專利名稱：與地源熱及熱泵結(jié)合的被動冷卻技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明為與地源熱及熱泵結(jié)合的被動冷卻技術，屬于能源領域和空調(diào)技術領域。
背景技術：
被動冷卻技術是一種在建筑中使用的比較古老的自然空調(diào)技術，在古建筑中就包含這種思想，以幫助創(chuàng)造建筑物內(nèi)舒適的熱力學環(huán)境。被動冷卻就是在夏季利用自然的方法隔斷(設置間隔層、植物遮擋等)或從建筑物中移走熱量(通風、蒸發(fā)等)。在建筑物中的應用方式可按照作用對象的不同分為四類第一類主要是對建筑物屋頂進行冷卻(設置蓄水屋頂、含濕材料、加蓋隔熱板、設置空氣層等)；第二類主要是對建筑物墻體進行冷卻(在墻體中間設置空間層)；第三類主要是對建筑物的窗、玻璃幕、陽臺等透光部分進行冷卻(設置遮陽、水簾等)；第四類主要是對建筑物室內(nèi)地板進行冷卻(建地下室等)。
被動技術與機械系統(tǒng)相比具有節(jié)能、對環(huán)境無污染等優(yōu)點。在未來建筑中應用是有發(fā)展前途的。但同時存在著建筑圍護結(jié)構作法復雜、效率不高、影響建筑濕環(huán)境等問題，在現(xiàn)代建筑中應用不多，還有待研究。
傳統(tǒng)的被動冷卻之所以存在以上突出問題，在現(xiàn)代建筑中難以應用，從機理上看主要是利用空氣來帶走建筑的熱負荷(主要是自然的通風作用和蒸發(fā)作用)。而空氣的熱容比較小等原因，決定這種方式的作用是難以高效率的，而且無法調(diào)節(jié)控制。而地下是一個巨大的恒溫場，如果利用地下巖土或地下水中蓄存的冷量，通過水等液體冷媒的形式來對建筑的圍護結(jié)構進行被動冷卻，無疑會是高效率和可調(diào)控的，對現(xiàn)代建筑來說將克服傳統(tǒng)的被動冷卻技術過于被動和低效率缺陷。本內(nèi)容區(qū)別于傳統(tǒng)方式利用地源冷量通過液體冷媒，及必要時再與地源熱泵系統(tǒng)耦合，對建筑物圍護結(jié)構進行被動冷卻的方式。

發(fā)明內(nèi)容
與地源熱及熱泵結(jié)合的被動冷卻技術，它涉及一種利用地源冷熱量對建筑圍結(jié)構進行被動冷卻的空調(diào)方式。該方式是這樣實現(xiàn)的通過地下埋管或取地下水、地表水等，從地下取得冷量(或熱量)，通過換熱器或直接送入建筑圍護結(jié)構中，必要時與熱泵及太陽能裝置聯(lián)合使用，對建筑物圍護結(jié)構進行冷卻(或加熱)，達到對建筑實現(xiàn)被動冷卻的目的。建筑物圍護結(jié)構的水等載冷劑冷卻系統(tǒng)作法包括墻體、屋面及窗、玻璃幕等。
墻體和屋頂?shù)谋粍永鋮s作法可在墻體的結(jié)構層中或表層中設置水管路系統(tǒng)，通過冷水循環(huán)來冷卻(或加熱)墻體，并起到被動冷卻(或加熱)及隔斷墻體屋頂傳熱的作用。也可在墻體和屋頂?shù)耐鈧?cè)使用太陽能墻面及屋面，來實現(xiàn)對建筑的被動冷卻。
玻璃幕及窗的被動冷卻作法設置雙層或多層玻璃，在兩層玻璃之間設可循環(huán)的水幕，通過地源冷源來循環(huán)冷卻窗體，同時可在循環(huán)水中加入感光性物質(zhì)，在強光時起到吸光或反光的作用；冬季或過渡季節(jié)時放空玻璃之間的水，充填為空氣層起到充分采光并且保溫的作用；當為多層玻璃時也可不放空，用熱水循環(huán)實現(xiàn)窗體采暖。為了保證不使窗體或玻璃幕承擔過高的壓力，當是多層或高層建筑的窗或玻璃幕時，可分層設置換熱器，使各層分開成單獨的水循環(huán)系統(tǒng)。
當建筑的采暖空調(diào)使用地源熱泵或水源熱泵系統(tǒng)及太陽能裝置時，也可與地源熱泵及太陽能相耦合使用。具體的耦合使用形式可根據(jù)工程實際設計。
原理通常地下淺層是一個恒溫場，溫度在15-22度左右，而空調(diào)的室內(nèi)設計溫度為27度左右，所以利用地下冷源對建筑物進行直接冷卻是可行的，結(jié)合傳統(tǒng)被動冷卻的特點，對建筑物外圍護結(jié)構進行被動冷卻，具有直接隔斷熱負荷的作用，對創(chuàng)造均衡舒適的室內(nèi)環(huán)境非常有利，將是一種高舒適度的空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)。同時節(jié)能環(huán)保，甚至室內(nèi)可取消其他的空調(diào)系統(tǒng)，而回到使用風扇來調(diào)節(jié)高峰熱負荷的原始形式。必要可與地源熱泵或太陽能裝置聯(lián)合使用，成為可以全負荷調(diào)節(jié)的制冷制熱空調(diào)和采暖系統(tǒng)。從全國的用電形勢看，對于夏季空調(diào)用電的高峰消耗，也是一個很大的調(diào)節(jié)。
