一種低能耗低汙染的建築的製作方法

2023-05-26 13:18:16 2

專利名稱：一種低能耗低汙染的建築的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用太陽能及地熱進行發電、取暖和製冷的建築，它
是利用高效光電轉換率的太陽能裝置、淺層地能換熱裝置和建築物的組合；即 是一種低能耗低汙染的建築。
背景技術：
目前的建築物的用電都離不開國家電網。北方傳統的供熱是利用燃煤鍋爐 進行集中或分散供暖，而製冷一般都是用空調；這些設備耗電多、耗水多、汙 染重、運行費高，初投資也不低。公共建築大量使用的中央空調系統初投資更 高，運行費更高，壽命短，還要耗油、耗氣。
近年來大量推廣的地源熱泵+風機盤管供冷暖設備，它是抽取地下水並利用 地下水所含的恆定熱量進行熱交換，從而達到對建築物的室內空間進行製冷或 者供熱的目的。由於這種設備的初投資較高等原因，因此其使用受到了限制。 同時，冬天要用高溫水供暖，夏天要用低溫水供冷，加重了電耗，高溫或低溫 水返回地下後還會影響地下的溫度場和生態平衡。
中國專利CN1807996A公開了 一種利用地下水取暖或者製冷的設施，它雖然 緩解了上述三個矛盾，但仍然要依賴國家電網供電和依賴地下水，在無電、缺 電地區和無地下水、缺地下水及地下水位下降快的地區都將受到了限制。

實用新型內容
本實用新型需要解決的技術問題是提供一種能夠不依賴國家電網、不消耗 煤炭資源及地下水的能夠獨立進行採暖、製冷和提供生活用電的建築，能夠充
分利用太陽能和淺層地能這兩種可再生能源，達到低能耗、低汙染的目的。 為達到上述目的，本實用新型所採用的技術方案是
它包括建築物、安置在建築物地板中的地板冷暖輻射裝置、與地板冷暖輻 射裝置連通的地源熱泵機組以及太陽能發電裝置，為本建築及其它生活用電供 電的太陽能發電裝置設置在建築物上面，地板冷暖輻射裝置和地源換熱機組連 通，地源熱泵才幾組與埋設於地下的地下換熱裝置連通。
本實用新型進一步的具體技術方案是所述地下換熱裝置包括埋於地下巖 土中的內部裝有水的塑料管，塑料管經過循環水泵和地源熱泵機組中的冷凝器 或蒸發器連接。
上述技術方案的進一步具體實施改進在於所述埋於地下的塑料管分為橫 管和豎管，其中豎管為①28—32mm直徑的PE80材質的塑料管，豎管並聯於橫管 之間，豎管的分布間距為3 — 5m。
本實用新型的地板冷暖輻射裝置的進一步具體的技術方案是地板冷暖輻 射裝置包括埋於地板、樓板之間的回形塑料換熱管，回形塑料換熱管上安裝有 循環水泵和向建築物各功能區間分配水量的分集水器。
上述技術方案的進一步具體實施改進在於所述埋於地板、樓板之間的回 形塑料管是直徑為小20—22mm的、PEX材質的塑料管，其塑料管的布置間距為 lSO—"Omm;埋設回形塑料管的樓板層的厚度為100—120mm,地板層的厚度為 60—100mm。
本實用新型的地源熱泵機組的進一步具體的技術方案是地源熱泵機組由 壓縮機、蒸發器、換向閥、冷凝器以及管路組成內部裝有循環製冷劑的串聯回 路。蒸發器中製冷劑吸收地下換熱裝置的地埋塑料管中的水的熱量，水返回地 下；製冷劑的熱量在冷凝器中，被地板輻射循環水吸收，形成28—38。C的中溫 熱水，通過循環泵送到室內塑料換熱管中，把熱量傳給地板層，通過地板混凝 土很強的蓄熱性能和輻射性能向室內供熱。
