhèn)溆?。控制?的作用是控制整個(gè) 系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起過(guò)充電和過(guò)放電保護(hù)。蓄電池組的任務(wù)是貯能，以便在夜間 或陰雨天保證負(fù)載用電。本系統(tǒng)所有負(fù)荷直接采用直流供電，直接利用太陽(yáng)能所轉(zhuǎn)化的電 能，減少消耗。本發(fā)明是一種基于太陽(yáng)能電池供電的土壤源直冷空調(diào)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)及功效為利 用地下土壤的恒定溫度環(huán)境對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，整個(gè)系統(tǒng)采用太陽(yáng)能電池供電，沒(méi) 有耗電量，且不受季節(jié)和地域限制；同時(shí)本制冷系統(tǒng)采用封閉水循環(huán)方式，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境 和地下水資源造成污染和損害，具有很好的環(huán)保能力。


圖1.本發(fā)明土壤源直冷空調(diào)系統(tǒng)示意圖1.智能控制盒2.室內(nèi)測(cè)溫電阻3.風(fēng)機(jī)4.風(fēng)機(jī)盤(pán)管5.水溫電阻6.循環(huán)水泵7. U型管地埋換熱器8.太陽(yáng)電池板9.太陽(yáng)能控制器10.蓄電池A.水循環(huán)系統(tǒng)B.空氣循環(huán)系統(tǒng)C.控制系統(tǒng)D.太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明如何利用地下恒溫環(huán)境進(jìn)行室內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)作進(jìn)一步 的說(shuō)明本發(fā)明是一種土壤源直冷空調(diào)系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)主要由3部分組成制冷 系統(tǒng)(水循環(huán)系統(tǒng)A、空氣循環(huán)系統(tǒng)B)、控制系統(tǒng)C和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)D。水循環(huán)系統(tǒng)A主 要作用是獲取地下土壤的恒溫環(huán)境。如圖1所示，U型管地埋換熱器7被垂直埋到地下土 壤中，深達(dá)100多米。通常情況下，地下10米深后，土壤溫度受到地面環(huán)境溫度的影響已經(jīng)很小，可以認(rèn)為地下土壤層的溫度基本保持為恒溫狀態(tài)。本系統(tǒng)就是根據(jù)這一恒溫原理，利用地埋換熱器內(nèi)循環(huán)水與土壤進(jìn)行熱交換，得到冷卻水，對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。循環(huán)水 泵6將水抽入U(xiǎn)型管地埋換熱器7，通過(guò)管道壁面與土壤進(jìn)行熱交換，變成冷卻水流回風(fēng)機(jī) 盤(pán)管4，然后與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換，最后流回循環(huán)水泵6，從而實(shí)現(xiàn)提取地下恒溫環(huán)境，對(duì) 室內(nèi)空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)?？諝庋h(huán)系統(tǒng)B主要功能是使室內(nèi)空氣達(dá)到適宜于電子設(shè)備正常 運(yùn)行的溫度。如圖1所示，風(fēng)機(jī)3將室內(nèi)空氣吹向風(fēng)機(jī)盤(pán)管4，使室內(nèi)空氣與風(fēng)機(jī)盤(pán)管4進(jìn) 行熱交換，達(dá)到適宜于電子設(shè)備正常運(yùn)行的溫度?？刂葡到y(tǒng)C的主要功能是控制風(fēng)機(jī)3和 循環(huán)水泵6關(guān)閉、開(kāi)啟和上傳、記錄實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。如圖1所示，由室內(nèi)測(cè)溫電阻2和水溫 電阻5監(jiān)測(cè)到室內(nèi)空氣溫度和循環(huán)水溫，智能控制盒1根據(jù)要求判斷室內(nèi)溫度是否達(dá)到設(shè) 定溫度范圍。當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度范圍，符合開(kāi)機(jī)條件，智能控制盒1會(huì)發(fā)出指令開(kāi)啟 風(fēng)機(jī)3和循環(huán)水泵6 ；當(dāng)室內(nèi)溫度在設(shè)定溫度范圍之內(nèi)，不符合開(kāi)機(jī)條件，智能控制盒1會(huì) 發(fā)出指令關(guān)閉風(fēng)機(jī)3和循環(huán)水泵6。根據(jù)上位機(jī)的要求，智能控制盒1會(huì)自動(dòng)上傳相關(guān)的監(jiān) 控和測(cè)試數(shù)據(jù)。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)D的主要功能是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源。如圖1所示，太陽(yáng) 能電池陣列8在太陽(yáng)光照射下輸出電能，太陽(yáng)能發(fā)電控制器9對(duì)所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控 制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面把多余的能量送往蓄電池 10儲(chǔ)存，當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器又把蓄電池10的電能送往負(fù)載。