(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105135573 A (43)申请公布日 2015.12.09
(21)申请号 201510605394.8(22)申请日 2015.09.21
(71)申请人江苏铁鑫能源科技有限公司
地址214100 江苏省无锡市锡山经济开发区
四期工业园区13、14号(72)发明人唐华锦 杨泽民
(74)专利代理机构北京科亿知识产权代理事务
所(普通合伙) 11350
代理人刘忠祥(51)Int.Cl.
F24F 5/00(2006.01)
权利要求书2页 说明书4页 附图5页
(54)发明名称
基于冷却塔和太阳能的适用高层建筑的地源热泵系统(57)摘要
本发明公开了基于冷却塔和太阳能的适用高层建筑的地源热泵系统，包括地埋管、第一循环管路、换热器、第二循环管路、第三循环管路、第四循环管路、冷却塔、太阳能单元和若干户式空调系统，地埋管设置在地表以下，地埋管通过第一循环管路与换热器构成第一换热循环回路，冷却塔通过第三循环管路与地埋管热交换连接，太阳能单元通过第四循环管路与地埋管热交换连接，第二循环管路由高层建筑底部至顶部构成循环回路，并与换热器构成第二换热循环回路，若干户式空调系统分别对应由下至上的高层建筑用户，若干户式空调系统分别与第二循环管路构成第三换热循环回路，本发明应用于南北方地区的高层建筑的地源热泵系统，改善土壤温度环境，适应性强。 C N 1 0 5 1 3 5 5 7 3 A CN 105135573 A
权 利 要 求 书
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1.基于冷却塔和太阳能的适用高层建筑的地源热泵系统，其特征在于：包括地埋管(1)、第一循环管路(2)、换热器(3)、第二循环管路(4)、第三循环管路(10)、第四循环管路(110)、冷却塔(9)、太阳能水箱单元(19)和若干户式空调系统(5)，所述地埋管(1)设置在地表以下，所述地埋管(1)通过第一循环管路(2)与换热器(3)构成第一换热循环回路，同时，所述冷却塔(9)通过第三循环管路(10)与地埋管(1)热交换连接，所述太阳能单元(19)通过第四循环管路(110)与地埋管(1)热交换连接，所述第二循环管路(4)由高层建筑底部至顶部构成循环回路，并与换热器(3)构成第二换热循环回路，所述若干户式空调系统(5)分别对应由下至上的高层建筑用户，若干所述户式空调系统(5)分别与第二循环管路(4)构成第三换热循环回路。
2.根据权利要求1所述基于冷却塔和太阳能的适用高层建筑的地源热泵系统，其特征在于：包括定压罐(6)和压力监测器，所述定压罐(6)与第二循环管路的至高点处连通，所述压力监测器与定压罐(6)连接，所述压力监测器的信号输出端通过无线传输单元与监控中心的信号输入端连接；所述定压罐(6)的高度大于高层建筑顶层用户的户式空调系统的高度。
3.根据权利要求1或2所述基于冷却塔和太阳能的适用高层建筑的地源热泵系统，其特征在于：所述户式空调系统(5)包括机组和风机，所述风机通过机组与第二循环管路(4)连接构成第三换热循环回路。
4.根据权利要求1所述基于冷却塔和太阳能的适用高层建筑的地源热泵系统，其特征在于：所述地埋管(1)位于地表以下95-100m位置；所述地埋管(1)的进水端部分的管径由上至下逐渐变大，所述地埋管(2)的出水端部分的管径由下至上逐渐变小。
5.根据权利要求1所述基于冷却塔和太阳能的适用高层建筑的地源热泵系统，其特征在于：所述第一循环管路(2)串接有一号水泵(7)，所述第二循环管路(4)串接有二号水泵(8)，所述一号水泵(7)和二号水泵(8)的信号输入端分别与控制开关的信号输出端连接。
6.根据权利要求1所述基于冷却塔的适用高层建筑的地源热泵系统，其特征在于：所述冷却塔(9)包括外置式水轮机冷却塔和内置式水轮机冷却塔；所述太阳能单元(19)包括两个或两个以上的太阳能水箱并联，并分别在太阳能水箱内设置有辅助加热器。
