基於太陽能發電的土壤源直冷環保空調系統的製作方法
2023-06-02 23:40:46
專利名稱：基於太陽能發電的土壤源直冷環保空調系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於太陽能電池發電的土壤源空調系統，尤其是指利用地下土壤 恆溫環境直接對室內空氣進行溫度調節的節能空調系統，此系統無需外來電源，而採用太 陽能作為能源，是一種環保綠色的節能空調系統。 背景技術：
目前，利用土壤恆溫原理進行室內空氣調節的方法有兩類一類是直接利用地下 水進行室內空氣調節；另一類是通過管道內水與土壤進行熱交換進行室內空氣調節。但是 這些方法用到的水泵、風機等的驅動需要使用外來電，發生電能的消耗。本空調系統根據土 壤源空調耗電量小、太陽能清潔永久的特點，設計採用太陽能發電，為空調系統運行提供所 需的小能耗，達到完全的綠色空調。
發明內容
本發明的目的在於提供一種基於太陽能電池供電的土壤源直冷空調系統。利用地 下土壤溫度環境基本為恆溫的這一特點，將循環水通過地埋管換熱器與土壤進行熱交換， 變成冷卻水，室內空氣再與冷卻水進行熱交換後達到適宜於設備正常運行的溫度。由於一 個好的空調系統耗電只有200W 400W，只需4m2太陽能板產生的電能就完全能滿足耗電和 儲電的要求，無需外來電源，並且太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一 次投資而長期使用，從而實現真正的綠色環保節能目的。如圖1所示，本發明系統主要有3部分組成製冷系統、控制系統和太陽能發電系統。製冷系統分兩部分水循環和空氣循環。水循環由循環水泵、U型管地埋換熱器組 成。主要功能是通過管道內的水將熱量傳遞給地下土壤，使降低管道內水變成低溫流回換 熱器。空氣循環主要由風機和風機盤管組成。主要功能是將室內空氣與循環水進行熱交換， 使室內空氣達到適宜的溫度。控制系統由智能控制盒和測溫單元組成。主要功能是監測溫度，通過智能控制盒 啟動或關閉風機和循環水泵，並根據需求上傳、記錄實時溫度數據。所述的測溫單元由室內 測溫電阻和水溫電阻組成。太陽能發電系統由太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池組成。主要功能是將太陽 輻射能轉化為電能，為設備運轉提供能源動力。如圖1所示，水循環系統A內水的流動是靠循環水泵6提供動力，循環水泵6可以 放在室內，也可放在室外。在整個製冷系統中，U型管地埋換熱器7與循環水泵6和風機盤 管4連接形成一個封閉水系統，封閉水系統中循環水泵6的驅動指令來源於智能控制盒1。 風機盤管4是把U型管地埋換熱器7內的冷量傳遞給室內空氣的主要換熱部件，熱交換方 式是通過風機3將室內熱空氣吹向風機盤管4，使熱空氣通過風機盤管4時吸收冷量，變成 冷空氣再流入室內。為了獲取最大製冷效果，風機3應儘可能靠近風機盤管4。同樣，其驅動指令也來源於智能控制盒1。室內測溫電阻2和水溫電阻5與智能控制盒1通過電阻線連接，智能控制盒1測試到溫度後，根據控制邏輯運算得到輸出控制信號。智能控制盒1輸 出的信號通過繼電器控制接觸器的開合給風機3和循環水泵6提供電源，以此來控制風機 3和循環水泵6啟停。發明智能控制盒1可根據現場安裝的實際需要，隨意擺放位置。U型管地埋換熱器是本系統利用地下恆溫環境的主要部件，水在流經U型管地埋 換熱器的同時通過管道壁面與地下土壤進行熱交換，在夏季需製冷時，水將高溫傳遞給土 壤，變成冷卻水。風機盤管是本系統利用冷卻水將室內空氣調節到適宜溫度的主要部件，風機轉動 使空氣流動，空氣流過風機盤管發生熱交換，達到適宜設備運行的正常溫度。 該控制系統是通過智能控制盒控制風機和循環水泵的開啟與關閉。所述的測溫單元是測溫電阻，具體為室內測溫電阻和循環水溫電阻。測溫單元也 可為測溫電偶或其他測溫元件。太陽能發電系統D為整個系統供電。由太陽能電池板8將太陽的輻射能轉換為電 能，經太陽能控制器9對所發的電能進行調節和控制，一方面把調整後的能量送往交流負 載A和B，另一方面把多餘的能量送往蓄電池10組儲存備用。控制器9的作用是控制整個 系統的工作狀態，並對蓄電池起過充電和過放電保護。蓄電池組的任務是貯能，以便在夜間 或陰雨天保證負載用電。本系統所有負荷直接採用直流供電，直接利用太陽能所轉化的電 能，減少消耗。本發明是一種基於太陽能電池供電的土壤源直冷空調系統，其優點及功效為利 用地下土壤的恆定溫度環境對室內空氣進行溫度調節，整個系統採用太陽能電池供電，沒 有耗電量，且不受季節和地域限制；同時本製冷系統採用封閉水循環方式，不會對周邊環境 和地下水資源造成汙染和損害，具有很好的環保能力。
圖1.本發明土壤源直冷空調系統示意圖1.智能控制盒2.室內測溫電阻3.風機4.風機盤管5.水溫電阻6.循環水泵7. U型管地埋換熱器8.太陽電池板9.太陽能控制器10.蓄電池A.水循環系統B.空氣循環系統C.控制系統D.太陽能發電系統
