專利名稱：單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空調(diào)設(shè)備，具體是一種新型環(huán)保的單管式土壤換熱制 冷制暖系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在能源日益匱乏的今天，節(jié)能已經(jīng)成為國際性話題。各國科學家 紛紛提出各種節(jié)能電器(例如節(jié)能冰箱、節(jié)能洗衣機、節(jié)能空調(diào)等)。 近年來，在空調(diào)設(shè)備方面，逐漸有人提出了根據(jù)熱交換原理實現(xiàn)
的利用地熱作為能源的空調(diào)設(shè)備。例如中國專利申請CN 02157731.5 提出的地熱輻射供冷暖全新風中央空調(diào)系統(tǒng)(參見圖1 )，它包括土壤 熱交換液體循環(huán)系統(tǒng)、兩套制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)、新風 系統(tǒng)和排風系統(tǒng)。土壤熱交換器P24通過液體泵P22與第二個板式換熱 器P12的液體進口相連，第二個板式換熱器P12的液體出口與土壤熱交 換器P24相連，第一個壓縮機P20的出口經(jīng)第一個四通換向閥P19與第 二個板式換熱器P12的一個制冷劑進口相連，第二個板式換熱器P12 的一個制冷劑出口經(jīng)第二個雙向干燥過濾器P13、第二個雙向節(jié)流膨 脹裝置P14與翅片管式換熱器P16的進口相連，翅片管式換熱器P16的 出口經(jīng)第一個四通換向閥P19、第一個汽液分離器P21與第一個壓縮機 P20的進口相連，第二個壓縮機P25的出口經(jīng)第二個四通換向閥P23與 第二個板式換熱器P12的另一個制冷劑進口相連，第二個板式換熱器 P12的另一個制冷劑出口經(jīng)第一個雙向干燥過濾器Pll、第一個雙向節(jié) 流膨脹裝置P10與第一個板式換熱器P9的制冷劑進口相連，第一個板 式換熱器P9的制冷劑出口經(jīng)第二個四通換向閥P23、第二個汽液分離 器P26與第二個壓縮機P25的進口相連，第一個板式換熱器P9的水出口 經(jīng)水泵P8與輻射空調(diào)末端P27的進口相連，輻射空調(diào)末端P27出口與第
一個板式換熱器P9的水進口相連，新風口P18經(jīng)空氣過濾器P17與翅片 管式換熱器16的空氣進口相連，翅片管式換熱器P16的空氣出口經(jīng)加 濕器P15與空氣熱交換器P3的新風進口相連，空調(diào)區(qū)域的出風口P5經(jīng) 三通閩P4余空氣熱交換器P3的排風機P2相連，排風機P2與排風口P1相連。
這套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，造價高。它需要使用多個大功率水泵、多個 壓縮機，其工藝復雜、換熱效率低、每個房間不能獨立制冷/供暖、 能源消耗大、在節(jié)能環(huán)保方面尤其不足。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、造 價低、換熱效率高的環(huán)保型制冷制暖系統(tǒng)，滿足建筑物系統(tǒng)內(nèi)單獨使 用的實際要求。
技術(shù)方案
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種單管式土壤換熱制冷制暖系 統(tǒng)，它包括換熱系統(tǒng)和制冷出風系統(tǒng)。其中，換熱系統(tǒng)使用單管式土 壤換熱系統(tǒng)，它包括換熱管13、與換熱管13相連通的上水總管11 和下水總管12。該上水總管11和下水總管12都可以有多條相通的 支管，即上水支管15和下水支管14。在上水支管15或下水支管14 上有水泵10。所述制冷出風系統(tǒng)是壓縮相變的制冷制熱系統(tǒng)，它包 括換熱器l、雙向熱力膨脹閥2、盤管風機3、四通換向閥4、壓縮機 5，在制冷出風系統(tǒng)中有制冷劑。其中，上水支管15的出水口與換熱 器1的熱水進口 6相連，換熱器1的冷水出口 7與下水管12的進水 口相連。換熱器l的s端口與雙向熱力膨脹閥2的一端相連，雙向熱 力膨脹閥的另 一端與盤管風機3的一端相連。四通換向閥4的a端口 與換熱器1的t端口相連、b端口與壓縮機出口 8相連、c端口與盤