7.根据权利要求1所述基于冷却塔的适用高层建筑的地源热泵系统，其特征在于：包括第一智能四通(11)和第二智能四通(12)，所述冷却塔(9)的出水端、太阳能单元(19)的出水端和换热器(3)的出水端通过第一智能四通(11)与地埋管(1)的进水端连接，所述地埋管(1)的出水端通过第二智能四通(12)与冷却塔(9)的进水端、太阳能单元(19)的进水端和换热器(3)的进水端连接。
8.根据权利要求1所述基于冷却塔的适用高层建筑的地源热泵系统，其特征在于：所述第一循环管路(2)和第二循环管路(4)的管体截面层由外至内包括耐用保温外层(101)、抗屈防护层(102)、钢管本体层(103)和防腐层(104)，所述钢管本体层(103)内侧贴合设置防腐层(104)，所述钢管本体层(103)外侧贴合设置抗屈防护层(102)，所述抗屈防护层(102)外侧贴合设置耐用外层(101)；
所述耐用保温外层(101)的截面层由内至外依次包括第一真空玻璃层、相变材料层、第二真空玻璃层、发泡塑料层和钢丝网防护层。
9.根据权利要求1所述基于冷却塔的适用高层建筑的地源热泵系统，其特征在于：所
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述冷却塔(9)包括冷却水箱(95)和设置在冷却水箱(95)上面的冷淋箱(91)，冷却水箱(95)的上顶板兼作为冷淋箱(91)的下底板为多孔顶板(93)，所述冷却水箱(95)内设置有冷淋水，所述多孔顶板(93)上通过支架架设有冷淋器(918)，所述冷淋器(918)内部设置有水流缓冲器(910)；所述冷淋器(918)的进水管的一端连接有进水泵(911)，所述进水泵(911)设置在冷却水箱(95)中的冷淋水中，所述冷淋器(918)的进水管的另一端与水流缓冲器(910)的进水端连接，所述水流缓冲器(910)的出水端接有冷淋喷水嘴(912)，所述冷淋喷水嘴(912)设置在冷淋器(918)的正上方；所述冷淋箱(91)的顶部内壁设有风扇(131)，所述风扇(131)位于冷淋喷水嘴(912)的正上方。
10.根据权利要求9所述基于冷却塔的适用高层建筑的地源热泵系统，其特征在于：所述冷淋喷水嘴(912)包括喷嘴本体(211)，所述喷嘴本体(211)包括入口流道(212)、连接通道(213)、混合室(214)和喷射孔(233)，所述混合室(214)为设置在喷嘴本体(211)内部的容腔，所述混合室(214)内设置有凸台(217)，所述入口流道(212)设置在喷嘴本体(211)的底部，所述入口流道(212)通过连接通道(213)与混合室(214)连通，所述喷嘴本体(211)的顶部设有若干喷射孔(233)，所述喷射孔连通混合室(214)与外界；所述混合腔(214)的尺寸大于入口流道(212)的尺寸，所述入口流道(212)的尺寸大于连接流道(213)的尺寸。
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基于冷却塔和太阳能的适用高层建筑的地源热泵系统
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种基于冷却塔和太阳能的适用于高层建筑体系的地源热泵空调系统。
[0001]
背景技术
人类对能源的利用主要有三大转换：第一次是煤炭取代木材等成为主要能源；第
