CN107676903A - 一种基于空气介质的地埋套管式紊流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空气介质的地埋套管式紊流装置，属于节能环保领域。该装置包括内绝热管、外换热管、用于埋于地下10米‑100米的底部连通腔，内绝热管的外径小于外换热管的内径；内绝热管包括内管地上端、与内管地上端相连的内管地下端，外换热管包括外管地上端、与外管地上端相连的外管地下端，换热腔与外换热管相连并形成一端开口的管体，内管地下端位于外管地下端内侧，内绝热管与外换热管之间的夹层中设置有紊流结构。本发明为了获得更高的换热效率，在内绝热管与外换热管之间的夹层中设置紊流结构，使腔体内空气充分热交换。通过采用该结构，在相同的进气温度和空气流量条件下，夏季能够将出气温度降低1~3℃，具有进一步的节能效果。

Description

一种基于空气介质的地埋套管式紊流装置

技术领域

本发明涉及节能环保领域，尤其是地能换热领域，具体为一种基于空气介质的地埋套管式紊流装置。

背景技术

公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分，移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。其中，基站的通信基站通常分为两类，一种是机房内放置数台通信设备及ups电源的宏站；一种是内置设备和ups电源的户外机柜的一体化站。

而我国大部分通信基站都是修建在户外的高山上，特别是在夏季，户外温度高导致基站内存放设备的机房温度也非常高，按照一贯的方式都是采用空调对机房进行降温，对设备区域温控在45℃以下，对ups电源区域温控要求在30℃以下。一般情况下，宏站机房根据具体情况配置一到三台空调，在机房内完成上述温控要求；一体化站中，设备柜通过内外风独立循环结构采用强制换热方式进行柜内制冷，保证设备柜内＜45℃，含ups电源的机柜配置机柜式空调，保证电源机柜内＜30℃。这种模式一直以来都在使用在各种基站机房，但是空调的维护费用和运作成本非常高，空调***一年消耗的电费占基站总电耗的30%~60%，且还不算上空调的维护维修费用。因此对于整个基站***而言，不仅维护维修费用高，而且消耗大量的能源。

为此，申请人请求提供一种基于空气介质的地埋套管式紊流装置。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于空气介质的地埋套管式紊流装置。本发明利用地下土壤自身的20℃恒温特性作为换热源，仅需采用风机提供动力即可，不受地域、时间的影响，具有较好的节能效果和适应性。本发明为了获得温度更适宜气体，在内绝热管与外换热管之间的夹层中设置紊流结构，增加进入气体与土壤之间的热交换效率，延长交换时间。通过采用该结构，在相同的进气温度和空气流量条件下，夏季能够将出气温度降低3~5℃以上，具有极为显著的节能效果。同时，对于高寒地区，本发明还能提供20℃±10区间的超低能耗恒温效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于空气介质的地埋套管式紊流装置，包括内绝热管、外换热管、埋于地下10米-100米的底部连通腔，所述内绝热管的外径小于外换热管的内径；

所述内绝热管包括用于与待换热设备相连的内管地上端、与内管地上端相连的内管地下端，所述外换热管包括用于与换热气体相连的外管地上端、与外管地上端相连的外管地下端，所述内绝热管与外换热管之间的环腔为换热腔且气体能通过换热腔与土壤进行换热，所述内管地下端位于外管地下端内侧且经底部连通腔换热后的气体能通过内绝热管流出；

所述内绝热管与外换热管之间的夹层中设置有紊流结构。

所述紊流结构为紊流筋、凸包或凹包的一种；

或内绝热管外壁设置有自下而上的线，以构成紊流结构。

所述线上设置有毛刺。

所述线采用金属或塑料或橡胶制备而成。

所述内绝热管外壁设置有保温层，所述紊流结构设置在保温层上。

所述换热腔、底部连通腔、内绝热管依次连通形成气体通路，所述气体通路上设置有用于驱动气体流动的风机。

还包括与底部连通腔相连的排水装置且排水装置能将底部连通腔内的水排出。

所述排水装置包括与底部连通腔相连的排水管、水泵，所述排水管的出水端设置在地面上，且水泵设置在排水管一端。

还包括水位测定装置、控制***，所述水位测定装置设置在底部连通腔内，所述水位测定装置、水泵分别与控制***相连，所述水位测定装置能将底部连通腔内的水位信息传递给控制***；当底部连通腔内的水位达到高位设定值时，控制***启动水泵进行抽水；当换热腔内的水位达到低位设定值时，控制***关闭水泵，停止抽水。

