一种用于沙漠的空气调节系统及其方法

一种用于沙漠的空气调节系统及其方法
【专利摘要】本发明提供一种用于沙漠的空气调节系统及其方法，空气调节系统包括供热系统、供冷系统和控制系统，所述供热系统和所述供冷系统通过共用的风机盘管相连接，所述控制系统与所述供热系统和所述供冷系统分别相连接。本发明的空气调节系统及其方法通过采用沙漠中丰富的沙子作为储热和储冷介质，充分利用了沙漠中白天高温、夜间低温以及缺水的特点，具有节能、环保、零水耗、成本低等优点。
【专利说明】一种用于沙漠的空气调节系统及其方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及暖通空调【技术领域】，具体涉及一种用于沙漠的空气调节系统及其方法。

【背景技术】
[0002]当前，用于大负荷室内空气温度的调节主要是采用集中或分布式供暖、中央空调制冷降温、蒸汽压缩式热泵系统或者吸收或吸附式热泵系统制冷和供暖，上述系统的功能实现需要水源和大量电能的介入。
[0003]因科学考察、牧民、商业往来、环境保护工作等原因需要在沙漠中长期居住或暂住的情况下，由于恶劣的温差环境(如位于我国新疆的塔克拉玛干沙漠的白天温度高达40°C、夜间低达0°C以下，白天的平均温度高于人类需要的舒适性温度，夜晚的温度低于人类需要的舒适性温度，昼夜温差过大。)必须进行调节才能生存，但是沙漠地区往往缺乏电能，而且水资源是尤其珍贵，若采用上述制冷空调系统进行调节，若需较长期或者长期运行，则非常困难甚至不可能实现。


【发明内容】

[0004]有鉴于此，本发明提供一种用于沙漠的空气调节系统及其方法，旨在通过沙子储热和储冷的方式实现沙漠中的室内气温调节。
[0005]本发明采用的技术方案具体为:
[0006]一种用于沙漠的空气调节系统，包括供热系统、供冷系统和控制系统，所述供热系统和所述供冷系统通过共用的风机盘管相连接，所述控制系统与所述供热系统和所述供冷系统分别相连接。
[0007]在上述用于沙漠的空气调节系统中，所述供热系统包括第一换热器、第一风机、第一三通阀门、第一储罐单元和风机盘管，其中:所述第一换热器、第一风机、第一三通阀门和所述第一储罐单元通过通风管道依次组成回路；所述风机盘管的一端通过第二风机与所述第一三通阀门相连接，所述风机盘管的另一端通过第一截止阀与所述第一换热器和所述第一储罐单元分别相连接。
[0008]在上述用于沙漠的空气调节系统中，所述第一储罐单元包括第二换热器和第一储罐，所述第二换热器置于第一储罐内。
[0009]在上述用于沙漠的空气调节系统中，所述第一储罐内填充有沙子，所述第二换热器置于沙子的下部。
[0010]在上述用于沙漠的空气调节系统中，所述供冷系统包括风机盘管、第二三通阀门、第四风机、第二换热器和第二储罐单元，其中:所述第四风机、所述第二换热器、所述第二储罐单元和所述第二三通阀门通过通风管道依次组成回路；所述风机盘管的一端通过第三风机与所述第二三通阀门相连接，所述风机盘管的另一端通过第二截止阀与所述第一换热器和所述第一储罐单元分别相连接。
[0011]在上述用于沙漠的空气调节系统中，所述第二储罐单元包括第四换热器和第二储罐，所述第四换热器置于第二储罐内。
[0012]在上述用于沙漠的空气调节系统中，所述第二储罐内填充有沙子，所述第四换热器置于沙子的下部。
