利用地源热及南北墙外热环境的钢结构厂房冷热新风系统的制作方法

1.本发明属于加热及制冷领域，具体涉及钢结构厂房的新风冷却与加热系统。


背景技术：

2.钢结构厂房，因保温性能比砖混结构差，建在冬季需要供暖,夏季需要制冷的地区，用于厂房内的温度调节的能耗及费用支出很大。
3.同时，钢结构厂房和外部环境的温度关系中：1、冬季，太阳光与地面夹角小，阳光高度角低，建筑物的南墙光照密度高于其他季节。对于钢结构厂房、南侧金属板壁表温度比空气温度高。在热辐射的作用下，墙外表与空气界面的空气一侧，形成高于室外整体环境温度的升温层，在不同温度空气对流的规律下，升温层的空气动态上升，流离墙体后，将从墙表获取的热量散失在大气中。
4.2、夏季，虽然室外整体环境温度高，但建筑物北墙在阴影中，钢结构厂房北墙表面及表面与空气界面空气一侧处于阴凉区，形成一层相对大气的低温层，在不同温度空气对流的规律下，低温层的空气动态下降，流离墙体后，将混入大气重被升温。
5.3、在地球上有些区域中，深层（地表2～3m以下）冬季地温高于地表气温，夏季地温低于地表气温。如我国东北吉林省，冬季，气温有5个月平均气温低于0℃，一月份平均气温-10～-20℃。夏季有2个月平均气温高于15℃，七月份平均气温21～29℃。而该处地温常年7℃左右。根据土壤热与气温的关系特性，从提取相对的冷热能角度尝试开发利用。
6.若能将相对的地源冷及钢结构厂房南北两侧在冬夏两季的金属板壁表温度差，用于厂房内冬季新风加热和夏季送风冷却，将会明显降低厂房冬夏两季的新风运行成本。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种利用地源低温源及南北墙外热环境的钢结构厂房冷、热新风系统。用于钢结构厂房的新风冷却与加热，充分利用自然环境中的相对冷热资源，节省钢结构厂房冬季的取暖及夏季制冷降温的能耗。
8.本发明的钢结构厂房冷热新风系统包括：与地下换热的地埋管、安装在厂房内或厂房外遮蔽空间内的热泵主机、安装在厂房内的新风机组、地埋管与热泵主机之间的低温热媒循环管路、热泵主机与新风机组之间的升温热媒循环管路、低温热媒循环管路上的热媒循环泵、升温热媒循环管路上的热媒循环泵及充入地埋管、热泵主机、新风机组、热媒循环管路中的液态热媒。
9.其中的低温热媒循环管路包括：连接地埋管出口与热泵主机蒸发侧进口的低温热媒输出管、连接地埋管进口与热泵主机蒸发侧出口的低温热媒回流管。其中的升温热媒循环管路包括：连接热泵主机冷凝侧出口与新风机组进口的升温热媒输出管、连接热泵主机冷凝侧进口与新风机组出口的升温热媒回流管。
10.所作的改进是：在低温热媒输出管上分出连通新风机组的低温热媒旁通输送管，在低温热媒回流管上分出连通新风机组的低温热媒旁通回流管。低温热媒旁通输送管和升
温热媒输出管在接入新风机组之前合并成一根管路。低温热媒旁通回流管和升温热媒回流管在接入新风机组之前合并成一根管路。
11.分别在低温热媒输出管、低温热媒回流管、升温热媒输出管、升温热媒回流管、低温热媒旁通输送管、低温热媒旁通回流管上安装阀门。
12.本发明中的液态热媒优选使用汽车用冷却液。
13.为充分利用厂房迎、背阳光所形成的温度差，提高新风机组的冷、热效率，本发明的进一步改进是：在厂房在南墙板外排设集热管、集热管中充入液态热媒，集热管的出口与低温热媒输出管之间连通集热热媒输出管，集热管的进口与低温热媒回流管之间连通集热热媒回流管，集热热媒输出管上安装阀门，集热热媒回流管上安装阀门。
