專利名稱：利用環(huán)境水體和地體作冷、熱源的壓縮空氣空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種能夠大幅度節(jié)約能源的新型空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其最大特點(diǎn)是；通過(guò)利用環(huán)境水體和地體的溫度變化與大氣溫度變化的方向相反這一物理規(guī)律所蘊(yùn)含的巨大溫差能源作為空調(diào)的能源，以壓縮空氣作為工作介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)與水體和地體的吸、放熱交換，得到溫度改變后，與大氣溫度產(chǎn)生溫度差的壓縮空氣，輸送給用戶，供用戶作為調(diào)節(jié)空氣使用。以極低能源消耗實(shí)現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)的目標(biāo)。
本發(fā)明僅需要消耗很少的能源即可為城市建筑物、大規(guī)模工商企業(yè)等固定型用戶提供空氣調(diào)節(jié)任務(wù)，包括新風(fēng)調(diào)節(jié)與溫度、濕度調(diào)節(jié)三大功能。
本發(fā)明的任務(wù)是在滿足用戶對(duì)空氣調(diào)節(jié)需求的同時(shí)，大幅度節(jié)約能源，從而顯著降低用戶的空調(diào)運(yùn)行成本。節(jié)約社會(huì)能源消耗。并且同時(shí)具備了完全的對(duì)人衛(wèi)生和健康的特征，和對(duì)大氣環(huán)境無(wú)污染的特征。具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。屬于空調(diào)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我們知道，人是生活、工作在大氣環(huán)境中。而人的體溫是37度。人感到舒適的適宜溫度是在12度---30度之間，除開在春、秋季的少數(shù)日子以外，這在全世界絕大多數(shù)地方是不能單靠自然氣溫來(lái)滿足的，因此需要采用空氣調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行工作與生活環(huán)境的空氣調(diào)節(jié)，以滿足人們工作與生活時(shí)對(duì)氣溫的要求。進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的技術(shù)就是我們現(xiàn)在廣泛使用的空調(diào)機(jī)技術(shù)?？照{(diào)機(jī)又分為大型集中(供冷或供熱)式中央空調(diào)與供小環(huán)境使用的單機(jī)空調(diào)兩類?，F(xiàn)有空調(diào)機(jī)的最大特點(diǎn)是；其對(duì)空氣的調(diào)節(jié)功能必須消耗大量能源才能實(shí)現(xiàn)，這使得空調(diào)機(jī)成為能源消耗的大戶。在一座城市中，在最熱或最冷的時(shí)候，空調(diào)機(jī)消耗的能源甚至可能占到城市總能源消耗的大半以上。
現(xiàn)有的中央空調(diào)系統(tǒng)在使用時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確的按需調(diào)節(jié)，通常是不管具體用戶有沒(méi)有，而視一座建筑物作為整體用戶，統(tǒng)統(tǒng)送風(fēng)。例如普通的中央空調(diào)在使用時(shí)，并不能根據(jù)某個(gè)房間內(nèi)是否有人來(lái)決定該房間是否送風(fēng)，商場(chǎng)內(nèi)不管顧客是100個(gè)人或是3000個(gè)人都是送同樣大的風(fēng)量，這樣在使用過(guò)程中，就存在很大的浪費(fèi)現(xiàn)象。有的時(shí)候，這種現(xiàn)象造成的能源浪費(fèi)要占到空調(diào)機(jī)總能耗的相當(dāng)大比重。
人們對(duì)工作與生活環(huán)境的空氣調(diào)節(jié)要求除了對(duì)溫度、濕度的適宜要求外，還有一個(gè)更加重要的要求是空氣新鮮度、即對(duì)新風(fēng)的要求，這是因?yàn)槌诉m宜的溫度與溫度外，人們的正常呼吸還有對(duì)空氣中的氧含量，廢氣含量、顆粒污染物、細(xì)菌與病毒含量等重要的健康與舒適性要求指標(biāo)。而現(xiàn)有的空調(diào)機(jī)為了不增大能源的耗費(fèi)，必須采用循環(huán)風(fēng)方式，即要求被調(diào)節(jié)區(qū)域或房間必須與室外的大氣隔絕，進(jìn)行閉式循環(huán)調(diào)節(jié)。這就造成健康和舒適性與能源耗費(fèi)的矛盾。而健康與舒適性是必須要求的空氣質(zhì)量指標(biāo)。這樣現(xiàn)有的空調(diào)就只能在兩者之間作平衡，在調(diào)節(jié)過(guò)程中引進(jìn)一定數(shù)量的新風(fēng)，這就造成能源消耗的急劇增大。而即使如此，空調(diào)環(huán)境仍被認(rèn)為是不符合健康要求的空氣環(huán)境。特別是中央空調(diào)，被認(rèn)為是嚴(yán)重的污染與疾病公共傳播源(見(jiàn)附錄資料)，在所有的衛(wèi)生與健康資料中，均要求人們不要長(zhǎng)期呆在空調(diào)環(huán)境中。最典型的例子是在發(fā)生“非典”期間，中央空調(diào)被嚴(yán)禁使用。