二次是石油取代煤炭而居主导地位；第三次是20世纪后半叶开始出现的向多能源结构过度的转换。18世纪前，人类只限于对风力、水力、畜力、木材等天然能源的直接利用，尤其是木材，在世界一次能源消费结构中长期占据首位。蒸汽机的出现加速了18世纪开始的产业革命，促进了煤炭的大规模开采。到19世纪下半叶，出现了人类历史上第一次能源转换。1860年，煤炭在世界一次能源消费结构中占24％，1920年上升为62％，从此世界进入了煤炭时代。19世纪70年代，电力代替了蒸汽机，电器工业迅速发展，煤炭在世界能源消费结构中的比重逐渐下降。1965年，石油首次取代煤炭占居首位，世界进入了“石油时代”。但是地球上石油的储量有限，石油的大量消费，使能源供应严重短缺。在我国的能源消费中，化石能源占居主导地位。煤炭与石油等化石能源在加工转化的过程中排放出大量污染物，造成环境污染。二氧化硫、烟尘等主要污染物与的排放量呈上升趋势。[0003] 环保部长周生贤介绍，按照新的环境空气质量标准，全国70％左右的城市不达标。京津冀、长三角、珠三角等区域PM2.5污染严重，一些城市灰霾天数达100天以上，个别城市甚至超过200天。世界能源正面临一个新的转折点。在能源消费结构中，已开始从石油为主要能源逐步向多元能源结构过渡。寻找替代能源及利用新能源成为中国经济发展的决定力量。新能源包括地热、低品位放射性矿物、地磁等地下能源；还包括潮汐、海浪、海流、海水温差、海水盐度、海水重氢等海洋能和风能、生物能等地面能源；以及太阳能、宇宙射线等太空能源。日前在中国，可以形成产业的新能源主要包括风能、太阳能、地热能等，是可循环利用的清洁能源。现有的长期地源热泵的应用，可能会造成地表以下土壤环境的逐年恶化，比如我国北方夏季较短，冬季较长，冬天使用空调的时间变长，这会使得土壤温度日益降低，如不加以早期预防，可能会造成土壤温度环境的恶化程度的进一步升级。
[0002]
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于冷却塔和太阳能的适用高层建筑的地源热泵系统，可以应用于南方地区或北方地区的高层建筑的地源热泵系统，改善土壤温度环境，适应性强。[0005] 技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：[0006] 基于冷却塔和太阳能的适用高层建筑的地源热泵系统，包括地埋管、第一循环管路、换热器、第二循环管路、第三循环管路、第四循环管路、冷却塔、太阳能水箱单元和若干户式空调系统，所述地埋管设置在地表以下，所述地埋管通过第一循环管路与换热器构成第一换热循环回路，同时，所述冷却塔通过第三循环管路与地埋管热交换连接，所述太阳能
[0004]
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单元通过第四循环管路与地埋管热交换连接，所述第二循环管路由高层建筑底部至顶部构成循环回路，并与换热器构成第二换热循环回路，所述若干户式空调系统分别对应由下至上的高层建筑用户，所述若干户式空调系统分别与第二循环管路构成第三换热循环回路。[0007] 进一步的，包括定压罐和压力监测器，所述定压罐与第二循环管路的至高点处连通，所述压力监测器与定压罐连接，所述压力监测器的信号输出端通过无线传输单元与监控中心的信号输入端连接。所述定压罐的高度大于高层建筑顶层用户的户式空调系统的高度。
[0008] 进一步的，所述户式空调系统包括机组和风机，所述风机通过机组与第二循环管路连接构成第三换热循环回路。[0009] 进一步的，所述地埋管位于地表以下95-100m位置。[0010] 进一步的，所述第一循环管路串接有一号水泵，所述第二循环管路串接有二号水泵，所述一号水泵和二号水泵的信号输入端分别与控制开关的信号输出端连接。[0011] 进一步的，所述地埋管的进水端部分的管径由上至下逐渐变大，所述地埋管的出水端部分的管径由下至上逐渐变小。[0012] 进一步的，所述冷却塔包括外置式水轮机冷却塔和内置式水轮机冷却塔；所述太阳能单元包括两个或两个以上的太阳能水箱并联，并分别在太阳能水箱内设置有辅助加热器。
[0013] 进一步的，包括第一智能四通和第二智能四通，所述冷却塔的出水端、太阳能水箱单元的出水端和换热器的出水端通过第一智能四通与地埋管的进水端连接，所述地埋管的出水端通过第二智能四通与冷却塔的进水端、太阳能单元的进水端和换热器的进水端连接。