与水位测定装置相连的管线缠绕在内绝热管外壁，形成紊流结构；

或排水管缠绕在内绝热管外壁，形成紊流结构；

或水泵设置底部连通腔内，与水泵相连的线缆缠绕在内绝热管外壁，形成紊流结构。

针对前述问题，本发明提供一种基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其包括内绝热管、外换热管、底部连通腔。安装时，底部连通腔埋于地下10-100米。内绝热管的外径小于外换热管的内径，并保证内绝热管空气流量与环腔内空气流量的一致性，内绝热管包括用于与待换热设备相连的内管地上端、与内管地上端相连的内管地下端，外换热管包括用于与换热气体相连的外管地上端、与外管地上端相连的外管地下端，内绝热管与外换热管之间的环腔为换热腔且气体通过换热腔与土壤进行换热。该结构工作时，气体通过外换热管向下进入换热腔内，在此过程中，与土壤进行热交换，实现对气体的冷却。冷却后的气体在经内绝热管排出，并对相应的设备或空间进行温度调节。申请人在实践中发现，在夏季运行时，为了获得更低温度的冷却气体，通常需要增加进气量，而进气量的增加会带来风机能耗的上升；虽然，采用该方式，依然较现有技术采用空调进行温度调节，具有极为显著的节能效果，但如何进一步降低能耗，依然是申请人不懈努力追求的目标。为此，本发明在内绝热管与外换热管之间的夹层中设置紊流结构；通过紊流结构的设置，增加进入气体与土壤之间的热交换效率，延长交换时间。通过采用该结构，在相同的进气温度和空气流量条件下，夏季能够将出气温度降低3~5℃以上；而在冬季室外0℃以下工作时，能够将出气温度提升2~4℃以上，具有极为显著的节能效果。进一步，本发明的紊流结构为紊流筋、凸包或凹包的一种。为了简化紊流结构，便于紊流结构的维护，降低生产、维护成本，申请人在内绝热管外壁设置有自下而上的线，以构成紊流结构。通过设置若干条线，从而在夹层内形成若干个微小的紊流结构，达到提高换热效率的目的。其安装时，首先在夹层的底部连一根线，再把线拉到装置的顶端，即可。

线上设置有毛刺；进一步，线可以为金属线，并在金属线上设置毛刺。通过毛刺结构的设计，增加紊流效果。

内绝热管采用绝热材料制备而成，外换热管、换热腔采用金属换热材料制备而成。进一步，内绝热管外壁设置有保温层，紊流结构设置在保温层上。通过紊流结构的设置，从而使气体混合更加均匀。基于结构的改进，使得本发明内绝热管出口端的气体温度能维持在20~25℃之间。

进一步，内绝热管、外换热管的地上端（即内管地上端、外管地上端）还设置有相应的保温结构。通过保温结构的设置，能够减少本发明与外界环境之间的热交换，提高换热效率。

换热腔、底部连通腔、内绝热管依次连通形成气体通路，气体通路上设置有用于驱动气体流动的三元流风机。通过风机，能够驱动气体流动；通过对风机进风量的控制，能够使内绝热管的出气温度控制在20~25℃之间。进一步，一套装置中配置两台风机；通常为一用一备的工作方式，当一个风机损坏后，另一个进行联动开机，以确保装置工作的持续与稳定，并通知客户进行维修，有效保证冷却效果。极端情况中两台风机将同时启动，以增强***的换热及温控效果。

受到气压和温度的影响，气体中的水分会冷凝成水珠掉落到底部连通腔内。为此，本发明设置与底部连通腔相连的排水装置，通过排水装置能将底部连通腔内冷凝的水排出。进一步，排水装置包括与底部连通腔相连的排水管、水泵；排水管的出水端设置在地面上，另一端与底部连通腔相连；水泵设置在排水管上，为排水管提供动力。进一步，还包括用于对内绝热管进行支撑的支撑机构。该结构中，热空气于井道冷却过程中产生的冷凝水将会在井底积水，***中安装有水位测量及自动排水装置。为了进一步降低水泵的能耗，本发明还包括水位测定装置、控制***。水位测定装置设置于底部连通腔内，其能够对底部连通腔内的水位进行测定；其中，水位测定装置、水泵分别与控制***相连，水位测定装置能将底部连通腔内的水位信息传递给控制***，控制***则基于测定的水位，对水泵进行控制；当底部连通腔内的水位达到高位设定值时，控制***启动水泵进行抽水；当底部连通腔内的水位到达达到低位设定值时，控制***关闭水泵，停止抽水。采用该方式，既能保证装置的正常运行，又使得水泵采用变频工作，有效降低水泵能耗。