此外，現(xiàn)有的空調(diào)技術(shù)必須使用氟利昂等化學(xué)物質(zhì)作為熱工介質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)均是對(duì)人有毒有害的，也是對(duì)環(huán)境特別是大氣環(huán)境有重大污染的，例如氟利昂是公認(rèn)的破壞臭氧層和地球溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)?。而且這些有害化學(xué)物質(zhì)還需要消耗能源先生產(chǎn)出來(lái)，才能供使用。
因此，現(xiàn)有的空調(diào)機(jī)技術(shù)存在著能耗高、污染環(huán)境、對(duì)人不健康等諸多缺陷。長(zhǎng)期以來(lái)，人們都在努力尋求空調(diào)技術(shù)的改進(jìn)。但由于舊有的技術(shù)思維限制，空調(diào)技術(shù)從誕生以來(lái)，并沒(méi)有革命性的進(jìn)步。只是產(chǎn)生了一些改良型的商業(yè)化結(jié)果。
發(fā)明技術(shù)內(nèi)容與現(xiàn)有的空調(diào)技術(shù)不同，本發(fā)明采用了全新的原理和技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣進(jìn)行調(diào)節(jié)的任務(wù)；A原理本發(fā)明系統(tǒng)的工作原理建立于環(huán)境水體和地體的溫度變化范圍與變化幅度，要比大氣氣溫變化的范圍和幅度小得多這一重要物理規(guī)律，及其這一規(guī)律所蘊(yùn)含的巨大自然溫差能源的基礎(chǔ)之上。
B技術(shù)結(jié)構(gòu)本發(fā)明系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)建立于壓力送風(fēng)技術(shù)，并利用壓力送風(fēng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與自然水體和地體進(jìn)行吸(放)熱交換的自然能源利用技術(shù)之上。
原理A介紹我們知道，在大自然中，大氣的溫度變化是最劇烈的。最高與最低氣溫的溫差很大。相反，水體和地體的溫度變化卻微小得多。溫差很小。根據(jù)氣象資料，有人居住的城市的大氣溫度變化介于-40°---50°之間，而絕大多數(shù)的環(huán)境水體的溫度變化卻在0°---25之間。
根據(jù)有關(guān)地質(zhì)資料，地體也是一個(gè)很大的熱容體，其溫度基本上不受氣溫的影響而發(fā)生明顯的變動(dòng)，在地下10--50米這一范圍，無(wú)論氣溫如何劇烈變化，地體的溫度基本上是恒定的。在地下7M--20M深度，基本上是恒溫在15°-25°的溫度。除了春、秋季節(jié)的少數(shù)時(shí)間，大多數(shù)時(shí)候，它們與大氣溫度構(gòu)成相當(dāng)大的溫差。因此，當(dāng)大氣溫度發(fā)生明顯變化的時(shí)候，環(huán)境水體和地體與大氣的溫度變化方向剛好是相反的。也就是說(shuō)，在夏季，當(dāng)大氣溫度很高的時(shí)候，環(huán)境水體和地體相對(duì)大氣環(huán)境是一種冷體。而當(dāng)冬季大氣溫度很低的時(shí)候，環(huán)境水體和地體相對(duì)大氣環(huán)境則是一種熱體。兩者之間的這種溫度差構(gòu)成一種龐大的溫差能源。這就提供了一種利用環(huán)境水體和地體對(duì)氣溫進(jìn)行反向調(diào)節(jié)的技術(shù)可能性。這種可能性就構(gòu)成了本發(fā)明技術(shù)的物理基礎(chǔ)。
技術(shù)結(jié)構(gòu)B介紹壓力送風(fēng)技術(shù)是指利用空氣壓縮機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮以后，再通過(guò)專門管道輸送給用戶進(jìn)行使用的技術(shù)。壓力送風(fēng)技術(shù)是一門古老的成熟應(yīng)用技術(shù)，在城市天然氣行業(yè)，城市供暖、化工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。它的特征是可以通過(guò)管道進(jìn)行大流量的空氣輸送。并且可以簡(jiǎn)單方便地通過(guò)閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。