本實用新型的太陽能發電裝置的進一步具體的技術方案是屋面太陽能發 電裝置包括雙軸自動跟蹤太陽的圓形光電接收轉換器和浮動於水池中的散熱器 以及點聚焦透鏡和框架。本實用新型是通過埋於地下的塑料管中的水將地下相對恆定的13。C一22。C 的熱量帶上來，通過地源熱泵機組的製冷劑循環系統，將帶上來的熱量提升至 28'C ~ 38°C,然後通過室內地板輻射裝置中的循環水將這樣的溫度帶到室內， 並通過地板輻射向室內供暖。夏天則通過相反的過程把室內熱量帶到室外地下， 實現供冷降溫。為了降低建築所需電器裝機功率，從而降低太陽能發電量，降低系統初投 資，要求建築圍護結構的保溫效果，使建築物所需冷指標降至40—25W/m2,熱 指標降至30—15W/m2。本實用新型取得的技術進步是 1、實現建築"低能耗"，並實現多層建築屋面太陽能發電量用於建築本身 有餘，不採暖不製冷季節富餘電力還可用於併網銷售，對環保和節能意義重大。 對無電地區、邊防地區和要害部門的供電供冷暖有戰略意義，並提高了投資效益。2、實現當今既節能、又環保的"地源熱泵供冷暖"，輸入1KW電能，可輸 出4一"W以上的冷熱能，能效比高達4一6，並實現"中溫水供冷暖"，代替傳 統的高溫水供熱(45。C一65。C)、低溫水供冷(7。C一12。C)。供熱水溫(28。C一 38°C)，供冷水溫(18°C—22°C)均大幅度靠近地下土壤自然溫度，因此其裝機 功率降至10—8W/m2,只有傳統分體空調的五分之一，實現了 "小功率供冷暖，，； 本實用新型不僅十分節能，而且"土壤源"、"中溫水"供冷暖對地下的熱平衡、 生態平衡、保護地下水資源十分有利。這正是傳統的地源熱泵系統難以解決的 關鍵問題和麻煩問題。埋於地下的塑料管的合理布置及間隔，有利於地上、地 下熱量的合理交換，防止由於地下換熱管過於集中而使周圍土壤溫度升高或者 降低，影響換熱效果，甚至影響生態平衡。 3、 實現高效經濟有利健康的"地板輻射供冷暖"，改"一板一供，，為"一 板兩供"，同時取代低效率的暖氣片供暖和昂貴的風機盤管供冷，從而降低初投 資，提高供熱、供冷效率，壽命提高一倍(冗年以上)。室內的換熱管採用塑料 管的回形設置及合理的間隔布置，可以最大的提高換熱效果。4、 供冷暖、供電全系統的初投資比傳統方式更低，運行費很少(見後)。 高級賓館、寫字樓即使加上新風系統也比傳統方式大幅降低。5、 實現建築能耗不依賴國家電網，不依賴地下水，不耗燃煤，不耗燃油 和燃氣，地能集中供熱還不耗自來水，從而實現"低能耗，低汙染"的"雙低"效果。6、 在當地沒有太陽能投資補貼時可仍舊沿用國家電網電力，並實現"削 峰用電"、"低谷用電"。10cm厚的地板層混凝土材料的蓄熱能力是風機盤管供暖 時室內空氣蓄熱的69倍，因此，可成倍縮短日供熱供冷時間(低至12—8小時)， 從而使主機壽命比現有地源熱泵提高50%左右，達到30年以上。並可完全避開 高峰電，從而可按政府最新文件享受低谷電價，使供冷暖、供熱水運行費降至8 —10元/1112年。


圖1是本實用新型的連接結構示意圖；其中1-1、豎管，1-2、橫管，1-3、循環水泵，2-1、壓縮機，2-2、冷 凝器，2-3、蒸發器，2-4、換向閥，3-1、回形塑料換熱管，3-2、循環泵，4、 太陽能發電裝置，5-1、樓頂，5-2、建築物地板，5-3、樓板。
具體實施方式
下面以一幢50001112的5層建築為例，結合附圖對本實用新型做進一步詳細 說明在建築物的100(W的屋頂面上安裝一個可自動跟蹤太陽的圓形太陽能發電 裝置4，其總面積675m2。發出的電力通過電線輸送給地源熱泵機組2的主、輔電器。此太陽能發電裝置不僅不佔地，屋面面積還餘30%。地下換熱裝置是由豎管1-1和橫管1-2及循環水泵1-3組成的，豎管埋於 室外地下(或樓下)，有若干根縱向排列布置，這些豎管排列後和橫管1-2並聯， 橫管和地源熱泵機組中的蒸發器2-3連接，橫管上連接有循環水泵1-3。在地下 換熱裝置的管路中注入經過過濾和軟化的自來水，形成獨立的水源側水循環。 