管風機3的另一端相連、d端口與壓縮機進口 9相連。
其中，所述制冷出風系統(tǒng)所用的制冷劑選自HFCs、天然制冷劑 (如碳氫化合物、二氧化碳、氛等)、JL-134a、 R134a、 R22。
根據(jù)上述單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施方式，其 中所述上水總管ll和下水總管12與同一個換熱管13相連，每一對 上水支管15和下水支管14與 一個換熱器1相連。
優(yōu)選地，上水總管11和/或下水總管12是直通管道。
根據(jù)上述制冷制暖系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施方式，其中所述換熱管 13是一種底部密封的容器，可以做成管或水箱的形狀。在換熱管13 中有循環(huán)水。
根據(jù)上述制冷制暖系統(tǒng)的另 一種優(yōu)選實施方式，其中換熱器1可 以是板式換熱器或套管換熱器。
優(yōu)選地，上述制冷制暖系統(tǒng)還包括自動補水裝置16，它安裝在 下水總管12的水路上。當換熱系統(tǒng)中的循環(huán)水減少時，它會自動向 系統(tǒng)中補水，起到平衡系統(tǒng)水壓的作用。所述自動補水裝置16可以 選用浮球箱或電磁水箱。
優(yōu)選地，在本系統(tǒng)的上水支管15和下水支管14上有單向閥17。
更優(yōu)選地，選用具有單向閥功能的水泵10，把它安裝在上水支 管15的水路上，并在下水支管14的水路上安裝單向閥，以防止循環(huán) 水倒流。
根據(jù)上述單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)的 一種優(yōu)選實施方式，整 套中央空調(diào)系統(tǒng)可以包括 一套換熱系統(tǒng)和/或多套制冷出風系統(tǒng)。
根據(jù)上述的單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)的制冷方法，其中在四 通換向閥4內(nèi)，a端口與b端口相連，而且c端口與d端口相連，即 盤管風機3輸出端與壓縮機進口 9相連，壓縮機出口 8與換熱器1的 t端口 (在制冷過程中作為換熱器的輸入端)相連?？照{(diào)系統(tǒng)制冷時， 從換熱器l的s端口(在制冷過程中作為換熱器的輸出端)輸出的高
形夙m溫,忿刺，刑，輸入到盤 管風機3，盤管風機3吹出冷風；從盤管風機3輸出的低溫氣態(tài)制冷 劑經(jīng)四通換向閩4輸入到壓縮機進口 9被壓縮成液態(tài)，再經(jīng)四通換向 閥4輸入到換熱器1第四端口，被換熱器加熱至高溫。
根據(jù)上述的單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)的制熱方法，其中在四 通換向閥4內(nèi)，a端口與d端口相連，而且b端口與c端口相連，即 換熱器l的t端口作為輸出端與壓縮機進口 9相連，壓縮機出口 8與 盤管風機3的輸入端相連?？照{(diào)系統(tǒng)制熱時，從換熱器l輸出端(即 換熱器的t端口 )輸出的高溫氣態(tài)制冷劑經(jīng)四通換向閥4輸入到壓縮 機進口 9被壓縮成液態(tài)，高溫液態(tài)制冷劑經(jīng)四通換向閥4輸入到盤管 風機3進行熱交換，盤管風機3吹出熱風；從盤管風機3輸出的低溫 液體制冷劑輸入到雙向熱力膨脹閥2形成低溫氣態(tài)制冷劑，再輸入到 換熱器ls端口 (在制熱過程中作為換熱器輸入端)，被換熱器加熱高 溫。
有益效果
一方面，本發(fā)明的單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)以換熱管中的水 作為主要能源，循環(huán)使用，而無須抽取地表熱源。有效節(jié)省能源，環(huán) 保意義重大。
另一方面，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可以以同一套設(shè)備完成制冷或制熱 工作。具體到應(yīng)用上， 一棟樓房只需一套換熱系統(tǒng)，在每個房間可以 安裝一套制冷出風系統(tǒng)，實現(xiàn)每個房間單獨供暖、按需供暖的目的。 每套制冷出風系統(tǒng)中的水泵由于只供一個房間使用，因此實際功率很 小，有效節(jié)能同時還能有效節(jié)省成本，有利于巿場普及。