依據(jù)上述物理原理A，在壓縮空氣的輸送過(guò)程中，我們就可以同步利用金屬管道實(shí)現(xiàn)壓縮空氣與環(huán)境水體和地體的冷、熱能量交換。通過(guò)這一新穎構(gòu)思，就發(fā)明了本系統(tǒng)的基本技術(shù)原理。
現(xiàn)有空調(diào)機(jī)之所以要消耗大量的能源，其原因是它的制冷、制熱與送風(fēng)的功能都是完全通過(guò)消耗能源來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果我們能夠使用一種自然界中存在的自然溫差能源來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷與制熱，那么空調(diào)機(jī)中用于制冷與制熱的能源耗費(fèi)就可以節(jié)省下來(lái)，這樣就可以得到一種非常節(jié)約能源的新型空調(diào)原理技術(shù)。根據(jù)這一發(fā)明思路，就誕生了本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)。
本發(fā)明技術(shù)的基本原理與現(xiàn)有的空調(diào)技術(shù)的原理是完全不同的，它的制冷與制熱所需的能源來(lái)自環(huán)境水體和地體與大氣的溫度差。它也并不使用專門的熱工介質(zhì)，用于為用戶提供空氣調(diào)節(jié)服務(wù)的就是壓縮空氣本身。系統(tǒng)的壓縮空氣既作為新鮮空氣，又作為熱工介質(zhì)進(jìn)行運(yùn)用，一身而兼顧二種功能；壓縮空氣作為熱工介質(zhì)；在本系統(tǒng)中用于與環(huán)境水體和地體進(jìn)行熱交換，使輸送給用戶的壓縮空氣具有與用戶的大氣環(huán)境不同的溫度，通過(guò)將這種具有不同溫度的壓縮空氣與用戶環(huán)境的原有空氣進(jìn)行混合的方式，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶環(huán)境的空氣調(diào)節(jié)任務(wù)。
壓縮空氣作為新鮮空氣，在本發(fā)明系統(tǒng)中是將通過(guò)與環(huán)境水體和地體進(jìn)行了熱交換，已經(jīng)改變了溫度的壓縮空氣輸送到終端用戶環(huán)境，直接供用戶使用。
在本發(fā)明系統(tǒng)中；環(huán)境水體是指可供系統(tǒng)利用來(lái)與壓縮空氣進(jìn)行熱交換的河流、水庫(kù)、水池等、也包括從地下抽取的地下熱水，企業(yè)的生產(chǎn)冷卻水、處理前和處理后的城市污水等類型的可利用水體。環(huán)境水體里可以安放本系統(tǒng)的換熱器。
地體則是指在地下5---25米左右深度的地下區(qū)域，輸送管道就埋設(shè)在這一深度范圍內(nèi)。如果條件允許，可以埋設(shè)得更深一些，效果會(huì)更好。
環(huán)境水體和地體在本系統(tǒng)中，是作為無(wú)需耗能的自然冷、熱源看待的。在實(shí)際的項(xiàng)目中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件，既可以聯(lián)合應(yīng)用，也可以單獨(dú)應(yīng)用其中的一種作為冷、熱源。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本系統(tǒng)的技術(shù)與設(shè)備結(jié)構(gòu)；
總體結(jié)構(gòu)

圖1是本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖；由圖可見(jiàn)；本系統(tǒng)的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)由空壓站1、貯氣罐(貯氣洞室)2、熱交換器3，水體4、帶熱交換功能的主干輸送管5、地體6、區(qū)域分配管7、減壓控制閥站8、終端用戶控制調(diào)節(jié)閥9、出風(fēng)口10、氣體計(jì)量表11等部分組成。這些機(jī)械設(shè)備與作為冷(熱)源的環(huán)境水體4和地體6一起，共同構(gòu)成本系統(tǒng)的整體技術(shù)結(jié)構(gòu)。
1空壓站1空壓站是本系統(tǒng)的主體設(shè)備。它由空氣壓縮機(jī)組、大型貯氣罐2(貯氣洞室)、控制臺(tái)、供電電源、廠房等組成。
2熱交換器3熱交換器由多根小管道焊接而成的功能設(shè)備。熱交換器在工作時(shí)是放在環(huán)境水體3中，環(huán)境水體4是指蓄水池、水庫(kù)、河流(河道上)、湖泊、城市污水處理池等。它們構(gòu)成本系統(tǒng)的自然冷源。在北方的冬季，當(dāng)氣溫顯著低于水溫時(shí)，也構(gòu)成初級(jí)熱源。
3主干輸送管5與區(qū)域分配管7主干輸送管5與區(qū)域分配管7是系統(tǒng)的主要功能設(shè)備，其任務(wù)是把已經(jīng)降低(升高)了溫度的壓縮空氣輸送到用戶區(qū)域。同時(shí)在這個(gè)輸送過(guò)程中，讓管內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)一步通過(guò)管壁從地體6中吸收冷量或熱量(相對(duì)氣溫而言)。使壓縮空氣的溫度進(jìn)一步降低(升高)到與地體6的溫度接近的水平。
