專利名稱：一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱能利用，屬于淺層地表熱能的直接利用，特別是建筑的供暖、 制冷。
背景技術(shù)：
淺層地表熱能是溫度處于0 — 4 5度的地表水、地下水以及土壤中的能源， 如何有效的利用，現(xiàn)有的技術(shù)需要再利用傳統(tǒng)能源，將低品位能源進(jìn)行提升， 再將低品位能源加以利用，但是這種利用方式都需要消耗傳統(tǒng)能源，如各種地 源和水源熱泵技術(shù)，需要電能進(jìn)一步的補(bǔ)充，將其加以利用。
對于建筑物的溫度控制技術(shù)有很多種，現(xiàn)有技術(shù)主要采用消耗一種能源的 形式，來實(shí)現(xiàn)建筑的溫度控制，主要的消耗電能的壓縮制冷技術(shù)，以及后期發(fā) 展的消耗其他傳統(tǒng)能源的如燃?xì)庵评浼夹g(shù)，在其末端設(shè)備主要采用風(fēng)機(jī)盤管和 散熱器，以及目前也在采用的利用各種管道為終端設(shè)備的供暖以及制冷。太陽 能釆集技術(shù)的出現(xiàn)，也出現(xiàn)了各種吸收以及吸附式制冷技術(shù)，但是這些技術(shù)都 至少包含有一種制冷設(shè)備，需要消耗傳統(tǒng)的能源才能實(shí)現(xiàn)建筑物的溫度控制。
現(xiàn)有依靠空調(diào)制冷以及鍋爐供暖的系統(tǒng)，采暖供回水溫度取95/70,空調(diào) 冷凍水取7/12，空調(diào)熱水取60/50，由于空調(diào)是強(qiáng)制對流換熱，所以它不需要 在末端過大的溫差，暖氣采用95/70，原因是末端沒有強(qiáng)制對流，冷凍水必須 設(shè)定在機(jī)器露點(diǎn)以下，這就要求冷凍水一般要控制在12度之下。但是，水在0 度以下要結(jié)冰，所以設(shè)定低溫不能低于5度，人為規(guī)定了7/12度。因而在制冷 時僅有5度的溫差。在夏季工框下，室內(nèi)空氣溫度25度，則水和空氣的溫差為 15度左右。而冬季空氣溫度18度，水走60/50工況，水和空氣的溫差為37度 左右。所以不考慮濕工況可以認(rèn)為冬季的風(fēng)盤換熱能力幾乎是夏季的兩倍。因 此，從風(fēng)盤角度出發(fā)，最極端時水走30/25這樣的工況也是可行的。如果采用 傳統(tǒng)的鍋爐供熱，本身鍋爐的燃燒溫度在500-1500度左右，視不同的燃料而不 同。如果用近千度的煙氣來加熱40度左右的熱水，換熱效率太低，鍋爐的能力 大大浪費(fèi)，這是不經(jīng)濟(jì)的，因此通常按照60/50這樣的工況進(jìn)行設(shè)計。這是熱 水鍋爐的最低極限了，多數(shù)情況下還做不到，還要加換熱器。同時這樣的溫度 也可以防止水管和設(shè)備結(jié)垢?，F(xiàn)有系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管的末端的溫度差可以實(shí)現(xiàn)l 5 度的溫差制冷及供暖，但是由于熱源采用鍋爐和空調(diào)之間的差距，造成了目前
普遍采用高溫差進(jìn)行供暖，由于必須采用高溫的供暖因而出現(xiàn)了使用散熱器進(jìn)
行冬季供暖，實(shí)際上，如果采用風(fēng)機(jī)供暖，其換熱能力在l 5度溫差是可以進(jìn) 行供暖的，這樣如果按照國標(biāo)的要求室內(nèi)溫度達(dá)到1 8度，在冬季采用2 3度 的水即可以實(shí)現(xiàn)冬季的供暖，因而為利用可再生能源進(jìn)行直接的供暖提供了技 術(shù)的可能性。
