一种处理地下空间热污染的设备模块、系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及建筑及节能环保领域，具体涉及一种处理地下空间热污染的设备模块、系统及方法。


背景技术：

[0002]
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]
城市地下空间在使用过程中会产生大量的低品位热能，但这些热能如果不加以处理，会被周围墙体以及墙体外的土壤岩石等吸收，造成热量堆积，对周围岩土造成热污染。发明人发现，对地下空间进行通风会将热能排到室外，引起不必要的浪费；对地下空间供冷虽然不会将热能排到室外，但会有冷热抵消，同样引起能源浪费。近年来，有些工程将换热管敷设于地下空间的连续墙内作为地源热泵的前端换热器，这样可以将地下空间的低品位热能转化为高品位热能加以利用，并且对土壤热污染治理有一定的积极作用，但这种前端换热器只能在建筑建造阶段中敷设，不能在已经大量存在的建筑中使用，而且现在城市化进程已经减慢，新建建筑逐年减少，这种前端换热器的应用空间将越来越少。


技术实现要素：

[0004]
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种处理地下空间热污染的设备模块、系统及方法，本发明能够有效改善地下空间热环境，并将地下空间的热能储存。
[0005]
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0006]
一方面，一种处理地下空间热污染的设备模块，由粘性保温层和蓄热结构层组成，粘性保温层位于蓄热结构层的一面，粘性保温层用于粘结地下空间墙壁；
[0007]
蓄热结构层内填充相变蓄热材料，蓄热材料内埋设换热管，所述换热管包括两根换热总管及若干换热支管，两根换热总管分别位于蓄热结构层内两侧，若干换热分管并列设置，每根换热支管的两端开口分别与两根换热总管连通，一根换热总管作为换热进口管，另一根换热总管作为换热出口管；
[0008]
所述设备模块的边缘设置若干倒角，所述倒角设置螺栓预留孔。
[0009]
本发明设置的设备模块能够相互配合对地下空间的墙壁进行包裹，设置蓄热结构层能够对地下空间的污染热量进行吸收储存，同时设置粘性保温层，能够避免蓄热结构层存储的热量与地下空间建筑周围岩土的换热，从而防止地下空间的污染热量对地下空间建筑周围岩土的影响。
[0010]
另一方面，一种处理地下空间热污染的系统，包括若干上述设备模块、分水器、集水器、水泵、水箱，若干设备模块组装配合，并通过粘性保温层粘结在地下空间墙壁上；水箱出口安装水流方向依次连接水泵、分水器，分水器的出口连接设备模块的换热进口管的一端开口，集水器的进口连接设备模块的换热出口管的一端开口，集水器的出口连接水箱；
[0011]
一个设备模块的换热进口管的另一端开口封闭，或者一个设备模块的换热进口管的另一端开口与另一个设备模块的换热进口管的一端开口连接；
[0012]
一个设备模块的换热出口管的另一端开口封闭，或者一个设备模块的换热出口管的另一端开口与另一个设备模块的换热出口管的一端开口连接。
[0013]
第三方面，一种处理地下空间热污染的方法，提供上述系统，开启水泵，检测集水器进口或集水器出口的温度，当检测的温度小于相变蓄热材料的相变温度，则停止水泵运行。
[0014]
第四方面，一种上述处理地下空间热污染的系统的施工方法，将一面开口的箱状结构的另一面安装在蓄热结构层的一面，将箱状结构的开口面正对墙壁，向箱状结构内倒入液态保温粘性材料，液态保温粘性材料固化后形成粘性保温层，通过螺栓将设备模块固定在墙壁上，然后依次安装其他设备模块，将设备模块与分水器、集水器连接，分水器的进口连接供管，集水器出口连接回管，供管依次连接水泵、水箱出口，回管连接水箱进口。
[0015]
本发明的有益效果为：
[0016]