[0013]在上述用于沙漠的空气调节系统中，所述控制系统通过信号线和电源线与所述风机盘管相连接，所述控制系统通过电源线与供热系统的第一风机、第二风机、第一三通阀门以及第一截止阀分别相连接，所述控制系统通过电源线与供冷系统的第三风机、第四风机、第二三通阀门以及以及第二截止阀分别相连接；所述控制系统还连接有光伏电源。
[0014]在上述用于沙漠的空气调节系统中，在第一储罐外包裹保温层，保温层外包裹具有高吸收率的涂料或者表皮，在第二储罐外包裹保温层，保温层外包裹具有低发射率的涂料或者表皮。
[0015]一种空气调节系统的调节方法，具体步骤为:
[0016](a)当处于室内供冷模式时:
[0017]一方面，控制系统将第二三通阀门切换到使由第四风机、第二换热器、第二储罐单元和第二三通阀门组成的回路失效的连通状态、第二截止阀置于连通状态、第三风机置于运转状态以及将第四风机置于停机状态，则通风管道内的空气在第三风机的驱动下在第一储罐内的第四换热器内被冷却，冷却后的低温空气经第二截止阀进入风机盘管，与室内空气换热，将室内空气冷却后，管内的高温空气沿管道返回第四换热器，形成连续的空气降温循环，通过信号线调整风机盘管中风机的转速，可将室内空气冷却至26°C以下；
[0018]另一方面，控制系统将第一三通阀门切换到使由第一换热器、第一风机、第一三通阀门和第一储罐单元组成的回路有效的连通状态、第一截止阀置于切断状态、第一风机置于运转状态以及将第二风机置于停机状态，通风管内的空气在第一风机的驱动下在第一换热器内被加热，加热后的高温空气进入第一储罐内的第二换热器内，将第一储罐内的沙子加热并将热量储存在第一储罐内，降温后的低温空气经第一三通阀门返回第一风机，形成连续的储热空气循环；
[0019](b)当处于室内供热模式时:
[0020]一方面，控制系统将第一三通阀门切换到使由第一换热器、第一风机、第一三通阀门和第一储罐单元组成的回路失效的连通状态(即、第一截止阀置于连通状态、第一风机置于停机状态以及将第二风机置于运转状态，通风管道内的空气在第二风机的驱动下经第二换热器被第一储罐内的沙子加热，加热后的高温空气经第一截止阀进入风机盘管，在风机盘管中与室内空气换热，将室内空气加热后，管内的低温空气返回第二风机，形成连续的空气供热循环，通过信号线调整风机盘管中风机的转速，将室内空气加热至16°C以上；
[0021]另一方面，控制系统将第二三通阀门切换到使由第四风机、第二换热器、第二储罐单元和第二三通阀门组成的回路有效的连通状态、第二截止阀置于切断状态、第四风机置于运转状态以及将第三风机置于停机状态，通风管道内的空气在第四风机的驱动下，经室外低温换热器与室外的低温空气和沙子换热，冷却后的低温空气进入第四换热器，将第二储罐内的沙子冷却，并将冷量储存在第二储罐内，吸热后的高温空气返回第二三通阀门，形成连续的空气储冷循环。
[0022]本发明产生的有益效果是:
[0023]利用沙漠中丰富的资源(沙子)作为储热和储冷介质，利用储热罐中的沙子存储热量，利用储冷罐内的沙子储存冷量，供冷模式下(白天)将太阳辐射热能存储在储热罐内，利用储冷罐内储存的冷量冷却室内空气温度至人体的舒适性温度范围，供热模式下(夜间)将室外低温空气和沙子携带的冷量储存在储热罐，同时利用储热罐内的热量加热室内的空气温度至至人体的舒适性温度范围，并利用带储电功能的光伏电源在白天发电供白天和夜间使用，整套调节措施无需水资源，也节约了电能；此外空气调节系统的结构简单、制造成本低，尤其适合沙漠中白天高温、夜间低温和缺水的环境特点。