隨著末端技術(shù)的發(fā)展，供暖和制冷需要的能源溫度與環(huán)境溫度的溫差越來 越小，如采用傳統(tǒng)的散熱器需要8 0 — 9 O度的熱源供暖，采用地板采暖技術(shù) 后，熱源的溫度可以降低到4 0 — 6 0度，后期出現(xiàn)的毛細(xì)管，其供曖溫度為 3 0 — 4 0度，其制冷溫度可以采用1 0 — 2 0度，而傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)盤管技術(shù)需 要5 —1 2度的冷源，才可能保證建筑物的制冷效果。這種末端技術(shù)的出現(xiàn)， 使得直接利用低品位熱能成為可能。在淺層地表熱能利用上，現(xiàn)有的垂直埋管 的深度為6 0 — 1 0 0米，這種深度適合于現(xiàn)有的熱泵技術(shù)，但是由于其溫度 基本處于l 5 — 2 O度的范圍，無法直接用于供暖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種淺層地表熱能熱源直接建筑供暖制冷系統(tǒng)，不 需要消耗傳統(tǒng)的能源，也不需要任何制冷機(jī)組，在該系統(tǒng)中沒有能源轉(zhuǎn)換設(shè)備， 就可以實(shí)現(xiàn)將淺層地表熱能直接利用于建筑供暖和制冷。該系統(tǒng)直接將適合的 淺層地表熱能直接輸送到末端實(shí)現(xiàn)淺層地表熱能的直接利用，也可以采用一個 換熱器與淺層地表熱能進(jìn)行換熱，然后利用 一種流體將熱能輸送到末端設(shè)備， 末端設(shè)備將熱能進(jìn)行釋放，從而實(shí)現(xiàn)淺層地表熱能的直接利用。
該系統(tǒng)采用與目標(biāo)溫度5 — 15度的溫差進(jìn)行供暖和制冷，夏季冷源為1 1 — 2 1度，冬季熱源為2 1 — 4 1度，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)16 — 26度的溫度控制。 這樣可以直接利用溫度為0 — 4 5度的低品位熱源，實(shí)現(xiàn)建筑的直接供暖和制 冷。當(dāng)然更高溫度的熱源以及更低溫度的冷源更加可以直接利用，仍適合于本 發(fā)明，但是本發(fā)明的重點(diǎn)是采用低品位的能源進(jìn)行直接的供暖和制冷。
具體發(fā)明內(nèi)容如下
一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系統(tǒng)，含有至少一個淺層地表熱能能 源、至少一個末端設(shè)備，將淺層地表熱能能源直接輸送到末端設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)建 筑供暖和/或制冷。
還含有至少一個淺層地表熱能換熱器和至少一個管道末端設(shè)備和至少一種 流體，流體直接將淺層地表熱能換熱器交換的熱能輸送到末端設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)建 筑供暖和/或制冷。
當(dāng)采用淺層地表熱能用于建筑的制冷時，系統(tǒng)含有至少一個淺層地表熱能
熱源換熱器，實(shí)現(xiàn)溫度低于2 l度的熱能交換，其埋管換熱的深度一般為1一 1 0 0米，將該部分熱能利用管道末端設(shè)備為建筑提供制冷。
當(dāng)采用淺層地表熱能用于建筑的供暖時，系統(tǒng)含有至少一個淺層地表熱能 熱源換熱器，實(shí)現(xiàn)溫度高于2 l度的熱能交換，其埋管的深度為2 0 0 — 1 5 0 0米，將該部分熱能利用管道末端設(shè)備為建筑提供供暖。
當(dāng)采用淺層地表熱能用于建筑的溫室栽培時，系統(tǒng)含有至少一個淺層地表 熱能熱源換熱器，實(shí)現(xiàn)溫度高于5度的熱能交換，其埋管換熱的深度一般為l —1 0 0米，由于溫室要求的溫度為3 — 1 5度，因而可以采用低溫進(jìn)行直接 供暖，將該部分熱能利用管道末端設(shè)備為溫室栽培提供能源。
淺層地表熱能選擇處于下列至少一種物質(zhì)中的熱能
A、 土壤任何土壤；
B、 地表水指江河湖海中的水；
C、 地下水地表以下的地下熱水。