4減壓控制與調(diào)節(jié)閥站8減壓控制與調(diào)節(jié)閥站是從區(qū)域分配管到用戶終端管網(wǎng)的中間控制與配氣裝置。同時(shí)也是系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)管理的終端用戶服務(wù)機(jī)構(gòu)。在技術(shù)管理上，它根據(jù)用戶對(duì)壓縮空氣的消費(fèi)量變化隨時(shí)對(duì)輸送量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。同時(shí)負(fù)責(zé)所轄區(qū)域發(fā)展用戶和用戶服務(wù)、費(fèi)用收取、維修、咨詢等工作。具有運(yùn)行管理、技術(shù)維護(hù)與經(jīng)營(yíng)管理、用戶服務(wù)等功能。
5終端用戶分配管網(wǎng)終端用戶分配管網(wǎng)是安裝在住宅樓，商務(wù)樓、商場(chǎng)、賓館飯店等終端建筑物內(nèi)的管網(wǎng)，其任務(wù)是把本系統(tǒng)的冷(熱)壓縮空氣輸送給使用人所在的房間或空間進(jìn)行釋放，最終完成系統(tǒng)對(duì)用戶的空氣調(diào)節(jié)服務(wù)。
6用戶調(diào)節(jié)閥9與用戶計(jì)量表11本系統(tǒng)是按用戶消耗的空氣量收費(fèi)。用戶調(diào)節(jié)與計(jì)量裝置就是安裝在管道上的用戶控制調(diào)節(jié)閥9與氣體計(jì)量表11。氣體計(jì)量表11用于計(jì)量用戶消費(fèi)的壓縮空氣量，作為收費(fèi)的依據(jù)。調(diào)節(jié)控制閥9供用戶自行控制調(diào)節(jié)釋放的壓縮空氣量的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮空氣與房間內(nèi)原有空氣的量比，以得到所要求的適宜溫度。
7用戶終端出風(fēng)口10用戶終端出風(fēng)口10就是安裝在用戶房間或調(diào)節(jié)區(qū)域的壓縮空氣出風(fēng)口，壓縮空氣從出風(fēng)口出來(lái)以后，與被調(diào)節(jié)房間或區(qū)域內(nèi)的原有空氣進(jìn)行混合，由于壓縮空氣與原有空氣存在溫度差，兩者混合以后就降低(或升高)了被調(diào)節(jié)房間或區(qū)域的溫度，最終實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的空氣調(diào)節(jié)任務(wù)。
下面詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過(guò)程，系統(tǒng)的工作狀態(tài)分為在夏季工作的降溫調(diào)節(jié)與在冬季工作的升溫調(diào)節(jié)兩種；在夏季，大氣氣溫高于水溫和地溫；在冬季，大氣氣溫低于水溫和地溫；系統(tǒng)在夏季的降溫調(diào)節(jié)狀態(tài)的工作過(guò)程如下；1空氣被吸入空氣壓縮機(jī)受到壓縮，體積變小后被送入貯存罐貯存；2貯存罐內(nèi)的壓力達(dá)到規(guī)定氣壓值后，壓縮空氣開始通過(guò)總控制閥，進(jìn)入管道向熱交換器運(yùn)動(dòng)輸送；3壓縮空氣進(jìn)入熱交換器，通過(guò)金屬管壁與自然水體進(jìn)行放熱交換，使空氣溫度降低到與水溫基本相同的溫度；4降溫后的壓縮空氣進(jìn)入主干管與區(qū)域分配管向用戶區(qū)域輸送，在這個(gè)過(guò)程中，壓縮空氣繼續(xù)通過(guò)輸送管的管壁與地體進(jìn)行放熱交換，達(dá)到與地體溫度基本相同的溫度；5壓縮空氣進(jìn)入減壓站，經(jīng)過(guò)自動(dòng)減壓后進(jìn)入終端用戶管道；6壓縮空氣通過(guò)用戶的計(jì)量表與調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入出風(fēng)口，然后向被調(diào)節(jié)房間釋放，與房間內(nèi)的原有空氣完成混合，通過(guò)調(diào)節(jié)送風(fēng)量的大小，就可以將房間(區(qū)域)內(nèi)的氣溫降低到需要值。
至此，降溫模式的空氣調(diào)節(jié)工作過(guò)程完成。
在冬季，系統(tǒng)工作在升溫工作模式，此時(shí)又分為二種情形；一是水體是純粹的自然水體，由于空氣壓縮后溫度會(huì)升高，如果壓縮空氣的溫度高于水溫，則無(wú)需經(jīng)過(guò)熱交換器，而是直接由旁管進(jìn)入主干管，由主干管完成向地體吸熱的熱交換過(guò)程，然后向用戶輸送。
二是水體如果采用了地下熱水、企業(yè)的散熱廢水等熱能利用方式，或氣溫極其寒冷，壓縮空氣的溫度低于水溫，則壓縮空氣仍然經(jīng)過(guò)水體熱交換器，進(jìn)行向水體的吸熱交換過(guò)程，然后再向用戶輸送。這與制冷工作狀態(tài)是完全一樣的。