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明如何利用地下恆溫環境進行室內空氣溫度調節作進一步 的說明本發明是一種土壤源直冷空調系統，如圖1所示，該系統主要由3部分組成製冷 系統(水循環系統A、空氣循環系統B)、控制系統C和太陽能發電系統D。水循環系統A主 要作用是獲取地下土壤的恆溫環境。如圖1所示，U型管地埋換熱器7被垂直埋到地下土 壤中，深達100多米。通常情況下，地下10米深後，土壤溫度受到地面環境溫度的影響已經很小，可以認為地下土壤層的溫度基本保持為恆溫狀態。本系統就是根據這一恆溫原理，利用地埋換熱器內循環水與土壤進行熱交換，得到冷卻水，對室內空氣進行溫度調節。循環水 泵6將水抽入U型管地埋換熱器7，通過管道壁面與土壤進行熱交換，變成冷卻水流迴風機 盤管4，然後與室內空氣進行熱交換，最後流回循環水泵6，從而實現提取地下恆溫環境，對 室內空氣進行溫度調節。空氣循環系統B主要功能是使室內空氣達到適宜於電子設備正常 運行的溫度。如圖1所示，風機3將室內空氣吹向風機盤管4，使室內空氣與風機盤管4進 行熱交換，達到適宜於電子設備正常運行的溫度。控制系統C的主要功能是控制風機3和 循環水泵6關閉、開啟和上傳、記錄實時溫度數據。如圖1所示，由室內測溫電阻2和水溫 電阻5監測到室內空氣溫度和循環水溫，智能控制盒1根據要求判斷室內溫度是否達到設 定溫度範圍。當室內溫度高於設定溫度範圍，符合開機條件，智能控制盒1會發出指令開啟 風機3和循環水泵6 ；當室內溫度在設定溫度範圍之內，不符合開機條件，智能控制盒1會 發出指令關閉風機3和循環水泵6。根據上位機的要求，智能控制盒1會自動上傳相關的監 控和測試數據。太陽能發電系統D的主要功能是為整個系統提供電源。如圖1所示，太陽 能電池陣列8在太陽光照射下輸出電能，太陽能發電控制器9對所發的電能進行調節和控 制，一方面把調整後的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多餘的能量送往蓄電池 10儲存，當所發的電不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池10的電能送往負載。蓄電池 10充滿電後，控制器9要控制蓄電池不被過充。當蓄電池10所儲存的電能放完時，控制器 9要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。由於太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、 48VDC，因此負荷採用直流水泵和風機，減少電能轉換時的消耗。本基於太陽能發電的土壤源直冷空調系統的實施步驟如下步驟一、打開電源，智能控制盒1通過室內測溫電阻2和水溫電阻5監測得到室內 空氣溫度和循環水溫。步驟二、如果室內空氣溫度和水溫符合開機條件，智能控制盒1開啟風機3和循環 水泵6電源，使室內氣體和地埋管換熱器內的水流動起來進行熱交換，實現利用地下恆溫 環境進行室內空氣溫度調節的目的。另外，智能控制盒1還可根據需求上傳、記錄實時溫度 數據。步驟三、如果室內空氣溫度和循環水溫不符合開機要求，智能控制盒1關閉風機3 和循環水泵6，停止利用地下恆溫環境進行室內空氣溫度調節。
權利要求
一種基於太陽能電池供電的土壤源直冷空調系統，包括3部分製冷系統(水循環系統、空氣循環系統)、控制系統和太陽能發電系統；其特徵在於水循環系統由U型管地埋換熱器、循環水泵組成，空氣循環系統由風機和風機盤管組成，控制系統由智能控制盒和測溫單元組成，太陽能發電系統由太陽能電池板、控制器和蓄電池組成；其中，U型管地埋換熱器與循環水泵和風機盤管連接，智能控制盒通過電阻線與測溫單元連接；太陽能電池板置於屋頂，控制器和蓄電池置於室內；所述的U型管地埋換熱器是本系統利用地下恆溫環境的主要部件，水在流經U型管地埋換熱器的同時通過管道壁面與地下土壤進行熱交換，將高溫傳遞給土壤，變成冷卻水；所述的風機盤管是本系統利用冷卻水將室內空氣調節到適宜溫度的主要部件，風機轉動使空氣流動，空氣流過風機盤管發生熱交換，達到適宜設備運行的正常溫度。
2.根據權利要求1所述的太陽能供電系統，其特徵在於該系統是整個直冷空調的供 電系統，水泵和風機直接利用太陽能供電運轉，不額外消耗電能，達到節能環保目的。
全文摘要
本發明是一種基於太陽能電池供電的土壤源直冷空調系統，包括製冷系統(水循環和空氣循環)、控制系統和太陽能發電系統；其特徵在於水循環由U型管地埋換熱器、循環水泵及連接附件組成，空氣循環由風機和風機盤管組成，控制系統由智能控制盒和測溫單元組成，太陽能發電系統由電池板、控制器和蓄電池組成；U型管地埋換熱器與循環水泵和風機盤管連接形成封閉水系統，循環水泵由智能控制盒驅動，風機設置於風機盤管附近，太陽能電池板置於屋頂。本發明利用地下土壤恆溫環境調節室內空氣溫度，利用太陽能為整個系統供電，不消耗電量，不受季節和地域限制。同時本空調系統不利用地下水，不會對地下水資源產生汙染，具有很好的環保能力。
文檔編號F24F5/00GK101832608SQ201010153778
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者丁立, 張春光, 王超 申請人:北京航空航天大學