低层住宅井水致冷系统探讨

来源:网络(转载) 作者:杜国平 发表于:2011-07-16 10:36  点击:
【关健词】水空调 井水致冷系统 交换器 空调污染
通过南方地区夏季使用井水致冷系统的研究,阐述了其工作原理,分析了系统的相关参数及优缺点。

在南方地区由于夏天温度较高,无论在城市还是在农村,空调已被广泛的应用。但随之而来的问题也层出不穷,如空调会大量的消耗电能而使国内不少地方在炎热的夏季出现拉闸限电的情况,同时,由于电力的不足,也对发电提出了更大的要求,大量的火力发电厂开足马力发电,不仅大量的消耗了煤炭等不可再生的资源,排放的尾气又严重的污染了大气环境,导致地球变暖,环境恶化,与目前国家倡导的绿色节能政策大相违背,也无法达到建设低碳生活的节能目标;另外,封闭的空调的系统内部极易产生风管积尘和积尘细菌,有卫生部在对60多个城市的空调系统风管积尘量和积尘细菌含量的检测中,存在严重污染的空调风管占47.11%,中等污染的占46.17%,合格的仅占6.12%,由此可见,头顶的空调极可能成了污染源。综上所述,目前的建筑的空调性能存在较大的弊端。
  为了解决夏季制冷的问题,在广大低层住宅中,出现了一种水空调系统来替代中央空调或小型空调系统,这种系统用水泵将井水通过管道输入换热器,在换热器内换热后通过排风机将凉风送入室内,再将换热后的水排入河道或池塘,从而完成调节室内空气的过程。在此种方式中,存在几个问题:一是投入成本相对较高,需要有电机、控制板、换热器等相应的设备,且因换热时间不充分而导致效率低;二是水泵运行时噪声大,不利于居民生活;三是开关开启频繁,容易损坏;四是水泵浸泡在水中,易生锈腐蚀,容易损坏且污染井水,使井水无法正常使用;五是将抽取较大量的地下水,会引起地面沉降等不利情况发生,故国家不提倡。正是因为存在着以上的问题,故而水空调也无法很好的满足低层住宅的节能要求。对于南方地区,由于冬季相对气温暖和,故夏季的制冷是主要的问题。
  为此,如何采取一种行之有效的方法将井水中的冷气尽量多的合理的转移到室内是问题的关键。因此,通过研究后我们寻找到了一种在低层住宅中应用的井水致冷系统。
  一、井水致冷系统工作原理
  由于目前一般的低层住宅均已经通了自来水,住户的井水的用途常用于洗涤、浇灌等作用,而饮用水则采取城市供应的自来水。则该致冷系的工作原理如图一所示:
  其工作过程为:第一,在低层住宅的周围寻找一个合适的采风口,安装采风口,将室外的新鲜的空气通过采风口采集送入风管;第二,将采风管中的室外热风送入水井内的热交换器;第三,将热交换器放入到井底,这样由于整个热交换器全部浸泡在水中,故能够保证热交换能充分进行,同时免去了空调柜机,大大节省了成本;第四,将从热交换器中出来的冷风采用送风管送到各个房间,在每个房间只需安装一个排风口的开关即可,如每个卧室内安设一个送风口,打开开关即可将从井内出来的冷空气导入进来,再从门缝和窗缝中自然排风,此法可以确保输入室内的空气均为新鲜的空气,从而避免了空调系统带来的污染;第五,抽取上部井水,用于洗涤或浇灌,由于热升冷降,故而上部井水温度较高,下部井水温度较低,可以确保热交换器始终处于井内温度最低处,此外,如果井水还要用于饮用则放入水下的热交换器须采用纯度较高的铜制品或在水下不会腐蚀的材料,且不得采用焊接连接,而应整体铸造,以确保不会污染井水。
  二、井水致冷系统相关参数
  1、井水体积:由于水的热容量要远远大于空气的热容量,故根据不同的材料热容量,再根据一幢低层住宅常见房间和客厅体积的大小,可以换算出井内需冷水的体积。如以南方地区浙江省内常内的民用住宅尺寸为例,其平面的外包尺寸为10m*10.8m,高一般为10.8m,其室内卧室的体积常为3.6m×4.8m×3.3m=57m3,夏季温度为40度,现要降低至25度,则需要排出的热容量为Q=cm△t=1.0×103J/(kg.℃)×1.29kg/m3×57m3×(40-25)℃=1.1×106J,此部分热量将会使的水变化的温度为△t=Q/cm=1.1×106J/(4.2×103×1000)=0.26℃。由此可见,井水1m3在致冷一间卧室后水温仅上升0.26℃,而一般井水在深度的温度不管冬夏均为4℃,如按上升十度计算,则可以致冷的房间数量在10个以上,而一般家庭卧室数量在3-4个左右。因此,考虑到在不断的置换过程中井水水温的上升,本系统中井水容量越大越好,一般不宜少于2m3左右。
  2、热交换器参数:由于热交换器需要放置在水中,应通过选材和试验来确定最终换热器的材质和形式,最终应确保热量的高效交换。一般宜采用铜质,即保护水质还有杀菌作用。
  3、风管参数:由于此风管是从外部引入风,再进入井内,还要对已冷却的空气保温后送入房间,故其外部形状和材质等参数需要经过试验后来确定。一般选用目前已有的空调管。
  4、风机参数:由于采风机和送风机本身在运转的过程中会发出热量,故如果放入管道系统内的话会将此部分热量带入空调系统,从而降低了效率,故应考察后采用外部电动机带内内部页片旋转的机械,故应选择合理的风机。一般可考虑用电机与风扇分离的风机,即电机在风管外,风扇叶片在管内,两者通过皮带来连接。
  5、预冷参数:为了更好的实现空气降温,可以将采风管采入的风埋入地下泥土中先进行预冷,故对埋入的深度、环境需要研究后得出相应的参数和施工工艺的流程。一般根据施工现场的土质来确定。
  6、送风口的设置:送风口应设置一个开合的开关,以利于需要打开的时候能方便的将总管内的冷风送入房间。
  7、制冷效果的测定:该系统运行后,对房间内外的温度进行测量并做出评价。
  8、风压和风速的确定:因为风管内的风压和风速决定着房间致冷的效果,风速越快,则在井内热量交换不充分,风速过慢,则限制着房间内温度下降速度。由于影响因素较多,每个系统的风压和风速的计算需根据实验进行确定。一般可在通过现场用风机的可调开关来调节风压和风速,使之达到最佳状态。
  三、井水致冷系统优点
  1、节约电能:由于该系统只需要采风机和送风机二台机械,通过普通电动机带动页片即可达到要求。按一台风机功率60W的轴流式风机,在启动时每小时仅需0.12度电,相当于一个灯泡的用电量,是普通壁挂式空调的0.08倍,试想,(下转第3页)
  (上接第107页)如果南方地区的低层住宅(民宅或别墅)均安装此井水致冷系统,一个夏季节省电能将超过一个三峡水电站发电量。
  2、环保低碳效应:由于不采用空调压缩机的制冷系统,故而不存在氟利氨破坏臭氧层的环境污染问题,同时,由于大量电能的节省,可以间接的少消耗大量的煤炭资源,减少了碳的排放量,从而保护了生态环境,响应了国家对低碳生活的号召。另外,风机运行的时候噪音低,环境安静。 (责任编辑:南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网)

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