CN113983542A - 一种双层管构建的节能型热水循环系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双层管构建的节能型热水循环系统,包括热水干路管件、热水支路管件,所述热水干路管件、热水支路管件均包括热水内管、热水外管,热水内管套接在热水外管内侧;热水支路管件中热水内管的一端与热水干路管件中的热水内管相连通,热水支路管件中热水内管的另一端设置有热水控制阀;热水支路管件中热水外管的一端与热水干路管件中的热水外管相连通,热水支路管件中热水外管的另一端与热水支路管件中的热水内管之间呈封口状态;热水支路管件中热水内管的侧壁上设置有回水通孔且热水支路管件中的热水内管通过回水通孔与热水支路管件中的热水外管相连通,回水通孔内设置有回水控制阀。
Description
技术领域
本发明涉及日常生活领域,尤其涉及一种双层管构建的节能型热水循环系统。
背景技术
传统居民家庭供应热水一般直接从热水器导出热水管,由于盥洗室、洗衣房、厨房等热水使用地点与热水器安装位置存在一定空间差异,在使用达到特定温度的热水前需要排空管路留存的冷水,存在冷水排空时间长、水资源浪费等缺陷。因此在大型套房、别墅、高级酒店以及常用公共建筑等水管网络复杂的场景中,往往采用热水循环泵组成热水循环系统。该系统一般由冷水管路1、热水管路2以及回水管路3构成(如图1所示),热水管路2与回水管路3构成循环管路;其虽然可以解决管内留存冷水造成的水资源浪费以及热水使用不便的缺陷,但由于热水管道与周围环境一直存在热交换,造成了大量的能源浪费。
相关研究表明,大型别墅以及酒店等公共建筑中热水循环系统的管路留存能耗是实际使用热水量能耗的3倍以上。近年来,随着人民生活水平的提高,东南沿海地区超过30%的家庭在装修过程中都选择了热水循环供应系统,这一比例在将来更会快速提升,因此提高居民建筑以及其他公共建筑热水供应系统的能源使用效率,对实现建筑以及居民生活领域节能减排,助力我省乃至我国碳达峰、碳中和目标圆满完成具有非常重要的意义。
发明内容
本发明目的是针对上述问题,提供一种结构简单、安装快捷的双层管构建的节能型热水循环系统。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种双层管构建的节能型热水循环系统,包括热水干路管件以及若干个热水支路管件,若干个热水支路管件的一端均与热水干路管件相连通;所述热水干路管件、热水支路管件均包括热水内管、热水外管,热水内管套接在热水外管内侧;热水支路管件中热水内管的一端与热水干路管件中的热水内管相连通,热水支路管件中热水内管的另一端设置有热水控制阀;热水支路管件中热水外管的一端与热水干路管件中的热水外管相连通,热水支路管件中热水外管的另一端与热水支路管件中的热水内管之间呈封口状态;热水支路管件中热水内管的侧壁上设置有回水通孔且热水支路管件中的热水内管通过回水通孔与热水支路管件中的热水外管相连通,回水通孔内设置有回水控制阀。
进一步的,所述回水通孔设置在热水支路管件中热水内管远离热水干路管件的一端侧壁上。
进一步的,所述热水支路管件中热水内管远离热水干路管件的一端内壁设置有温度控制开关,温度控制开关分别与回水控制阀、热水控制阀电性连接。
进一步的,所述热水干路管件中热水内管的一端呈封堵状态,热水干路管件中热水内管的另一端与热水设备的热水出水口相连通;所述热水干路管件中热水外管的两端与热水干路管件中的热水内管之间呈封堵状态;热水干路管件中热水外管的外侧设置有回水管,回水管的一端与热水干路管件中的热水外管内部相连通,回水管的另一端与热水设备的冷水回水口相连通。
进一步的,所述节能型热水循环系统还包括冷水干路管件以及若干个冷水支路管件,若干个冷水支路管件分别与若干个热水支路管件相对应设置,若干个冷水支路管件的一端均与冷水干路管件相连通,若干个冷水支路管件的另一端与相对应的热水支路管件并排设置。