這二個(gè)不同工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換通過(guò)水體換熱器前的轉(zhuǎn)換閥即可實(shí)現(xiàn)，非常方便與簡(jiǎn)單。
下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)施例來(lái)形象描述發(fā)明的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)過(guò)程設(shè)某市中午時(shí)的大氣氣溫為38°，當(dāng)?shù)氐暮恿魉疁貫?0°，地下10米的地體溫度為18°，某房間的空間容積為100M3，要求將房間的溫度調(diào)低到26°。
通過(guò)本系統(tǒng)向該房間送入溫度為19°的壓縮空氣65M3，則這65M3低溫空氣將原有的高溫空氣擠出房間，擠出量為65M3，舊有空氣量與新送入的低溫空氣量之比為35％比65％，混合后的室內(nèi)空氣溫度即為25 95°。
這一調(diào)節(jié)過(guò)程由用戶通過(guò)調(diào)節(jié)閥9自行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明系統(tǒng)具有極其優(yōu)異的節(jié)能效果，以及衛(wèi)生安全與環(huán)保的重大優(yōu)勢(shì)。
與現(xiàn)有的空調(diào)技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)的最高技術(shù)節(jié)能率可高達(dá)80％，加上使用節(jié)能率和健康節(jié)能率，總的節(jié)能效果可高達(dá)90％以上。下面對(duì)節(jié)能效果作分析；技術(shù)節(jié)能效果方面現(xiàn)有的空調(diào)機(jī)的能源消耗主要用在風(fēng)機(jī)(風(fēng)扇)、制冷、制熱這3個(gè)方面，其中風(fēng)機(jī)(風(fēng)扇)約占空調(diào)機(jī)總能耗的10--20％，而制冷與制熱約占80-90％。
與此對(duì)比，本系統(tǒng)只需送風(fēng)的能源消耗(即空壓機(jī)的能源消耗)，制冷與制熱的能源均取自環(huán)境水體和地體與大氣的溫差所蘊(yùn)含的自然能量，而這二者是無(wú)需消耗人工能源的。因此從這一特性就能夠節(jié)約80--90％的能源。
使用方式節(jié)能方面現(xiàn)有的中央空調(diào)系統(tǒng)在使用時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確的按需調(diào)節(jié)，通常是不管具體用戶有沒(méi)有，而視一座建筑物作為整體用戶，統(tǒng)統(tǒng)送風(fēng)。例如普通的中央空調(diào)在使用時(shí)，并不能根據(jù)某個(gè)房間內(nèi)是否有人來(lái)決定該房間是否送風(fēng)，商場(chǎng)內(nèi)不管顧客是10個(gè)人或是2000個(gè)人都是送同樣大的風(fēng)量，這樣在使用過(guò)程中，就存在很大的浪費(fèi)現(xiàn)象。有的時(shí)候，這種現(xiàn)象造成的能源浪費(fèi)要占到空調(diào)機(jī)能耗的相當(dāng)大比重。
與此相比，本系統(tǒng)的壓縮空氣管道直送方式，可以輕而易舉向任何房間與小區(qū)域?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確與方便的可調(diào)節(jié)輸送，包括在一戶住宅內(nèi)用分支管道向各個(gè)房間進(jìn)行可單獨(dú)控制調(diào)節(jié)的按需輸送。從而最大限度的提高有效調(diào)節(jié)率。產(chǎn)生非?？捎^的使用節(jié)能效果。
其次，本系統(tǒng)由于技術(shù)的先進(jìn)性與實(shí)用性，可以方便地采用用戶端計(jì)量收費(fèi)的方式(與自來(lái)水和天然氣消費(fèi)計(jì)量的方式完全一樣)，這樣用戶為了節(jié)約空調(diào)費(fèi)用，就會(huì)自覺(jué)地進(jìn)行按需調(diào)節(jié)的消費(fèi)，當(dāng)房間內(nèi)沒(méi)有人時(shí)，就會(huì)自覺(jué)關(guān)閉閥門，或?qū)⑵湔{(diào)節(jié)到很小，按需調(diào)節(jié)的針對(duì)性很好。這樣本系統(tǒng)就能夠從用戶自覺(jué)節(jié)約費(fèi)用成本的原動(dòng)力上，收到非常可觀的節(jié)能效果。