本實施例中豎管1-1為PE80管，外徑①28—32隨，形狀為U形，埋入深度為50 —150m,分布間距3—5米；橫埋管為PE80管，外徑①100—250mm,埋深1.5 —2. 0m。地源熱泵機組由壓縮機2-1、冷凝器2-2、蒸發器2-3、換向閥2-4串聯組 成，並和機房智能化控制系統連接。它構成了獨立的製冷劑循環系統，並通過 換向閥2-4將冷凝器和蒸發器的功能進行互換；從而達到冬天給房間內供熱、 夏天製冷的目的。根據熱工計算確定建築冷指標40 — 25W/m2和熱指標30 — 15W/m2,並計算和選擇具體機組零部件型號。採暖、製冷系統裝機功率平均每建 築平米降至8 — 10W,遠優於現有地源熱泵系統。加上其餘照明、家電，建築所 需全部太陽能電力90KW左右，平均18W/m2。地板冷暖輻射裝置由PEX材質的回形塑料換熱管3-1 "、循環泵3-2組成， 並構成獨立的以水為介質的熱循環系統。各房間的"回，，形盤管3-1通過套房 的分集水器與進出口水管相連，回形塑料換熱管的室外一端與地源熱泵機組的 冷凝器連接。回形塑料換熱管3-1設置在建築物房間的地面內，塑料管設置成 "回，，形盤管，其材料為PEX,管徑cj) 20—22mm，管間距為150—250mm。本實 用新型的冬季進水溫度28。C一38。C，使室溫達到20°C ±2°C;夏季進水溫度16 °C —20°C,室溫達到28 ± 2°C。樓板5-3的材料為豆石混凝土，厚度100—120mm; 地板5-2的材料為瓷磚、大理石，不推薦複合木地板、實木，地板層的厚度為 60—100隱。地埋管下部的隔熱層傳熱係數儘量小，需要分戶計量時採用，不需要分戶 計量時也可以不用。此時，樓板層也參與蓄熱和熱輻射。
太陽能發電裝置設置在樓頂5-1上，由多個"透鏡一一桿一一電池"的組 件組成，它架設在散熱器上，散熱器浸在水池中。點聚焦透鏡的方位跟蹤陣列 保證系統始終跟蹤太陽，達到高效光電轉換的目的。發電裝置所發的電通過導 線傳遞給本實用新型的壓縮機和各循環水泵。太陽能發電裝置選用世界先進水平的雙軸跟蹤太陽發電裝置，即在100(W屋面上安裝一個園形太陽能發電裝置， 總面積6751112，轉換率高達37.3%,發電能力675m2 x 133. 3W/ni2=90KW,總發電量 26. 3萬KWH(按360天，8小時/天)，可以供500(W建築用電有餘。50001112建築， 單位平米裝才/L電力為採暖製冷9W/m2,其餘照明家電9W/m2 ,合18W/ m2 ，按 單位採暖面積用電量16KWh/m2,製冷4KWh/ti^,其餘13KWh/m2,年用電量14萬 KWH左右，餘下12. 3萬KWH可併網銷售。太陽能裝置在條件允許時也可以安裝 在地面，也可以在垂直牆面安裝太陽能發電板補充發電能力。以滿足高層建築 的需要。總面積5000m2， 5個單元，5層樓， 一梯二戶，戶均100m2;樓頂面積lOOOm2。 實際供熱面積5000m2 x 0. 85=4250m2。施工時，建築物的節能應按照《居住建築 節能設計標準》[DB13 (J) 63—2007]、《公共建築節能設計標準》[GB50189 — 2005]和《外牆外保溫工程技術規程》(JGJ144 —2004 )進行；地下換熱系統和 地源熱泵主機房的設計施工按《地源熱泵系統工程技術規範》[GB50366 —2005] 進行。管材符合GB/T136663。地下換熱系統設計要先作試驗孔檢測，參照《巖 土工程勘察規範》[GB50021、 GB50027]進行。太陽能發電系統按所提供的施工 規範及圖紙進行。本實用浙型的工作過程如下制熱時通過室外地埋豎管中的水對土壤或巖土進行第一次熱交換，將13°C —22。C的淺層地溫能帶到主機房地源熱泵機組，與蒸發器進行第二次熱交換， 製冷劑在蒸發器2-3中吸收地下埋管的熱量而蒸發，地埋管中的水返回地下， 製冷劑再經過壓縮機2-1壓縮成高溫高壓的過熱蒸氣進入冷凝器2-2，進行第三 次熱交換；用戶側循環水在此得到加熱，形成28。C一38。C的中溫熱水，並通過
