一种高效节能减排的地源恒温装置和方法与流程

背景技术：
人类居住的这个星球，好像一个巨大的热水瓶，外凉内热，而且是越往里温度越高，人们把蕴藏于地球内部的热能称为地热能。浅层地热能资源开发利用潜力很大，资源的可再生、无污染的优势，是任何化石燃料所不能替代的。

现有技术的地能利用技术主要是两种：1、水源采集系统，这种技术虽然热水抽上来容易，但是回灌下去很难，容易导致地下水系统无法平衡等环境问题。2、地能热泵技术。地能热泵技术以近地表层土壤为其吸收热量或排放热量的热源。在冬天，地能热泵从土壤中吸取热量，供给热泵的蒸发器，经压缩机提高温度后，传到热泵的冷凝器，向房屋供热；在夏天，地能热泵通过其蒸发器从房屋内吸收热量，经压缩机、冷凝器而排放到土壤中。地能热泵技术，在有地下水源的地方，不需要专门的地下换热器，可以直接抽取地下水，经过去除杂质的处理后，根据供暖或制冷的目的，送给热泵的蒸发器或冷凝器，完成热量交换后回灌到地下或排放到别的地方。在没有水源的地方，热泵要与土壤交换热量，就需要设置专门的地下换热器。地能热泵所用的地下换热器是在地面下埋设的封闭管道回路，这些管路通常由高密度聚氯乙烯或聚丁烯塑料管组成，用泵将换热介质送入这些地下管道与地下土壤进行热量交换，然后回到地面与热泵进行换热，换热介质通常为水的盐溶液，封闭在管路系统，在地面上的热泵与地下换热器之间循环流动，完成换热任务。地能热泵技术的缺陷是技术要求较高，设备投资较大，需要抽取地下水，容易导致地下水系统无法平衡，其节能效果也仅只比电能空调节电30％～50％。

技术实现要素：
本发明的目的就是要克服现有技术中的上述不足，提供一种高效节能减排的地源恒温装置和方法。

本发明的高效节能减排的地源恒温装置，是以空气作为传热介质，转移地下水或土壤中的热量或者冷量到所需要的地方，利用地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季把热量从地下水或土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环系统，实现节能减排的功能。

本发明的高效节能减排的地源恒温装置是利用地层的冬暖夏凉的特性，通过提取和释放地层中的热量，实现冬季供暖和夏季供冷；在夏天，室内的空气温度高于地下竖井内U型换热管内的空气温度，开启风机电机，地下竖井内U型换热管内的冷空气经由U型换热管→主排风管→地面盘管→风机→主进风管→U型换热管完成地下竖井内U型换热管内冷空气与室内热空气的交换，实现室内降温供冷，因为地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，所以利用地下竖井内U型换热管内冷空气实现室内降温供冷的效果比电能空调制冷的效果还好；在冬天，地下竖井内U型换热管内的空气温度高于室内的空气温度，由于暖空气在封闭的管道内自然上升原理，地下竖井内U型换热管内的暖空气经由主排风管→地面盘管流向室内，向室内释放热量，室内冷空气经由地面盘管→风机→主进风管→U型换热管流过来补充，完成室内冷空气与地下竖井内U型换热管内暖空气的交换，实现室内升温供暖，由于地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，所以，利用地下竖井内U型换热管内的暖空气实现室内升温供暖的效果如同春天一般的温暖宜人。

