專利名稱：一種低能耗低污染的建筑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用太陽能及地?zé)徇M(jìn)行發(fā)電、取暖和制冷的建筑，它
是利用高效光電轉(zhuǎn)換率的太陽能裝置、淺層地能換熱裝置和建筑物的組合；即 是一種低能耗低污染的建筑。
背景技術(shù)：
目前的建筑物的用電都離不開國家電網(wǎng)。北方傳統(tǒng)的供熱是利用燃煤鍋爐 進(jìn)行集中或分散供暖，而制冷一般都是用空調(diào)；這些設(shè)備耗電多、耗水多、污 染重、運(yùn)行費(fèi)高，初投資也不低。公共建筑大量使用的中央空調(diào)系統(tǒng)初投資更 高，運(yùn)行費(fèi)更高，壽命短，還要耗油、耗氣。
近年來大量推廣的地源熱泵+風(fēng)機(jī)盤管供冷暖設(shè)備，它是抽取地下水并利用 地下水所含的恒定熱量進(jìn)行熱交換，從而達(dá)到對建筑物的室內(nèi)空間進(jìn)行制冷或 者供熱的目的。由于這種設(shè)備的初投資較高等原因，因此其使用受到了限制。 同時(shí)，冬天要用高溫水供暖，夏天要用低溫水供冷，加重了電耗，高溫或低溫 水返回地下后還會(huì)影響地下的溫度場和生態(tài)平衡。
中國專利CN1807996A公開了 一種利用地下水取暖或者制冷的設(shè)施，它雖然 緩解了上述三個(gè)矛盾，但仍然要依賴國家電網(wǎng)供電和依賴地下水，在無電、缺 電地區(qū)和無地下水、缺地下水及地下水位下降快的地區(qū)都將受到了限制。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠不依賴國家電網(wǎng)、不消耗 煤炭資源及地下水的能夠獨(dú)立進(jìn)行采暖、制冷和提供生活用電的建筑，能夠充
分利用太陽能和淺層地能這兩種可再生能源，達(dá)到低能耗、低污染的目的。 為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是
它包括建筑物、安置在建筑物地板中的地板冷暖輻射裝置、與地板冷暖輻 射裝置連通的地源熱泵機(jī)組以及太陽能發(fā)電裝置，為本建筑及其它生活用電供 電的太陽能發(fā)電裝置設(shè)置在建筑物上面，地板冷暖輻射裝置和地源換熱機(jī)組連 通，地源熱泵才幾組與埋設(shè)于地下的地下?lián)Q熱裝置連通。
本實(shí)用新型進(jìn)一步的具體技術(shù)方案是所述地下?lián)Q熱裝置包括埋于地下巖 土中的內(nèi)部裝有水的塑料管，塑料管經(jīng)過循環(huán)水泵和地源熱泵機(jī)組中的冷凝器 或蒸發(fā)器連接。
上述技術(shù)方案的進(jìn)一步具體實(shí)施改進(jìn)在于所述埋于地下的塑料管分為橫 管和豎管，其中豎管為①28—32mm直徑的PE80材質(zhì)的塑料管，豎管并聯(lián)于橫管 之間，豎管的分布間距為3 — 5m。
本實(shí)用新型的地板冷暖輻射裝置的進(jìn)一步具體的技術(shù)方案是地板冷暖輻 射裝置包括埋于地板、樓板之間的回形塑料換熱管，回形塑料換熱管上安裝有 循環(huán)水泵和向建筑物各功能區(qū)間分配水量的分集水器。
上述技術(shù)方案的進(jìn)一步具體實(shí)施改進(jìn)在于所述埋于地板、樓板之間的回 形塑料管是直徑為小20—22mm的、PEX材質(zhì)的塑料管，其塑料管的布置間距為 lSO—"Omm;埋設(shè)回形塑料管的樓板層的厚度為100—120mm,地板層的厚度為 60—100mm。
本實(shí)用新型的地源熱泵機(jī)組的進(jìn)一步具體的技術(shù)方案是地源熱泵機(jī)組由 壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、換向閥、冷凝器以及管路組成內(nèi)部裝有循環(huán)制冷劑的串聯(lián)回 路。蒸發(fā)器中制冷劑吸收地下?lián)Q熱裝置的地埋塑料管中的水的熱量，水返回地 下；制冷劑的熱量在冷凝器中，被地板輻射循環(huán)水吸收，形成28—38。C的中溫 熱水，通過循環(huán)泵送到室內(nèi)塑料換熱管中，把熱量傳給地板層，通過地板混凝 土很強(qiáng)的蓄熱性能和輻射性能向室內(nèi)供熱。
