一种被动式热管传热相变材料蓄能的供暖空调系统

1.本发明属于被动供暖空调和相变材料蓄能技术领域，特别涉及一种被动式热管传热相变材料蓄能的供暖空调系统。


背景技术：

2.传统主动式供暖空调系统集换热效率高、系统热量变化波动小，可在满足用户侧热需求同时，提供较高的舒适度。但其投资大，运行费用高，运行管理困难，系统复杂等问题突出。而被动式供暖空调系统，如集热蓄热墙被动太阳能采暖系统等，与主动式系统相比，其结构简单，造价低，运行维护方便，但其换热效率较低、热源稳定性差问题限制了其大规模推广应用。
3.地热能是一种储量丰富、稳定可靠的零碳、清洁能源。具有可循环再生、分布广泛、埋藏较浅、可就近开发利用等特点，作为化石能源的替代资源，一般通过地源热泵技术进行开发利用，能够有效减少二氧化碳和污染物排放。我国地热能储量总值位于全球首位，利用地热能于供暖空调中是很好的解决手段，但传统的供暖空调系统都为主动式，一般规模较大，初投资较高。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种被动式热管传热相变材料蓄能的供暖空调系统，采用热管对地下能量进行转换，使用有机相变材料蓄能，而后将其释放到房间内部。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种被动式热管传热相变材料蓄能的供暖空调系统，包括热管1和有机相变材料3，所述机相变材料3设置在楼板2内，所述热管1由竖直部分和连接在竖直部分顶端的水平部分组成，其中水平部分置于有机相变材料3中，竖直部分的底端埋在土壤4中。
7.所述热管1分为热管1
‑
1与热管1
‑
2，所述热管1
‑
1与热管1
‑
2交替布置，冬夏季分别运行，热管1
‑
1用于冬季供暖，热管1
‑
2用于夏季供冷，冬季室内温度低于土壤温度，土壤内的热管1
‑
1的蒸发端1
‑
c吸热，将热量传递至室内，此时热管1
‑
2因蒸发端1
‑
c置于室内，室内温度低于蒸发温度，因而不进行热量交换，夏季室内温度高于土壤温度，室内的热管1
‑
2的蒸发端1
‑
c吸热，将热量传递至土壤，此时热管1
‑
1因蒸发端1
‑
c置于土壤中，土壤温度低于蒸发温度，因而不进行热量交换。
8.所述热管1
‑
1包括热管蒸发端1
‑
c、热管冷凝端1
‑
a和位于热管蒸发端1
‑
c、热管冷凝端1
‑
a之间的热管绝热段1
‑
b，所述热管冷凝端1
‑
a置于有机相变材料3中，有机相变材料3置于楼板2内，超出楼板部分下弯至土壤中，为绝热段1
‑
b，地下热管的末端为蒸发端1
‑
c。
9.所述热管1
‑
2包括热管蒸发端1
‑
c、热管冷凝端1
‑
a和位于热管蒸发端1
‑
c、热管冷凝端1
‑
a之间的热管绝热段1
‑
b，所述热管蒸发端1
‑
c置于有机相变材料3中，有机相变材料3置于楼板2内，超出楼板部分下弯至土壤中，为绝热段1
‑
b，地下热管的末端为冷凝端1
‑
a。所
述的热管1选用管径30mm热管，管间距10mm，热管1数量随室内负荷大小改变；热管传递的为浅层地热能，埋地深度约为地下50m。
10.所述的有机相变材料3选用有机石蜡，采用间接结合中定形相变材料封装的方式安装。
11.本发明的有益效果：
12.1、初投资低、系统灵活性高：热管本身造价低，传热效率高，热稳定性好，相对于地源热泵、空气源热泵等分布式热源，可大范围推广至农村等分布式建筑的供能需求中；
13.2、系统运行费用低：传统主动式供暖空调系统，可根据室内需求具体要求负荷大小，但系统复杂，后续的运行需人为调控，运行维护费用高昂。本发明为被动式供能系统，无需运行设备，可自行进行能量储存及释放来满足室内环境需求，且热管不易损坏，热稳定性好，易更换，便于后期维护。