14.本发明的优化结构是：将低温热媒输出管上的阀门和集热热媒输出管上的阀门合并成一个安装在低温热媒输出管和集热热媒输出管连接处的三通切换阀，将低温热媒回流管上的阀门和集热热媒回流管上的阀门合并成一个安在低温热媒回流管和集热热媒回流管连接处的三通切换阀。
15.将低温热媒旁通输送管上的阀门和升温热媒输出管上的阀门合并成一个安装在低温热媒旁通输送管与升温热媒输出管连接处的三通切换阀，将低温热媒旁通回流管上的阀门和升温热媒回流管上的阀门合并成一个安装在低温热媒旁通回流管和升温热媒回流管连接处的三通切换阀。
16.在低温热媒输出管和集热热媒输出管共用的三通切换阀至热泵主机的管路上安装低温热媒和集热热媒共用的循环泵。在升温热媒输出管和低温热媒旁通输送管共用三通切换阀至新风机组的管路上安装升温热媒和低温热媒共用循环泵。
17.为提高集热管的集热效率，在厂房南墙板面上设有与集热管吻合的凹槽，集热管安装在凹槽中。
18.本发明的又一步改进是：在厂房北墙外靠近北墙设空气导流罩，所述的空气导流罩上端与墙面之间的间隙封堵，在封堵位置下方靠近封堵位置的墙体上开有新风机组进风通道孔。
19.本发明的积极效果是：利用一些地区地温有较大幅度高于冬季气温、夏季有较大幅度低于气温的以及冬季与阳光在南墙辐射密度较高、夏季北墙外温度偏低的环境特性，设置利用地温、南墙辐射热及北墙外阴凉空气系统装置。在冬季对进入钢结构厂房的新风加热升温，在夏季对进入钢结构厂房的新风降温。大幅降低为保持钢结构厂房内适宜温度的能量消耗及粉尘、有害气体的排放，降低生产运行成本。
附图说明
20.图1为本发明钢结构厂房新风冷却与加热系统整体结构图（冬季运行模式）。
21.图2为本发明钢结构厂房新风冷却与加热系统整体结构图（夏季运行模式）。
22.图3为本发明南墙板凹槽与嵌入集热金属管结合图。
具体实施方式
23.参阅图1、图2、图3，本发明的钢结构厂房冷热新风系统包括：与地下换热的地埋管
1、安装在厂房内的热泵主机9、安装在厂房内的新风机组12、连接地埋管1出口与热泵主机9蒸发侧进口的低温热媒输出管2-1、连接地埋管1进口与热泵主机9蒸发侧出口的低温热媒回流管2-2，连接热泵主机9冷凝侧出口与新风机组12进口的升温热媒输出管11-1，连接热泵主机12冷凝侧进口与新风机组12出口的升温热媒回流管11-2。
24.在低温热媒输出管2-1上分出连通新风机组12的低温热媒旁通输送管8-1。在低温热媒回流管2-2上分出连通新风机组12的低温热媒旁通回流管8-2。低温热媒旁通输送管8-1和升温热媒输出管11-1在接入新风机组12之前合并在一根管路上。低温热媒旁通回流管8-2和升温热媒回流管11-2在接入新风机组12之前合并在一根管路上。
25.参阅图3，南墙6-1外表面板带有凹槽6-1a、在凹槽6-1a中嵌入集热金属管5、集热金属管5中充入车用冷却液。集热管5的出口与低温热媒输出管2-1之间连通集热热媒输出管4-1，集热管5的进口与低温热媒回流管2-2之间连通集热热媒回流管4-1。
26.在低温热媒输出管2-1和集热热媒输出管4-1连接处安装三通切换阀3-1，在低温热媒回流管2-2和集热热媒回流管4-2的连接处安装三通切换阀3-2。
27.在低温热媒旁通输送管8-1与升温热媒输出管11-1的连接处安装三通切换阀10-1。在低温热媒旁通回流管8-2和升温热媒回流管11-2连接处安装三通切换阀10-2。
28.在低温热媒输出管2-1和集热热媒输出管4-1共用的三通切换阀3-1至热泵主机9的管路上安装低温热媒和集热热媒共用的循环泵7-1。在升温热媒输出管11-1和低温热媒旁通输送管8-1共用三通切换阀10-1至新风机组12的管路上安装升温热媒和低温热媒共用循环泵7-2。