本實(shí)用新型的太陽能發(fā)電裝置的進(jìn)一步具體的技術(shù)方案是屋面太陽能發(fā) 電裝置包括雙軸自動(dòng)跟蹤太陽的圓形光電接收轉(zhuǎn)換器和浮動(dòng)于水池中的散熱器 以及點(diǎn)聚焦透鏡和框架。本實(shí)用新型是通過埋于地下的塑料管中的水將地下相對恒定的13。C一22。C 的熱量帶上來，通過地源熱泵機(jī)組的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)，將帶上來的熱量提升至 28'C ~ 38°C,然后通過室內(nèi)地板輻射裝置中的循環(huán)水將這樣的溫度帶到室內(nèi)， 并通過地板輻射向室內(nèi)供暖。夏天則通過相反的過程把室內(nèi)熱量帶到室外地下， 實(shí)現(xiàn)供冷降溫。為了降低建筑所需電器裝機(jī)功率，從而降低太陽能發(fā)電量，降低系統(tǒng)初投 資，要求建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫效果，使建筑物所需冷指標(biāo)降至40—25W/m2,熱 指標(biāo)降至30—15W/m2。本實(shí)用新型取得的技術(shù)進(jìn)步是 1、實(shí)現(xiàn)建筑"低能耗"，并實(shí)現(xiàn)多層建筑屋面太陽能發(fā)電量用于建筑本身 有余，不采暖不制冷季節(jié)富余電力還可用于并網(wǎng)銷售，對環(huán)保和節(jié)能意義重大。 對無電地區(qū)、邊防地區(qū)和要害部門的供電供冷暖有戰(zhàn)略意義，并提高了投資效益。2、實(shí)現(xiàn)當(dāng)今既節(jié)能、又環(huán)保的"地源熱泵供冷暖"，輸入1KW電能，可輸 出4一"W以上的冷熱能，能效比高達(dá)4一6，并實(shí)現(xiàn)"中溫水供冷暖"，代替?zhèn)?統(tǒng)的高溫水供熱(45。C一65。C)、低溫水供冷(7。C一12。C)。供熱水溫(28。C一 38°C)，供冷水溫(18°C—22°C)均大幅度靠近地下土壤自然溫度，因此其裝機(jī) 功率降至10—8W/m2,只有傳統(tǒng)分體空調(diào)的五分之一，實(shí)現(xiàn)了 "小功率供冷暖，，； 本實(shí)用新型不僅十分節(jié)能，而且"土壤源"、"中溫水"供冷暖對地下的熱平衡、 生態(tài)平衡、保護(hù)地下水資源十分有利。這正是傳統(tǒng)的地源熱泵系統(tǒng)難以解決的 關(guān)鍵問題和麻煩問題。埋于地下的塑料管的合理布置及間隔，有利于地上、地 下熱量的合理交換，防止由于地下?lián)Q熱管過于集中而使周圍土壤溫度升高或者 降低，影響換熱效果，甚至影響生態(tài)平衡。 3、 實(shí)現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)有利健康的"地板輻射供冷暖"，改"一板一供，，為"一 板兩供"，同時(shí)取代低效率的暖氣片供暖和昂貴的風(fēng)機(jī)盤管供冷，從而降低初投 資，提高供熱、供冷效率，壽命提高一倍(冗年以上)。室內(nèi)的換熱管采用塑料 管的回形設(shè)置及合理的間隔布置，可以最大的提高換熱效果。4、 供冷暖、供電全系統(tǒng)的初投資比傳統(tǒng)方式更低，運(yùn)行費(fèi)很少(見后)。 高級(jí)賓館、寫字樓即使加上新風(fēng)系統(tǒng)也比傳統(tǒng)方式大幅降低。5、 實(shí)現(xiàn)建筑能耗不依賴國家電網(wǎng)，不依賴地下水，不耗燃煤，不耗燃油 和燃?xì)猓啬芗泄徇€不耗自來水，從而實(shí)現(xiàn)"低能耗，低污染"的"雙低"效果。6、 在當(dāng)?shù)貨]有太陽能投資補(bǔ)貼時(shí)可仍舊沿用國家電網(wǎng)電力，并實(shí)現(xiàn)"削 峰用電"、"低谷用電"。10cm厚的地板層混凝土材料的蓄熱能力是風(fēng)機(jī)盤管供暖 時(shí)室內(nèi)空氣蓄熱的69倍，因此，可成倍縮短日供熱供冷時(shí)間(低至12—8小時(shí))， 從而使主機(jī)壽命比現(xiàn)有地源熱泵提高50%左右，達(dá)到30年以上。并可完全避開 高峰電，從而可按政府最新文件享受低谷電價(jià)，使供冷暖、供熱水運(yùn)行費(fèi)降至8 —10元/1112年。