14.3、系统节能性高：本发明的冷热能源均来自于浅层地热能，地热能是可再生能源，具有可循环再生、分布广泛、可就近开发等优点。本发明采用地热能供给室内环境，提高了系统的节能性，并且冬季将土壤的热量提取至房间，夏季将房间的热量储存在土壤，全年形成了动态平衡，可保证当地土壤的热稳定性。
附图说明
15.图1是本发明的整体结构示意图。
16.图2是热管连接处横剖图。
17.图3是热管连接处纵剖图。
18.图4是热管有机相变材料蓄热设置俯视图。
19.图5是热管有机相变材料蓄热设置左视图。
20.图6是楼板剖面图。
21.图7是热管示意图。
22.图8为热管示意图。
23.图中标号代表：1—热管，2—楼板，3—有机相变蓄热材料，4—土壤,1
‑
a热管冷凝端、1
‑
b热管绝热段，1
‑
c热管蒸发端。
具体实施方式
24.下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
25.如图1所示，本发明提供了一种被动式热管传热相变材料蓄能的供暖空调系统。
26.本发明的技术思路是，因主动式供暖空调具有系统初投资大，运行费用高，维护难度大等特点，采用被动式系统可降低其经济成本，减少运行维护等费用。利用热管传热效率高、价格低，耐用等特点，使用热管，将土壤中所需的能量传递至室内，从而满足人们对室内环境的冷热需求。
27.结合图1、图2、图3所述的热管有机相变材料蓄热系统包括热管1和有机相变材料3。热管1由热管1
‑
1和热管1
‑
2交替布置组成，冬夏季分别运行，冬季土壤4气温高于室内，热管1
‑
1蒸发端1
‑
c吸收土壤4中的热量传递至室内，将热量存储于有机相变材料3中，而后逐渐释放给楼板2，再由辐射的方式供给至室内，热管1
‑
1冷凝端1
‑
a吸收室内冷量传递至土
壤，热管1
‑
2蒸发端1
‑
c置于室内，温度低于蒸发温度，因而不工作；夏季土壤4气温低于室内，热管1
‑
2冷凝端1
‑
a吸收土壤4中的冷量传递至室内，存储于有机相变材料3中，有机相变材料3将冷量逐渐释放给楼板2，之后由辐射的方式供给至室内，热管1
‑
2蒸发端1
‑
c吸收室内热量传递至土壤4，此时热管1
‑
1因蒸发端1
‑
c在土壤中，温度低于蒸发温度，因此不工作。土壤冬季吸收冷量，释放热量，夏季吸收热量，释放冷量，全年形成了动态平衡，可以很好的维持其热稳定性。
28.所述的有机相变材料3选用有机石蜡，采用间接结合中定形相变材料封装的方式安装。浅层地热能的温度在25℃以下，夏季相变材料吸收土壤当中的冷量后凝固，当温度在20℃左右时发生相变，融化后吸收室内热量，维持室温在25℃～30℃间；冬季相变材料吸收土壤当中的热量后融化，温度在28℃～50℃之间，凝固后释放热量至室内，维持室温在15℃～18℃间。
29.结合图4、图5所示，楼板2内热管1均匀分布，外侧包裹有机相变材料3，热管1管径选取30mm，管间距为10mm，热管数量可根据房间负荷大小变化，从而满足不同的环境需求。
30.结合图6所示，建筑物内楼板2的结构，从下往上依次为：装饰层、砂浆层、定形相变材料、保温层、基础层、砂浆层。
31.结合图7所示，热管1
‑
1结构，1
‑
a为冷凝端，1
‑
b为绝热段，1
‑
c为蒸发端。
32.结合图8所示，热管1
‑
2结构，1
‑
a为冷凝端，1
‑
b为绝热段，1
‑
c为蒸发端。
33.本发明提出的一种被动式热管相变材料蓄能的供暖空调系统能够利用热管，将热/冷量从土壤提取至建筑物中，并储存于相变材料内，形成供热/供冷空调。具有初投资少，运行费用低等优势，适用于农村等分散式建筑地区，满足人们在不同环境温度下对冷热的需求。