圖1為中國專利申請CN 02157731.5地熱輻射供冷暖全新風中央 空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖3為本空調(diào)系統(tǒng)制冷時的運作示意圖； 圖4為本空調(diào)系統(tǒng)制熱時的運作示意圖。
圖中，Pl、排風口； P2、排風機；P3、空氣熱交換器；P4、三通 閥P5、空調(diào)區(qū)域的出風口； P8、水泵；P9、第一個板式換熱器；PIO、 第一個雙向節(jié)流膨脹裝置；Pll、第一個雙向干燥過濾器；Pl2、第二 個板式換熱器；Pl3、第二個雙向干燥過濾器；Pl4、第二個雙向節(jié)流 膨脹裝置；P15、加濕器；P16、翅片管式換熱器；P17、空氣過濾器; P18、新風口； P19、第一個四通換向閥；P20、第一個壓縮機；P21、 第一個汽液分離器；P22、通過液體泵；P23、第二個四通換向閩；P24、 土壤熱交換器；P25、第二個壓縮機；P26、第二個汽液分離器；P27、 輻射空調(diào)末端；
1、換熱器；2、雙向熱力膨脹閥；3、盤管風機；4、四通換向閩； 5、壓縮機；6、換熱器的熱水進口； 7、換熱器的冷水出口； 8、壓縮 機出口； 9、壓縮機進口； 10、水泵；11、上水管；12、下水管；13、 換熱管；14、下水支管；15、上水支管；16、自動補水裝置；17、單 向閥。
具體實施例方式
下述實施例結(jié)合附圖非限制性地說明本發(fā)明單管式土壤換熱制 冷制暖系統(tǒng)。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和 范圍的情況下，還可以對本發(fā)明做出各種變化和修改，但所有等效的 技術(shù)方案都屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明保護范圍是由本申請權(quán)利要求 書所限定的。
為一幢共有12個需要制冷供暖的房間的樓房安裝本發(fā)明的系統(tǒng)。 參照圖2。其中，換熱管13做成位于地表以下的水箱狀，高度 5m,長寬均為lm。上水總管11和下水總管12從換熱管13頂部插 入，其中下水總管12延伸到換熱管13內(nèi)接近底部，上水總管11較 短，只延伸到換熱管13內(nèi)接近頂部。從上水總管11和下水總管12
分別引出12條支管，分別安裝到12個房間。在每條上水支管15的 水路上安裝一個含有單向閥功能的水泵10,單個水泵功率為80w。 每個水泵10的出水口連接到換熱器1的熱水進口 6。在每條下水支 管14的水路上安裝一個單向閥17。水泵10和單向閥17都能起到防 止循環(huán)水倒流的作用。
在下水總管12的水路上還安裝了一套自動補水裝置17，選用最 常見的浮球箱。當換熱系統(tǒng)缺水達到一定程度時，該裝置自動向系統(tǒng) 中補水，平衡系統(tǒng)水壓。
在每個房間內(nèi)分別安裝一套制冷出風系統(tǒng)，包括換熱器l、雙向 熱力膨脹閥2、盤管風機3、四通換向閥4、壓縮機5，該系統(tǒng)中使用 的制冷劑是R22。
其中，換熱器1采用天津巿恒通換熱成套設(shè)備有限公司生產(chǎn)的板 式換熱器，它有4個端口，分別是熱水進口 6、冷水出口 7、 s端口和 t端口。水泵IO將地下熱水(溫度在16'C左右)泵到換熱器1中， 地下熱水從熱水進口 6進入，在換熱器l中進行熱交換，放出熱量， 再從冷水出口 7輸出。換熱器的冷水出口 7直接與下水管12直接相 連，將放出熱量后的低溫水(溫度在4"C左右)排放回地下水中。
板式換熱器的s端口與雙向熱力膨脹閥2的一端相連。雙向熱力 膨脹閥2選用奉化巿合力控制器有限公司生產(chǎn)的R型通用膨脹閥，它 的作用是通過節(jié)流使高壓液體制冷劑成為低壓濕蒸汽，同時膨脹閥通 過蒸發(fā)器末端的過熱度變化來控制閥門流量，防止出現(xiàn)蒸發(fā)器面積利 用不足和敲缸現(xiàn)象。