29.在北墙6-2外靠近北墙设空气导流罩14。所述的空气导流罩14上端与墙面之间的间隙封堵，在封堵位置下方靠近封堵位置的墙体6-2上开有新风机组进风通道孔。
30.热泵主机9、新风机组12、循环泵7-1、循环泵7-2接供电电源。
31.本实施例的运行模式有：冬季新风加热模式：调整三通阀10-1，关闭低温热媒旁通输送管8-1与新风机组的升温热媒输出管11-1的通路，调整三通阀10-2，关闭低温热媒旁通回流管8-2与新风机组的升温热媒回流管11-2的通路。调整三通阀3-1，关闭热泵主机9与低温热媒输送管2-1的通路，调整三通阀3-2，关闭热泵主机8与低温热媒回流管2-2的通路。启动循环泵7-1、循环泵7-2、热泵主机9和新风机组12。在循环泵7-1的作用下，集热金属管5与热泵主机9蒸发侧之间形成一个液态热媒的循环动力，太阳辐射致使带凹槽6-1a的南墙金属外表面板6-1升温、被南墙面集热管5中的液态热媒吸收，升温后的液态热媒经集热热媒输出管4-1、三通切换阀3-1进入热泵主机9的蒸发侧热量被吸收后，再经三通切换阀3-2与集热热媒回流管4-2，再次进入南墙面集热管5中吸收带凹槽6-1a的南墙外表面板6-1的热量。与此同时，热泵主机9通过吸收蒸发侧的热量经压缩机做工，在热泵主机9冷凝侧形成升温液态热媒，在循环泵7-2的驱动下，热泵主机9冷凝侧与新风机组12之间形成一个液态热媒的循环动力，升温的液态热媒沿升温热媒输出管11-1进入新风机组12的进口，在新风机组12内的引风机作用下，室外冷空气经导流罩14与北墙面之间的经进风口13，进入新风机组12内的换热器后，温度升高后送入厂房内部，与此同时，新风机组12内的液态冷媒温度降低，降温的液态热媒再沿升温热媒回流管11-2进入在热泵主机9冷凝侧被再次加热，从而完成一次新风加热的全过程。
32.夏季新风冷却模式：关闭地埋管1和集热金属管5与热泵主机9之间的循环泵7-1。调整三通切换阀3-1、3-2，关闭集热热媒输出管4-1与低温热媒输送管2-1的通路、关闭低温热媒回流管2-2与集热热媒回流管4-2的通路。调整三通切换阀10-1、10-2，开通低温热媒旁通输送管8-1与新风机组的升温热媒输出管11-1的通路，开通低温热媒旁通回流管8-2与新风机组的升温热媒回流管11-2的通路。开通热泵主机9相对新风机组12升温热媒输出管11-1上的循环泵7-2，在地埋管1与新风机组12之间形成一个液态热媒的循环动力，推动液态热媒由地埋管1出口流出，经低温热媒输送管2-1、三通切换阀3-1、低温热媒旁通输送管8-1、输三通阀10-1、升温热媒输出管11-1进入新风机组12内的换热器。在新风机组12内的引风机作用下，将室外热空气经导流罩14与较冷的北墙面外表面板6-2换热，室外空气被初级降温、初级降温后的室外空气再沿进风口13进入新风机组12内的换热器，被液态冷媒再次降温后，进入厂房内部。液态冷媒被加热后，升温的液态冷媒经升温热媒回流管11-2、三通阀10-2、低温热媒旁通回流管8-2、低温热媒回流管2-2进入地埋管1中将热量散入地下土壤后，降温后的液态冷媒再沿低温热媒输送管2-1输出，从而完成一次厂房新风冷却的全过程。

技术特征：