本发明利用相变蓄热材料蓄热量大且在相变时温度保持不变的特点，可在大量吸收地下空间废热的同时，保持地下空间室内空气温度基本不变，同时采用循环系统将废热进行二次利用。一方面可以阻止地下空间废热向周围岩土蓄存，防止地下空间热污染的发生；另一方面，将相变材料吸收的热量二次利用，提高了能源的综合利用率。具有显著的节能环保效益。
附图说明
[0017]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0018]
图1为本发明实施例1的蓄热结构层结构示意图；
[0019]
图2为本发明实施例1的螺栓孔示意图；
[0020]
图3为本发明实施例1的设备模块示意图；
[0021]
图4为本发明实施例1的机械连接示意图；
[0022]
图5为本发明实施例1的箱状粘性保温层示意图；
[0023]
图6为本发明实施例1的设备模块安装示意图，a为正视图，b为侧视图；
[0024]
图7为本发明实施例1的墙角设备模块结构示意图；
[0025]
图8为本发明实施例1的系统结构示意图；
[0026]
图9为本发明实施例1的系统控制策略示意图；
[0027]
其中，1、换热管总管，2、换热管支管，3、预留孔，4、肋片，5、相变蓄热材料，6、螺栓孔，7、倒角，8、粘性保温层，9、蓄热结构层，10、装饰层，11、套管，12、止水胶带或橡胶圈，13、粘性保温层预留孔，14、墙体，15、流量传感器，16、温度传感器，17、球阀，18、排气阀，19、泵，20、集水器，21、分水器，22、闭式水箱，23、热品位提升装置，24、电加热器，25、净化装置。
具体实施方式
[0028]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常
理解的相同含义。
[0029]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0030]
为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0031]
术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
[0032]
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在能源消耗量大，且难以阻止地下空间热污染发生的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种处理地下空间热污染的设备模块、系统及方法。
[0033]
本发明的一种典型实施方式，提供了一种处理地下空间热污染的设备模块，由粘性保温层和蓄热结构层组成，粘性保温层位于蓄热结构层的一面，粘性保温层用于粘结地下空间墙壁；
[0034]
蓄热结构层内填充相变蓄热材料，蓄热材料内埋设换热管，所述换热管包括两根换热总管及若干换热支管，两根换热总管分别位于蓄热结构层内两侧，若干换热分管并列设置，每根换热支管的两端开口分别与两根换热总管连通，一根换热总管作为换热进口管，另一根换热总管作为换热出口管；
[0035]
所述设备模块的边缘设置若干倒角，所述倒角设置螺栓预留孔。
[0036]
本发明设置的设备模块能够相互配合对地下空间的墙壁进行包裹，设置蓄热结构层能够对地下空间的污染热量进行吸收储存，同时设置粘性保温层，能够避免蓄热结构层存储的热量与地下空间建筑周围岩土的换热，从而防止地下空间的污染热量对地下空间建筑周围岩土的影响。
[0037]
相变蓄热材料应考虑人体及其他设备的适宜工作温度，必要时向相变蓄热材料内加入其他介质改变其熔点。
[0038]
该实施方式的一些实施例中，蓄热结构层的另一面安装装饰层。
[0039]
在一种或多种实施例中，蓄热结构层与装饰层通过粘合剂粘合连接。
[0040]
该实施方式的一些实施例中，粘性保温层通过蓄热结构层粘合剂粘合连接。
[0041]
蓄热结构层高度和长度可根据具体施工墙体的高度确定，尽量布满整个墙体表面，但上层设备施工时应留有足够的操作空间。
[0042]
