CN201575543U - 一种冷暖空调*** - Google Patents

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贺延敏
卫娜
马平原
王升南
张乐
丁立
李欣
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Abstract

本实用新型公开了一种冷暖空调***，用以解决现有各种室内制冷、制热方式存在的耗电量大、使用条件受限、浪费能源且污染环境等问题。冷暖空调***包括：控制单元(10)通过监测第一温度传感器(20)测量得到的室内空气温度控制水泵(30)和风机(50)的开启以及关闭；水泵(30)在开启后为水泵(30)、地埋热交换管(40)和热交换器(60)连接形成的封闭水循环***内水的循环流动提供动力；地埋热交换管(40)通过管道壁与地下土壤进行热交换，将流经的水变成恒温水；风机(50)在开启后将室内空气送入热交换器(60)，室内空气与热交换器(60)内的恒温水进行热交换后变成恒温空气流回室内。

Description

一种冷暖空调***
技术领域
本实用新型涉及空调***，尤其涉及一种冷暖空调***。
背景技术
目前，对于需要保持室内恒温的应用场景，例如计算机机房、通信机房、通信基站室等，常用的室内制冷方式一般采用压缩机制冷空调、新风设备、换热器制冷设备等，室内制热方式一般采用压缩机制热空调、热水暖气片等。上述制冷和制热方式都存在一定的问题：压缩机制冷、制热空调的耗电量非常大；新风设备和换热器制冷设备由于受到室外环境温度的影响，只能在春秋季室外环境温度低于20℃时才可能得到较好地使用，此外，新风设备还存在灰尘和湿度等问题；而热水暖气片需有专门的煤炉烧水实现室内制热，浪费能源且污染环境。
实用新型内容
本实用新型提供一种冷暖空调***，针对需要保持室内恒温的应用场景，用以解决现有各种室内制冷、制热方式存在的耗电量大、使用条件受限、浪费能源且污染环境等问题。
本实用新型提供的冷暖空调***，包括控制单元(10)、第一温度传感器(20)、水泵(30)、地埋热交换管(40)、风机(50)和热交换器(60)，所述水泵(30)、地埋热交换管(40)和热交换器(60)连接形成封闭水循环***，其中：
所述控制单元(10)，用于监测第一温度传感器(20)测量得到的室内空气温度，在室内空气温度满足设定的制冷或制热运行条件时开启水泵(30)和风机(50)，以及在室内空气温度满足设定的制冷或制热停止条件时关闭已开启的水泵(30)和风机(50)；
所述水泵(30)，用于在开启后为所述封闭水循环***内水的循环流动提供动力；
所述地埋热交换管(40)埋设在地下土壤中，用于通过管道壁与地下土壤进行热交换，将流经的水变成恒温水；
所述风机(50)，用于在开启后将室内空气送入热交换器(60)，进入热交换器(60)的室内空气与热交换器(60)内的恒温水进行热交换后变成恒温空气流回室内。
较佳的，所述地埋热交换管(40)由至少两组U型热交换管通过连接器件采用并联方式组成。所述地埋热交换管(40)垂直埋入地下土壤中，从室内到设定的地下深度之间的管道部分采用保温材料，其中，所述设定的地下深度为5～10米。
所述热交换器(60)可以设置在室内环境中，较佳的，所述冷暖空调***还包括排水***(70)，其中：
所述控制单元(10)，还用于在室内空气温度满足设定的制冷运行条件时开启排水***(70)；
所述排水***(70)设置在热交换器(60)的出气口，用于在开启后排除利用热交换器(60)制冷时由室内空气冷凝产生的冷凝水。
所述水泵(30)、风机(50)、热交换器(60)和排水***(70)集中设置在整体机箱中。
具体实施中，所述冷暖空调***还包括第二温度传感器(80)，其中：
所述控制单元(10)，还用于在开启水泵(30)和风机(50)设定的时间长度之后，向上位机上报第二温度传感器(80)测量得到的进入热交换器(60)的恒温水温度。其中，所述第二温度传感器(80)设置在水泵(30)的进水口。
在地下土壤中设置地埋热交换池(90)，所述地埋热交换池(90)通过地埋风道(100)与室内连通，所述热交换器(60)可以埋设在地下热交换池(90)中，并通过地埋风道(100)的进气口接收所述风机(50)开启后送入的室内空气，所述恒温空气通过所述地埋风道(100)的出气口流回室内。
较佳的，在所述地埋风道(100)的出气口处设置空气过滤器(110)，用于对流回室内的所述恒温空气进行过滤。