本发明的高效节能减排的地源恒温装置具有清洁、高效、节能的特点，是具有很好的开发前景和可持续利用的清洁能源。

现对本发明的一种高效节能减排的地源恒温装置和方法分述如下。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井、井壁、井盖、U型换热管、主进风管、主排风管、保温层、风机、电机、开关，地面盘管，其技术方案的要点在于，所述的地下竖井是指有地下水的地下竖井或者是没有地下水的地下竖井，所述的地下竖井内设置有U型换热管，U型换热管用金属材料制作，U型换热管的一端连接主进风管，U型换热管的另一端连接主排风管，主进风管的另一端与风机、地面盘管连接，主排风管的另一端与地面盘管连接，主进风管、主排风管的外壁敷设有保温层；在U型换热管→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→U型换热管之间，形成封闭不漏气的空气通道；地球蕴藏着巨大的能量资源库，地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，地源恒温装置是以空气作为传热介质，利用地层的冬暖夏凉的特性，通过提取和释放地层中的热量，实现冬季供暖和夏季供冷；在夏天，地下竖井内U型换热管内的空气温度低于室内的空气温度，开启风机电机，地下竖井内U型换热管内的冷空气经由U型换热管→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→U型换热管完成地下竖井内U型换热管内的冷空气与室内热空气的交换，实现室内降温供冷，因为地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，所以利用地下竖井内U型换热管内冷空气实现室内降温供冷的效果比电能空调制冷的效果还好；在冬天，地下竖井内U型换热管内的空气温度高于室内的空气温度，开启风机电机，地下竖井内U型换热管内的暖空气经由U型换热管→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→U型换热管完成地下竖井内U型换热管内的暖空气与室内冷空气的交换；另外一种情形下，由于暖空气在封闭的管道内自然上升原理，不必开启风机电机，地下竖井内U型换热管内的暖空气也可以经由U型换热管→主进风管→风机流向地面盘管，向室内释放热量，室内冷空气经由地面盘管→主排风管→U型换热管流过来补充，完成地下竖井内U型换热管内的暖空气与室内冷空气的交换，实现室内升温供暖；由于地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，所以，利用地下竖井内U型换热管内的暖空气实现室内升温供暖的效果如同春天一般的温暖宜人。