雙向熱力膨脹閥2的另一端與盤管風機3的一端連接。盤管風機 3釆用山東順凱空調(diào)風機有限公司生產(chǎn)的YDFS2.5S1型外轉(zhuǎn)子直聯(lián) 空調(diào)風機。
參見圖2。盤管風機3的另一端連接到四通換向閥4的c端口， 而四通換向閥4的a端口與換熱器的t端口相連，四通換向閥4的b
端口與壓縮機出口 8相連，四通換向閥4的d端口與壓縮機進口 9相 連。壓縮機5釆用北京德蘭偉業(yè)機電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的P系列4缸 半封閉往復式制冷壓縮機5。
參見圖3。制冷時，將四通換向閥4的a端口與b端口相連，c 端口與d端口相連，這樣，盤管風機3的輸出端與壓縮機進口 9相連， 壓縮機出口 8與換熱器的t端口，這時候換熱器的t端口作為換熱器 的輸入端，而s端口作為換熱器的輸出端。運作時，液態(tài)制冷劑在換 熱器中吸收熱量而升溫，從換熱器輸出端(s端口 )輸出的高溫液態(tài) 制冷劑進入雙向熱力膨脹閥2，通過熱力膨脹閥的作用形成低溫氣態(tài) 制冷劑。隨后，低溫氣態(tài)制冷劑進入盤管風機3，盤管風機3吹出冷 風。這樣，從盤管風機3輸出端輸出的氣態(tài)制冷劑仍然是低溫的，但 溫度稍高于輸入到盤管風機3時的溫度。這些低溫氣態(tài)制冷劑經(jīng)四通 換向閥4進入壓縮機5，被壓縮成低溫液態(tài)，再經(jīng)過四通換向閥4輸 出到換熱器輸入端(t端口 )。低溫液態(tài)制冷劑在換熱器獲得熱量而升 溫，如此循環(huán)。
實際使用情況是夏天制冷時，以室溫控制在26"C測量，下水總 管12出水(即接近換熱管13底部的位置)溫度為22°C。循環(huán)水在 換熱管13中向上流動，溫度逐漸降至約17°C (即接近換熱管13頂 部的位置)。
參見圖4。制熱時，將四通換向閥4的a端口與d端口相連，b 端口與c端口相連，這樣，使得換熱器的t端口與壓縮機進口 9相連， 壓縮機出口 8與盤管風機3的輸入端相連，這時，換熱器的t端口作 為換熱器輸出端，而s端口作為換熱器輸入端。運作時，低溫氣態(tài)制 冷劑從換熱器輸入端(s端口 )進入，在換熱器中獲得熱量而升溫。 從換熱器輸出端(t端口 )輸出的高溫氣態(tài)制冷劑經(jīng)四通換向閥4輸 入到壓縮機5，被壓縮成液態(tài)。然后，高溫液態(tài)制冷劑再經(jīng)過四通換 向閥4輸入到盤管風機3，盤管風機3吹出熱風，而髙溫液態(tài)制冷劑
隨之降低一定程度。隨后，這些溫度稍降的液態(tài)制冷劑進入雙向熱力 膨脹閥2，通過熱力膨脹閥的作用形成低溫氣態(tài)制冷劑，回到換熱器 輸入端(S端口)，再次升溫，如此循環(huán)。
實際使用情況是冬天制冷時，以室溫控制在18。C測量，下水總
管12出水(即接近換熱管13底部的位置)溫度為7°C。循環(huán)水在換 熱管13中向上流動，溫度逐漸升至約15°C (即接近換熱管13頂部 的位置)。
對比現(xiàn)有技術(shù)可以看出，本發(fā)明的單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng) 不依賴其它熱源、不需要地熱、無地下水污染，只是循環(huán)使用換熱系 統(tǒng)中的水。因此，該系統(tǒng)有效節(jié)省能源，其環(huán)保意義重大。
另一方面，很明顯本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，制冷、制熱都以同一套設(shè)備 完成。每一套制冷出風系統(tǒng)安裝在一個房間內(nèi)，可獨立運作，按需制 冷/供暖，有效節(jié)約能源。構(gòu)成本系統(tǒng)的組件都是現(xiàn)有的，能有效節(jié) 省制造成本，有利于巿場普及。
權(quán)利要求