本实用新型提供的冷暖空调***，利用地源对室内空气温度进行调节，提升了换热功率，降低了耗电量；本实用新型提供的冷暖空调***，安装简便，且不受季节、地域和地质条件限制；本实用新型提供的冷暖空调***，采用封闭水循环方式，不会对水资源和地下土壤环境产生任何污染或损害，符合绿色环保的要求。
附图说明
图1为本实用新型实施例中第一种冷暖空调***的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中第二种冷暖空调***的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供一种冷暖空调***，能够有效利用地源进行室内空气温度的调节以保持室内恒温，因此广泛适用于计算机机房、通信机房等。
本发明人发现，针对地下土壤温度基本为恒温(通常为15℃～18℃)的特点，通过封闭的经由地下土壤环境的水循环***的水循环过程与地下土壤进行热交换，可以得到水温与地下土壤温度基本一致的恒温水。当室内空气温度满足冷暖空调***的制冷运行条件时需要制冷，水循环过程得到的恒温水可用于制冷，制冷运行条件设定为室内空气温度高于第一温度阈值，一般情况下，第一温度阈值选取为28℃；通过冷暖空调***的制冷，当室内空气温度满足冷暖空调***的制冷停止条件时需要停止制冷，制冷停止条件设定为室内空气温度低于第二温度阈值，一般情况下，第二温度阈值选取为23℃。具体实施中，第一温度阈值和第二温度阈值可以根据实际应用的需要灵活设定，但是必须高于土壤温度(15℃～18℃)，并且第一温度阈值高于第二温度阈值。
当室内空气温度满足冷暖空调***的制热运行要求时需要制热，水循环过程得到的恒温水可用于制热，制热运行条件设定为室内空气温度低于第三温度阈值，一般情况下，第三温度阈值选取为5℃；通过冷暖空调***的制热，当室内空气温度满足冷暖空调***的制热停止条件时需要停止制热，制热停止条件设定为室内空气温度高于第四温度阈值，一般情况下，第四温度阈值选取为10℃。具体实施中，第三温度阈值和第四温度阈值可以根据实际应用的需要灵活设定，但是必须低于土壤温度(15℃～18℃)，并且第三温度阈值低于第四温度阈值。
本实用新型实施例提供的冷暖空调***，利用水循环过程得到的恒温水，实现调节室内空气温度以保持室内恒温的目的。
如图1所示，所述冷暖空调***的一种可能结构包括控制单元(10)、第一温度传感器(20)、水泵(30)、地埋热交换管(40)、风机(50)和热交换器(60)，所述水泵(30)、地埋热交换管(40)和热交换器(60)连接形成封闭水循环***，其中：
所述控制单元(10)，用于监测第一温度传感器(20)测量得到的室内空气温度，在室内空气温度满足设定的制冷或制热运行条件时开启水泵(30)和风机(50)，以及在室内空气温度满足设定的制冷或制热关闭条件时关闭已开启的水泵(30)和风机(50)；
所述水泵(30)，用于在开启后为所述封闭水循环***内水的循环流动提供动力；
所述地埋热交换管(40)埋设在地下土壤中，用于通过管道壁与地下土壤进行热交换，将流经的水变成恒温水，通过热交换得到的恒温水与地下土壤温度基本一致；
所述风机(50)，用于在开启后将室内空气送入热交换器(60)，进入热交换器(60)的室内空气与热交换器(60)内的恒温水进行热交换后变成恒温空气流回室内，具体实施中要求风机(50)的出气口与热交换器(60)的进气口相对且相隔较近。
由于土壤传热系数小，为了提升换热功率，满足长期获得较大换热量的需求，本实用新型实施例提供的冷暖空调***中地埋热交换管(40)采用多管道并联方式。如图1所示，地埋热交换管(40)由至少两组U型热交换管通过连接器件采用并联方式组成。其中，每一组U热交换管型由两根直型管和一根U型管采用串联方式组成。地埋热交换管(40)采用多管道并联方式。地埋热交换管(40)采用多管道并联方式吸收地源，通过扩大与地下土壤进行热交换的管道表面积，可以获得较大换热量，并能够有效控制所需水泵(30)的功率，避免恒温水的温度受到影响。具体实施中，地埋热交换管(40)采用的管道数量根据制冷(热)量进行设计，以满足不同换热功率的需求。
采用多管道并联方式可以控制地埋热交换管(40)埋设的地下深度，只要保证与地下土壤的换热面积达到需要的面积即可；另外，由于从地表到地下5～10米的地下土壤会受到地上环境温度的影响，为防止地埋热交换管(40)中的恒温水向地下土壤和室内环境散热，从室内到设定的地下深度之间的管道部分采用保温材料进行保温，设定的地下深度一般选取5～10米。