圖1是本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-1、豎管，1-2、橫管，1-3、循環(huán)水泵，2-1、壓縮機(jī)，2-2、冷 凝器，2-3、蒸發(fā)器，2-4、換向閥，3-1、回形塑料換熱管，3-2、循環(huán)泵，4、 太陽能發(fā)電裝置，5-1、樓頂，5-2、建筑物地板，5-3、樓板。
具體實(shí)施方式
下面以一幢50001112的5層建筑為例，結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì) 說明在建筑物的100(W的屋頂面上安裝一個(gè)可自動(dòng)跟蹤太陽的圓形太陽能發(fā)電 裝置4，其總面積675m2。發(fā)出的電力通過電線輸送給地源熱泵機(jī)組2的主、輔電器。此太陽能發(fā)電裝置不僅不占地，屋面面積還余30%。地下?lián)Q熱裝置是由豎管1-1和橫管1-2及循環(huán)水泵1-3組成的，豎管埋于 室外地下(或樓下)，有若干根縱向排列布置，這些豎管排列后和橫管1-2并聯(lián)， 橫管和地源熱泵機(jī)組中的蒸發(fā)器2-3連接，橫管上連接有循環(huán)水泵1-3。在地下 換熱裝置的管路中注入經(jīng)過過濾和軟化的自來水，形成獨(dú)立的水源側(cè)水循環(huán)。 本實(shí)施例中豎管1-1為PE80管，外徑①28—32隨，形狀為U形，埋入深度為50 —150m,分布間距3—5米；橫埋管為PE80管，外徑①100—250mm,埋深1.5 —2. 0m。地源熱泵機(jī)組由壓縮機(jī)2-1、冷凝器2-2、蒸發(fā)器2-3、換向閥2-4串聯(lián)組 成，并和機(jī)房智能化控制系統(tǒng)連接。它構(gòu)成了獨(dú)立的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)，并通過 換向閥2-4將冷凝器和蒸發(fā)器的功能進(jìn)行互換；從而達(dá)到冬天給房間內(nèi)供熱、 夏天制冷的目的。根據(jù)熱工計(jì)算確定建筑冷指標(biāo)40 — 25W/m2和熱指標(biāo)30 — 15W/m2,并計(jì)算和選擇具體機(jī)組零部件型號(hào)。采暖、制冷系統(tǒng)裝機(jī)功率平均每建 筑平米降至8 — 10W,遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有地源熱泵系統(tǒng)。加上其余照明、家電，建筑所 需全部太陽能電力90KW左右，平均18W/m2。地板冷暖輻射裝置由PEX材質(zhì)的回形塑料換熱管3-1 "、循環(huán)泵3-2組成， 并構(gòu)成獨(dú)立的以水為介質(zhì)的熱循環(huán)系統(tǒng)。各房間的"回，，形盤管3-1通過套房 的分集水器與進(jìn)出口水管相連，回形塑料換熱管的室外一端與地源熱泵機(jī)組的 冷凝器連接。回形塑料換熱管3-1設(shè)置在建筑物房間的地面內(nèi)，塑料管設(shè)置成 "回，，形盤管，其材料為PEX,管徑cj) 20—22mm，管間距為150—250mm。本實(shí) 用新型的冬季進(jìn)水溫度28。C一38。C，使室溫達(dá)到20°C ±2°C;夏季進(jìn)水溫度16 °C —20°C,室溫達(dá)到28 ± 2°C。樓板5-3的材料為豆石混凝土，厚度100—120mm; 地板5-2的材料為瓷磚、大理石，不推薦復(fù)合木地板、實(shí)木，地板層的厚度為 60—100隱。地埋管下部的隔熱層傳熱系數(shù)盡量小，需要分戶計(jì)量時(shí)采用，不需要分戶 計(jì)量時(shí)也可以不用。此時(shí)，樓板層也參與蓄熱和熱輻射。
