專利名稱：一種利用溶洞空氣調(diào)節(jié)城市溫度的方法及其配套系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城市制冷工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空調(diào)系統(tǒng)消耗大量的能源。工業(yè)發(fā)達(dá)國家空調(diào)所耗的能量約占總耗能量的三分之一，如美國和日本；如果加上冬季空調(diào)的耗費(fèi)，有的甚至達(dá)到總耗能量的45%，如瑞典。夏季，常規(guī)空調(diào)耗費(fèi)的能量，大部分用于冷源耗能，小部分用于動力耗能?？照{(diào)耗費(fèi)的能源最后都生成廢熱，進(jìn)一步提高城市環(huán)境的溫度。聯(lián)合國氣候變化專門委員會(IPCC)公布了第四次評估報告，在21世紀(jì)，隨著人為制作的變暖，會導(dǎo)致夏天極熱，冬天極冷的厄爾尼諾現(xiàn)象，而且地球表面的氣溫還會不斷地升高，甚至不可逆轉(zhuǎn)，受這種氣候的影響，未來的建筑需要耗費(fèi)大量的能源，排放更多的二氧化碳，來滿足人體舒適度的需要。作城市區(qū)域空調(diào)冷源系統(tǒng)，現(xiàn)行的有兩種第一種是利用巖石圈為冷源的地埋管與地源熱泵空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，第二種是利用水圈為冷源的城市區(qū)域空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但這兩種系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)①地埋管與地源熱泵空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)是通過地埋水管與與地源熱，在巖石圈進(jìn)行熱交換后，形成一個城市與巖石圈的循環(huán)系統(tǒng)，因此巖石層的結(jié)構(gòu)分布，溫度分布，地下水溫度，徑流方向和流速決定了該系統(tǒng)是否可行性和經(jīng)濟(jì)的投入，而且地埋水管一旦泄漏會造成地下水源的污染，地埋管與地源熱泵空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)只能調(diào)節(jié)城市建筑室內(nèi)的空氣，而無法凈化室內(nèi)的空氣的大氣污染物質(zhì)(TSP)。②利用水圈為冷源的城市區(qū)域空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是在不同的深度設(shè)置伸入海中的汲水口，大徑量抽取溫度足夠低的次表層海水，經(jīng)前處理工序后，由絕熱的通道輸入城市的。海水的循環(huán)冷卻技術(shù)，由于嚴(yán)重的腐蝕、結(jié)垢、污損生物附著和鹽沉積，推廣應(yīng)用存在較大難度，而且也是只能調(diào)節(jié)城市建筑室內(nèi)的空氣，而無法凈化室內(nèi)的空氣的大氣污染物質(zhì)(TSP )。上述①、②說明了它們的技術(shù)系統(tǒng)是引入大氣圈空氣進(jìn)入城市建筑室內(nèi)的基礎(chǔ)上，改善城市建筑室內(nèi)環(huán)境而設(shè)計的，只能算一種改善熱工的環(huán)保系統(tǒng)，不能徹底的凈化大氣圈的空氣或者作為低功耗節(jié)能系統(tǒng)來使用，由于兩個系統(tǒng)的技術(shù)缺陷，導(dǎo)致了它們無法應(yīng)對氣溫不斷升高的21世紀(jì)氣候變化和城市大規(guī)模的使用。溶洞存在于喀斯特巖溶地區(qū)，中國有世界上最大的喀斯特巖溶連續(xù)帶，發(fā)育了地球上最多的喀斯特溶洞群，由于碳酸鹽溶洞在地下，那里沒有太陽直接輻射和天空散射輻射的變化，所以洞穴氣候與洞穴外部氣候有實(shí)質(zhì)性的差別。洞穴外部氣候?qū)儆诖髿馊?，洞穴氣候?qū)儆趲r石圈，巖石圈的溫度受大氣圈溫度影響較小，所以溶洞空氣溫度和濕度穩(wěn)定，而且洞穴里形成的次生碳酸鹽(石鐘乳、石筍、石柱)對大氣的污染物(TSP)有凈化的作用，因此溶洞空氣純度高，還彌漫著有助于健康的負(fù)電荷微粒，屬于可再生的巖石圈能源，因此可以利用機(jī)械排風(fēng)的方式，將熱舒適度好，空氣品質(zhì)高的溶洞風(fēng)，引入到城市建筑中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題針對現(xiàn)在的城市空調(diào)系統(tǒng)存在的耗能大、破壞大氣溫度的問題，提供了一種將溶洞中空氣引入到建筑中調(diào)節(jié)溫度的方法和裝置。本發(fā)明技術(shù)方案