循環泵3-2送到室內地才反下的回形輻射管中，水的熱量傳給地才反5-2,進4亍第四 次熱交換；地板5-2通過蓄熱功能和輻射功能把熱量傳給室內空氣完成第五次 熱交換，實現供熱全過程。當冷凝器2-2與蒸發器2-3交換位置，進行與上述相反的過程，即把室內 熱量帶到室外地下，還可實現建築供冷降溫。此時，室內地埋管的水溫控制在 16 —2(TC，使地板表面溫度超過當時的露點溫度，即可以防止結露。夏天當地 下土壤溫度在16 — 20。C時，多數時間可以不開主機，只開循環水泵，此時耗電 只有全系統單位建築面積額定功率(8~10W/m2)的四分之一左右，從而實現顯 著節能。
權利要求1、一種低能耗低汙染的建築，包括建築物、安置在建築物地板中的地板冷暖輻射裝置、與地板冷暖輻射裝置連通的地源熱泵機組以及太陽能發電裝置，其特徵在於為本建築及其它生活用電供電的太陽能發電裝置設置在建築物上面，地板冷暖輻射裝置和地源換熱機組連通，地源熱泵機組與埋設於地下的地下換熱裝置連通。
2、 根據權利要求1所述的一種低能耗低汙染的建築，其特徵在於所述地下 換熱裝置包括埋於地下巖土中的內部裝有水的塑料管，塑料管經過循環水泵和 地源熱泵機組中的冷凝器或蒸發器連接。
3、 根據權利要求2所述的一種低能耗低汙染的建築，其特徵在於所述埋於 地下的塑料管分為橫管和豎管，其中豎管為①28—32睡直徑的PE80材質的塑料 管，豎管並聯於橫管之間，豎管的分布間距為3—5m。
4、 根據權利要求1所述的一種低能耗低汙染的建築，其特徵在於所述地板 冷暖輻射裝置包括埋於地板、樓板之間的回形塑料換熱管，回形塑料換熱管上 安裝有循環水泵和向建築物各功能區間分配水量的分集水器。
5、 根據權利要求4所述的一種低能耗低汙染的建築，其特徵在於所述埋於 地板、樓板之間的回形塑料換熱管是直徑為4) 20—22mm的、PEX材質的塑料管， 回形塑料換熱管的布置間距為150—250mm;埋設回形塑料換熱管的樓板層的厚 度為100—120mm，地才反層的厚度為60—100mm。
6、 根據權利要求1所述的一種低能耗低汙染的建築，其特徵在於所述地源 熱泵機組由壓縮機、蒸發器、換向閥、冷凝器以及管路組成內部裝有循環製冷 劑的串聯迴路。
7、 根據權利要求1所述的一種低能耗低汙染的建築，其特徵在於所述屋面 太陽能發電裝置包括雙軸自動跟蹤太陽的圓形光電接收轉換器和浮動於水池中 的散熱器以及點聚焦透鏡和框架。
專利摘要本實用新型公開了一種低能耗低汙染的建築。包括建築物、安置在建築物地板中的地板冷暖輻射裝置、與地板冷暖輻射裝置連通的地源熱泵機組以及太陽能發電裝置，為本建築及其它生活用電供電的太陽能發電裝置設置在建築物上面，地板冷暖輻射裝置和地源換熱機組連通，地源熱泵機組與埋設於地下的地下換熱裝置連通。地下換熱裝置包括埋於地下巖土中的內部裝有水的塑料管，塑料管經過循環水泵和地源熱泵機組中的冷凝器或蒸發器連接。本實用新型需要解決的技術問題是提供一種能夠不依賴國家電網、不消耗煤炭資源及地下水的能夠獨立進行採暖、製冷和提供生活用電的建築，能夠高效利用太陽能和淺層地能這兩種可再生能源，達到低能耗、低汙染的目的。
文檔編號F24D3/18GK201053720SQ20072010131
公開日2008年4月30日 申請日期2007年5月16日 優先權日2007年5月16日
發明者任錫志, 張存柱 申請人:任錫志;張存柱