[0014] 进一步的，所述第一循环管路和第二循环管路的管体截面层由外至内包括耐用保温外层、抗屈防护层、钢管本体层和防腐层，所述钢管本体层内侧贴合设置防腐层，所述钢管本体层外侧贴合设置抗屈防护层，所述抗屈防护层外侧贴合设置耐用外层。所述耐用保温外层的截面层由内至外依次包括第一真空玻璃层、相变材料层、第二真空玻璃层、发泡塑料层和钢丝网防护层。[0015] 进一步的，所述冷却塔包括冷却水箱和设置在冷却水箱上面的冷淋箱，冷却水箱的上顶板兼作为冷淋箱的下底板为多孔顶板，所述冷却水箱内设置有冷淋水，所述多孔顶板上通过支架架设有冷淋器，所述冷淋器内部设置有水流缓冲器；所述冷淋器的进水管的一端连接有进水泵，所述进水泵设置在冷却水箱中的冷淋水中，所述冷淋器的进水管的另一端与水流缓冲器的进水端连接，所述水流缓冲器的出水端接有冷淋喷水嘴，所述冷淋喷水嘴设置在冷淋器的正上方；所述冷淋箱的顶部内壁设有风扇，所述风扇位于冷淋喷水嘴的正上方。
[0016] 进一步的，所述冷淋喷水嘴包括喷嘴本体，所述喷嘴本体包括入口流道、连接通道、混合室和喷射孔，所述混合室为设置在喷嘴本体内部的容腔，所述混合室内设置有凸台，所述入口流道设置在喷嘴本体的底部，所述入口流道通过连接通道与混合室连通，所述喷嘴本体的顶部设有若干喷射孔，所述喷射孔连通混合室与外界；所述混合腔的尺寸大于入口流道的尺寸，所述入口流道的尺寸大于连接流道的尺寸。[0017] 有益效果：本发明的适用于南方地区或北方地区高层建筑的地源热泵系统，具备
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结构简单、成本低、效果好和适应性强的优点。附图说明
[0018] [0019] [0020] [0021] [0022] [0023]
附图1为本发明的结构示意图。
附图2为本发明的涉及的地埋管的进水端部分和出水部分局部放大图。附图3为本发明的太阳能单元的结构示意图。
附图4为本发明第一循环管路和第二循环管路的管体截面层结构示意图。附图5为本发明冷却塔的结构示意图。
附图6为本发明冷却塔中涉及的冷淋喷水嘴的结构示意图。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。[0025] 图1，基于冷却塔和太阳能的适用高层建筑的地源热泵系统，包括地埋管1、第一循环管路2、换热器3、第二循环管路4、第三循环管路10、第四循环管路110、冷却塔9、太阳能单元19和若干户式空调系统5，所述地埋管1设置在地表以下，所述地埋管1通过第一循环管路2与换热器3构成第一换热循环回路，同时，所述冷却塔9通过第三循环管路10与地埋管1热交换连接，所述太阳能单元19通过第四循环管路110与地埋管1热交换连接，所述第二循环管路4由高层建筑底部至顶部构成循环回路，并与换热器3构成第二换热循环回路，若干户式空调系统5分别对应由下至上的高层建筑用户，所述若干户式空调系统5分别与第二循环管路4构成第三换热循环回路。[0026] 其中，由于所述第一循环管路2和第二循环管路4露置在外面，图4，所述第一循环管路2和第二循环管路4的管体截面层由外至内包括耐用保温外层101、抗屈防护层102、钢管本体层103和防腐层104，所述钢管本体层103内侧贴合设置防腐层104，所述钢管本体层103外侧贴合设置抗屈防护层102，所述抗屈防护层102外侧贴合设置耐用外层101。所述耐用保温外层101的截面层由内至外依次包括第一真空玻璃层、相变材料层、第二真空玻璃层、发泡塑料层和钢丝网防护层。上述设计，确保第一循环管路2和第二循环管路4可以持久耐用，保温效果好。