该实施方式的一些实施例中，两根换热总管的一端设置套管，套管的内径等于或略大于换热总管的外径，套管与蓄热结构层的侧面平齐，两根换热总管的另一端超出蓄热结构层的侧面。每个环路供回管末端应无套管且密闭封死。
[0043]
在一种或多种实施例中，超出侧面的长度与套管的长度相等。
[0044]
在一种或多种实施例中，套管内设置橡胶圈或止水胶带。防止介质泄露。
[0045]
该实施方式的一些实施例中，设备模块为角状，角状设备模块内的换热进口管、换热出口管均采用弯头连接。角状设备模块的开口大小可以为60
°
、90
°
、120
°
等。
[0046]
该实施方式的一些实施例中，换热管支管设置肋片。换热管支管的间距应以换热效率最大为原则确定。
[0047]
该实施方式的一些实施例中，蓄热结构层内填充相变蓄热材料的空间密封。组装完成后需进行密封性检验。
[0048]
蓄热结构层的包覆材料应为导热系数大且强度能够达到密封要求的材料。如：镀锌钢板。
[0049]
该实施方式的一些实施例中，蓄热结构层内填充相变蓄热材料的空间填充后有余量。防止相变产生体积的变化，影响蓄热结构层的结构。
[0050]
本发明的另一种实施方式，提供了一种处理地下空间热污染的系统，包括若干上述设备模块、分水器、集水器、水泵、水箱，若干设备模块组装配合，并通过粘性保温层粘结在地下空间墙壁上；水箱出口按照水流方向依次连接水泵、分水器，分水器的出口连接设备模块的换热进口管的一端开口，集水器的进口连接设备模块的换热出口管的一端开口，集水器的出口连接水箱；
[0051]
一个设备模块的换热进口管的另一端开口封闭，或者一个设备模块的换热进口管的另一端开口与另一个设备模块的换热进口管的一端开口连接；
[0052]
一个设备模块的换热出口管的另一端开口封闭，或者一个设备模块的换热出口管的另一端开口与另一个设备模块的换热出口管的一端开口连接。
[0053]
该实施方式的一些实施例中，包括储热罐、电加热器、热品位提升装置中的一种或多种，储热罐、电加热器、热品位提升装置连接集水器出口。
[0054]
在一种或多种实施例中，储热罐、电加热器、热品位提升装置并联或串联。
[0055]
该实施方式的一些实施例中，包括净化装置，净化装置安装在集水器出口。
[0056]
该实施方式的一些实施例中，连接管道、分水器、集水器设置保温层。
[0057]
该实施方式的一些实施例中，分水器和集水器均设置温度传感器，温度传感器将温度信号传输给控制器，控制根据温度信号控制水泵的运行。
[0058]
该实施方式的一些实施例中，分水器和集水器均设置流量监测设备。当分水器和集水器某支管上的进出口流量出现明显偏差时，说明该支管出现了泄露或堵塞，应及时维护。
[0059]
本发明的第三种实施方式，提供了一种处理地下空间热污染的方法，提供上述系统，开启水泵，检测集水器进口或集水器出口的温度，当检测的温度小于相变蓄热材料的相变温度，则停止水泵运行。
[0060]
该实施方式的一些实施例中，步骤为：每隔一段时间开启一次水泵，开启时间内介质需满足在系统的一个环路内循环一次，开启期间监测出口温度；当出口温度高于相变蓄热材料的相变温度时，水泵持续运行，直到出口温度低于相变蓄热材料的相变温度时，水泵停止运行；当出口温度低于相变蓄热材料的相变温度时，水泵停止运行，等下一个周期水泵再开启。
[0061]
相变温度取决于固液相变蓄热材料的物性、地下空间空气温度的允许波动范围和
传感器的精度。
[0062]
本发明的第四种实施方式，提供了一种上述处理地下空间热污染的系统的施工方法，将一面开口的箱状结构的另一面安装在蓄热结构层的一面，将箱状结构的开口面正对墙壁，向箱状结构内倒入液态保温粘性材料，液态保温粘性材料固化后形成粘性保温层，通过螺栓将设备模块固定在墙壁上，然后依次安装其他设备模块，将设备模块与分水器、集水器连接，分水器的进口连接供管，集水器出口连接回管，供管依次连接水泵、水箱出口，回管连接水箱进口。
[0063]
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合图1～9及具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