进一步的,所述节能型热水循环系统还包括出水龙头,出水龙头的进热水端口与热水控制阀相连通,出水龙头的进冷水端口与设置在冷水支路管件端头的冷水控制阀相连通。
进一步的,所述节能型热水循环系统还包括出水控制器,出水控制器分别与热水控制阀、冷水控制阀相连接。
进一步的,所述热水干路管件的热水内管外侧壁与热水干路管件的热水外管内侧壁之间和\或热水支路管件的热水内管外侧壁与热水支路管件的热水外管内侧壁之间设置有用于提高结构稳固性的连接支撑件。
与现有技术相比,本发明具有的优点和积极效果是:
1、本发明采用双层管的设计结构,令双层管中的内管作为热水管路,令双层管中的外管作为回水管路,其相较于传统的管路布置方式,其布管结构更加简单,布管操作更加快捷,给热水管路的布置操作带来了便利;
2、本发明中的外管可以对内管中的热水起到保温作用,降低了内管中热水的对外换热速率,从而降低了热水循环系统的能量消耗,提高了热水循环系统的使用效果;
3、本发明中的外管可以对内管防护作用,避免内管受到外界因素的破坏,同时在内管出现破损泄露时,内管内的水流会经外管重新流入热水设备中,避免了造成水资源浪费,进一步提高了本发明的使用效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的管路布置图;
图2为本发明的管路布置图;
图3为本发明中热水干路管件与热水支路管件的连接结构图;
图4为图3的局部结构放大图;
图5为热水干路管件的截面结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,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。
如图2至图5所示,本实施例公开了一种双层管构建的节能型热水循环系统,包括热水干路管件4以及若干个热水支路管件5,若干个热水支路管件4的一端均与热水干路管件5相连通;所述热水干路管件4包括热水内管402、热水外管401;热水支路管件5包括热水内管502、热水外管501;热水内管402/520套接在热水外管401/501内侧;
热水支路管件中热水内管502的一端与热水干路管件中的热水内管402相连通,热水支路管件中热水内管502的另一端设置有热水控制阀10;热水支路管件中热水外管501的一端与热水干路管件中的热水外管401相连通,热水支路管件中热水外管501的另一端与热水支路管件中的热水内管502之间呈封口状态;热水支路管件中热水内管502的侧壁上设置有回水通孔5021且热水支路管件中的热水内管502通过回水通孔5021与热水支路管件中的热水外管501相连通,回水通孔5021内设置有回水控制阀9;所述回水通孔5021设置在热水支路管件中热水内管502远离热水干路管件4的一端侧壁上。
所述热水干路管件中热水内管402的一端呈封堵状态,热水干路管件中热水内管402的另一端与热水设备的热水出水口相连通;所述热水干路管件中热水外管401的两端与热水干路管件中的热水内管402之间呈封堵状态;热水干路管件中热水外管401的外侧设置有回水管8,回水管8的一端与热水干路管件中的热水外管401内部相连通,回水管8的另一端与热水设备的冷水回水口相连通。
所述热水支路管件中热水内管502远离热水干路管件4的一端内壁设置有温度控制开关11,温度控制开关11分别与回水控制阀9、热水控制阀10电性连接。
在令热水内管出水时,温度控制开关会先对热水内管内的温度进行检测,当温度未达到要求时,温度控制开关会打开回水控制阀,关闭热水控制阀,此时,热水内管内流动的水会从回水通孔流入外管内并顺着外管流回热水设备中;当温度控制开关检测到热水内管内的温度达到要求时,温度控制开关会关闭回水控制阀,打开热水控制阀,热水内管内的水流会从热水内管的端头流出,实现热水供水操作;