健康指標(biāo)的換算節(jié)能方面我們知道，人們對(duì)工作與生活環(huán)境的空氣調(diào)節(jié)要求除了對(duì)溫度、濕度的適宜要求外，還有一個(gè)更加重要的要求是空氣新鮮度、即對(duì)新風(fēng)的要求這是因?yàn)槌诉m宜的溫度與溫度外，人們的正常呼吸還有對(duì)空氣中的氧含量，廢氣含量、顆粒污染物、細(xì)菌與病毒含量等重要的健康與舒適性要求。而現(xiàn)有的空調(diào)機(jī)為了不增大能源的耗費(fèi)，必須采用循環(huán)風(fēng)方式，即要求被調(diào)節(jié)區(qū)域或房間必須與室外的大氣隔絕，進(jìn)行閉式循環(huán)調(diào)節(jié)。這就造成健康和舒適性與能源耗費(fèi)的矛盾。而健康與舒適性是必須要的空氣質(zhì)量指標(biāo)。這樣現(xiàn)有的空調(diào)就只能在兩者之間作平衡，在調(diào)節(jié)過(guò)程中引進(jìn)一定數(shù)量的新風(fēng)，這就造成能源消耗的急劇增大。而即使如此，空調(diào)環(huán)境仍被認(rèn)為是不符合健康要求的空氣環(huán)境。特別是中央空調(diào)，被認(rèn)為是嚴(yán)重的污染與疾病公共傳播源(見(jiàn)衛(wèi)生部的有關(guān)文件)，在所有的衛(wèi)生與健康資料中，均要求人們不要長(zhǎng)期呆在空調(diào)環(huán)境中。最典型的例子是在發(fā)生“非典”期間，中央空調(diào)被看作危險(xiǎn)的傳染渠道，被嚴(yán)禁使用。
與此相反，本系統(tǒng)是一種全新風(fēng)空調(diào)，能夠最大程度地、徹底滿足人們對(duì)新風(fēng)的要求，使空調(diào)環(huán)境與室外大氣環(huán)境的空氣質(zhì)量同樣的好。是一種完全符合所有健康與衛(wèi)生安全要求的空氣調(diào)節(jié)環(huán)境。而此項(xiàng)功能由于本系統(tǒng)的制冷或制熱的能源是取自環(huán)境水體和地體，并不另外消耗人工能源，可以無(wú)需顧忌能耗成本而無(wú)限制地供應(yīng)新風(fēng)。因此在提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有空調(diào)的健康與舒適度指標(biāo)時(shí)，本系統(tǒng)的能耗與健康、舒適度之比值，是現(xiàn)有空調(diào)技術(shù)望塵莫及的。
如果需要，本系統(tǒng)甚至可以實(shí)現(xiàn)輸送給用戶的壓縮空氣的質(zhì)量高于環(huán)境大氣質(zhì)量的目標(biāo)，這是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用壓力輸送方式工作，非常簡(jiǎn)單地就可以利用壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的過(guò)濾，濾除掉大氣中的有害病菌和顆粒物等。而且系統(tǒng)的空壓機(jī)的機(jī)腔和輸送管道在工作時(shí)是處于高氣壓狀態(tài)，絕大多數(shù)的對(duì)人有害的病菌等不能在這種遠(yuǎn)高于大氣壓的高壓環(huán)境中存活。因此系統(tǒng)的空壓機(jī)和輸送管道有天然的殺滅致病微生物的功能。這些功能使本系統(tǒng)是一種自動(dòng)具有高級(jí)物理消毒功效的、絕對(duì)衛(wèi)生安全的公共空調(diào)系統(tǒng)。
此外，現(xiàn)有的空調(diào)技術(shù)必須使用化學(xué)物質(zhì)作為工作介質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)均是對(duì)人有毒有害的，也是對(duì)環(huán)境特別是大氣環(huán)境有重大污染的。而且還需要消耗能源先生產(chǎn)出來(lái)(即社會(huì)產(chǎn)業(yè)鏈的能源耗費(fèi)，它使得現(xiàn)有空調(diào)的社會(huì)實(shí)際能耗大于其表象能耗值)，才能供使用。存在嚴(yán)重的污染環(huán)境和高耗能缺陷。
而本系統(tǒng)的工作介質(zhì)就是純粹自然的、取之不盡的、無(wú)需花一分錢的能源先行制造的普通空氣，沒(méi)有任何污染因素，徹底解決了現(xiàn)有空調(diào)技術(shù)存在的對(duì)人的衛(wèi)生安全與健康的損害、以及嚴(yán)重環(huán)境污染的難題。是能夠勝任任何最苛刻衛(wèi)生安全與健康、以及最高環(huán)保要求的最佳綠色空調(diào)技術(shù)。
這樣，如果以技術(shù)節(jié)能、使用節(jié)能、空氣健康指標(biāo)能耗要求(按現(xiàn)有空調(diào)為提供新風(fēng)所增加的能耗換算)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本系統(tǒng)的能源節(jié)約率可以達(dá)到現(xiàn)有空調(diào)機(jī)能源消耗的85-95％以上。這是一個(gè)驚人的進(jìn)步。
其它優(yōu)點(diǎn)方面在其它方面，本系統(tǒng)也具有諸多優(yōu)點(diǎn)；1利用低谷電力的成本優(yōu)勢(shì)本系統(tǒng)由于有壓縮空氣貯存功能，可以利用夜晚的低谷電價(jià)時(shí)段生產(chǎn)壓縮空氣進(jìn)行貯存，從而大大降低運(yùn)行成本。目前各地低谷電價(jià)大約在峰段電價(jià)的15-25％左右，這可以顯著提升系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，降低用戶的消費(fèi)成本。
