[發明專利]一種土壤高效蓄冷釋冷系統及方法

在審

• 申請號: 202210622578.5
• 申請日: 2022-06-01
• 公開（公告）號: CN114857697A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 郭海豐;宋延麗;宋丹妮;曹石;王滕旭;丁樹文;李丹;李可瑩
• 申請（專利權）人: 沈陽建筑大學
• 主分類號: F24F5/00
• 分類號: F24F5/00;F24F13/30;F24F11/89
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 呂敏

一種土壤高效蓄冷釋冷系統及方法，屬于蓄冷釋冷技術領域。該系統包括多個地井、地埋管、置于地表的室外換熱器、室內空調換熱器、主管道、循環水泵、溫度檢測儀及閥控裝置，每個地井內的地埋管間不同土壤層并聯設置多個分層支管，其上設有分層控制閥，每個土壤層均設置有溫度檢測儀；各個地井內的地埋管的一路均并聯循環水泵的一端，循環水泵另一端并聯室內、外換熱器進水端，室內、外換熱器出水端通過主管道并聯連接地埋管的另一路水管，且該路水管上分別設有分支控制閥；在循環水泵兩端管路上設有閥控裝置，閥控裝置分別連接各層溫度檢測儀及各個閥門，控制水流方向，實現釋冷或蓄冷循環，降低了空調制冷的電能消耗，減輕了城市的熱島效應。

技術領域

本發明屬于蓄冷釋冷技術領域，特別是涉及一種土壤高效蓄冷釋冷系統及方法。

背景技術

隨著經濟的發展進步，對能源的需求和對環境的保護的矛盾越發嚴峻。以往夏季的空調制冷大部分都采用電制冷，耗費了電能增加了發電源頭的火力發電的二氧化碳排放，電能最終轉化成為熱量放出又加重了城市熱島效應。

對于寒冷和嚴寒地區，冬季空氣中的冷量在冬季是一種不利，但在夏季卻是一種財富。所以大家一直在努力通過冬季蓄冷夏季釋冷來進行利用。古代有冬季凍冰儲存與山洞夏季取用，但使用和儲存都不方便，而且成本巨大因此得不到實際推廣應用。

隨著科技發展，我們對地下的土壤的了解更加深入透徹，應運而生了通過打井埋設管道來實現利用淺層土壤的蓄冷功能來儲存和取用熱量的技術。地下5米以下的土壤接近地區的年平均氣溫，對于寒冷和嚴寒地區各地平均溫度略有差異。

例如沈陽地區大約10℃。通過打多口大約80～100米深，直徑100mm～150mm左右的井，把兩根(一供、一回)換熱管道下入井內，之后填入換熱性好的沙土填充。之后，通過多組并聯的方式把埋管連接，通過循環水泵，和相關管道和地面的換熱器組成閉合環路，用水作為循環介質在系統內流動進行工作。在冬季，水流經地上換熱器時被空氣冷卻，將至接近0℃(液態)，通過管道輸送循環水泵提供動力送至并聯的地埋管，通過地埋管的外表面與管外的10℃的土壤進行換熱，使土壤最終降到接近0℃。過度季節系統停止運行。到了夏季，系統運行，系統循環介質水可以把冷量提到地面需要的空調系統提供冷量。此方法，每口井的間距大約5米左右，控制的深度為80～100米，土壤的蓄熱量可以提供給建筑一定的夏季冷量需求。由于應用的是冬季低廉的自然冷量，因此夏季空調總體的能耗大幅度降低。但是實際運行起來并未達到預期的效果，推廣收到極大的限制。

現有技術方案存在如下技術問題：1、供、回水管換熱相互干擾，換熱效果差，限制打井的深度的進一步加深，井深只能打到100米，系統蓄冷量進一步提升受限。

井內的換熱管道為不保溫的兩根管，供水管和回水管，兩根管道存在著巨大的熱傳遞(熱短路)，成為不利的一大缺點。如果系統冬季需要蓄冷，管道被空氣降溫到0℃的水流入埋管使接近地面的土壤層先降溫，水在埋管繼續流動接觸更深層的土壤，水繼續升溫，最終回轉180度變成回水。隨著時間推移，蓄冷的不斷進行，越靠近地面的土壤溫度接近0攝氏度，這時管道內向上流動的回水(10℃),向上流動反而會被冷卻放熱(這是我們不希望的，我們希望在蓄冷時它總是吸熱)，這說明此過程對蓄冷不利，會大幅度降低系統的蓄冷效果。而且井深越深此影響越大，限制了蓄冷的井深的加深，限制了單口井的蓄冷能力。

2、蓄冷的土壤的地質特性隨深度的變化很大，尤其地下水的流動。大部分地區雖然地下水在土壤內的流動速度很慢，但對于以季節為周期的蓄冷與釋冷來說水的流動性的影響則是巨大的。例如，此含水層可能在20～40米深的范圍。地下水流動雖然慢，蓄冷可以完成，但蓄存的冷量在取用的季節可能隨地下水的流動轉移到水流方向下游很遠的位置。此層的蓄冷量幾乎為零。如果地下水的流動較快，此層和此層以下的蓄冷則很難完成，因為埋管和土壤交換的冷量會被水流很快帶走。

3、在蓄冷的過程中，無論需要哪層土壤蓄熱，盤管內的水都要流經埋管供、回的全程(80x2～100x2米)，水泵提供了過多的無意義的動力損耗，浪費的能量，增加了運行費用，降低了系統的運行經濟性。