【专利附图】

【附图说明】
[0024]当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0025]图1为本发明一种用于沙漠的空气调节系统的结构示意图。
[0026]图中:1-第一换热器、2-第一风机、3-第一三通阀门、4-第二换热器、5-第一储罐、6-第二风机、7-风机盘管、8-第一截止阀、9-第二截止阀、10-第三风机、11-第二三通阀门、12-第四风机、13-第三换热器、14-第四换热器、15-第二储罐、16-空调房间、17-控制系统、18-光伏电源。

【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
[0028]如图1所示的一种用于沙漠的空气调节系统，包括供热系统、供冷系统和控制系统17，供热系统和供冷系统通过共用的风机盘管7相连接，控制系统17与供热系统和供冷系统分别相连接；其中:
[0029]供热系统包括第一换热器1、第一风机2、第一三通阀门3、第一储罐单元和风机盘管7，其中:第一换热器1、第一风机2、第一三通阀门3和第一储罐单元通过通风管道依次组成回路；风机盘管7的一端通过第二风机6与第一三通阀门3相连接，风机盘管7的另一端通过第一截止阀8与第一换热器I和第一储罐单元I分别相连接。
[0030]第一储罐单元包括第二换热器4和第一储罐5，第二换热器4置于第一储罐5内，第一储罐5内填充有沙子，第二换热器4置于沙子的下部。
[0031]供冷系统包括风机盘管7、第二三通阀门11、第四风机12、第二换热器13和第二储罐单元，其中:第四风机12、第二换热器13、第二储罐单元和第二三通阀门11通过通风管道依次组成回路；风机盘管7的一端通过第三风机10与第二三通阀门11相连接，风机盘管7的另一端通过第二截止阀9与第一换热器I和第一储罐单元I分别相连接。
[0032]第二储罐单元包括第四换热器14和第二储罐15，第四换热器14置于第二储罐15内，第二储罐15内填充有沙子，第四换热器14置于沙子的下部。
[0033]控制系统17通过信号线和电源线与风机盘管7相连接，控制系统17通过电源线与供热系统的第一风机2、第二风机6、第一三通阀门3以及第一截止阀8分别相连接，控制系统17通过电源线与供冷系统的第三风机10、第四风机12、第二三通阀门11以及以及第二截止阀9分别相连接；控制系统17还连接有光伏电源18，光伏电源18配有蓄电池组。
[0034]上述空气调节系统中，第一换热器I为室外高温换热器，置于室外沙层的表面，第二换热器13为室外低温换热器，置于室外沙层的表面，风机盘管7置于空调房间16(即室内)。
[0035]为了保证储罐(5、15)内的热量和冷量尽可能少地耗散到环境中，在储罐5 (储热罐)外包裹一定厚度的保温材料，保温材料外包裹具有高吸收率的涂料或表皮；以及在储罐15(储冷罐)外包裹一定厚度的保温材料，保温材料外包裹具有低发射率的涂料或表皮。
[0036]如作为一种较佳实施例，在储罐5外包裹15mm厚的石棉材料，保温材料外再包裹一层厚0.2mm的反射面铝皮，在储罐15外包裹15_厚的橡塑泡沫保温材料，保温材料外再包裹一层厚0.2mm的反射面铝皮。
[0037]上述空气调节系统的运行方法具体为:
[0038](a)当处于室内供冷模式(如白天)时:
[0039]一方面，控制系统17将第二三通阀门11切换到b-c连通状态(即由第四风机12、第二换热器13、第二储罐单元和第二三通阀门11组成的回路失效)、第二截止阀9置于连通状态、第三风机置10于运转状态以及将第四风机12置于停机状态，则通风管道内的空气在第三风机10的驱动下在第一储罐15内的第四换热器14内被冷却，冷却后的低温空气经第二截止阀9进入风机盘管7，与室内空气换热，将室内空气冷却后，管内的高温空气沿管道返回第四换热器14，形成连续的空气降温循环，通过信号线调整风机盘管中风机的转速，可将室内空气冷却到20-26°C的人体舒适性温度或更低的温度；
[0040]另一方面，控制系统17将第一三通阀门3切换到a-b连通状态(即由第一换热器
1、第一风机2、第一三通阀门3和第一储罐单元组成的回路有效)、第一截止阀8置于切断状态、第一风机2置于运转状态以及将第二风机6置于停机状态，通风管内的空气在第一风机2的驱动下在第一换热器I内被加热，加热后的高温空气进入第一储罐5内的第二换热器4内，将第一储罐5内的沙子加热并将热量储存在第一储罐5内，降温后的低温空气经第一三通阀门3返回第一风机2，形成连续的储热空气循环。
[0041](b)当处于室内供热模式(如夜间)时:
[0042]一方面，控制系统17将第一三通阀门3切换到b-c连通状态(即由第一换热器1、第一风机2、第一三通阀门3和第一储罐单元组成的回路失效)、第一截止阀8置于连通状态、第一风机2置于停机状态以及将第二风机6置于运转状态，通风管道内的空气在第二风机6的驱动下经第二换热器4被第一储罐5内的沙子加热，加热后的高温空气经第一截止阀8进入风机盘管7，在风机盘管7中与室内空气换热，将室内空气加热后，管内的低温空气返回第二风机6，形成连续的空气供热循环，通过信号线调整风机盘管中风机的转速，可将室内空气加热到16-24°C的人体舒适性温度或更高的温度；
