利用地下围岩自然能消解机房余热的系统及其控制方法

技术领域

本发明属于热利用技术领域，涉及一种利用地下围岩自然能消解机房余热的系统及其控制方法。

背景技术

地下及密闭环境中采用的集中式空调系统主要分为地面和地下两种设计方式。两种集中式空调系统的设计方式均有弊端：地面集中式空调系统随着埋深的增加，输运长度、设备的承压能力、系统规模、管道耗材等均大幅增加，工程难度大；对于地下集中式空调系统来说，应用的主要障碍之一是，由于地下环境中，土壤、岩石几乎不受外界气候影响，围岩本身具有热惰性和热惯性，常年处于恒温状态，且岩壁温度随着深度的增加越来越高，又地下空间相对封闭，导致机电设备散热量大、向周围环境排热困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用地下围岩自然能消解机房余热的系统及其控制方法，解决了地下集中式空调系统机电设备散热量大、排热困难的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种利用地下围岩自然能消解机房余热的系统，包括补水箱、保温热水箱、控制模块、廊道洞室和空调机房洞室；

空调机房洞室的内壁上设有相变换热墙体，相变换热墙体内部设有呈蛇形布置的第一换热管道，第一换热管道的一端记为A端，另一端记为B端，

廊道洞室的内壁设有导热墙体，导热墙体内部设有第二换热管道，第一换热管道的一端记为C端，另一端记为D端，第二换热管道的C端与补水箱连通，第二换热管道的D端与保温热水箱和第一换热管道的B端连通；

第一换热管道的A端与补水箱的出水口和保温热水箱连通，第一换热管道的B端与保温热水箱和第二换热管道的D端连通；

保温热水箱内设有电加热装置和温度探测器T1；在空调机房洞室内设有温度探测器T2，在廊道洞室内设置有温度探测器T3；

温度探测器T1、温度探测器T2及温度探测器T3均与控制模块的信号输入端相连，控制模块的信号输出端与电加热装置信号输入端相连。

进一步，所述补水箱通过管道G1与三通换向阀F5连通，管道G1上设置有变频水泵；

三通换向阀F5通过管道G2与三通换向阀F6连通，通过管道G3与三通换向阀F7连通；三通换向阀F7通过管道G4与三通换向阀F4连接；三通换向阀F4通过管道G5与三通换向阀F8连接；三通换向阀F8通过管道G6与三通换向阀F3连接，三通换向阀F3通过管道G7与保温热水箱内部连通；

三通换向阀F6与三通换向阀F3之间连接有管道G8；

三通换向阀F6与第一换热管道的A端连接，第一换热管道的B端与三通换向阀F4连接；

三通换向阀F7与第二换热管道的C端连接，第二换热管道的D端与三通换向阀F8连接；

三通换向阀F3-F8与控制模块分别连接。

进一步，相变换热墙体与围岩接触部分设有隔热层。

进一步，第一换热管道、第二换热管道均采用导热材料制成的管材。

进一步，第一换热管道、第二换热管道出口至保温热水箱间的外露管道管体外层覆盖有保温层。

进一步，保温热水箱的箱体为空心结构，空心结构内填充有保温材料。

进一步，保温热水箱和补水箱通过球阀F1直接连通；

保温热水箱出口端设置有球阀F2，球阀F1和球阀F2分别与控制模块信相连。

进一步，相变换热墙体内部填充有相变换热材料，导热墙体内部填充有导热材料。

本发明还公开了所述的利用地下围岩自然能消解机房余热的系统的控制方法，包括以下过程：

控制模块采集温度探测器T2和温度探测器T3的数据，并进行对比，判断温度探测器T2和温度探测器T3的温度大小：

当温度探测器T3采集的温度低于温度探测器T2采集的温度时，控制模块调节水流先流入廊道洞室S1进行换热，再流入空调机房洞室S2进行换热，最后流入保温热水箱；

当温度探测器T3采集的温度高于温度探测器T2采集的温度时，控制模块调节水流先流入空调机房洞室S2进行换热，再流入廊道洞室S1，最后流入保温热水箱；

控制模块实时采集温度探测器T1的数据，并与预设温度对比，当温度探测器T1采集的温度低于预设温度时，控制模块启动电加热装置；

当温度探测器T1采集的温度值达到预设温度时，控制模块关闭电加热装置，并开启保温热水箱。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开了一种利用地下围岩自然能消解机房余热的系统，包括补水箱、保温热水箱、控制系统、廊道洞室、空调机房洞室；在廊道洞室和空调机房洞室中均设置有温度探测器，控制模块通过对比分析两个温度探测器的温度值，使补水箱中的水先流经温度低的洞室再进入温度高的洞室进行换热，提高了热能利用效率；保温热水箱中设置有电加热装置，当保温热水箱中温度低于预设值时，可对水进行加热，满足使用需求；空调机房洞室的内壁上设有相变换热墙体，目的是两种介质进行热量交换相变换热墙体内部设有呈蛇形布置的第一换热管道，第一换热管道呈蛇形布置，增大了热交换面积，提高了热交换效率；廊道洞室的内壁设有导热墙体，提高导热系数，辅助相变换热墙体进行热量交换；机房空间有限，为了增加管道换热面积，设计成为蛇形，而廊道洞室的长度相对机房较大，第二换热管道设置为直管便于安装，且成本更低。本发明利用围岩作为恒温热源，将围岩的热量通过热交换送入地表进行能源利用，能够使得机房内部温度维持在合适的范围，有利于保障空调系统运行效率，可有效降低工程的运行管理费用，具有节约降耗的实际意义。