當(dāng)采用淺層地表熱能的土壤中的熱能，基本采用水平埋管換熱器和垂直埋 管換熱器來實(shí)現(xiàn)熱能的交換，在地表土壤中，深度l 5米以下為恒溫層，其深 度為l 0 —4 0米，在恒溫層以下是變溫層，每增加3 0度，溫度增加一度。 因此為了能夠?qū)崿F(xiàn)利用土壤中的能源直接對建筑提供制冷和供暖，對于夏季制 冷，埋管的深度不高于l 0 0米，其溫度處于8 —2 0度的區(qū)間，可以直接的 將熱能進(jìn)行交換后為建筑提供制冷，可以采用垂直或水平埋管的方式，實(shí)現(xiàn)對 地下熱能的交換。在冬季供暖時基本要達(dá)到地下2 1度以上的溫度區(qū)域，通常 需要的深度在3 0 0 — 1 5 0 0米范圍，可以優(yōu)選在5 0 0 — 7 0 0米深度的 范圍進(jìn)行能源的采集。
可以選擇任何換熱器來實(shí)現(xiàn)換熱，但是通常選擇下列至少一種淺層地表熱 能換熱器
A、 水平埋管換熱器；
B、 垂直埋管換熱器；
C、 板式換熱器；
D、 管殼換熱器；
E、 熱管換熱器；
F、 管翅換熱器；
G、 套管換熱器。
由于地表以下土壤的溫度的差別，為了使地表以下的熱能可以被直接的 利用，對于淺層地表熱能利用的埋管換熱系統(tǒng)，在制冷時埋管的深度不高于1
0 0米，在供暖時深度高于l 5 0米。 管道末端設(shè)備選自下列至少一種
A、 地暖管，為各種用于地板采暖的高分子管，現(xiàn)有直徑最小為l 6MM。
B、 毛細(xì)管。
現(xiàn)有地板采暖的管管間距為1 0 0 — 3 0 0 MM，如果降低供暖溫度和同 時實(shí)現(xiàn)制冷，需要采用密布的方式，其管件的間距為l 0 — 1 0 OMM。如果 僅是將其進(jìn)行供暖。
傳熱流體為液體、氣體、液體氣體混合物、氣體固體混合物、液體固體混 合物、液體固體氣體混合物、超臨界流體中的一種。
在系統(tǒng)中還需要加入動力設(shè)備如泵來為系統(tǒng)提供動力，此外還需要控制器 件、儀表、閥門、蓄熱器件等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的能源的供應(yīng)。
以淺層地表熱能為主要能源的系統(tǒng)，采用與目標(biāo)溫度5 — 1 5度的溫差進(jìn) 行供暖和制冷，夏季冷源為1 1 一 2 1度，冬季熱源為2 1 — 4 1度，實(shí)現(xiàn)對 室內(nèi)l 6 —2 6度的溫度控制。在夏季制冷時，根據(jù)目前的國標(biāo)，如果使室內(nèi) 溫度最低2 6度，需要最低2 l度的冷源，在冬季如果使室內(nèi)達(dá)到l 6度，需 要最低2 l度的熱源，只需提供2 l度的熱源，就可以保證在冬季和夏季實(shí)現(xiàn) 建筑供暖標(biāo)準(zhǔn)的能源供應(yīng)。
上述的供暖以及制冷溫度等是根據(jù)中國目前的國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的溫度，但是 在不同的國家以及在同一個國家不同的時期，國家標(biāo)準(zhǔn)也在改變，同時由于淺 層地表熱能的資源在不同的區(qū)域也有不同的變化，因而需要根據(jù)地理位置和國 家政策對上述的各項溫度進(jìn)行調(diào)整，只要能夠根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行能源的供 應(yīng)，都是可以實(shí)施的方案，都是本發(fā)明的保護(hù)的內(nèi)容。


圖中的數(shù)字標(biāo)號的含義如下
1:換熱器，2:末端設(shè)備，3:傳熱流體，4:高溫直埋管，5:低溫直埋管， 6:毛細(xì)管，7:蓄熱器，8:湖，9:淺層地表熱能熱源。
圖l:淺層地表熱能直接利用系統(tǒng)示意圖
由淺層地表熱能系統(tǒng)直接經(jīng)過換熱系統(tǒng)利用終端實(shí)現(xiàn)的低品位熱能的利用。
圖2:具有高溫和低溫直埋管換熱器示意圖
由一個高溫的換熱器統(tǒng)和一個低溫?fù)Q熱器構(gòu)成的淺層地表熱能換熱利用。 圖3:具有高溫和低溫直埋管低品位能源利用系統(tǒng)示意圖
由一個高溫和一個低溫的淺層地表熱能利用系統(tǒng)，通過一個換熱器實(shí)現(xiàn)熱 能的交換，利用傳熱流體實(shí)現(xiàn)熱能的傳遞，利用末端設(shè)備為建筑提供能源，實(shí) 現(xiàn)制冷與供暖。