[0027] 进一步的阐述上述冷却塔9和太阳能单元19，包括第一智能四通11和第二智能四通12，所述冷却塔9的出水端、太阳能单元19的出水端和换热器3的出水端通过第一智能四通11与地埋管1的进水端连接，所述地埋管1的出水端通过第二智能四通12与冷却塔9的进水端、太阳能单元19的进水端和换热器3的进水端连接。[0028] 本发明包括定压罐6和压力监测器，所述定压罐6与第二循环管路的至高点处连通，所述压力监测器与定压罐6连接，所述压力监测器的信号输出端通过无线传输单元与监控中心的信号输入端连接，当压力监测器监测到定压罐6压力异常，通过无线传输单元发送报警信息至监控中心，其中所述无线传输单元的无线传输方式采用Zigbee、Wife或蓝牙收发模块。具体的，所述定压罐6的高度大于高层建筑顶层用户的户式空调系统的高度，用于调节整个第二循环管路4的压力大小。
进一步的，所述户式空调系统包括机组和风机，所述风机通过机组与第二循环管
路4连接构成第三换热循环回路。通过风机对不同楼层的用户制冷或供暖。
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所述第一循环管路2串接有一号水泵7，所述第二循环管路4串接有二号水泵8，所述一号水泵7和二号水泵8的信号输入端分别与控制开关的信号输出端连接，分别通过一号水泵7和二号水泵8分别对第一循环管理2和第二循环管理4提供动力。[0031] 所述地埋管1位于地表以下95-100m位置。图2，所述地埋管1的进水端部分的管径由上至下逐渐变大，所述地埋管2的出水端部分的管径由下至上逐渐变小。尽量确保水流越往下速度越慢，越往上速度越快，提高换热能力。[0032] 进一步的，所述冷却塔9包括外置式水轮机冷却塔和内置式水轮机冷却塔；如图3，所述太阳能水箱单元19包括两个或两个以上的太阳能水箱，单一的太阳能水箱容易造成第四循环管路110中的循环的热水过多或者过少，通过多个等单位热水量的太阳能水箱并联解决，同时分别在太阳能水箱内设置有辅助加热器，解决阴雨天气导致的太阳能水箱内无热水情况。[0033] 如图5，本发明针对冷却塔具体的设计可以是：所述冷却塔9包括冷却水箱95和设置在冷却水箱95上面的冷淋箱91，冷却水箱95的上顶板兼作为冷淋箱91的下底板为多孔顶板93，所述冷却水箱95内设置有冷淋水，所述多孔顶板93上通过支架架设有冷淋器918，所述冷淋器918内部设置有水流缓冲器910；所述冷淋器918的进水管的一端连接有进水泵911，所述进水泵911设置在冷却水箱95中的冷淋水中，所述冷淋器918的进水管的另一端与水流缓冲器910的进水端连接，所述水流缓冲器910的出水端接有冷淋喷水嘴912，所述冷淋喷水嘴912设置在冷淋器918的正上方；所述冷淋箱91的顶部内壁设有风扇131，所述风扇131位于冷淋喷水嘴912的正上方。通过冷淋喷水嘴912喷出的经过冷淋器918制冷过的雾化水汽，在风扇131的吹动下进一步的降温，然后经过多孔顶板93落入至冷却水箱95，冷却水箱95内的水通过冷淋箱91和冷却水箱95之间的循环制冷降温，用来提供给地埋管，控制地埋管所在的地表以下位置的土壤升温恶化。[0034] 如图6，所述冷淋喷水嘴912包括喷嘴本体211，所述喷嘴本体211包括入口流道212、连接通道213、混合室214和喷射孔233，所述混合室214为设置在喷嘴本体211内部的容腔，所述混合室214内设置有凸台217，所述入口流道212设置在喷嘴本体211的底部，所述入口流道212通过连接通道213与混合室214连通，所述喷嘴本体211的顶部设有若干喷射孔，所述喷射孔233连通混合室214与外界；所述混合腔214的尺寸大于入口流道212的尺寸，所述入口流道212的尺寸大于连接流道213的尺寸。冷淋喷水嘴912的结构使得喷出的水汽的雾化程度较高，有利于水汽的进一步的降温。
[0035] 本发明应用太阳能改善北方地区由于多半时间制热带来的土壤温度降低，同时可以应用冷却塔改善南方地区由于多半时间制冷带来的土壤温度升高，具备结构简单、成本低、效果好的优点。
[0036] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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