一种适用于严寒地区的土壤-空气换热器新风系统 |
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| 申请号 | CN202410274057.4 | 申请日 | 2024-03-11 | 公开(公告)号 | CN117968166A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 发明人 | 倪龙; 姜帅; 姚杨; | ||||
| 摘要 | 一种适用于严寒地区的 土壤 ‑空气换热器新 风 系统，涉及新风设备技术领域。风帽通过新风总管段、埋管进风管段、土壤‑空气换热器、埋管出风管段、机组进风管段与机组进风口连通，新风总管段设置有室外风机，埋管采用双层螺旋型换热结构，埋管进风管段设置有进风风 阀 ，埋管出风管段设置有出风风阀，新风总管段和埋管进风管段的接点 位置 与埋管出风管段之间连通设置旁通管段，旁通管段设置有旁 通风 阀，热回收机组能够控制室外新风是否经过 热交换器 ，热交换器内部设置网状 钢 丝作为紊流器。在保证室内空气品质的同时，通过不同风阀间的开启和关闭能够实现系统在不同季节向室内输入冷/热空气，系统整体效率高，节能环保，具有良好的应用价值。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种适用于严寒地区的土壤‑空气换热器新风系统，其特征在于：包括新风入口(1)、土壤‑空气换热器(5)、新风总管段(9)、埋管进风管段(10)、埋管出风管段(11)、旁通管段(12)、机组进风管段(13)以及热回收机组(22)，所述新风入口(1)设置有风帽(2)并依次通过新风总管段(9)和埋管进风管段(10)与土壤‑空气换热器(5)的埋管进风口连通，所述新风总管段(9)设置有室外风机(4)，所述埋管进风管段(10)设置有进风风阀(6)，所述热回收机组(22)设置有室内回风口(14)和新风送风口(16)两个室内端口以及机组进风口(15)和排风口(17)两个室外端口，所述室内回风口(14)和所述排风口(17)形成排风通道，排风口(17)处设置排风机(21)，所述新风送风口(16)和所述机组进风口(15)形成新风通道，新风送风口(16)处设置送风机(20)，所述排风通道和所述新风通道交叉流经位于热回收机组(22)中的热交换器(19)，且热回收机组(22)位于机组进风口(15)和新风送风口(16)之间还自带旁通结构能够控制室外新风是否经过所述热交换器(19)，所述土壤‑空气换热器(5)的埋管出风口依次通过埋管出风管段(11)和机组进风管段(13)与机组进风口(15)连通，新风总管段(9)和埋管进风管段(10)的接点位置与埋管出风管段(11)之间还连通设置旁通管段(12)，所述旁通管段(12)设置有旁通风阀(8)，所述埋管出风管段(11)上位于旁通管段(12)与土壤‑空气换热器(5)之间设置有出风风阀(7)。 |
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| 说明书全文 | 一种适用于严寒地区的土壤‑空气换热器新风系统技术领域[0001] 本发明涉及新风设备技术领域，具体是一种适用于严寒地区的土壤‑空气换热器新风系统。 背景技术[0002] 对于新风系统来说，稀释室内污染物浓度要保证室内新风量的充足和有效，而在我国严寒地区冬季温度低且持续时间长，建筑对新风系统的要求更高。 [0003] 土壤‑空气换热器作为一种高效节能的地下被动式换热技术，利用浅层地热能，将土壤视为热源/冷源从中吸收/释放热量，以空气作为传热介质，实现在冬/夏季对室外低/高温空气进行加热/冷却的目的，可极大程度降低建筑的新风供给负荷，也可减少制冷剂的使用，从一定程度上降低大气臭氧层的破坏程度。 [0004] 然而传统的土壤‑空气换热器中，埋管结构布置不合理，形式较为单一，多为单层直管段并联或者串联，由于空气与土壤换热效果会随着流动不断减弱，因此在换热器后半段换热效果较差，为了保证换热量则必须增加管长，增大占地面积与初投资等。如果利用热回收机组对流经土壤‑空气换热器的新风进一步加热升温，由于常规的板式热回收机组换热效率有限，尤其在严寒地区，即使新风再次通过热回收机组进行升温，也会存在出风温度仍达不到室内需求的情况。因此，有必要对传统的新风系统进行优化改进，使其能够更好地满足严寒地区的使用需求。 发明内容[0005] 为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种适用于严寒地区的土壤‑空气换热器新风系统，它在保证室内空气品质的同时，通过不同风阀间的开启和关闭能够实现系统在不同季节向室内输入冷/热空气，系统整体效率高，节能环保，具有良好的应用价值。 [0006] 为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种适用于严寒地区的土壤‑空气换热器新风系统，包括新风入口、土壤‑空气换热器、新风总管段、埋管进风管段、埋管出风管段、旁通管段、机组进风管段以及热回收机组，所述新风入口设置有风帽并依次通过新风总管段和埋管进风管段与土壤‑空气换热器的埋管进风口连通，所述新风总管段设置有室外风机，所述埋管进风管段设置有进风风阀，所述热回收机组设置有室内回风口和新风送风口两个室内端口以及机组进风口和排风口两个室外端口，所述室内回风口和所述排风口形成排风通道，排风口处设置排风机，所述新风送风口和所述机组进风口形成新风通道，新风送风口处设置送风机，所述排风通道和所述新风通道交叉流经位于热回收机组中的热交换器，且热回收机组位于机组进风口和新风送风口之间还自带旁通结构能够控制室外新风是否经过所述热交换器，所述土壤‑空气换热器的埋管出风口依次通过埋管出风管段和机组进风管段与机组进风口连通，新风总管段和埋管进风管段的接点位置与埋管出风管段之间还连通设置旁通管段，所述旁通管段设置有旁通风阀，所述埋管出风管段上位于旁通管段与土壤‑空气换热器之间设置有出风风阀。 [0007] 进一步的，所述土壤‑空气换热器的埋管由埋管竖向进风管段、埋管上层水平螺旋管段、埋管上下层竖向连接管段、埋管下层水平螺旋管段和埋管竖向出风管段组成，所述埋管竖向进风管段顶端作为埋管进风口与埋管进风管段连通，所述埋管竖向出风管段顶端作为埋管出风口与埋管出风管段连通，所述埋管上层水平螺旋管段和埋管下层水平螺旋管段上下并列排布且二者内侧端通过所述埋管上下层竖向连接管段连通，所述埋管上层水平螺旋管段外侧端与埋管竖向进风管段底端连通，所述埋管下层水平螺旋管段外侧端与埋管竖向出风管段底端连通。 [0008] 进一步的，所述土壤‑空气换热器的埋管内径为200mm，所述埋管上层水平螺旋管段埋深2m，所述埋管下层水平螺旋管段埋深4m，且埋管上层水平螺旋管段和埋管下层水平螺旋管段的螺旋间距均为1.5m。 [0010] 进一步的，所述换热板尺寸采用300mm方形板，所述网状钢丝采用10mm方孔。 [0011] 进一步的，所述新风总管段上在室外风机与风帽之间设置第一过滤装置，所述热回收机组内设置第二过滤装置。 [0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在不同季节可通过不同风阀间的开启和关闭来实现系统不同组件的运行，在冬季使室外新风依次通过土壤‑空气换热器和热回收机组向室内输入热空气，在夏季使室外新风仅通过土壤‑空气换热器而通过热回收机组自带的旁通结构旁通掉热交换器向室内输入冷空气，在供暖季初末期旁通掉土壤‑空气换热器根据新风温度实际情况选择流经还是旁通掉热交换器，在保证室内空气品质的同时调节室内温度，系统整体效率高，节能环保，土壤‑空气换热器的埋管部分采用双层螺旋型换热结构设计，确保换热效果的同时有助于减小占地面积，降低安装成本，热回收机组的热交换器设置网状钢丝作为紊流器，提高换热效率，具有良好的应用价值。