圖4:利用淺層地表熱能的溫室栽培系統(tǒng)示意圖
利用低溫的淺層地表熱能就可以為其溫室栽培提供能源。
圖5 :利用地表水實(shí)現(xiàn)的熱能利用示意圖
將一個地表熱能通過一個換熱器進(jìn)行換熱，實(shí)現(xiàn)地表水的直接建筑制冷。
圖6:低溫地下水直接利用系統(tǒng)示意圖
低溫地下水直接利用系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一井水制冷系統(tǒng)
參見圖1:可再生能源系統(tǒng)采用井水，其溫度為l 5 — 2 l度，采用毛細(xì)
管位室內(nèi)制冷設(shè)備，直接將井水輸送到室內(nèi)毛細(xì)管處，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)2 l — 2 6度
溫度的控制。
實(shí)施例二具有高溫和低溫直埋管換熱器
參見圖2:低溫?zé)嵩礊樘幱诘叵? 0米處的冷源，采用普通P P R的"u " 型管，可以采集溫度為15 — 19的冷源，其熱功率為1 — 3 KW;其高溫的 熱源為1 5 0 MM的不銹鋼管，深度為3 0 0米，溫度為2 5 — 3 0度的熱水。
實(shí)施例三土壤熱源建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)
參見圖3:低溫?zé)嵩礊樘幱诘叵? 0米處的冷源，采用普通P P R的"u " 型管，可以采集溫度為15 — 19的冷源，其熱功率為2 . 5 — 5 KW;其高溫 的熱源為3 0 0 MM的不銹鋼管，深度為4 0 0米，溫度為2 5 — 3 0度的熱 水。將其不同溫度的能源通過一個換熱器進(jìn)行換熱，通過傳熱流體將熱能輸送 到末端的地暖管中，實(shí)現(xiàn)建筑的供暖和夏季的制冷。
實(shí)施例四土壤熱源溫室栽培能源供應(yīng)系統(tǒng)
參見圖4:溫室的溫度要求在冬季溫度不低于1 0度，采用地下深度l 0 一4 0米的地?zé)?，可以直接進(jìn)行熱能的提供，采用熱管傳熱方式，采用直徑為
3 9MM的碳鋼熱管，末端設(shè)備采用毛細(xì)管。 實(shí)施例五湖水制冷系統(tǒng)
參見圖5 :選擇湖水溫度為1 5 — 2 0度，通過一個湖水換熱器，將1 8 度的冷水提供給風(fēng)機(jī)末端，實(shí)現(xiàn)利用湖水進(jìn)行制冷。 實(shí)施例六地下水直接利用系統(tǒng)
參見圖6:利用溫度低于4 5度的地下水，將其可以實(shí)現(xiàn)對建筑的直接供
暖，采用地暖管密布的方式，實(shí)現(xiàn)地下水的直接的利用。
權(quán)利要求
1、一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系統(tǒng)，由淺層地表熱能能源、空調(diào)末端設(shè)備組成，其特征是含有至少一個淺層地表熱能能源、至少一個末端設(shè)備，將淺層地表熱能能源直接輸送到末端設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)建筑供暖和/或制冷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系統(tǒng)，其特征 是還包含至少一個淺層地表熱能換熱器和至少一種傳熱流體，傳熱流體 直接將淺層地表熱能換熱器交換的熱能輸送到末端設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)建筑供暖 和/或制冷。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系統(tǒng)，其特征 是傳熱流體為液體、氣體、液體氣體混合物、氣體固體混合物、液體固 體混合物、液體固體氣體混合物、超臨界流體中的一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系統(tǒng)，其特征是含有至少一個淺層地表熱能熱源換熱器，實(shí)現(xiàn)溫度低于2 1度的熱能交換，將該部分熱能利用管道末端設(shè)備為建筑提供制冷。