一种毛细泵高效室内供暖系统的制作方法

本发明涉及建筑供热系统，具体是一种毛细泵高效室内供暖系统。

背景技术：

根据国标gb50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中的规定，室内供暖系统的设计供回水温度：地热盘管系统60/50℃，散热器系统85/60℃。假设热力站板式换热器的“最小换热温差”为10℃，则在设计工况下，一级网的回水温度将不低于60℃，大量低品位的余热资源(热电厂冷凝热，约29℃；各类工业余热，15～50℃)无法被直接高效利用，而需要借助热泵设备。

相比一级网，区域供热系统二级网的设计供回水温差偏小(地热盘管系统为10℃，散热器系统为25℃)，相同热负荷条件下，供回水温差偏小将导致循环泵的流量过大、耗电量显著增加。

建筑室内常规散热末端(如散热器、地热盘管等)的调节响应速度较慢，滞后时间长，运行控制过程易出现震荡。常规散热末端表面温度的均匀性较差，对于地热盘管，热媒流动到盘管末端时温度较低，可能造成房间内冷热不均。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种毛细泵高效室内供暖系统。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种毛细泵高效室内供暖系统，其特征在于该系统包括二级网户内供水横管、二级网户内回水横管、蒸发器、蒸汽输送管道、气液隔离器、液体输送管道、压力传感器、调压储存器、电加热装置、可编程控制器、室外温度传感器和冷凝器；所述蒸发器开有热媒流入端口和热媒流出端口，内部并联设置有若干个毛细吸液芯；

所述二级网户内供水横管的一端与二级网户间供水立管连接，另一端与热媒流入端口连接；所述二级网户内回水横管的一端与二级网户间回水立管连接，另一端与热媒流出端口连接；毛细吸液芯的工质出口与蒸汽输送管道的一端连接，蒸汽输送管道的另一端与冷凝器的工质入口连接；液体输送管道的一端与冷凝器的工质出口连接，另一端与毛细吸液芯的工质入口连接；液体输送管道上设置有气液隔离器；

所述调压储存器通过定压连通管与液体输送管道连通；调压储存器上设置有电加热装置、压力传感器和循环工质灌注接口；

所述室外温度传感器设置于建筑物阴面外墙处；可编程控制器分别与压力传感器、电加热装置和室外温度传感器连接。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

1.相比常规室内供暖系统(地热盘管或散热器)，本系统能够显著降低二级网的回水温度，从而增大二级网的供、回水温差，减小二级网的循环泵流量和电能消耗；同时连带降低一级网回水温度，增大一级网的供、回水温差，减小一级网的循环泵流量和电能消耗，实现输配系统的节能运行。

2.更低的一级网回水温度能够有效提升低品位余热的回收利用率，降低区域供热的化石燃料消耗、污染物排放与运行成本，降低供热系统的总运行能耗。

3.若干毛细吸液芯并联配置在蒸发器内，依靠其毛细结构为相变传热循环提供了较大的毛细驱动力，无需借助重力实现循环工质的长距离输送，蒸发器和冷凝器的安装位置较灵活，不受相对水平高度的制约。相变传热循环无需引入额外的动力设备，运行可靠性好、使用寿命长。

4.导流挡板与毛细吸液芯垂直设置，二级网热媒在导流挡板的约束和引导作用下垂直冲刷毛细吸液芯，对流换热系数和传热效率较高。

5.使用气液隔离器保证进入毛细吸液芯的循环工质为液态，实现循环工质的气-液分离，传热能力较普通热管提升1～2个数量级。

6.利用循环工质的相变过程实现高效传热，相比常规室内供暖系统，本系统的蒸汽输送管道和液体输送管道的管径更小，有利于管线布置与室内装修。

7.本系统在地板冷凝盘管和墙壁冷凝盘管内进行冷凝散热，相比常规的低温地板辐射供暖系统，辐射散热的面积更大，散热末端的表面温度均匀性更好，室内温度的均匀性更好，室内热舒适性更高。

8.通过电加热装置加热或冷却调压储存器，快速、灵活调节相变传热循环饱和压力和温度，改变调压储存器与相变传热循环的工作压力大小，从而改变循环工质的饱和温度与冷凝器的表面平均温度，能够更好地适应室外温度与系统热负荷的波动变化。