1、一種單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)，它包括換熱系統(tǒng)和制冷出風系統(tǒng)，其特征在于所述換熱系統(tǒng)是單管式土壤換熱系統(tǒng)，它包括換熱管(13)、與換熱管(13)相連通的上水總管(11)和下水總管(12)；所述上水總管(11)有多條相通的上水支管(15)，下水總管(12)有多條相通的下水支管(14)，在上水支管(15)或下水支管(14)上安裝水泵(10)；所述制冷出風系統(tǒng)是壓縮相變的制冷制熱系統(tǒng)，它包括換熱器(1)、雙向熱力膨脹閥(2)、盤管風機(3)、四通換向閥(4)、壓縮機(5)，在制冷出風系統(tǒng)中有制冷劑；其中，上水支管(15)的出水口與換熱器(1)的熱水進口(6)相連，換熱器(1)的冷水出口(7)與下水支管(14)的進水口相連；換熱器(1)的s端口與雙向熱力膨脹閥(2)的一端相連，雙向熱力膨脹閥的另一端與盤管風機(3)的一端相連；四通換向閥(4)的a端口與換熱器(1)的t端口相連、b端口與壓縮機出口(8)相連、c端口與盤管風機(3)的另一端相連、d端口與壓縮機進口(9)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)，其特 征在于所述上水總管(11)和下水總管(12)與同一個換熱管(13沐連，每 一對上水支管(15)和下水支管(14)與 一個換熱器(l)相連。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)，其特 征在于所述上水總管(ll)、下水總管(12)是直通管道。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)，其特 征在于所述換熱管(13)是底部密封的容器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)，其特 征在于所述換熱器(l)是板式換熱器或套管換熱器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項權(quán)利要求所述的單管式土壤換熱 制冷制暖系統(tǒng)，其特征在于還包括自動補水裝置(16),所述自動補水 裝置(16)與下水總管(12)相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單管式土壤換熱制冷制曖系統(tǒng)，其特征在于它包括一套換熱系統(tǒng)和多套制冷出風系統(tǒng)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)，其特征在于在所述上水支管(15)和下水支管(14)上有單向閥(17)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)的制冷 方法，其特征在于在四通換向閥(4)內(nèi)，a端口與b端口相連，而且c 端口與d端口相連；從換熱器(l)的s端口輸出的高溫液態(tài)制冷劑經(jīng)過 雙向熱力膨脹閥(2)形成低溫氣態(tài)制冷劑，輸入到盤管風機(3);從盤 管風機(3)輸出的低溫氣態(tài)制冷劑經(jīng)四通換向閬(4)輸入到壓縮機進口 (9)被壓縮成液態(tài)，再經(jīng)四通換向閥(4)輸入到換熱器(1),被換熱器(l) 加熱至高溫。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)的制熱 方法，其特征在于在四通換向閥(4)內(nèi)，a端口與d端口相連，而且b 端口與c端口相連；從換熱器(l)的t端口輸出的高溫氣態(tài)制冷劑經(jīng)四 通換向閥(4)輸入到壓縮機進口(9)被壓縮成液態(tài)，高溫液態(tài)制冷劑經(jīng) 四通換向閥(4)輸入到盤管風機(3)進行熱交換；從盤管風機(3)輸出的 低溫液體制冷劑輸入到雙向熱力膨脹閥(2)形成低溫氣態(tài)制冷劑，再輸 入到換熱器(l)，被換熱器(l)加熱髙溫。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單管式土壤換熱制冷制暖系統(tǒng)，它包括換熱系統(tǒng)和制冷出風系統(tǒng)，其中換熱系統(tǒng)是單管式土壤換熱系統(tǒng)。本發(fā)明的空調(diào)系統(tǒng)不依賴其它熱源，無地下水污染，每一套制冷出風系統(tǒng)可獨立運作，按需制冷/供暖，有效節(jié)省能源，其環(huán)保意義重大。
文檔編號F24J3/08GK101109584SQ20071012039
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者洋 于, 于大成 申請人:于大成;于 洋