附图说明 [0013] 图1是本发明新风系统的原理示意图； [0014] 图2是本发明新风系统中土壤‑空气换热器的埋管结构示意图； [0015] 图3是本发明新风系统中热交换器内部换热板与网状钢丝的结构示意图。 [0016] 图中：1‑新风入口、2‑风帽、3‑第一过滤装置、4‑室外风机、5‑土壤‑空气换热器、6‑进风风阀、7‑出风风阀、8‑旁通风阀、9‑新风总管段、10‑埋管进风管段、11‑埋管出风管段、12‑旁通管段、13‑机组进风管段、14‑室内回风口、15‑机组进风口、16‑新风送风口、17‑排风口、18‑第二过滤装置、19‑热交换器、20‑送风机、21‑排风机、22‑热回收机组、5.1‑埋管竖向进风管段、5.2‑埋管上层水平螺旋管段、5.3‑埋管上下层竖向连接管段、5.4‑埋管下层水平螺旋管段、5.5‑埋管竖向出风管段、19.1‑换热板、19.2‑网状钢丝。 具体实施方式[0017] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0018] 如图1所示，一种适用于严寒地区的土壤‑空气换热器新风系统，包括新风入口1、土壤‑空气换热器5、新风总管段9、埋管进风管段10、埋管出风管段11、旁通管段12、机组进风管段13以及热回收机组22。 [0019] 所述新风入口1位于室外并设置有风帽2，所述风帽2依次通过新风总管段9和埋管进风管段10与土壤‑空气换热器5的埋管进风口连通，所述新风总管段9设置有室外风机4，所述埋管进风管段10设置有进风风阀6。 [0020] 所述热回收机组22设置有室内回风口14、新风送风口16、机组进风口15和排风口17四个端口，其中，室内回风口14和新风送风口16为室内端口，机组进风口15和排风口17为室外端口。所述室内回风口14和所述排风口17形成排风通道，排风口17处设置排风机21作为排风的动力源，所述新风送风口16和所述机组进风口15形成新风通道，新风送风口16处设置送风机20作为新风送风的动力源。所述排风通道和所述新风通道交叉流经位于热回收机组22中的热交换器19，且热回收机组22位于机组进风口15和新风送风口16之间还自带旁通结构能够控制室外新风是否经过所述热交换器19，所述旁通结构设置电动类型的机组风阀。 [0021] 所述土壤‑空气换热器5的埋管出风口依次通过埋管出风管段11和机组进风管段13与机组进风口15连通，新风总管段9和埋管进风管段10的接点位置与埋管出风管段11之间还连通设置旁通管段12，所述旁通管段12设置有旁通风阀8，所述埋管出风管段11上位于旁通管段12与土壤‑空气换热器5之间设置有出风风阀7。 [0022] 其中，进风风阀6、出风风阀7和旁通风阀8可采用手动或电动类型的风阀。室外风机4、送风机20和排风机21可采用轴流或离心类型的风机。 [0023] 此外，还可于新风总管段9上在室外风机4与风帽2之间设置第一过滤装置3，于热回收机组22内设置第二过滤装置18，防止颗粒杂质等阻塞管道。 [0024] 结合图2所示，土壤‑空气换热器5的埋管部分考虑换热效果、占地面积及经济性的影响，采用双层螺旋型换热结构设计，由埋管竖向进风管段5.1、埋管上层水平螺旋管段5.2、埋管上下层竖向连接管段5.3、埋管下层水平螺旋管段5.4和埋管竖向出风管段5.5组成。所述埋管竖向进风管段5.1顶端作为埋管进风口与埋管进风管段10连通，所述埋管竖向出风管段5.5顶端作为埋管出风口与埋管出风管段11连通，所述埋管上层水平螺旋管段5.2和埋管下层水平螺旋管段5.4上下并列排布且二者内侧端通过所述埋管上下层竖向连接管段5.3连通，所述埋管上层水平螺旋管段5.2外侧端与埋管竖向进风管段5.1底端连通，所述埋管下层水平螺旋管段5.4外侧端与埋管竖向出风管段5.5底端连通。 [0025] 其中，埋管选用DN200的钢管，同时考虑管道间相互热影响，设置埋管上层水平螺旋管段5.2和埋管下层水平螺旋管段5.4的螺旋间距均为1.5m，且埋管上层水平螺旋管段5.2埋深2m，埋管下层水平螺旋管段5.4埋深4m。同时，为保证土壤‑空气换热器5出口空气状态稳定，宜在埋管竖向出风管段5.5处包裹硬质聚氨酯泡沫作为保温材料。 [0026] 结合图3所示，热交换器19采用板式换热器，并且在其每相邻两层换热板19.1之间的排风通道和新风通道插入网状钢丝19.2作为紊流器，增强气体在流道内的紊流强度，以提高换热效率。其中，所述换热板19.1尺寸采用300mm方形板，所述网状钢丝19.2采用10mm方孔。 [0027] 在不同季节可通过进风风阀6、出风风阀7和旁通风阀8的开启与关闭，来实现不同组件的运行，进而达到不同室外条件下对新风的处理，具体如下： [0028] 在冬季，进风风阀6和出风风阀7开启而旁通风阀8关闭，室外新风依次通过新风入口1、新风总管段9、埋管进风管段10、土壤‑空气换热器5、埋管出风管段11，期间经过第一过滤装置3进行第一次过滤，再通过机组进风管段13由机组进风口15进入热回收机组22，在热交换器19中送入的新风可进一步吸收排风通道内来自室内温度较高回风的热量，期间经过第二过滤装置18进行第二次过滤，最后通过新风送风口16被送风机20送入室内，而室内温度较高的空气被排风机21抽入排风通道之后排向室外。整体系统中土壤‑空气换热器5和热回收机组22均参与运行。其中，新风在土壤‑空气换热器5的埋管部分流经路径为：埋管进风管段10的新风由埋管竖向进风管段5.1进入，依次流经埋管上层水平螺旋管段5.2、埋管上下层竖向连接管段5.3、埋管下层水平螺旋管段5.4，最后由埋管竖向出风管段5.5流出。 [0029] 在夏季，进风风阀6和出风风阀7开启而旁通风阀8关闭，室外新风依次通过新风入口1、新风总管段9、埋管进风管段10、土壤‑空气换热器5、埋管出风管段11以及热回收机组进风管段13，此时再通过热回收机组22自带的旁通结构旁通掉热交换器19直接进入室内。整体系统中仅土壤‑空气换热器5参与运行，而由于不再需要对室内回风进行热回收，因此热回收机组22的热交换器19被旁通掉。 [0030] 在过渡季节，尤其在供暖季初末期，土壤‑空气换热器5甚至会出现出口空气温度低于入口温度的情况，这与实际新风供给需求相悖，属于“无效运行”，因此本阶段应将其旁通掉，同时根据新风温度实际情况选择流经还是旁通掉热回收机组22的热交换器19，最后送入室内。此时进风风阀6和出风风阀7关闭而旁通风阀8开启，室外新风依次通过新风入口1、新风总管段9、旁通管段12以及热回收机组进风管段13，此时根据新风温度实际情况选择是否通过热回收机组22自带的旁通结构，最后送入室内。 [0031] 本发明新风系统属于独立建筑新风系统，不依赖于建筑空调系统，广泛适合于低密度住宅和办公建筑等，在严寒地区运行具有巨大潜力，且对室内热环境带来的影响可控。由于使室内空气不断循环，不断通入满足需求的新风，可以控制室内CO2浓度在合适的范围内，较大程度改善室内空气品质，减少建筑空调开启时间，节省运行费用。同时通过不同风阀间的开启和关闭能够合理调控室内温度环境，减少煤、天然气和石油等一次能源的消耗量。考虑增强换热效果、减小占地面积和降低工程造价等因素，土壤‑空气换热器5的埋管部分采用双层螺旋型换热结构。此外，在热回收机组22的热交换器19内设置钢丝网结构作为紊流器，提高换热效率。 [0032] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 [0033] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 |
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