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系 統(tǒng)，其特征是含有至少一個淺層地表熱能熱源換熱器，實(shí)現(xiàn)溫度高于21度的熱能交換，將該部分熱能利用管道末端設(shè)備為建筑提供供暖。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系 統(tǒng)，其特征是含有至少一個淺層地表熱能熱源換熱器，實(shí)現(xiàn)溫度高于5 度的熱能交換，將該部分熱能利用管道末端設(shè)備為溫室栽培提供能源。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系統(tǒng)，其特征是:含有至少一個低溫淺層地表熱能熱源換熱器以及至少一個高溫淺層地表熱能熱源換熱器，將該部分熱能利用管道末端設(shè)備為建筑在冬季提供供暖，在夏季提供制冷。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系統(tǒng)，其特征是淺層地表熱能選擇處于下列至少一種物質(zhì)中的熱能A、 土壤；B、 地表水；C、 地下水。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系 統(tǒng)，其特征是采用下列至少一種淺層地表熱能換熱器A、 水平埋管換熱器；B、 垂直埋管換熱器；C、 板式換熱器；D、 管殼換熱器；E、 熱管換熱器；F、 管翅換熱器；G、 套管換熱器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系 統(tǒng)，其特征是淺層地表熱能換熱器采用埋管換熱系統(tǒng)時，對于淺層地表 熱能利用的埋管換熱系統(tǒng)，在制冷時埋管的深度不高于1 0 0米，在供暖 時深度高于1 5 0米。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系 統(tǒng)，其特征是管道末端設(shè)備選自下列至少一種A、 地暖管；B、 毛細(xì)管；C、 風(fēng)機(jī)盤管。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系統(tǒng)，其特征是管道末端設(shè)備采用地暖管時需要采用密閉的方式，其管件 的間距為10 — 100 MM。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系 統(tǒng)，其特征是還設(shè)置有動力設(shè)備、控制器件、儀表、閥門、蓄熱器件。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種淺層地表熱能直接建筑供暖制冷系 統(tǒng)，其特征是采用與目標(biāo)溫度5 —1 5度的溫差進(jìn)行供暖和制冷，夏季 冷源為1 1 一 2 1度，冬季熱源為2 1 — 4 1度。
全文摘要
本發(fā)明的目的就是提供一種淺層地表熱能熱源直接建筑供暖制冷系統(tǒng)，不需要消耗傳統(tǒng)的能源，也不需要任何制冷機(jī)組，在該系統(tǒng)中沒有能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)將淺層地表熱能直接利用于建筑供暖和制冷。該系統(tǒng)直接將適合的淺層地表熱能直接輸送到末端實(shí)現(xiàn)淺層地表熱能的直接利用，也可以采用一個換熱器與淺層地表熱能進(jìn)行換熱，然后利用一種流體將熱能輸送到末端設(shè)備，末端設(shè)備將熱能進(jìn)行釋放，從而實(shí)現(xiàn)淺層地表熱能的直接利用。
文檔編號F25B29/00GK101387461SQ20071004998
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月10日
發(fā)明者李建民 申請人:李建民