2保持城市建筑物外觀美感的視覺(jué)優(yōu)勢(shì)；各個(gè)城市中的建筑物外觀設(shè)計(jì)都非常漂亮，但在用戶入住以后，各家住戶都要安裝空調(diào)，大量各種不同形狀、不同外觀的空調(diào)室外機(jī)都是胡亂安裝在外墻上，成為建筑物上十分丑陋的瘡疤，嚴(yán)重破壞了建筑物的美感，大煞城市風(fēng)景。而本系統(tǒng)采用壓力輸送變溫壓縮空氣，只需很小直徑的入戶管道，完全采用與自來(lái)水管道、天然氣管道一樣的內(nèi)部隱匿式安裝，對(duì)建筑物外觀毫無(wú)影響，可以完美保持建筑物的美觀。無(wú)損城市形象。
3節(jié)約中央空調(diào)建筑物的建設(shè)成本和空間城市大型公共建筑物通常使用中央空調(diào)，而中央空調(diào)的機(jī)組和風(fēng)管體積龐大，都要占據(jù)相當(dāng)大的建筑物空間。中心城區(qū)的地價(jià)高昂，建筑物的建設(shè)成本也就非常高，因此中央空調(diào)占用空間的成本比例相當(dāng)大。而本系統(tǒng)壓力送風(fēng)的小直徑管道(直徑與入戶的天然氣和自來(lái)水管道相似)占用的空間要小得多，可以節(jié)約相當(dāng)可觀的建設(shè)成本和管理、維護(hù)成本，完全節(jié)省下中央空調(diào)的用水消耗成本，同時(shí)也改善了噪聲指標(biāo)。
特別是對(duì)于地鐵、地下商業(yè)設(shè)施等建筑物，由于這些建筑物的地下空間全部是用“錢”堆出來(lái)的，本系統(tǒng)節(jié)約的建筑空間將非?？捎^，可以顯著降低這些設(shè)施的建設(shè)造價(jià)。
4大幅度降低城市熱島效應(yīng)；
現(xiàn)有的空調(diào)技術(shù)無(wú)論是單機(jī)空調(diào)或是中央空調(diào)，只能對(duì)一個(gè)指定的小環(huán)境作空氣調(diào)節(jié)，而將調(diào)節(jié)產(chǎn)生的廢熱發(fā)散給周邊環(huán)境。其結(jié)果是雖然降低了室內(nèi)的溫度，但卻升高了室外的環(huán)境溫度。如果將一座城市看成一個(gè)整體，而將該城市使用的全部空調(diào)機(jī)也看成一個(gè)整體設(shè)備，則該空調(diào)設(shè)備相對(duì)于該城市來(lái)說(shuō)，其整體效應(yīng)是一個(gè)純粹的“城市加熱機(jī)”，這個(gè)整體空調(diào)設(shè)備所消耗的能源是全部轉(zhuǎn)化為了熱量，給城市加熱。導(dǎo)致城區(qū)大氣環(huán)境溫度顯著升高，此即是著名的城市熱島效應(yīng)。城市熱島效應(yīng)惡化了城市環(huán)境，除了明顯降低公眾的生活與工作環(huán)境質(zhì)量外，還大大加劇了對(duì)空氣調(diào)節(jié)的需求，形成一種嚴(yán)重的惡性循環(huán)，也是城市電力消耗快速增長(zhǎng)的重要原因。
而本系統(tǒng)的大規(guī)模推廣則可以從根本上扭轉(zhuǎn)這一過(guò)程，由于本系統(tǒng)是從郊區(qū)將低溫壓縮空氣單向送入城區(qū)，在壓力釋放的作用下，其效應(yīng)是將原來(lái)的熱空氣先擠出被調(diào)節(jié)環(huán)境，并進(jìn)而擠出城區(qū)，形成為城區(qū)持續(xù)降溫的良好效果。
實(shí)施方式本發(fā)明的技術(shù)結(jié)構(gòu)中，空壓站、輸送管道、計(jì)量表和控制閥等所有設(shè)備組成及其技術(shù)都是現(xiàn)有的成熟技術(shù)，其各個(gè)組成部分的設(shè)計(jì)制造都是現(xiàn)有成熟技術(shù)的組構(gòu)應(yīng)用。非常簡(jiǎn)單。因此其實(shí)施的重要部分是在與用戶使用的結(jié)合上。
本發(fā)明系統(tǒng)完全適用于一般中央空調(diào)的應(yīng)用對(duì)象。
但本發(fā)明系統(tǒng)最好的實(shí)施方式是以大規(guī)模的城市空調(diào)系統(tǒng)的方式進(jìn)行建設(shè)和為公眾提供服務(wù)。
這種實(shí)施方式就是在城市周邊區(qū)域建設(shè)系統(tǒng)的空壓站和水體熱交換器，然后將主干輸送管道鋪設(shè)進(jìn)城區(qū)，再經(jīng)過(guò)區(qū)域分配管到達(dá)各個(gè)用戶區(qū)域，最后再經(jīng)過(guò)減壓閥站進(jìn)入每個(gè)最終用戶的方式。
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)、設(shè)備安裝、運(yùn)行、管理等在具體的實(shí)施建設(shè)中，與城市天然氣系統(tǒng)基本上是一模一樣的。其使用方式也基本相同。供給用戶消費(fèi)的產(chǎn)品就是變溫壓縮空氣。