附图说明

图1为本发明的系统整体结构示意图；

图2为本发明实施例2的一级网回水温度降低后的能量供应结构图；

图中：1、二级网户内供水横管；2、二级网户内回水横管；3、蒸发器；3-1、毛细吸液芯；3-2、导流挡板；3-3、热媒流入端口；3-4、热媒流出端口；4、蒸汽输送管道；5、气液隔离器；6、液体输送管道；7、循环工质灌注接口；8、压力传感器；9、调压储存器；10、电加热装置；11、可编程控制器；12、室外温度传感器；13、冷凝器；13-1、地板冷凝盘管；13-2、墙壁冷凝盘管；14、二级网户间供水立管；15、二级网户间回水立管；16、定压连通管。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种毛细泵高效室内供暖系统(简称系统，参见图1)，其特征在于该系统包括二级网户内供水横管1、二级网户内回水横管2、蒸发器3、蒸汽输送管道4、气液隔离器5、液体输送管道6、压力传感器8、调压储存器9、电加热装置10、可编程控制器11、室外温度传感器12和冷凝器13；所述蒸发器3开有热媒流入端口3-3和热媒流出端口3-4，内部并联设置有若干个毛细吸液芯3-1，热媒与毛细吸液芯3-1接触换热；

所述二级网户内供水横管1的一端与二级网户间供水立管14连接，另一端与热媒流入端口3-3连接；所述二级网户内回水横管2的一端与二级网户间回水立管15连接，另一端与热媒流出端口3-4连接；毛细吸液芯3-1的工质出口与蒸汽输送管道4的一端连接，蒸汽输送管道4的另一端与冷凝器13的工质入口连接；液体输送管道6的一端与冷凝器13的工质出口连接，另一端与毛细吸液芯3-1的工质入口连接；液体输送管道6上设置有气液隔离器5；

所述调压储存器9的底部通过定压连通管16与液体输送管道6连通；调压储存器9上设置有电加热装置10，用于加热循环工质；调压储存器9上设置有压力传感器8，用于测量调压储存器9内部的压力值；调压储存器9上设置有循环工质灌注接口7，用于灌注循环工质和降压。

所述室外温度传感器12设置于建筑物阴面外墙处，用于测量室外温度；可编程控制器11分别与压力传感器8、电加热装置10和室外温度传感器12连接，采集压力传感器8和室外温度传感器12的数据，并向电加热装置10发送控制信号。

优选地，毛细吸液芯3-1的工质出口靠近热媒流入端口3-3，毛细吸液芯3-1的工质入口靠近热媒流出端口3-4。

优选地，蒸发器3的内部设置有若干个交错式布置的导流挡板3-2，使得蒸发器3的内部呈s型流道，实现热媒对毛细吸液芯3-1内的工质更充分的冲刷，对流换热更加充分。

优选地，热媒流入端口3-3和热媒流出端口3-4分别设置于s型流道的始端和末端。

优选地，按照循环工质流动方向，气液隔离器5设置于定压连通管16与液体输送管道6的连接处的后方。

优选地，电加热装置10设置于调压储存器9的液体环境的外侧(本实施例是设置于调压储存器9底部的外侧壁，紧贴侧壁)；压力传感器8设置于调压储存器9的气体环境中；循环工质灌注接口7设置于调压储存器9的顶部。

优选地，所述冷凝器13包括布置于室内不同位置的地板冷凝盘管13-1和墙壁冷凝盘管13-2；地板冷凝盘管13-1和墙壁冷凝盘管13-2的工质入口均与蒸汽输送管道4的一端连接，地板冷凝盘管13-1和墙壁冷凝盘管13-2的工质出口均与液体输送管道6的一端连接。

所述循环工质的选取原则为：循环工质的饱和温度区间匹配室内供热系统的供热温度范围(约30～50℃)；循环工质对应饱和压力的变化范围适当；循环工质与系统部件的材质具备相容性(不发生显著化学反应或物理变化，相变传热性能几乎不随时间衰减)；循环工质无毒无害、灌注成本较低、环境破坏较小。满足以上原则的循环工质有氟利昂-11(ccl3f，饱和温度范围-40～120℃)、氟利昂-21(chcl2f，饱和温度范围-40～100℃)和氟利昂-113(ccl2f·cclf2，饱和温度范围-10～100℃)。当选取氟利昂-11为循环工质时，与循环工质存在直接接触的系统部件的材质应选择铝、不锈钢或铜；当选取氟利昂-21为循环工质时，与循环工质存在直接接触的系统部件的材质应选择铝或铁；当选取氟利昂-113为循环工质时，与循环工质存在直接接触的系统部件的材质应选择铝或铜。与循环工质存在直接接触的系统部件为毛细吸液芯3-1、蒸汽输送管道4、液体输送管道6、调压储存器9、冷凝器13和定压连通管16。