1.利用地源热及南北墙外热环境的钢结构厂房冷热新风系统，包括：与地下换热的地埋管、安装在厂房内或厂房外遮蔽空间内的热泵主机、安装在厂房内的新风机组、地埋管与热泵主机之间的低温热媒循环管路、热泵主机与新风机组之间的升温热媒循环管路、低温热媒循环管路上的热媒循环泵、升温热媒循环管路上的热媒循环泵及充入地埋管、热泵主机、新风机组、热媒循环管路中的液态热媒，其中的低温热媒循环管路包括：连接地埋管出口与热泵主机蒸发侧进口的低温热媒输出管、连接地埋管进口与热泵主机蒸发侧出口的低温热媒回流管，其中的升温热媒循环管路包括：连接热泵主机冷凝侧出口与新风机组进口的升温热媒输出管，连接热泵主机冷凝侧进口与新风机组出口的升温热媒回流管，其特征是：在低温热媒输出管上分出连通新风机组的低温热媒旁通输送管，在低温热媒回流管上分出连通新风机组的低温热媒旁通回流管，低温热媒旁通输送管和升温热媒输出管在接入新风机组之前合并成一根管路，低温热媒旁通回流管和升温热媒回流管在接入新风机组之前合并成一根管路，分别在低温热媒输出管、低温热媒回流管、升温热媒输出管、升温热媒回流管、低温热媒旁通输送管、低温热媒旁通回流管上安装阀门。2.根据权利要求1所述的利用地源热及南北墙外热环境的钢结构厂房冷热新风系统，其特征是：厂房南墙板外表排设集热管、集热管中充入液态热媒，集热管的出口与低温热媒输出管之间连通集热热媒输出管，集热管的进口与低温热媒回流管之间连通集热热媒回流管，集热热媒输出管上安装阀门，集热热媒回流管上安装阀门。3.根据权利要求2所述的利用地源热及南北墙外热环境的钢结构厂房冷热新风系统，其特征是：将低温热媒输出管上的阀门和集热热媒输出管上的阀门合并成一个安装在低温热媒输出管和集热热媒输出管连接处的三通切换阀，将低温热媒回流管上的阀门和集热热媒回流管上的阀门合并成一个安在低温热媒回流管和集热热媒回流管连接处的三通切换阀，将低温热媒旁通输送管上的阀门和升温热媒输出管上的阀门合并成一个安装在低温热媒旁通输送管与升温热媒输出管连接处的三通切换阀，将低温热媒旁通回流管上的阀门和升温热媒回流管上的阀门合并成一个安装在低温热媒旁通回流管和升温热媒回流管连接处的三通切换阀；在低温热媒输出管和集热热媒输出管共用的三通切换阀至热泵主机的管路上安装低温热媒和集热热媒共用的循环泵，在升温热媒输出管和低温热媒旁通输送管共用三通切换阀至新风机组的管路上安装升温热媒和低温热媒共用循环泵。4.根据权利要求1或2所述的利用地源热及南北墙外热环境的钢结构厂房冷热新风系统，其特征是：在厂房北墙外靠近北墙设空气导流罩，所述的空气导流罩上端与墙面之间的间隙封堵，在封堵位置下方靠近封堵位置的墙体上开有新风机组进风通道孔。5.根据权利要求2所述的利用地源热及南北墙外热环境的钢结构厂房冷热新风系统，其特征是：厂房南墙外表面的金属板上有与集热管吻合的凹槽，，所述的集热管安装在凹槽中。

技术总结
利用地源热及南北墙外热环境的钢结构厂房冷热新风系统，包括：地埋管、热泵主机、新风机组、循环管路、循环泵。所作的改进是在低温热媒输出管上分出连通新风机组的低温热媒旁通输送管。在低温热媒回流管上分出连通新风机组的低温热媒旁通回流管。分别安装在输送、输出、回流管上的阀门。在南墙外表面板嵌入集热金属管。集热管连通低温热媒输出管和低温热媒回流管。在北墙外靠近北墙设空气导流罩。本发明的积极效果是利用一些地区的地温相对冬季和夏季温差特性及冬季与阳光在南墙辐射密度，夏季北墙外温偏低的环境特性，冬季对厂房内新风加热升温、夏季对厂房的新风降温。大幅降低调节厂房室温的能量消耗，消除粉尘、有害气体的排放，降低生产运行成本。降低生产运行成本。降低生产运行成本。


技术研发人员：赵亮 刘晓杰 李民 赵建敏 袁志仁
受保护的技术使用者：吉林省鑫民科技有限公司
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/9/25