所述节能型热水循环系统还包括冷水干路管件6以及若干个冷水支路管件7,若干个冷水支路管件7分别与若干个热水支路管件5相对应设置,若干个冷水支路管件7的一端均与冷水干路管件6相连通,若干个冷水支路管件7的另一端与相对应的热水支路管件5并排设置。
所述节能型热水循环系统还包括出水龙头,出水龙头的进热水端口与热水控制阀10相连通,出水龙头的进冷水端口与设置在冷水支路管件7端头的冷水控制阀相连通。
所述节能型热水循环系统还包括出水控制器,出水控制器分别与热水控制阀10、冷水控制阀相连接。
出水龙头为混合出水阀,当使用出水龙头进行供热水操作时,出水控制器会对热水控制阀的打开状态进行检测,当热水控制阀处于打开状态时,出水控制器会控制冷水控制阀打开,进行热水、冷水混合操作;其避免了在没有供热水时冷水全部流出浪费的状况发生,提高了本发明的使用效果。
所述热水内管402/502外侧壁与热水外管401/501内侧壁之间设置有用于提高结构稳固性的连接支撑件12。连接支撑件可以提高热水内管与热水外管之间的连接结构稳固性,防止热水内管、热水外管出现变形现象,连接支撑件上可以设置贯穿孔以令热水外管与热水内管之间的间隙为整体流通状态。
本发明通过开发内管由隔热材料构成的新型三型聚丙烯(PPR)双层连续管,替换目前居民建筑以及常规公共建筑室内水管网络中使用的常规PPR水管。针对目前建筑领域双层管应用的空白,通过研究双层连续管在不同影响因素(几何因素、介质因素、流场因素)下的传热、传质特性及模型,解决居民/公共建筑水管网络中双层管内外管尺寸、材质、导热系数等热物理特性以及流场热动力学不明晰的问题;针对目前建筑水管网络中存在的水资源浪费以及热水循环系统管路留存能耗过大、热能损失等问题,通过控制不同的系统物理参数,优化双层连续管构建的热水单管水循环系统的流动和传热模型并建立其综合能耗分析测试方法,实现热水循环系统的节能节水目标,为居民建筑乃至公共建筑冷/热用水管路系统的智能化以及节水、节能化改造打下坚实的基础,具有重要理论意义和实用价值。
本发明通过搭建连续双层管流动试验装置(与常用家用水管网络比例1:1),同时以试验装置的安装管道为模拟对象,进行PPR双层管管道内流体热动力学特性的数值模拟研究。其三维建模采用CAD或ANSYS模块,网格划分采用GAMBT或ICEM软件,数值计算采用Fluent 17.0;模型选用:RANS模型,Euler(单流体)。选取某一试验工况设定计算边界条件,与试验结果对比验证模型的正确性。在此基础上,开展不同影响因素(几何因素、介质因素、流场因素)的变工况计算,得到管道截面的传热特性、流体流速分布以及压损特性等,具体包括双层管内外管管径、导热系数、管材表面粗糙度及其相关物理特性对管内流体传热传质特性的影响;流动介质密度、动力粘度、入口压力、与环境温差、管路长度对连续双层管内流体流动特性及传热特性的影响;研究进水口、阀门、弯段等因素对双层连续管水头损失及传热的影响。总结归纳以上因素的影响规律及机理。
本发明设计连续双层管构建的新型节能热水循环系统,在保证内部水流及水压的前提下,双层管内管直连热水进水口,外管替代传统水管网络中的回水管路,简化了水管网络的布线形式;同时其建立新型热水循环系统的传质传热模型,研究影响该系统综合能耗的因素及其规律,包括布线方式、旁路开关设计、热水器出口水压、出口水温、管路长度等,并与传统单管热水循环系统在各类相同流场参数条件下的综合能耗对比,通过碳核查等方式综合评价双层管构建的热水循环系统的节能节碳效果。
经过对比(对比结果如表1所示),已经初步验证了家用水管网络中无热水循环状态下(热水管道直接连接热水器出水口,热水器出水温度55℃),连续双层管相比于普通PPR管路的节水节能效果。此时,双层管管路取代了传统热水管道及冷水管道,优先排空内管冷水,当用水端水温达到指定温度37℃时,其感温混合阀打开,接入外管冷水;对于新型节能热水循环系统的初步设计,通过双层连续管取代热水管及回水管、增设红外感应旁路开关等方式,在相同的使用场景及费用预算下,新型节能热水循环系统的能耗相比于传统热水循环降低了20%以上,预计通过进一步的能耗分析以及多参数调控优化设计,系统节能效果会有更大的提升。