有别于基于水源介质的地能换热结构，本发明提供一种新的基于空气介质的地埋套管式换热装置，其利用地下土壤自身的20℃恒温特性作为冷源，仅需采用风机提供动力即可，不受地域、时间的影响，在自身能耗指标及建设成本方面进一步提高了实用性能和效果，具有较好的适应性和应用前景，值得大规模推广和应用。

本发明提供一种新的基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其利用地下土壤自身的20℃恒温特性作为源头，仅需采用风机提供动力即可，不受地域、时间的影响，在自身能耗指标及建设成本方面进一步提高了实用性能和效果，具有较好的适应性和应用前景，值得大规模推广和应用。

基于上述结构改进，使得本发明的结构极为简单，更加易于维护。本发明中，仅有风机会消耗电源，使得设备的维护成本大幅降低，运行成本大幅减少，具有极高的经济价值。

通常情况下，需要单独设置两根独立的管道，需要分别朝地下打两根不同的井，以实现管道的安装和冷风和热风的分别输送。而本发明中，采用内外套管结构，仅需朝地下打一口井即可，实现两根管道的安装，大幅降低设备安装成本。另外，由于采用内外套管结构，有效降低了内绝热管与外界环境的接触，减少了其腐蚀的可能性，有利于延长内绝热管的使用寿命。

通常情况下，要求机房内的电池的密闭空间需要控制在30℃以下。经实际测定，采用本发明，密闭空间内的温度能维持在28℃下，能够有效保证设备的正常运行；夏季的电能消耗降低至现有空调制冷的5%以下，且夏季能耗对比更加明显。而在高寒地区，室外温度通常在0℃以下，甚至低达-20℃左右，而基于本发明，能够提供20℃±10℃区间范围内的超低能耗恒温效果。同时，采用本发明，在相同的进气温度和空气流量条件下，夏季能够将出气温度降低3~5℃以上，具有极为显著的节能效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中标记：1、底部连通腔，2、内管地上端，3、内管地下端，4、外管地上端，5、外管地下端，6、螺旋形凸起，7、地面，9、水泵，10、排水管。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图所示，该装置包括内绝热管、外换热管、用于埋于地下10米-100米的底部连通腔、风机；其中，内绝热管的外径小于外换热管的内径。内绝热管包括用于与待换热设备相连的内管地上端、与内管地上端相连的内管地下端，外换热管包括用于与换热气体相连的外管地上端、与外管地上端相连的外管地下端，内绝热管与外换热管之间的环腔为换热腔且气体能通过换热腔与土壤进行换热。内管地下端位于外管地下端内侧且经换热腔换热后的气体能通过内绝热管流出，内管地上端穿过外管地上端。本实施例中，内绝热管与外换热管之间的夹层中设置有紊流结构；紊流结构可选用紊流筋、凸包或凹包。本实施例中，内绝热管采用绝热材料制备而成，外换热管、换热腔采用金属换热材料制备而成。进一步，该装置中，内绝热管外壁设置有保温层，螺旋形凸起或翅片设置在保温层上；内管地上端、外管地上端分别设置有保温结构。

进一步，本实施例提供一种结构极简的紊流结构：在换热腔内拉一根金属线直到外换热管的顶端，金属线上设置有若干个毛刺，形成类似毛刷刷头的结构。采用该方式，安装、维护、更换成本低。同时，经测定，采用该结构的气流紊流效果较好，具有较高的节能价值。

本实施例中，风机设置在外换热管上，外换热管、底部连通腔、内绝热管依次连通形成气体通路。

该装置安装时，将换热腔埋于地下10~100米，并将外换热管与换热气体相连，内绝热管与待换热设备相连。该装置工作时，气体通过外换热管进入换热腔内与土壤进行换热；换热后的气体则通过内绝热管排向待换热设备，实现对待换热设备的热交换。