一種利用溶洞空氣調(diào)節(jié)城市空氣的方法在喀斯特溶洞的上方地域范圍內(nèi)修建城市，從溶洞中抽取溶洞空氣，溶洞空氣經(jīng)溶洞空氣過濾除濕處理裝置處理工序后，由絕熱的通道輸入城市絕熱溶洞空氣總庫，然后再經(jīng)地面溶洞空氣分流泵，分別輸送到分布在各處的溶洞空氣分庫與建筑物使用單元，吸取建筑物內(nèi)環(huán)境的熱量后，進(jìn)入大氣層。一種用于實(shí)施上述方法的城市整體空調(diào)系統(tǒng)，包括地下溶洞空氣抽風(fēng)泵，地下溶洞空氣抽風(fēng)泵和溶洞空氣過濾除濕處理裝置連接，溶洞空氣過濾除濕處理裝置和城市絕熱溶洞空氣總庫連接，城市絕熱溶洞空氣總庫通過地面溶洞空氣分流泵分別和民用建筑溶洞空氣分庫、公共建筑溶洞空氣分庫、工業(yè)溶洞空氣分庫連接，各空氣分庫和各建筑中的使用設(shè)備連接。地下溶洞空氣抽風(fēng)泵安裝在溶洞中。本發(fā)明有益效果
溶洞存在于喀斯特巖溶地區(qū)，中國有世界上最大的喀斯特巖溶連續(xù)帶，發(fā)育了地球上最多的喀斯特溶洞群，由于碳酸鹽溶洞在地下，那里沒有太陽直接輻射和天空散射輻射的變化，所以洞穴氣候與洞穴外部氣候有實(shí)質(zhì)性的差別。洞穴外部氣候?qū)儆诖髿馊Γ囱夂驅(qū)儆趲r石圈，巖石圈的溫度受大氣圈溫度影響較小，所以溶洞空氣溫度和濕度穩(wěn)定，而且洞穴里形成的次生碳酸鹽(石鐘乳、石筍、石柱)對大氣的污染物(TSP)有凈化的作用，因此溶洞空氣純度高，還彌漫著有助于健康的負(fù)電荷微粒，屬于可再生的巖石圈能源。據(jù)中國洞穴數(shù)據(jù)庫的報道，在中國喀斯特地區(qū)，溶洞總數(shù)在50萬個以上，每一平方公里就有0. 8組溶洞群，開發(fā)前景十分可觀，對于氣溫不斷升高的大氣圈來說，溶洞處于一個相對恒溫或恒濕環(huán)境，溶洞氣候舒適度較好，對于被不斷污染的大氣圈空氣來說，利用機(jī)械排風(fēng)的方式，將熱舒適度好，空氣品質(zhì)高的溶洞風(fēng)，引入到城市建筑中，具有以下的潛力
I、溶洞的空氣是凈化的這是因?yàn)槎囱ɡ镄纬傻拇紊妓猁}(石鐘乳、石筍、石柱)對大氣的污染物(TSP)有凈化的作用，大氣的污染物質(zhì)(TSP)遇見次生碳酸鹽液體介質(zhì)時，污染物(TSP)被液膜加濕后凝聚。同時次生碳酸鹽也形成液沖洗了污染物(TSP)。2、溶洞空氣溫度和濕度是穩(wěn)定的溶洞的空氣是運(yùn)動和替換的溶洞的形成喀斯特地域的地質(zhì)成分碳酸鹽有關(guān)，碳酸鹽被溶解往往形成一個溶洞群系統(tǒng)，只有一個進(jìn)口的溶洞幾乎沒有，如果溶洞由兩個或兩個以上進(jìn)口，就會形成高度差，造成洞穴內(nèi)外氣溫和氣柱壓力之不同，從而在低進(jìn)口處形成氣壓差，并形成相應(yīng)的洞穴氣流，不斷與洞外空氣進(jìn)行交換。通常在冬季空氣從低進(jìn)口流入；而夏季與冬季正好相反，就種現(xiàn)象叫“煙囪效應(yīng)”。只要存在洞內(nèi)外的空氣環(huán)流，洞穴內(nèi)部的溫度和濕度就可以產(chǎn)生變化，但只要洞穴有足夠的長度，那么溫度與濕度就會向深處改變，直達(dá)常年溫度不變帶和濕度飽和帶。由于采用上述的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，不需要使用太多的能源，就可實(shí)現(xiàn)城市的使用單元空氣交換，因此能有效的節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，減緩電網(wǎng)壓力，本發(fā)明為具有碳酸鹽溶洞的喀斯特地區(qū)提供清潔廉價的供冷源，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明的方法簡單，所采用的裝置成本低廉，而且利用喀斯特溶洞空氣，作為天然冷熱源來構(gòu)筑城市大空調(diào)系統(tǒng)的先例，更是前所未見。