具体实施中，热交换器(60)可以设置在室内环境中，如果室内空气温度满足设定的制冷运行条件时冷暖空调***启动制冷，风机(50)开启后将室内热空气送入热交换器(60)，进入热交换器(60)的室内热空气遇到温度相对较低的恒温水可能会冷凝而产生的冷凝水，导致室内潮湿问题出现，较佳的，冷暖空调***还包括排水***(70)，其中：
所述控制单元(10)，还用于在室内空气温度满足设定的制冷条件时开启排水***(70)；
所述排水***(70)设置在热交换器(60)的出气口，用于在开启后排除利用热交换器(60)制冷时由室内空气冷凝产生的冷凝水。
具体实施中，为了便于安装，水泵(30)、风机(50)、热交换器(60)和排水***(70)可以集中设置在整体机箱中，当然，水泵(30)、风机(50)、热交换器(60)和排水***(70)也可以根据实际情况分开独立安装。
本实用新型实施例提供的冷暖空调***，还包括用于测量进入热交换器(60)的恒温水温度的第二温度传感器(80)，所述第二温度传感器(80)可以为测温热电阻、或者热电偶。其中：
所述控制单元(10)，还用于在开启水泵(30)和风机(50)设定的时间长度之后，向上位机上报第二温度传感器(80)测量得到的进入热交换器(60)的恒温水温度。水泵(30)和风机(50)初始开启时，进入热交换器(60)的恒温水温度可能会由于室内空气温度的影响与实际水温存在较大偏差，需要在水泵(30)和风机(50)开启并运行一段时间长度(例如5分钟)之后，才能保证进入热交换器(60)的恒温水温度为实际温度。为了方便安装，第二温度传感器(80)一般设置在水泵(30)的进水口。
具体实施中，所述热交换器(60)除了可以设置在室内环境中，还可以埋设在地下土壤中，如果埋设在地下土壤中，需要在地下土壤中设置地埋热交换池(90)，该地埋热交换池通过地埋风道(100)与室内连通，所述热交换器(60)埋设在地下热交换池(90)中，并通过地埋风道(100)的进气口接收所述风机(50)开启后送入的室内空气，所述恒温空气通过所述地埋风道(100)的出气口(120)流回室内。
较佳的，为了避免杂质对室内环境的影响，在所述地埋风道(100)的出气口处设置空气过滤器(110)，用于对流回室内的恒温空气进行过滤。
综上，本实用新型提供的冷暖空调***可以按照功能可以划分为三个组成部分：
控制***，由控制单元(10)和第一温度传感器(20)。主要功能是监测第一温度传感器(20)测量得到的室内空气温度，通过控制单元(10)根据室内空气温度启动或关闭水泵(30)和风机(50)。控制***还可以包括第二温度传感器(80)，根据上位机指示上传第二温度传感器(80)测量得到的进入热交换器(60)的恒温水温度。
水热交换***，由水泵(30)和地埋热交换管(40)组成。主要功能是利用水循环过程使封闭水循环***中的水通过地埋热交换管(40)与地下土壤进行热交换，得到恒温水。
空气热交换***，由风机(50)和热交换器(60)组成。主要功能是将室内高温(或低温)空气与热交换器(60)内的恒温水进行热交换，从而达到调节室内空气温度的目的。热交换器(60)可以设置在室内环境中，也可以埋设在地下土壤中。如果热交换器(60)设置在室内环境中，空气热交换***还可以包括排水***(70)，通过排水***(70)能够排除热交换器(60)制冷时由室内气体冷凝产生的冷凝水，相应的，在室内空气温度满足制冷运行条件时通过控制单元(10)启动水泵(30)和风机(50)的同时，还启动排水***(70)，在室内空气温度满足制冷停止条件时通过控制单元(10)关闭水泵(30)和风机(50)的同时，还关闭排水***(70)。如果热交换器(60)埋设在地下土壤中，则在地下土壤中设置地埋热交换池(90)，所述地埋热交换池(90)通过地埋风道(100)与室内连通，所述热交换器(60)埋设在地下热交换池(90)中，同时还可以在所述地埋风道(100)的出气口处设置空气过滤器(110)。
需要说明的是，所述的恒温水和恒温控制只是为了描述方便而给出的名称，说明通过热交换封闭水循环***内的水、以及室内空气的温度与土壤温度基本一致，具体实施中允许恒温水、以及恒温空气的温度有细微波动。
本实用新型提供的冷暖空调***的工作方法，假设冷暖空调***已上电，且当前处于非工作状态，包括如下步骤：
步骤1、控制单元(10)监测第一温度传感器(20)测量得到的室内空气温度；
步骤2、如果控制单元(10)监测到室内空气温度满足设定的制冷或制热运行条件时开启水泵(30)和风机(50)，水泵(30)在开启后为封闭水循环***内水的循环流动提供动力，使封闭水循环***内的水循环流动，通过管道壁与地下土壤进行热交换，将流经的水变成恒温水，同时风机(50)在开启后将室内空气送入热交换器(60)，进入热交换器(60)的室内空气与热交换器(60)内的恒温水进行热交换后变成恒温空气流回室内，实现利用地源进行室内空气温度调节的目的。