[0064]
实施例1
[0065]
如图1～9所示。
[0066]
一种处理地下空间热污染的设备模块，包括粘性保温层8、蓄热结构层9、装饰层10，蓄热结构层9内包括换热管总管1、换热管支管2、预留孔3、肋片4、相变蓄热材料5、螺栓孔6、倒角7。
[0067]
一种处理地下空间热污染的系统，包括设备模块、流量传感器15、温度传感器16、球阀17、排气阀18、泵19、集水器20、分水器21、闭式水箱22、热品位提升装置23、电加热器24、净化装置25。
[0068]
一种处理地下空间热污染的系统的施工方法，包括第一个设备模块的安装、第n个设备模块的安装及连接和系统的连接。
[0069]
1.一种处理地下空间热污染的设备模块
[0070]
1.1蓄热结构层
[0071]
如图1所示，为了能够看到蓄热结构层内部结构，蓄热结构层前表面用透明面代替。
[0072]
本实施例模块最大面为正方形，蓄热结构层9厚度应大于换热管总管1的管径。
[0073]
蓄热结构层9上侧表面正中央打一预留孔3，供相变蓄热材料5流入，相变蓄热材料5应布满整个蓄热结构层9内部空间，相变蓄热材料5进入后将预留孔3密封。
[0074]
两根换热管总管1分别靠近上下两个侧面，与上下两个面的距离应大于倒角6的高度，两根换热管总管1在蓄热结构层9同一端伸出。所有设备换热管总管1应均从一端伸出，另一端为一管径略大的套管11，套管11与换热管伸出一端长度相等。最后一台设备的换热管总管1末端应无套管且密封完好。
[0075]
蓄热结构层9内部两根换热管总管1之间以换热管支管2相连，每根换热管支管2上均有肋片4，换热管支管2间距和肋片几何参数的确定应以换热管的换热效率最大为原则。
[0076]
如图2所示，蓄热结构层9四个最短边均有倒角7，倒角7的大小应足够打入螺栓孔6并能够维持螺栓的强度保证设备的稳定性。
[0077]
考虑到墙角转向部分，90
°
墙角模块结构如图7所示，换热管总管1采用90
°
弯头连接。
[0078]
1.2设备模块的整体结构
[0079]
如图3所示，蓄热结构层9背面用粘合剂连接一开口的箱状粘性保温层8，开口朝向墙体。为了倒入液态粘性保温材料使其均匀膨胀，箱状粘性保温层8上表面等距打若干粘性
保温层预留孔13，确保液态粘性保温材料能够均匀布满箱体。
[0080]
地下空间热污染治理设备成型结构如图5所示，蓄热结构层9后表面连接箱状粘性保温层8，前表面连接装饰层10，均使用粘合剂连接。
[0081]
2.一种处理地下空间热污染的系统
[0082]
2.1系统的组成
[0083]
如图8所示地下空间热污染治理系统包括地下空间热污染治理设备、流量传感器15、温度传感器16、球阀17、排气阀18、泵19、集水器20、分水器21、闭式水箱22、热品位提升装置23、电加热器24、净化装置25。该系统各设备均由带有保温层的管道连接。闭式水箱22设置自动补充换热介质的装置。热品位提升装置23为热泵。
[0084]
所述温度16、流量15监测设备分别设在分水器21和集水器20的各支管上，设备发送信号至控制中心，所述控制中心控制泵19和其他设备的启停。其中闭式水箱22、电加热器24和热品位提升装置23可根据需求选择一个或多个。所述排气阀18应为自动排气阀且每个至高点都应布置一个。
[0085]
2.2系统的运行
[0086]
固液相变蓄热材料在完全相变后蓄热能力就会小很多，地下空间空气温度就会发生波动，这就需要有一种系统的控制运行策略。
[0087]
每隔24h泵开启一次，开启时间为5min，开启时间内不间断地监测出口温度。当出口温度高于固液相变蓄热材料的熔点温度1℃或1℃以上时，泵持续运行，直到出口温度低于固液相变蓄热材料的熔点温度1℃时，泵停止运行。当出口温度低于固液相变蓄热材料的熔点温度1℃或1℃以上时，泵停止运行，等下一个周期泵再开启。该动作由温度监测设备将信号传输到控制中心完成。
[0088]