圖1為本發(fā)明示意圖。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例貴州省86個縣(市)中，就有69個屬于喀斯特石山縣’，是世界上最大的喀斯特連續(xù)帶，碳酸鹽巖石出露面積達(dá)130000平方公里，每一平方公里有0. 8個溶洞，這些溶洞幾乎處于巖石圈恒溫層范圍內(nèi)，珠聯(lián)璧合，形成許許多多的溶洞群，這些溶洞群長度之和相當(dāng)于一條黃河，溶洞構(gòu)成了一個157000000m 喀斯特恒溫層氣候空間，是最合適實(shí)施本發(fā)明的地區(qū)。洞穴空氣交換熱量有下列幾種方式〉傳導(dǎo)、輻射、對流、亂流、蒸發(fā)和凝結(jié)。只要空氣進(jìn)入溶洞的距離為X =X=IOOcj512V0-2, 為通道平均直徑(米)，V是截面空氣平均流速，那么空氣就是恒溫和恒濕的，只要溶洞有足夠的長度，空氣就能保持常年溫度和濕度不變帶。貴州喀斯特溶洞空氣是一種低溫度，高濕度純度好的舒適度空氣，溶洞的恒溫為20° C左右，恒濕度為50% -105%。貴州的許多城鎮(zhèn)地下或周邊都有溶洞，可以利用這些溶洞來實(shí)施本發(fā)明，如圖1所示，本發(fā)明包括溶洞I、地下溶洞空氣抽風(fēng)泵2、溶洞空氣過濾除濕處理裝置3、城市絕熱溶洞空氣總庫4、溶洞空氣分流泵5、民用建筑溶洞空氣分庫6及其使用單元、公共建筑溶洞
空氣分庫7及其使用單元、工業(yè)溶洞空氣分庫8及其使用單元、大氣層9。地下溶洞空氣抽風(fēng)泵2的進(jìn)口與溶洞I相通，地下溶洞空氣抽風(fēng)泵2出口通過絕熱管與溶洞空氣過濾除濕處理裝置3的進(jìn)口相通。溶洞空氣過濾除濕處理裝置3的出口通過絕熱管與城市絕熱溶洞空氣總庫4的進(jìn)口相通。城市絕熱溶洞空氣總庫4的出口通過絕熱管與地面的溶洞空氣分流泵5的進(jìn)口相通。溶洞空氣分流泵5分別通過絕熱管與民用建筑溶洞空氣分庫6、公共建筑溶洞空氣分庫7、工業(yè)溶洞空氣分庫8的進(jìn)口相通。各個分庫中的溶洞空氣經(jīng)過管道和輸送裝置進(jìn)入各個對應(yīng)建筑物中的使用單元使用后排入大氣層9。
權(quán)利要求
1.一種利用溶洞空氣調(diào)節(jié)城市溫度的方法，其特征在于在喀斯特溶洞的上方地域范圍內(nèi)修建城市，從溶洞中抽取溶洞空氣，溶洞空氣經(jīng)溶洞空氣過濾除濕處理裝置處理工序后，由絕熱的通道輸入城市絕熱溶洞空氣總庫，然后再經(jīng)地面溶洞空氣分流泵，分別輸送到分布在各處的溶洞空氣分庫與建筑物使用單元，吸取建筑物內(nèi)環(huán)境的熱量后，進(jìn)入大氣層。
2.一種實(shí)施權(quán)利要求I所述方法的城市整體空調(diào)系統(tǒng)，包括地下溶洞空氣抽風(fēng)泵(2)，其特征在于地下溶洞空氣抽風(fēng)泵(2)和溶洞空氣過濾除濕處理裝置(3)連接，溶洞空氣過濾除濕處理裝置(3)和城市絕熱溶洞空氣總庫(4)連接，城市溶洞絕熱空氣總庫(4)通過地面溶洞空氣分流泵(5)分別和民用建筑溶洞空氣分庫(6)、公共建筑溶洞空氣分庫(7)、工業(yè)溶洞空氣分庫(8 )連接，各分庫和各建筑中的使用設(shè)備連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市整體空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于地下溶洞空氣抽風(fēng)泵(2)安裝在溶洞(I)中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用溶洞空氣調(diào)節(jié)城市空氣的方法及其配套裝置，在喀斯特溶洞的上方地域范圍內(nèi)修建城市，從溶洞中抽取溶洞空氣，經(jīng)溶洞空氣過濾除濕處理裝置處理工序，由絕熱的通道輸入城市絕熱溶洞空氣總庫，然后再經(jīng)地面溶洞空氣分流泵，分別輸送到分布在各處的溶洞空氣分庫與建筑物使用單元，吸取建筑物內(nèi)環(huán)境的熱量后，進(jìn)入大氣層。本發(fā)明利用機(jī)械排風(fēng)的方式，將熱舒適度好，空氣品質(zhì)高的溶洞風(fēng)，引入到城市建筑中調(diào)節(jié)建筑中的溫度，并改善空氣質(zhì)量，對環(huán)境幾乎沒有污染。
文檔編號F24F5/00GK102980261SQ20121050964
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者王紅 申請人:貴州大學(xué)