步骤3、通过冷暖空调***对室内空气温度的调节，如果室内空气温度满足设定的制冷或制热停止条件，控制单元(10)关闭已开启的水泵(30)和风机(50)，停止利用地源进行室内空气温度的调节。
如此反复，最终达到保持室内恒温的目的。
本实用新型实施例提供的冷暖空调***，利用地源对室内空气温度进行调节，提升了换热功率，降低了耗电量，耗电量只有普通空调的10～20％；本实用新型实施例提供的冷暖空调***，安装简便，且不受季节、地域和地质条件限制；本实用新型实施例提供的冷暖空调***采用封闭水循环方式，不会对水资源和地下土壤环境产生任何污染或损害，符合绿色环保的要求；本实用新型实施例提供的冷暖空调***广泛适用于安放不同功率电子设备，需保持室内保持恒温的中小型建筑物(例如计算机机房、通信基站室、通信机房等)，且不受季节、地域和地质条件的限制。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型实施例的精神和范围。这样，倘若本实用新型实施例的这些修改和变型属于本实用新型实施例权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型实施例也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种冷暖空调***，其特征在于，包括控制单元(10)、第一温度传感器(20)、水泵(30)、地埋热交换管(40)、风机(50)和热交换器(60)，所述水泵(30)、地埋热交换管(40)和热交换器(60)连接形成封闭水循环***，其中：
所述控制单元(10)，用于监测第一温度传感器(20)测量得到的室内空气温度，在室内空气温度满足设定的制冷或制热运行条件时开启水泵(30)和风机(50)，以及在室内空气温度满足设定的制冷或制热停止条件时关闭已开启的水泵(30)和风机(50)；
所述水泵(30)，用于在开启后为所述封闭水循环***内水的循环流动提供动力；
所述地埋热交换管(40)埋设在地下土壤中，用于通过管道壁与地下土壤进行热交换，将流经的水变成恒温水；
所述风机(50)，用于在开启后将室内空气送入热交换器(60)，进入热交换器(60)的室内空气与热交换器(60)内的恒温水进行热交换后变成恒温空气流回室内。
2.根据权利要求1所述的冷暖空调***，其特征在于，所述地埋热交换管(40)由至少两组U型热交换管通过连接器件采用并联方式组成。
3.根据权利要求2所述的冷暖空调***，其特征在于，所述地埋热交换管(40)垂直埋入地下土壤中，从室内到设定的地下深度之间的管道部分采用保温材料。
4.根据权利要求3所述的冷暖空调***，其特征在于，所述设定的地下深度为5～10米。
5.根据权利要求1所述的冷暖空调***，其特征在于，所述热交换器(60)设置在室内环境中，所述冷暖空调***还包括排水***(70)，其中：
所述控制单元(10)，还用于在室内空气温度满足设定的制冷运行条件时开启排水***(70)；
所述排水***(70)设置在热交换器(60)的出气口，用于在开启后排除利用热交换器(60)制冷时由室内空气冷凝产生的冷凝水。
6.根据权利要求5所述的冷暖空调***，其特征在于，所述水泵(30)、风机(50)、热交换器(60)和排水***(70)集中设置在整体机箱中。
7.根据权利要求1所述的冷暖空调***，其特征在于，还包括第二温度传感器(80)，其中：
所述控制单元(10)，还用于在开启水泵(30)和风机(50)设定的时间长度之后，向上位机上报第二温度传感器(80)测量得到的进入热交换器(60)的恒温水温度。
8.根据权利要求7所述的冷暖空调***，其特征在于，所述第二温度传感器(80)设置在水泵(30)的进水口。
9.根据权利要求1所述的冷暖空调***，其特征在于，在地下土壤中设置地埋热交换池(90)，所述地埋热交换池(90)通过地埋风道(100)与室内连通，所述热交换器(60)埋设在地下热交换池(90)中，并通过地埋风道(100)的进气口接收所述风机(50)开启后送入的室内空气，所述恒温空气通过所述地埋风道(100)的出气口流回室内。
10.根据权利要求9所述的冷暖空调***，其特征在于，在所述地埋风道(100)的出气口处设置空气过滤器(110)，用于对流回室内的所述恒温空气进行过滤。
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