进一步，本发明空调机房洞室内的相变换热墙体与围岩接触部分设有隔热层，减少了热量流失。

进一步，保温热水箱采用空心结构，空心结构内部填充有保温材料，降低与外界的热交换。

附图说明

图1是本发明的一种利用地下围岩自然能消解机房余热的系统示意图；

图2是本发明的空调机房洞室系统布置图；

图3是本发明的廊道洞室系统布置图；

图4是本发明的一种利用地下围岩自然能消解机房余热的系统控制流程图；

图5为本发明的温度探测器T3采集的温度低于温度探测器T2采集的温度时的水流方向示意图；

图6为本发明的温度探测器T2采集的温度低于温度探测器T3采集的温度时的水流方向示意图。

其中，1-补水箱、2-保温热水箱、3-控制模块、4-变频水泵、5-第一换热管道、6-相变换热墙体、7-导热墙体、8-电加热装置、9-第二换热管道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。

本发明附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而仅仅是表示本发明选定的一种实施例。基于本发明的附图及实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

需要说明的是：术语“包含”、“包括”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、元素、方法、物品或者设备不仅仅只包括那些要素，还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括该其过程、元素、方法、物品或者设备所固有的要素。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。

如图1所示，本发明公开了一种利用地下围岩自然能消解机房余热的系统，包括补水箱1、保温热水箱2、控制模块3、廊道洞室S1、空调机房洞室S2；保温热水箱2内设置有电加热装置8和温度探测器T1，控制模块3用于采集温度探测器T1的数据，并与预设温度对比，当温度探测器T1采集的温度值低于预设温度时，控制模块3发出信号，启动电加热装置8，当温度探测器T1采集的温度值达到预设温度时，控制模块3发出信号，关闭电加热装置8；

保温热水箱2和补水箱1也可通过球阀F1连通，补水箱1的水可直接经电加热装置8加热，通过球阀F2流出，以供使用；保温热水箱2选用不锈钢制作，采用空心结构，空心结构内部填充有保温材料，降低与外界的热交换。

如图2所示，空调机房洞室S2内设置有温度探测器T2和相变换热墙体6，相变换热墙体6内填充有相变换热材料，相变换热材料内布设有第一换热管道5，相变换热墙体6与围岩接触部分设有隔热层；第一换热管道5呈蛇形布置，采用导热系数高的管材，增大了热交换面积，加强与周围介质的换热。

相变换热材料可采用如石蜡、盐类水合物等，隔热层可采用如玻璃纤维、岩棉、真空板等。

如图3所示，廊道洞室S1内设置有温度探测器T3和导热墙体7，导热墙体7内部填充高导热系数材料，高导热系数材料内布设有第二换热管道9；第二换热管道9在导热墙体7一端进入，沿直线穿过导热墙体7；高导热系数材料可采用如碳化硅、氧化铝、氧化镁等。

补水箱1通过管道G1与三通换向阀F5连通，管道G1上设置有变频水泵4；三通换向阀F5通过管道G2与三通换向阀F6连通，通过管道G3与三通换向阀F7连通；三通换向阀F7与第二换热管道9入口端连接，第二换热管道9出口端与三通换向阀F8连接；

三通换向阀F6与第一换热管道5入口端连接，第一换热管道5出口端与三通换向阀F4连接；三通换向阀F7与三通换向阀F4之间连接有管道G4；三通换向阀F4与三通换向阀F8之间连接有管道G5；三通换向阀F8通过管道G6与三通换向阀F3连接，三通换向阀F3通过管道G7与保温热水箱2内部连通；三通换向阀F6与三通换向阀F3之间连接有管道G8；

控制模块3采集温度探测器T2和温度探测器T3的数据，并进行对比分析，通过控制三通换向阀F3-F8的启闭，使补水箱1中的水先流经温度低的洞室再进入温度高的洞室。

如图4所示，本发明控制方法如下：

步骤一：控制模块3采集温度探测器T2和温度探测器T3的数据，并进行对比分析：

步骤二：

1)如图5所示，当温度探测器T3采集的温度低于温度探测器T2采集的温度时，控制模块3调节三通换向阀F5及F7，水流依次经过三通换向阀F5及F7流入廊道洞室S1进行换热；控制模块3调节三通换向阀F8及F4，水流依次经过三通换向阀F8及F4流入空调机房洞室S2进行换热，控制模块3调节三通换向阀F6、F3，水流依次经过三通换向阀F6及F3流入保温热水箱2；

2)如图6所示，当温度探测器T3采集的温度高于温度探测器T2采集的温度时，控制模块3调节三通换向阀F5及F6，水流依次经过三通换向阀F5及F6流入空调机房洞室S2进行换热，控制模块3调节三通换向阀F4及F7，水流依次经过三通换向阀F4及F7流入廊道洞室S1；控制模块3调节三通换向阀F8及F3，水流依次经过三通换向阀F8及F3流入保温热水箱2；

步骤三：控制模块3采集温度探测器T1的数据，并与预设温度对比，当温度探测器T1采集的温度低于预设温度时，控制模块3启动电加热装置8，当温度探测器T1采集的温度值达到预设温度时，控制模块3关闭电加热装置8；控制模块3开启球阀F2，提供生活热水。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。