墻體屋頂中埋管可利用圍護結(jié)構的良好導熱作用來作為空調(diào)末端系統(tǒng)，作為末端使用，節(jié)省了風機盤管等未端設備。特別帶有外保溫的節(jié)能墻體，利用墻體作為末端使用非常適用。
水幕窗的吸熱原理水對紅外光線有很強的吸收作用，而太陽光的能量中可見光占近50％，紅外線占近50％，紫外線占一小部分，通過水及玻璃可吸收很大一部分紫外線和紅外線，而通過水中加入感光物質(zhì)可調(diào)節(jié)可見光的吸收率，對有效而合理地消除太陽輻射熱負荷非常有調(diào)節(jié)性；冬季放空水后為中空玻璃，起到有效的隔熱和充分透光的作用；當為多層玻璃時也可不放空，用熱水循環(huán)實現(xiàn)窗體采暖。使建筑窗體不僅能起到減小空調(diào)(或采暖)負荷的作用，當水幕溫度較低(或較高)時還對室內(nèi)起到冷卻(或加熱)作用；而冬季既不影響采光還能起到保溫作用。是其他采用涂膜的方式所無法達到的北方地區(qū)采用低輻射玻璃雖然冬季有利，但也降低了陽光透過率，而且對夏季空調(diào)負荷是不利的。南方地區(qū)的反光涂膜沒有調(diào)節(jié)性，而且破壞了室內(nèi)的自然光環(huán)境。
可行性北方地區(qū)，對于建筑物來說總的熱負荷大于總的冷負荷，所以熱是保貴的，向地下蓄存熱量是有利于地源熱泵的運行的，而被動式冷卻有利于在夏季向地下蓄熱，特別是聯(lián)合太陽能系統(tǒng)，更能充分發(fā)揮向地下蓄能的作用，避免了北方地區(qū)因冬夏季負荷不平衡，而造成長期使用利用地源熱會使地下溫度場偏失衡。同時也能代替空調(diào)系統(tǒng)，免去或減小空調(diào)系統(tǒng)的造價。南方地區(qū)，地下水及地表水源豐富，為地源被動冷卻提供了條件，而南方當?shù)叵滤疁剌^高(如20度以上)時可直接用來供暖，或配合熱泵少量加熱后供暖。


附圖1為直接把地源冷水(熱水)入圍護結(jié)構的系統(tǒng)；附圖2為通過一次熱交換后把冷量(或熱量)送入圍護結(jié)構的系統(tǒng)；附圖3為通過多次熱交換后把冷量(或熱量)送入圍護結(jié)構的系統(tǒng)。
附圖標記1-地源冷水循環(huán)泵；2-圍護結(jié)構水管系統(tǒng)；3-玻璃窗或玻璃幕墻；4-圍護結(jié)構內(nèi)未端水循環(huán)泵；5-末端換熱器；6-源冷熱量獲取裝置及管路；7-中間循環(huán)水泵；8-地源水換熱器。
具體實施例方式
在建筑墻體中及屋頂?shù)慕Y(jié)構層中或表層埋設水管系統(tǒng)，通過水泵使水在水管系統(tǒng)中循環(huán)，對建筑物進行冷卻(或加熱)，根據(jù)圍護結(jié)構特點經(jīng)計算和試驗確定埋設間距；建筑的窗體及玻璃幕設雙層以上結(jié)構，其中兩層間充滿水形成密閉水幕，通過水管及泵，使水幕中的水進行循環(huán)，而且水中可加入感光的物質(zhì)，使窗戶可根據(jù)太陽光強度改變透光率。圍護結(jié)構中的循環(huán)水可通過換熱器與地源冷水交換或直接與地源冷水相連通，使地下冷量(或熱量)帶入建筑圍護結(jié)構中對建筑物進行冷卻(或加熱)。地源冷熱源可以是抽取的地表水、地下水或地埋管換取了地下冷量的循環(huán)水。建筑高度不大時，可直接送入建筑圍護結(jié)構中的循環(huán)管路系統(tǒng)，當是多層或高層建筑時可通過換熱器進行多級熱交換來達到減小各層的水壓力，并實現(xiàn)分層分系統(tǒng)控制。根據(jù)建筑高度不同，可分為從簡單到復雜的系統(tǒng)如下當直接把地源冷水入圍護結(jié)構中時，整個系統(tǒng)主要包括地水井或地埋管6、水泵1、墻體和屋頂埋管2、雙層水幕窗及玻璃幕3。
當通過一次熱交換后把冷量(或熱量)送入圍護結(jié)構中時，整個系統(tǒng)主要包括地水井或地埋管6、地源水泵1、換熱器5、末端循環(huán)水泵4、墻體和屋頂埋管2、雙層水幕窗及玻璃幕3。地水井或地埋管6通過管道與地源水泵1和換熱器5相連；墻體和屋頂埋管2、水幕窗及玻璃幕3通過管道與末端循環(huán)水泵4及換熱器5相連接。