所述的地源恒温装置具有如下显著的优势：1、高效节能，如今能源成为经济发展的″指南针″，国际能源专家普遍认为，新能源和可再生能源是21世纪将得到快速发展的能源，地源恒温装置是利用地能和水能，和太阳能一样，是免费的可再生能源；地球地热资源丰富，地源恒温装置作为一种清洁、节能、环保新技术将很快被人们认识和接受，利用地源恒温装置，加速地热的开发，可为全球可持续发展及环境保护作出积极贡献；地源恒温装置耗电量仅一台电扇的功率，夏季利用地源恒温装置供冷，耗电量仅相当于电能空调耗电量的1/20；冬天利用地源恒温装置供暖，可以实现地下暖空气与室内冷空气的自然循环，不消耗电能也可以实现室内供暖；按1.5匹的定频空调额定输入功率为1080W，假如一个夏季供冷工作1200小时，其耗用电量为1300kwh，假如冬季用于采暖/冷的用电量也同样按照夏季供冷耗电量推算，全国农村人口7亿人，约1.75亿户家庭，如果其中十分之一的家庭使用本发明，1750万户家庭，每户两居室计算，0.1750亿户×1300kwh×2居室×2夏冬两季＝910亿kwh，每年节电量相当于三峡发电厂一年的发电量900亿度，可以节约空调用电费用264亿元；2、无环境污染，地源恒温装置是通过地下竖井设置全封闭的U型换热管，通过主进风管、主排风管实现U型换热管内的空气与室内空气的冷热交换，地源恒温装置无任何污染物排放；3、运行费用低，地源恒温装置夏季供冷耗电量仅相当于电能空调耗电量的1/20，冬季不消耗电能也可以实现室内供暖；4、无需维护，地源恒温装置结构简单，基本没有维护费用；5、使用寿命长，地源恒温装置的U型换热管选用导热性能良好，不锈蚀的金属管材，一次投资，长期受益；6、地源恒温装置不需要抽取地下水，不会对地下水的平衡和地下水的品质造成任何影响，不会受到国家地下水资源政策的限制。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井、井壁、井盖、管路分集器、U型换热管群、主进风管、主排风管、保温层、风机、电机、开关，地面盘管，其技术方案的要点在于，所述的地下竖井内设置有U型换热管，所述的U型换热管包括U型换热管群，所述的U型换热管群由多根U型换热管集合而成，U型换热管群用金属材料制作，在U型换热管群与主进风管、主排风管之间分别连接有管路分集器，U型换热管群的一端通过管路分集器连接主进风管，U型换热管群的另一端通过管路分集器连接主排风管，主进风管的另一端与风机、地面盘管连接，主排风管的另一端与地面盘管连接，主进风管、主排风管的外壁敷设有保温层；在U型换热管群→管路分集器→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→管路分集器→U型换热管群之间，形成封闭不漏气的空气通道；地球蕴藏着巨大的能量资源库，地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃地源恒温装置是以空气作为传热介质，利用地层的冬暖夏凉的特性，通过提取和释放地层中的热量，实现冬季供暖和夏季供冷；在夏天，地下竖井内U型换热管群内的空气温度低于室内的空气温度，开启风机电机，地下竖井内U型换热管群内的冷空气经由U型换热管群→管路分集器→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→管路分集器→U型换热管群完成地下竖井内U型换热管群内的冷空气与室内热空气的交换，实现室内降温供冷，因为地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，所以利用地下竖井内U型换热管群内冷空气实现室内降温供冷的效果比电能空调制冷的效果还好；在冬天，地下竖井内U型换热管群内的空气温度高于室内的空气温度，开启风机电机，地下竖井内U型换热管群内的暖空气经由U型换热管群→管路分集器→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→管路分集器→U型换热管群完成地下竖井内U型换热管群内的暖空气与室内冷空气的交换；另外一种情形下，由于暖空气在封闭的管道内自然上升原理，不必开启风机电机，地下竖井内U型换热管群内的暖空气也可以经由U型换热管群→管路分集器→主进风管→风机流向地面盘管，向室内释放热量，室内冷空气经由地面盘管→主排风管→管路分集器→U型换热管群流过来补充，完成地下竖井内U型换热管群内的暖空气与室内冷空气的交换，实现室内升温供暖；由于地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，所以，利用地下竖井内U型换热管群内的暖空气实现室内升温供暖的效果如同春天一般的温暖宜人。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井、井壁、井盖、管路分集器、U型换热管或U型换热管群、导热翅片、主进风管、主排风管、保温层、风机、电机、开关，地面盘管，其技术方案的要点在于，在所述的U型换热管或U型换热管群的内壁和/或外壁上设置有导热翅片。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井、地下横井、井壁、井盖、管路分集器、U型换热管或U型换热管群、主进风管、主排风管、保温层、风机、电机、开关，地面盘管，其技术方案的要点在于，所述的地下竖井内还设置有地下横井，在地下横井内设置有U型换热管或U型换热管群。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井、井壁、井盖、管路分集器、U型换热管或U型换热管群、主进风管、主排风管、保温层、风机、阀门、调速电机、开关，地面盘管，其技术方案的要点在于，所述的地下竖井内设置有U型换热管或U型换热管群，U型换热管或U型换热管群用金属材料制作，U型换热管或U型换热管群的一端连接主进风管，U型换热管或U型换热管群的另一端连接主排风管，主进风管、主排风管的外壁敷设有保温层，主进风管的另一端与风机、地面盘管连接，主排风管的另一端与地面盘管连接；在U型换热管或U型换热管群→管路分集器→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→管路分集器→U型换热管或U型换热管群之间，形成封闭不漏气的空气通道；所述的风机由调速电机驱动，通过调节阀门的空气流量大小或调节调速电机的转速控制室内空气与U型换热管内空气的流速流量，实现室内空气温度的调节。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井、井壁、保温层、地面井盖、地下保温井盖、管路分集器、U型换热管或U型换热管群、主进风管、主排风管、保温层、风机、电机、开关，地面盘管，其技术方案的要点在于，在所述的地下竖井的井壁的外侧包括设置有保温层，在地下竖井的井口设置有地面井盖，在地面井盖的下面设置有地下保温井盖。

本发明的一种高效节能减排的地源恒温装置和方法与现有技术相比，其有益效果是：

1、高效节能，地源恒温装置避免了不可再生资源的消耗，实现可持续绿色环保的发展战略，是当今最节能的空气调节系统。如今能源成为经济发展的″指南针″，国际能源专家普遍认为，新能源和可再生能源是21世纪将得到快速发展的能源，地源恒温装置是利用地能和水能，和太阳能一样，是免费的可再生能源；地球地热资源丰富，地源恒温装置作为一种清洁、节能、环保新技术将很快被人们认识和接受，利用地源恒温装置，加速地热的开发，可为全球可持续发展及环境保护作出积极贡献；地源恒温装置耗电量仅一台电扇的功率，夏季利用地源恒温装置供冷，耗电量仅相当于电能空调耗电量的1/20；自然界风的形成，是因为热气流自然上升，冷气流自然流过来补充，所以冬天用地源恒温装置供暖，可以实现地下暖空气与室内冷空气的自然循环，不消耗电能即可实现室内供暖。避免了不可再生资源的消耗，实现可持续绿色环保的发展战略。