分水器21和集水器20上的流量监测设备15监测进入和出来地下空间热污染设备介质的流量，当分水器21和集水器20某支管上的进出口流量出现明显偏差时，说明该支管出现了泄露或堵塞，应将该支管阀门17关闭并及时维护。
[0089]
3.一种处理地下空间热污染的系统的施工方法
[0090]
3.1第一设备模块安装
[0091]
如图3所示，设备模块后部的粘性保温层8初始时应为后部开口的箱状，开口朝向正对墙体14。箱状保温层8上方预留若干个足够倒入液态粘性保温材料(例如聚氨酯发泡前的配料)大小的预留孔13，纸箱状粘性保温层8前部提前与模块9表面粘好。
[0092]
在设备模块安装前应进行换热管的试压。往换热管内打入一定压力的气体后密封两根换热管总管1，该压力应等于换热管总管1和支管2能够承受额定压力的1.5倍，并在10min内管内压力降小于0.05mpa，降至额定压力后检查，不渗不漏即为合格。
[0093]
该设备模块确认合格后应进行粘性保温层8的连接。箱状粘性保温层8紧贴墙体14，紧贴墙体14时应有足够压力，使得粘性保温材料膨胀时不足以将设备推离墙体14。设备下表面紧贴地面，地面不应有杂物，应提前清理干净。应将设备周围环境温度调整到粘性保温材料的最佳膨胀温度，以便得到最佳质量的粘性保温层8，可采用空气加热器或降温设备。之后将调好配比的足量液态粘性保温材料迅速倒入纸箱状保温层8内，并将箱体封死但应留有出气孔但粘性保温材料不足以溢出。粘性保温层8连接完成。
[0094]
将螺栓通过螺栓孔6以一个对角线后另一个对角线的顺序依次打入墙体，为了设
备的稳定，上下两个螺栓孔6最好同时打入螺栓。当墙体14足够结实时使用膨胀螺栓，当墙体14不够结实时使用穿孔螺栓。
[0095]
3.2第n个设备模块安装
[0096]
第二个设备模块紧贴墙体14时，先进行换热管总管1的机械连接。如图4所示，将两根换热管总管1伸出蓄热结构层9的一端伸入套管11，并由套管11内侧的止水胶带或橡胶圈12固定。止水胶带或橡胶圈12应能够承受管道连接后的试压。
[0097]
机械连接完成后对换热管进行试压，试压标准同3.1。
[0098]
换热管试压合格后应进行设备模块的粘性保温层8连接和螺栓连接，同3.1。
[0099]
下层设备模块紧贴地面连接一周并避开消防、裸漏电路、水管等设施，仅与裸漏墙体进行连接。
[0100]
当地下空间足够大时，则需要从分集水器分出多个环路，环路数量和环路长度具体根据水力计算确定。每一个环路从分集水器到地下空间热污染治理设备的管道应做好保温措施，管道应敷设于墙角、设备上部或地下空间上部有余空间。
[0101]
如图6所示，待下层一圈设备连接完成后，在设备上表面涂一层粘合剂，上下两层之间用粘合剂将接触面粘紧，防止产生滑移。后续换热管总管1机械连接和粘性保温层8连接操作同上。
[0102]
整个墙体14表面布置完成后，在设备外侧布置一层装饰层10。
[0103]
3.3系统的连接
[0104]
如图9所示，将上述连接完成后，设备的每个环路起始端换热管总管1伸出一端与管道连接，供管通过管道与分水器连接，回管通过管道与集水器连接。分水器和集水器总管及每个支管上应有温度、流量监测设备。集水器通过管道连接净化装置，净化装置通过管道连接热品位提升装置、储热罐和电加热器，再通过管道与泵连接，泵与分水器相连。
[0105]
本实施例可充分利用地下空间的剩余热能，并将地下空间室内空气温度基本维持在一恒定值，很大程度上减少对地下岩土产生热污染，储存起来的热能可在多种途径下应用。
[0106]
该系统夏天和过渡季时可将热量储存在蓄热水箱中，冬天时可代替或补足锅炉等热发生装置并利用蓄热水箱中的热能向地上建筑供热。电加热器可全季节使用，对医院或宾馆进行供生活热水等。
[0107]
该系统开启期间，地下空间室内空气温度能够基本保持在一恒定值，该恒定值应为相变蓄热材料的熔点。
[0108]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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