太陽能發(fā)電裝置設(shè)置在樓頂5-1上，由多個(gè)"透鏡一一桿一一電池"的組 件組成，它架設(shè)在散熱器上，散熱器浸在水池中。點(diǎn)聚焦透鏡的方位跟蹤陣列 保證系統(tǒng)始終跟蹤太陽，達(dá)到高效光電轉(zhuǎn)換的目的。發(fā)電裝置所發(fā)的電通過導(dǎo) 線傳遞給本實(shí)用新型的壓縮機(jī)和各循環(huán)水泵。太陽能發(fā)電裝置選用世界先進(jìn)水平的雙軸跟蹤太陽發(fā)電裝置，即在100(W屋面上安裝一個(gè)園形太陽能發(fā)電裝置， 總面積6751112，轉(zhuǎn)換率高達(dá)37.3%,發(fā)電能力675m2 x 133. 3W/ni2=90KW,總發(fā)電量 26. 3萬KWH(按360天，8小時(shí)/天)，可以供500(W建筑用電有余。50001112建筑， 單位平米裝才/L電力為采暖制冷9W/m2,其余照明家電9W/m2 ,合18W/ m2 ，按 單位采暖面積用電量16KWh/m2,制冷4KWh/ti^,其余13KWh/m2,年用電量14萬 KWH左右，余下12. 3萬KWH可并網(wǎng)銷售。太陽能裝置在條件允許時(shí)也可以安裝 在地面，也可以在垂直墻面安裝太陽能發(fā)電板補(bǔ)充發(fā)電能力。以滿足高層建筑 的需要?？偯娣e5000m2， 5個(gè)單元，5層樓， 一梯二戶，戶均100m2;樓頂面積lOOOm2。 實(shí)際供熱面積5000m2 x 0. 85=4250m2。施工時(shí)，建筑物的節(jié)能應(yīng)按照《居住建筑 節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[DB13 (J) 63—2007]、《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[GB50189 — 2005]和《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》(JGJ144 —2004 )進(jìn)行；地下?lián)Q熱系統(tǒng)和 地源熱泵主機(jī)房的設(shè)計(jì)施工按《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》[GB50366 —2005] 進(jìn)行。管材符合GB/T136663。地下?lián)Q熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)要先作試驗(yàn)孔檢測，參照《巖 土工程勘察規(guī)范》[GB50021、 GB50027]進(jìn)行。太陽能發(fā)電系統(tǒng)按所提供的施工 規(guī)范及圖紙進(jìn)行。本實(shí)用浙型的工作過程如下制熱時(shí)通過室外地埋豎管中的水對土壤或巖土進(jìn)行第一次熱交換，將13°C —22。C的淺層地溫能帶到主機(jī)房地源熱泵機(jī)組，與蒸發(fā)器進(jìn)行第二次熱交換， 制冷劑在蒸發(fā)器2-3中吸收地下埋管的熱量而蒸發(fā)，地埋管中的水返回地下， 制冷劑再經(jīng)過壓縮機(jī)2-1壓縮成高溫高壓的過熱蒸氣進(jìn)入冷凝器2-2，進(jìn)行第三 次熱交換；用戶側(cè)循環(huán)水在此得到加熱，形成28。C一38。C的中溫?zé)崴?，并通過
循環(huán)泵3-2送到室內(nèi)地才反下的回形輻射管中，水的熱量傳給地才反5-2,進(jìn)4亍第四 次熱交換；地板5-2通過蓄熱功能和輻射功能把熱量傳給室內(nèi)空氣完成第五次 熱交換，實(shí)現(xiàn)供熱全過程。當(dāng)冷凝器2-2與蒸發(fā)器2-3交換位置，進(jìn)行與上述相反的過程，即把室內(nèi) 熱量帶到室外地下，還可實(shí)現(xiàn)建筑供冷降溫。此時(shí)，室內(nèi)地埋管的水溫控制在 16 —2(TC，使地板表面溫度超過當(dāng)時(shí)的露點(diǎn)溫度，即可以防止結(jié)露。夏天當(dāng)?shù)?下土壤溫度在16 — 20。C時(shí)，多數(shù)時(shí)間可以不開主機(jī)，只開循環(huán)水泵，此時(shí)耗電 只有全系統(tǒng)單位建筑面積額定功率(8~10W/m2)的四分之一左右，從而實(shí)現(xiàn)顯 著節(jié)能。