本发明同时提供了一种毛细泵高效室内供暖系统的运行调控方法(简称方法)，其特征在于该方法具体如下：

纯液态工质在毛细力驱动下进入毛细吸液芯3-1，随后被二级网内热媒加热气化，产生的蒸汽进入蒸汽输送管道4，然后进入冷凝器13(地板冷凝盘管13-1和墙壁冷凝盘管13-2)中放热凝结，所生成的气液两相工质随后进入液体输送管道6，被气液隔离器5处理为纯液态工质，在毛细吸液芯3-1的毛细力驱动下，纯液态工质再次返回毛细吸液芯3-1，液态工质的蒸发-凝结的相变传热循环过程完成；

二级网户间供水立管14中的二级网内热媒经二级网户内供水横管1输送，由热媒流入端口3-3进入蒸发器3，并在导流挡板3-2的约束和引导作用下，垂直略过毛细吸液芯3-1的外表面实现对流换热，热媒放热降温后由热媒流出端口3-4流出蒸发器3，再经二级网户内回水横管2的输送返回二级网户间回水立管15；

调压储存器9内的循环工质处于气液共存的饱和状态，循环工质在冷凝器13内的冷凝温度与调压储存器9的内部压力水平有关；可编程控制器11根据室外温度传感器12的回传数据，计算满足供热需求循环工质所需达到的饱和压力值(对应特定的饱和温度与冷凝器13的表面平均温度)，并作为调压储存器9内部压力的设定值；当压力传感器8的回传数据小于调压储存器9内部压力的设定值时，开启电加热装置10对调压储存器9进行加热，回传数据达到设定值后停止加热；当压力传感器8的回传数据等于调压储存器9内部压力的设定值时，系统保持原有工作状态；当压力传感器8的回传数据大于调压储存器9内部压力的设定值时，关闭电加热装置10，调压储存器9的内部压力逐渐下降到设定值；当使用关闭电加热装置10的冷却方式无法实现降压需求时，可打开循环工质灌注接口7降压。

冷凝器13内的冷凝温度决定冷凝器13的平均温度。当调压储存器9被电加热装置10加热时，相变传热循环的饱和压力升高，循环工质的冷凝温度升高，冷凝器13的表面平均温度升高，系统供热量增大；当关闭电加热装置10、调压储存器9逐渐冷却时，相变传热循环的饱和压力下降，循环工质的冷凝温度降低，冷凝器13的表面平均温度降低，系统供热量减小。

实施例1

采用本系统能够降低供热系统一、二级网循环泵的电力消耗。

表1

表1为不同室内供热系统一二级网循环泵的能耗对比。由表1可以看出，相比采用地热盘管或散热器的常规室内供暖系统，本发明系统的二级网设计回水温度更低(仅为26℃)，二级网供回水温差增大，在相同热负荷条件下，二级网相对循环流量仅为常规地热盘管室内供暖系统的29.41％，根据变频水泵的相似率，二级网循环泵的耗电量降低为地热盘管系统的2.54％。

此外，较低的二级网回水温度可连带降低对应一级网的回水温度(从70℃降低到36℃)，一级网供回水温差从60℃增大到94℃，在相同热负荷条件下，本发明系统的一级网循环流量仅为常规室内供暖系统的63.83％，根据变频水泵的相似率，一级网循环泵的耗电量降低到26.01％。

实施例2

采用本系统能够提升低品位余热能源的回收利用率，降低供热系统的总运行能耗。

若存在某低品位余热能源的温度为65℃且供应稳定、总量巨大。当采用间接连接供暖系统时(末端散热设备为地热盘管或散热器)，由于一级网的设计回水温度(70℃)大于低品位余热的温度，因此这部分余热资源无法得到利用；然而，当采用本发明系统时，一级网的设计回水温度可降至36℃，65℃的低温余热可得到有效利用。

假设热媒与低温余热热源换热结束后可被加热至60℃，之后再进入高温热源升温至130℃，因此总供热量中低品位余热的供应比例可由下式计算得到：

可见，当采用本发明系统后，供热系统的总能耗可降低25.53％，节能效果显著。

实施例3

本系统能够直接利用低品位余热供热，节约化石燃料消耗。

假设某低品位余热能源的温度为50℃且供应稳定、总量巨大。当采用直接连接供暖系统时，由于末端散热设备(地热盘管、散热器)的回水温度(分别为50、60℃)高于低品位余热的温度，因此这部分余热资源无法得到有效利用。

当采用本发明系统时，末端散热设备的回水温度可降至26℃，从而具备直接利用此类低品位余热的条件。对于承担10万平米建筑面积的供热系统，整个供暖季低品位余热的回收利用总量为(假设该系统供暖季共运行150天，平均面积热指标取25w/m²)：

q＝10⁵m²×25w/m²×(150×86400s)＝32400gj

折算标准煤的质量为：

因此，本发明系统在一个供暖季可节约标准煤1105.5吨。

本发明未述及之处适用于现有技术。