当温度低于常温时，空气中的水分会自然冷凝成水珠，特别是在夏天，当外部气温较高，而出现一个低温时，那么在低温处就会出现大量的水珠。在本实施例中，空气中的水分会冷凝到管壁上，并沉积在底部连通腔内。为此，本实施例中，还包括与底部连通腔相连的排水装置。该排水装置包括与底部连通腔相连的排水管、水泵、水位测定装置、控制***，排水管的出水端设置在地面上，排水管的另一端与底部连通腔相连，水泵设置在排水管上。水位测定装置设置底部连通腔内，水位测定装置、水泵分别与控制***相连。本发明的装置工作时，水位测定装置能将换热腔内的水位信息传递给控制***，控制***则基于测定的水位，对水泵进行控制；当换热腔内的水位达到高位抽水设定值时，控制***启动水泵进行抽水，并通过排水管将水排出；当换热腔内的水位到达低位抽水设定值时，控制***关闭水泵，停止抽水。

经实际测定，风道内的风量控制为300m³/h左右，在一年的使用期间内，整个***运行正常，实现了基站机房内设备温度的温度小于35℃、ups电源＜28℃的稳定效果，耗电量仅为改造前的5%以下，维护成本、运营成本大幅降低，具有显著的进步意义。

作为一种替换方式，本实施例中，保温层采用设置在内绝热管外壁的螺旋形缠绕线，其不仅起到保温作用，而且能够起到使夹层内气体混合的作用。

进一步，本实施例中，在内绝热管外壁上设置有用于对内绝热管进行支撑的支撑机构，支撑机构能够保证内绝热管的位置不偏移。

经测定，本实施例采用紊流结构较不采用紊流结构相比，在相同的进气温度和流量条件下，夏季能够将气体冷却效果提升20%以上，具有显著的节能效果。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其特征在于，包括内绝热管、外换热管、埋于地下10米-100米的底部连通腔，所述内绝热管的外径小于外换热管的内径；

所述内绝热管包括用于与待换热设备相连的内管地上端、与内管地上端相连的内管地下端，所述外换热管包括用于与换热气体相连的外管地上端、与外管地上端相连的外管地下端，所述内绝热管与外换热管之间的环腔为换热腔且气体能通过换热腔与土壤进行换热，所述内管地下端位于外管地下端内侧且经底部连通腔换热后的气体能通过内绝热管流出；

所述内绝热管与外换热管之间的夹层中设置有紊流结构。

2.根据权利要求1所述基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其特征在于，所述紊流结构为紊流筋、凸包或凹包的一种；

或内绝热管外壁设置有自下而上的管线，以构成紊流结构。

3.根据权利要求2所述基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其特征在于，所述线上设置有毛刺。

4.根据权利要求2所述基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其特征在于，所述线采用金属或塑料或橡胶制备而成。

5.根据权利要求1-4任一项所述基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其特征在于，所述内绝热管外壁设置有保温层，所述紊流结构设置在保温层上。

6.根据权利要求1所述基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其特征在于，所述换热腔、底部连通腔、内绝热管依次连通形成气体通路，所述气体通路上设置有用于驱动气体流动的风机。

7.根据权利要求1-6任一项所述基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其特征在于，还包括与底部连通腔相连的排水装置且排水装置能将底部连通腔内的水排出。

8.根据权利要求7所述基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其特征在于，所述排水装置包括与底部连通腔相连的排水管、水泵，所述排水管的出水端设置在地面上，且水泵设置在排水管一端。

9.根据权利要求8所述基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其特征在于，还包括水位测定装置、控制***，所述水位测定装置设置在底部连通腔内，所述水位测定装置、水泵分别与控制***相连，所述水位测定装置能将底部连通腔内的水位信息传递给控制***；当底部连通腔内的水位达到高位设定值时，控制***启动水泵进行抽水；当换热腔内的水位达到低位设定值时，控制***关闭水泵，停止抽水。

10.根据权利要求9所述基于空气介质的地埋套管式紊流装置，其特征在于，与水位测定装置相连的管线缠绕在内绝热管外壁，形成紊流结构；

或排水管缠绕在内绝热管外壁，形成紊流结构；

或水泵设置底部连通腔内，与水泵相连的线缆缠绕在内绝热管外壁，形成紊流结构。