權(quán)利要求1、一種低能耗低污染的建筑，包括建筑物、安置在建筑物地板中的地板冷暖輻射裝置、與地板冷暖輻射裝置連通的地源熱泵機(jī)組以及太陽能發(fā)電裝置，其特征在于為本建筑及其它生活用電供電的太陽能發(fā)電裝置設(shè)置在建筑物上面，地板冷暖輻射裝置和地源換熱機(jī)組連通，地源熱泵機(jī)組與埋設(shè)于地下的地下?lián)Q熱裝置連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗低污染的建筑，其特征在于所述地下 換熱裝置包括埋于地下巖土中的內(nèi)部裝有水的塑料管，塑料管經(jīng)過循環(huán)水泵和 地源熱泵機(jī)組中的冷凝器或蒸發(fā)器連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低能耗低污染的建筑，其特征在于所述埋于 地下的塑料管分為橫管和豎管，其中豎管為①28—32睡直徑的PE80材質(zhì)的塑料 管，豎管并聯(lián)于橫管之間，豎管的分布間距為3—5m。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗低污染的建筑，其特征在于所述地板 冷暖輻射裝置包括埋于地板、樓板之間的回形塑料換熱管，回形塑料換熱管上 安裝有循環(huán)水泵和向建筑物各功能區(qū)間分配水量的分集水器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低能耗低污染的建筑，其特征在于所述埋于 地板、樓板之間的回形塑料換熱管是直徑為4) 20—22mm的、PEX材質(zhì)的塑料管， 回形塑料換熱管的布置間距為150—250mm;埋設(shè)回形塑料換熱管的樓板層的厚 度為100—120mm，地才反層的厚度為60—100mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗低污染的建筑，其特征在于所述地源 熱泵機(jī)組由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、換向閥、冷凝器以及管路組成內(nèi)部裝有循環(huán)制冷 劑的串聯(lián)回路。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗低污染的建筑，其特征在于所述屋面 太陽能發(fā)電裝置包括雙軸自動(dòng)跟蹤太陽的圓形光電接收轉(zhuǎn)換器和浮動(dòng)于水池中 的散熱器以及點(diǎn)聚焦透鏡和框架。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種低能耗低污染的建筑。包括建筑物、安置在建筑物地板中的地板冷暖輻射裝置、與地板冷暖輻射裝置連通的地源熱泵機(jī)組以及太陽能發(fā)電裝置，為本建筑及其它生活用電供電的太陽能發(fā)電裝置設(shè)置在建筑物上面，地板冷暖輻射裝置和地源換熱機(jī)組連通，地源熱泵機(jī)組與埋設(shè)于地下的地下?lián)Q熱裝置連通。地下?lián)Q熱裝置包括埋于地下巖土中的內(nèi)部裝有水的塑料管，塑料管經(jīng)過循環(huán)水泵和地源熱泵機(jī)組中的冷凝器或蒸發(fā)器連接。本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠不依賴國家電網(wǎng)、不消耗煤炭資源及地下水的能夠獨(dú)立進(jìn)行采暖、制冷和提供生活用電的建筑，能夠高效利用太陽能和淺層地能這兩種可再生能源，達(dá)到低能耗、低污染的目的。
文檔編號(hào)F24D3/18GK201053720SQ20072010131
公開日2008年4月30日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者任錫志, 張存柱 申請人:任錫志;張存柱