當(dāng)在城市周邊建設(shè)多個(gè)空壓站時(shí)，可以配套建設(shè)多條輸送干管，然后將這些管道聯(lián)網(wǎng)，向居民和其它類型用戶銷售變溫壓縮空氣，供用戶作空氣調(diào)節(jié)用。就像現(xiàn)在的城市天然氣管網(wǎng)一樣。這種聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以提供更好的峰谷供應(yīng)能力和供應(yīng)穩(wěn)定性。
具體的實(shí)施過(guò)程是；首先進(jìn)行空壓站的地址選擇，地址的選擇最好靠近河流、湖泊、水庫(kù)、城市污水處理池等。
地址確定以后，進(jìn)行空壓站的設(shè)計(jì)；確定主干輸送管道與區(qū)域分配管道的線路并進(jìn)行設(shè)計(jì)；確定各個(gè)區(qū)域服務(wù)站(用戶區(qū)域減壓與控制分配站)的位置；從區(qū)域服務(wù)站將用戶終端管道安裝進(jìn)入建筑物內(nèi)，并進(jìn)入每個(gè)用戶的房間，入戶之前在管道上裝上計(jì)量表和用戶總控制閥，總控制閥，然后連接安裝進(jìn)入需要進(jìn)行單獨(dú)空氣調(diào)節(jié)的房間(區(qū)域)的分支供風(fēng)岐管；在各個(gè)分支供風(fēng)岐管上安裝好各個(gè)房間的單獨(dú)控制閥和出風(fēng)口。
至此，實(shí)施工作完成。
權(quán)利要求
1一種以環(huán)境水體和地體作為冷(熱)源的壓縮空氣空調(diào)系統(tǒng)，利用環(huán)境水體和地體與大氣氣溫的差距所蘊(yùn)含的溫差能源工作，采用壓縮空氣通過(guò)管道從水體和地體吸(放)熱實(shí)現(xiàn)熱交換，以獲得與地表大氣不同溫度的壓縮空氣，并將這種改變了溫度的壓縮空氣輸送給用戶，供用戶與用戶環(huán)境內(nèi)原有的空氣進(jìn)行混合，以實(shí)現(xiàn)改變用戶環(huán)境中原有氣溫的空氣調(diào)節(jié)任務(wù)，其特征是系統(tǒng)由空壓機(jī)、貯氣罐、水體熱交換器、具有與地體進(jìn)行熱交換功能的輸送干管和區(qū)域分配管、區(qū)域減壓控制調(diào)節(jié)閥、用戶終端調(diào)節(jié)和計(jì)量裝置、以及作為冷、熱源的環(huán)境水體、地體共同組成。
2根據(jù)權(quán)利要求1的空調(diào)系統(tǒng)，其特征是壓縮空氣由空氣壓縮機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生，并通過(guò)熱交換器，輸送干管，區(qū)域分配管，區(qū)域減壓控制站，用戶終端控制裝置，出風(fēng)口進(jìn)入用戶環(huán)境，與用戶環(huán)境原來(lái)的空氣進(jìn)行混合。
3根據(jù)權(quán)利要求2的空調(diào)系統(tǒng)，其特征是熱交換器是安裝在水體中，壓縮空氣在通過(guò)熱交換器時(shí)，要通過(guò)熱交換器的管壁與水體進(jìn)行熱交換，以獲得與地表大氣溫度不同的溫度。
4根據(jù)權(quán)利要求2的空調(diào)系統(tǒng)，其特征是；輸送干管和區(qū)域分配管是埋設(shè)在距地表一定深度下的地體中，當(dāng)壓縮空氣在管道內(nèi)通過(guò)時(shí)，要與地體進(jìn)行熱交換。
5根據(jù)權(quán)利要求2的空調(diào)系統(tǒng)，其特征是與大氣氣溫具有不同溫度的壓縮空氣是通過(guò)一個(gè)用戶終端計(jì)量與調(diào)節(jié)裝置進(jìn)入用戶環(huán)境，實(shí)現(xiàn)與用戶環(huán)境中原有空氣的混合，以改變?cè)撚脩舡h(huán)境中的空氣溫度。
6根據(jù)權(quán)利要求2和5的空調(diào)系統(tǒng)，其特征是用戶終端計(jì)量與調(diào)節(jié)裝置可以計(jì)量用戶消費(fèi)的壓縮空氣量。
7根據(jù)權(quán)利要求2、5和6的空調(diào)系統(tǒng)，用戶終端計(jì)量與調(diào)節(jié)裝置可以按需要對(duì)壓縮空氣的釋放量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
8根據(jù)權(quán)利要求1和5的空調(diào)系統(tǒng)，其特征是終端計(jì)量與調(diào)節(jié)裝置由氣體計(jì)量表和調(diào)節(jié)閥組成。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用環(huán)境水體和地體作為冷(熱)源的新型壓縮空氣空調(diào)。與現(xiàn)有的各種空調(diào)相比，其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以大幅度節(jié)約能源。其次是具備完全的環(huán)保功能和對(duì)人健康的全新風(fēng)特征。
文檔編號(hào)F24F5/00GK1869530SQ20051002097
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月26日
發(fā)明者申朗 申請(qǐng)人:申朗