蓄電池 10充滿電后，控制器9要控制蓄電池不被過(guò)充。當(dāng)蓄電池10所儲(chǔ)存的電能放完時(shí)，控制器 9要控制蓄電池不被過(guò)放電，保護(hù)蓄電池。由于太陽(yáng)能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、 48VDC，因此負(fù)荷采用直流水泵和風(fēng)機(jī)，減少電能轉(zhuǎn)換時(shí)的消耗。本基于太陽(yáng)能發(fā)電的土壤源直冷空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)施步驟如下步驟一、打開(kāi)電源，智能控制盒1通過(guò)室內(nèi)測(cè)溫電阻2和水溫電阻5監(jiān)測(cè)得到室內(nèi) 空氣溫度和循環(huán)水溫。步驟二、如果室內(nèi)空氣溫度和水溫符合開(kāi)機(jī)條件，智能控制盒1開(kāi)啟風(fēng)機(jī)3和循環(huán) 水泵6電源，使室內(nèi)氣體和地埋管換熱器內(nèi)的水流動(dòng)起來(lái)進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)利用地下恒溫 環(huán)境進(jìn)行室內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)的目的。另外，智能控制盒1還可根據(jù)需求上傳、記錄實(shí)時(shí)溫度 數(shù)據(jù)。步驟三、如果室內(nèi)空氣溫度和循環(huán)水溫不符合開(kāi)機(jī)要求，智能控制盒1關(guān)閉風(fēng)機(jī)3 和循環(huán)水泵6，停止利用地下恒溫環(huán)境進(jìn)行室內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
一種基于太陽(yáng)能電池供電的土壤源直冷空調(diào)系統(tǒng)，包括3部分制冷系統(tǒng)(水循環(huán)系統(tǒng)、空氣循環(huán)系統(tǒng))、控制系統(tǒng)和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)；其特征在于水循環(huán)系統(tǒng)由U型管地埋換熱器、循環(huán)水泵組成，空氣循環(huán)系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)盤(pán)管組成，控制系統(tǒng)由智能控制盒和測(cè)溫單元組成，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、控制器和蓄電池組成；其中，U型管地埋換熱器與循環(huán)水泵和風(fēng)機(jī)盤(pán)管連接，智能控制盒通過(guò)電阻線與測(cè)溫單元連接；太陽(yáng)能電池板置于屋頂，控制器和蓄電池置于室內(nèi)；所述的U型管地埋換熱器是本系統(tǒng)利用地下恒溫環(huán)境的主要部件，水在流經(jīng)U型管地埋換熱器的同時(shí)通過(guò)管道壁面與地下土壤進(jìn)行熱交換，將高溫傳遞給土壤，變成冷卻水；所述的風(fēng)機(jī)盤(pán)管是本系統(tǒng)利用冷卻水將室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)到適宜溫度的主要部件，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使空氣流動(dòng)，空氣流過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管發(fā)生熱交換，達(dá)到適宜設(shè)備運(yùn)行的正常溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)是整個(gè)直冷空調(diào)的供 電系統(tǒng)，水泵和風(fēng)機(jī)直接利用太陽(yáng)能供電運(yùn)轉(zhuǎn)，不額外消耗電能，達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于太陽(yáng)能電池供電的土壤源直冷空調(diào)系統(tǒng)，包括制冷系統(tǒng)(水循環(huán)和空氣循環(huán))、控制系統(tǒng)和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)；其特征在于水循環(huán)由U型管地埋換熱器、循環(huán)水泵及連接附件組成，空氣循環(huán)由風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)盤(pán)管組成，控制系統(tǒng)由智能控制盒和測(cè)溫單元組成，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)由電池板、控制器和蓄電池組成；U型管地埋換熱器與循環(huán)水泵和風(fēng)機(jī)盤(pán)管連接形成封閉水系統(tǒng)，循環(huán)水泵由智能控制盒驅(qū)動(dòng)，風(fēng)機(jī)設(shè)置于風(fēng)機(jī)盤(pán)管附近，太陽(yáng)能電池板置于屋頂。本發(fā)明利用地下土壤恒溫環(huán)境調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度，利用太陽(yáng)能為整個(gè)系統(tǒng)供電，不消耗電量，不受季節(jié)和地域限制。同時(shí)本空調(diào)系統(tǒng)不利用地下水，不會(huì)對(duì)地下水資源產(chǎn)生污染，具有很好的環(huán)保能力。
文檔編號(hào)F24F5/00GK101832608SQ201010153778
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者丁立, 張春光, 王超 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)