按1.5匹的定频空调额定输入功率为1080W，假如一个夏季供冷工作1200小时，其耗用电量为1300kwh，假如冬季用于采暖/冷的用电量也同样按照夏季供冷耗电量推算，全国农村人口7亿人，约1.75亿户家庭，如果其中十分之一的家庭使用本发明，1750万户家庭，每户两居室计算，0.1750亿户×1300kwh×2居室×2夏冬两季＝910亿kwh，每年节电量相当于三峡发电厂一年的发电量900亿度，可以节约空调用电费用264亿元。

2、无环境污染，地源恒温装置是通过地下竖井设置全封闭的U型换热管，通过主进风管、主排风管实现U型换热管内的空气与室内空气的冷热交换，地源恒温装置无任何污染物排放。是当今最环保的空气调节系统。

3、运行费用低，地源恒温装置夏季供冷耗电量仅相当于电能空调耗电量的1/20，冬季不消耗电能也可以实现室内供暖。

4、无需维护，地源恒温装置结构简单，基本没有维护费用。

5、使用寿命长，地源恒温装置的U型换热管选用导热性能良好，不锈钢管或铜管或铝管，寿命长，一次投资，长期受益。

6、地源恒温装置不需要抽取地下水，不向外界排放任何废气、废水、废渣、不会对地下水的平衡和地下水的品质造成任何影响，不会受到国家地下水资源政策的限制。是一种理想的对环境最友好和最高效的供热、供冷系统。

附图说明

图1地源恒温装置、地下竖井、地下横井热能循环示意图。

图2地源恒温装置管路分集器、U型换热管群截面图。

图3地源恒温装置U型换热管群导热翅片截面图。

图4地源恒温装置地下竖井井壁保温层、井盖保温层设置图。

图中：1.地下竖井，2.地下横井，3.井壁，4.保温层，5.地面井盖，6.地下保温井盖，7.管路分集器，8.U型换热管群，9.导热翅片，10.主进风管，11.主排风管，12.风机，13.地面盘管。