[0043]另一方面，控制系统17将第二三通阀门11切换到a-b连通状态(即由第四风机12、第二换热器13、第二储罐单元和第二三通阀门11组成的回路有效)、第二截止阀9置于切断状态、第四风机12置于运转状态以及将第三风机10置于停机状态，通风管道内的空气在第四风机12的驱动下，经室外低温换热器13与室外的低温空气和沙子换热，冷却后的低温空气进入第四换热器14，将第二储罐15内的沙子冷却，并将冷量储存在第二储罐15内，吸热后的高温空气返回第二三通阀门11，形成连续的空气储冷循环。
[0044]如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于沙漠的空气调节系统，其特征在于，包括供热系统、供冷系统和控制系统，所述供热系统和所述供冷系统通过共用的风机盘管相连接，所述控制系统与所述供热系统和所述供冷系统分别相连接。
2.根据权利要求1所述的用于沙漠的空气调节系统，其特征在于，所述供热系统包括第一换热器、第一风机、第一三通阀门、第一储罐单元和风机盘管，其中:所述第一换热器、第一风机、第一三通阀门和所述第一储罐单元通过通风管道依次组成回路；所述风机盘管的一端通过第二风机与所述第一三通阀门相连接，所述风机盘管的另一端通过第一截止阀与所述第一换热器和所述第一储罐单元分别相连接。
3.根据权利要求2所述的用于沙漠的空气调节系统，其特征在于，所述第一储罐单元包括第二换热器和第一储罐，所述第二换热器置于第一储罐内。
4.根据权利要求3所述的用于沙漠的空气调节系统，其特征在于，所述第一储罐内填充有沙子，所述第二换热器置于沙子的下部。
5.根据权利要求1所述的用于沙漠的空气调节系统，其特征在于，所述供冷系统包括风机盘管、第二三通阀门、第四风机、第二换热器和第二储罐单元，其中:所述第四风机、所述第二换热器、所述第二储罐单元和所述第二三通阀门通过通风管道依次组成回路；所述风机盘管的一端通过第三风机与所述第二三通阀门相连接，所述风机盘管的另一端通过第二截止阀与所述第一换热器和所述第一储罐单元分别相连接。
6.根据权利要求5所述的用于沙漠的空气调节系统，其特征在于，所述第二储罐单元包括第四换热器和第二储罐，所述第四换热器置于第二储罐内。
7.根据权利要求6所述的用于沙漠的空气调节系统，其特征在于，所述第二储罐内填充有沙子，所述第四换热器置于沙子的下部。
8.根据权利要求1所述的用于沙漠的空气调节系统，其特征在于，所述控制系统通过信号线和电源线与所述风机盘管相连接，所述控制系统通过电源线与供热系统的第一风机、第二风机、第一三通阀门以及第一截止阀分别相连接，所述控制系统通过电源线与供冷系统的第三风机、第四风机、第二三通阀门以及以及第二截止阀分别相连接；所述控制系统还连接有光伏电源。
9.根据权利要求1所述的用于沙漠的空气调节系统，其特征在于，在供热系统的第一储罐外包裹保温层，保温层外包裹具有高吸收率的涂料或者表皮，在供冷系统第二储罐外包裹保温层，保温层外包裹具有低发射率的涂料或者表皮。
10.一种用于沙漠的空气调节系统的调节方法，其特征在于，具体步骤为:(a)当处于室内供冷模式时:一方面，控制系统将第二三通阀门切换到使由第四风机、第二换热器、第二储罐单元和第二三通阀门组成的回路失效的连通状态、第二截止阀置于连通状态、第三风机置于运转状态以及将第四风机置于停机状态，则通风管道内的空气在第三风机的驱动下在第一储罐内的第四换热器内被冷却，冷却后的低温空气经第二截止阀进入风机盘管，与室内空气换热，将室内空气冷却后，管内的高温空气沿管道返回第四换热器，形成连续的空气降温循环，通过信号线调整风机盘管中的风机的转速，将室内空气冷却至26°C以下；另一方面，控制系统将第一三通阀门切换到使由第一换热器、第一风机、第一三通阀门和第一储罐单元组成的回路有效的连通状态、第一截止阀置于切断状态、第一风机置于运转状态以及将第二风机置于停机状态，通风管内的空气在第一风机的驱动下在第一换热器内被加热，加热后的高温空气进入第一储罐内的第二换热器内，将第一储罐内的沙子加热并将热量储存在第一储罐内，降温后的低温空气经第一三通阀门返回第一风机，形成连续的储热空气循环；(b)当处于室内供热模式时:一方面，控制系统将第一三通阀门切换到使由第一换热器、第一风机、第一三通阀门和第一储罐单元组成的回路失效的连通状态(即、第一截止阀置于连通状态、第一风机置于停机状态以及将第二风机置于运转状态，通风管道内的空气在第二风机的驱动下经第二换热器被第一储罐内的沙子加热，加热后的高温空气经第一截止阀进入风机盘管，在风机盘管中与室内空气换热，将室内空气加热后，管内的低温空气返回第二风机，形成连续的空气供热循环，通过信号线调整风机盘管中的风机转速，将室内空气加热至16°C以上；另一方面，控制系统将第二三通阀门切换到使由第四风机、第二换热器、第二储罐单元和第二三通阀门组成的回路有效的连通状态、第二截止阀置于切断状态、第四风机置于运转状态以及将第三风机置于停机状态，通风管道内的空气在第四风机的驱动下，经室外低温换热器与室外的低温空气和沙子换热，冷却后的低温空气进入第四换热器，将第二储罐内的沙子冷却，并将冷量储存在第二储罐内，吸热后的高温空气返回第二三通阀门，形成连续的空气储冷循环。
【文档编号】F24F11/02GK104406253SQ201410692621
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】熊亚选, 史建峰, 王刚 申请人:北京建筑大学