表1 Dn20连续双层管及普通管直管出水特性
注:本试验未设计热水循环,管道直接连接热水器出水口,热水器出水温度55℃。水量指不同入口水压状态下,当管道末端出水温度达到37℃时,两种管道直线布线时的排空冷水量。
本发明具有以下有益效果:
1、本发明采用双层管的设计结构,令双层管中的内管作为热水管路,令双层管中的外管作为回水管路,其相较于传统的管路布置方式,其布管结构更加简单,布管操作更加快捷,给热水管路的布置操作带来了便利;
2、本发明中的外管可以对内管中的热水起到保温作用,降低了内管中热水的对外换热速率,从而降低了热水循环系统的能量消耗,提高了热水循环系统的使用效果;
3、本发明中的外管可以对内管防护作用,避免内管受到外界因素的破坏,同时在内管出现破损泄露时,内管内的水流会经外管重新流入热水设备中,避免了造成水资源浪费,进一步提高了本发明的使用效果。
Claims (8)
1.一种双层管构建的节能型热水循环系统,包括热水干路管件以及若干个热水支路管件,若干个热水支路管件的一端均与热水干路管件相连通;其特征在于:所述热水干路管件、热水支路管件均包括热水内管、热水外管,热水内管套接在热水外管内侧;热水支路管件中热水内管的一端与热水干路管件中的热水内管相连通,热水支路管件中热水内管的另一端设置有热水控制阀;热水支路管件中热水外管的一端与热水干路管件中的热水外管相连通,热水支路管件中热水外管的另一端与热水支路管件中的热水内管之间呈封口状态;热水支路管件中热水内管的侧壁上设置有回水通孔且热水支路管件中的热水内管通过回水通孔与热水支路管件中的热水外管相连通,回水通孔内设置有回水控制阀。
2.如权利要求1所述的双层管构建的节能型热水循环系统,其特征在于:所述回水通孔设置在热水支路管件中热水内管远离热水干路管件的一端侧壁上。
3.如权利要求2所述的双层管构建的节能型热水循环系统,其特征在于:所述热水支路管件中热水内管远离热水干路管件的一端内壁设置有温度控制开关,温度控制开关分别与回水控制阀、热水控制阀电性连接。
4.如权利要求3所述的双层管构建的节能型热水循环系统,其特征在于:所述热水干路管件中热水内管的一端呈封堵状态,热水干路管件中热水内管的另一端与热水设备的热水出水口相连通;所述热水干路管件中热水外管的两端与热水干路管件中的热水内管之间呈封堵状态;热水干路管件中热水外管的外侧设置有回水管,回水管的一端与热水干路管件中的热水外管内部相连通,回水管的另一端与热水设备的冷水回水口相连通。
5.如权利要求4所述的双层管构建的节能型热水循环系统,其特征在于:所述节能型热水循环系统还包括冷水干路管件以及若干个冷水支路管件,若干个冷水支路管件分别与若干个热水支路管件相对应设置,若干个冷水支路管件的一端均与冷水干路管件相连通,若干个冷水支路管件的另一端与相对应的热水支路管件并排设置。
6.如权利要求5所述的双层管构建的节能型热水循环系统,其特征在于:所述节能型热水循环系统还包括出水龙头,出水龙头的进热水端口与热水控制阀相连通,出水龙头的进冷水端口与设置在冷水支路管件端头的冷水控制阀相连通。
7.如权利要求6所述的双层管构建的节能型热水循环系统,其特征在于:所述节能型热水循环系统还包括出水控制器,出水控制器分别与热水控制阀、冷水控制阀相连接。
8.如权利要求7所述的双层管构建的节能型热水循环系统,其特征在于:所述热水干路管件的热水内管外侧壁与热水干路管件的热水外管内侧壁之间和\或热水支路管件的热水内管外侧壁与热水支路管件的热水外管内侧壁之间设置有用于提高结构稳固性的连接支撑件。
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