具体实施方式 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井1、井壁3、井盖5、U型换热管8、主进风管10、主排风管11、保温层4、风机12、电机、开关，地面盘管13，其技术方案的要点在于，所述的地下竖井是指有地下水的地下竖井或者是没有地下水的地下竖井，所述的地下竖并1内设置有U型换热管8，U型换热管8用金属材料制作，U型换热管8的一端连接主进风管10，U型换热管8的另一端连接主排风管11，主进风管10的另一端与风机12、地面盘管13连接，主排风管11的另一端与地面盘管13连接，主进风管10、主排风管11的外壁敷设有保温层4；在U型换热管→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→U型换热管之间，形成封闭不漏气的空气通道；地球蕴藏着巨大的能量资源库，地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，地源恒温装置是以空气作为传热介质，利用地层的冬暖夏凉的特性，通过提取和释放地层中的热量，实现冬季供暖和夏季供冷；在夏天，地下竖井内U型换热管内的空气温度低于室内的空气温度，开启风机电机，地下竖井内U型换热管内的冷空气经由U型换热管→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→U型换热管完成地下竖井内U型换热管内的冷空气与室内热空气的交换，实现室内降温供冷，因为地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，所以利用地下竖井内U型换热管内冷空气实现室内降温供冷的效果比电能空调制冷的效果还好；在冬天，地下竖井内U型换热管内的空气温度高于室内的空气温度，开启风机电机，地下竖井内U型换热管内的暖空气经由U型换热管→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→U型换热管完成地下竖井内U型换热管内的暖空气与室内冷空气的交换；另外一种情形下，由于暖空气在封闭的管道内自然上升原理，不必开启风机电机，地下竖井内U型换热管内的暖空气也可以经由U型换热管→主进风管→风机流向地面盘管，向室内释放热量，室内冷空气经由地面盘管→主排风管→U型换热管流过来补充，完成地下竖井内U型换热管内的暖空气与室内冷空气的交换，实现室内升温供暖；由于地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，所以，利用地下竖井内U型换热管内的暖空气实现室内升温供暖的效果如同春天一般的温暖宜人。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井1、井壁3、井盖5、管路分集器7、U型换热管群8、主进风管10、主排风管11、保温层4、风机12、电机、开关，地面盘管13，其技术方案的要点在于，所述的地下竖井1内设置有U型换热管，所述的U型换热管包括U型换热管群8，所述的U型换热管群8由多根U型换热管集合而成，U型换热管群8用金属材料制作，在U型换热管群8与主进风管10、主排风管11之间分别连接有管路分集器7，U型换热管群8的一端通过管路分集器7连接主进风管10，U型换热管群8的另一端通过管路分集器7连接主排风管11，主进风管10的另一端与风机12、地面盘管13连接，主排风管11的另一端与地面盘管13连接，主进风管10、主排风管11的外壁敷设有保温层4；在U型换热管群→管路分集器→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→管路分集器→U型换热管群之间，形成封闭不漏气的空气通道；地球蕴藏着巨大的能量资源库，地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，地源恒温装置是以空气作为传热介质，利用地层的冬暖夏凉的特性，通过提取和释放地层中的热量，实现冬季供暖和夏季供冷；在夏天，地下竖井内U型换热管群内的空气温度低于室内的空气温度，开启风机电机，地下竖井内U型换热管群内的冷空气经由U型换热管群→管路分集器→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→管路分集器→U型换热管群完成地下竖井内U型换热管群内的冷空气与室内热空气的交换，实现室内降温供冷，因为地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，所以利用地下竖井内U型换热管群内冷空气实现室内降温供冷的效果比电能空调制冷的效果还好；在冬天，地下竖井内U型换热管群内的空气温度高于室内的空气温度，开启风机电机，地下竖井内U型换热管群内的暖空气经由U型换热管群→管路分集器→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→管路分集器→U型换热管群完成地下竖井内U型换热管群内的暖空气与室内冷空气的交换；另外一种情形下，由于暖空气在封闭的管道内自然上升原理，不必开启风机电机，地下竖井内U型换热管群内的暖空气也可以经由U型换热管群→管路分集器→主进风管→风机流向地面盘管，向室内释放热量，室内冷空气经由地面盘管→主排风管→管路分集器→U型换热管群流过来补充，完成地下竖井内U型换热管群内的暖空气与室内冷空气的交换，实现室内升温供暖；由于地表以下5～10米的地层温度常年维持在16℃～18℃，所以，利用地下竖井内U型换热管群内的暖空气实现室内升温供暖的效果如同春天一般的温暖宜人。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井1、井壁3、井盖5、管路分集器7、U型换热管或U型换热管群8、导热翅片9、主进风管10、主排风管11、保温层4、风机12、电机、开关，地面盘管13，其技术方案的要点在于，在所述的U型换热管或U型换热管群8的内壁和/或外壁上设置有导热翅片9。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井1、地下横井2、井壁3、井盖5、管路分集器7、U型换热管或U型换热管群8、主进风管10、主排风管11、保温层4、风机12、电机、开关，地面盘管13，其技术方案的要点在于，所述的地下竖井1内还设置有地下横井2，在地下横井2内设置有U型换热管或U型换热管群8。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井1、井壁3、井盖5、管路分集器7、U型换热管或U型换热管群8、主进风管10、主排风管11、保温层4、风机12、阀门、调速电机、开关，地面盘管13，其技术方案的要点在于，所述的地下竖井内1设置有U型换热管或U型换热管群8，U型换热管或U型换热管群8用金属材料制作，U型换热管或U型换热管群8的一端连接主进风管10，U型换热管或U型换热管群8的另一端连接主排风管11，主进风管10、主排风管11的外壁敷设有保温层4，主进风管10的另一端与风机12、地面盘管13连接，主排风管11的另一端与地面盘管13连接；在U型换热管或U型换热管群→管路分集器→主进风管→风机→地面盘管→主排风管→管路分集器→U型换热管或U型换热管群8之间，形成封闭不漏气的空气通道；所述的风机12由调速电机驱动，通过调节阀门的空气流量大小或调节调速电机的转速控制室内空气与U型换热管群内空气的流速流量，实现室内空气温度的调节。

一种高效节能减排的地源恒温装置和方法，包括地下竖井1、井壁3、保温层4、地面井盖5、地下保温井盖6、管路分集器7、U型换热管或U型换热管群8、主进风管10、主排风管11、保温层4、风机12、电机、开关，地面盘管13，其技术方案的要点在于，在所述的地下竖井1的井壁3的外侧包括设置有保温层4，在地下竖井1的井口设置有地面井盖5，在地面井盖5的下面设置有地下保温井盖6。