當通過多次熱交換后把冷量(或熱量)送入圍護結(jié)構中時，整個系統(tǒng)主要包括地水井或地埋管6、地源水循環(huán)泵1、地源水換熱器8、中間循環(huán)水泵7、中間各級循環(huán)水管系統(tǒng)、末端換熱器5、墻體和屋頂埋管2、雙層水幕窗及玻璃幕3。地水井或地埋管6通過管道與地源水循環(huán)泵和地源水換熱器8相連；高低級換熱器之間通過管道與各級水泵相連接；墻體和屋頂埋管2、水幕窗及玻璃幕3通過管道與二次泵及末端換熱器相連接。
當需要夏季向地下蓄熱時，管路也可與太陽能熱水器相連接，達到進一步加熱地源冷水的目的，來充分向地下送入高溫的熱水，以向地下蓄存熱量，以供冬季采暖使用熱量。
各個循環(huán)水系統(tǒng)中可設置閥門來平衡或調(diào)節(jié)水壓、水溫等。必要可與地源熱泵或太陽能裝置聯(lián)合使用，成為可以全負荷調(diào)節(jié)的制冷制熱空調(diào)和采暖系統(tǒng)，具體聯(lián)合使用形式可根據(jù)工程實際設計。
權利要求
1.與地源熱及熱泵結(jié)合的被動冷卻技術，包括地下水水井、地埋管或地表水取水等地源冷熱量獲取裝置，必要時還有熱泵機組；水泵、管路及換熱器等載冷劑輸送、轉(zhuǎn)換裝置；建筑圍護結(jié)構，作為末端系統(tǒng)將能量釋放給建筑，其特征在于建筑圍護結(jié)構中設置載冷劑(水等)循環(huán)系統(tǒng)，使地源冷熱量通過獲取裝置取得后，經(jīng)輸送(水泵、管道)、轉(zhuǎn)換裝置(換熱器)，以液體載冷劑的形式在建筑圍護結(jié)構內(nèi)循環(huán)，對建筑物進行冷卻或加熱，起到對建筑物進行被動式的冷熱調(diào)節(jié)的作用。
2.根據(jù)權利要求1所述的與地源熱及熱泵結(jié)合的被動冷卻技術，其特征在于在墻體和屋頂中埋設水等載冷劑循環(huán)管路，在窗體及玻璃幕中沒雙層或多層玻璃，在兩層玻璃之間設密閉可循環(huán)的水幕，再配以輸送和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，使建筑圍護結(jié)構成為有載冷劑在其中循環(huán)的圍護結(jié)構。
3.根據(jù)權利要求1所述的與地源熱及熱泵結(jié)合的被動冷卻技術，其特征在于建筑圍護結(jié)構中的窗體及玻璃幕中的循環(huán)的載冷劑中加入感光物質(zhì)，可以根據(jù)陽光強弱來調(diào)節(jié)窗體透光率。
4.根據(jù)權利要求1所述的與地源熱及熱泵結(jié)合的被動冷卻技術，其特征在于在該系統(tǒng)還可與太陽能裝置及熱泵聯(lián)合使用，使用混合系統(tǒng)，充分利用熱能熱源。
5.根據(jù)權利要求1所述的與地源熱及熱泵結(jié)合的被動冷卻技術，其特征在于用戶使用時可分戶、分系統(tǒng)設置，配合以閥門、熱表等附件，實現(xiàn)調(diào)節(jié)、控制和計量。
全文摘要
與地源熱及熱泵結(jié)合的被動冷卻技術，它涉及一種利用地源冷熱量對建筑圍結(jié)構進行被動冷卻的方式。該方式是這樣實現(xiàn)的通過地下埋管或取地下水、地表水等，從地下取得冷量(或熱量)，通過換熱器或直接送入建筑圍護結(jié)構中，必要時與熱泵及太陽能裝置聯(lián)合使用，對建筑物圍護結(jié)構進行冷卻(或加熱)。建筑物圍護結(jié)構的水冷卻系統(tǒng)作法包括墻體、屋面及窗、玻璃幕等。地下是一個巨大的恒溫場，如果利用地下巖土或地下水中蓄存的冷量(或熱量)，通過水等液體冷媒的形式來對建筑的圍護結(jié)構進行被動冷卻，無疑會是高效率和可調(diào)控的，對現(xiàn)代建筑來說將克服傳統(tǒng)的被動冷卻技術過于被動和低效率缺陷。本內(nèi)容區(qū)別于傳統(tǒng)方式利用地源冷量(或熱量)通過液體冷媒，及必要時再與地源熱泵系統(tǒng)和太陽能裝置耦合，對建筑物圍護結(jié)構進行被動冷卻的方式。
文檔編號F24J3/06GK101074792SQ200610080418
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月15日 優(yōu)先權日2006年5月15日
發(fā)明者王慶鵬 申請人:王慶鵬