[发明专利]地热能利用结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种地热能利用结构，它利用地热能使建筑物等内部变凉与变暖。

背景技术

在诸多利用地热能的相关技术中，可见及使用空气或水作为导热介质的热交换导管或管子自地基、埋设于地下的管子等延伸进建筑物，使得在地下变暖或变凉的导热介质得以在建筑物内循环，以作空气调节之用，或者通过由热交换带动的设备提取动力。另一种情况则是利用地下恒温层(亦即终年恒温的、一定深度处的地下部分)的低温，通过在深达地下恒温层的地窖内储存食品、在洞穴内储存物品以及在地下掩埋物品等而利用地热能。

距地面恒定深度处的地下，其温度的变化主要由太阳的热辐射引起。较之前述恒定深度处更深的地下为地下恒温层，此处温度几乎四季不变，而且地层越深地热越高。距地面恒定深度处，即地下恒温层，其夏季温度低于地面，而在冬季则高于地面。这种地下恒温层的热能若引入建筑物内，夏季可供冷却之用，冬季可作供暖之需。而且，上述地下恒温层的热能实际为用之不竭的天然能量，其优于其他天然能源(诸如太阳热量或太阳光、风力或水力)之处在于稳定且便于使用(由于它就在建筑物下面，可很容易地引入热能)。上述实例表明了利用地热能的优点，但并不能说地热能已被充分利用。因此，有必要研究一种装置，以便有效地利用地下恒温层中的热能，同时使用辅助性装置，诸如加热器或空调器，或者同时使用其他天然能源，诸如太阳热量、太阳光、风力或水力，以防止石油、天然气以及煤之类有限的古生物沉积型能源枯竭。

发明内容

经研究，现开发出一种地热能利用结构。该结构包括埋设在地下并围绕建筑物的绝热墙，该建筑物位于地下恒温层上方，其中，所述绝热墙自建筑物的外墙起一体且连续地延伸，直至深达地下恒温层，位于地下2米或更深处。在此情形下，(a)该绝热墙可埋设成紧密接触建筑物基础的地上显露部分以及地下掩埋部分二者的外侧面，或者(b)该绝热墙可埋设在与建筑物基础的地上显露部分的外侧面或者地下掩埋部分的外侧面相间隔之处。如果绝热墙埋设在与建筑物基础的地上显露部分的外侧面相间隔处，在绝热墙突出地面的上部与建筑物基础之间即形成一封闭间隙。因此，可取的是，将内通风机安装在该地上显露部分上或者建筑物的墙体上，使上述封闭间隙与建筑物内部相连通，而外通风机则安装在绝热墙上，使该封闭间隙与该结构的外部相连通。例如，各内外通风机可设有通风扇，或者亦可以安置热交换导管，以使内外通风机之间连通。

在本发明中，按照地层纵深方向的温度分布状况，建筑物在其四周围绕有绝热墙，而且绝热墙埋设成深达温度波动稳定的地下恒温层，使建筑物内部与建筑物下方地层之间的热交换范围限制在建筑物正下方的区域内，从而对会引起建筑物内温度变化的无效热交换加以抑制。在夏季，因太阳照射建筑物周围的地表，特别是建筑物周围的地面而产生的热能，会通过地下而由建筑物基础传入建筑物内，绝热墙可阻绝这种热交换，使建筑物正下方的地下温度始终保持低于建筑物的温度，从而增加建筑物内部的凉意。另一方面，在冬季，绝热墙可防止热能经建筑物基础而散发进建筑物周围的地层，从而可增加建筑物内部的暖意。

表1显示日本各地区在一月(冬季)和六月(夏季)，从地面(0.0米深)至地下恒温层(3.0米深)范围内的的温度分布状况。图53显示广岛冬季的地下温度分布状况，而图54显示广岛夏季的地下温度分布状况。广岛冬季一月份的平均温度(列于表1的粗线框内)可见于表1与图53：地面39为5.0℃；1米深地层40为7.4℃；2米深地层41为13.9℃；而3米深地层(＝地下恒温层)42为16.0℃，较地面39的温度高11.0℃。然而，与室外空气进行积极热交换的地板下方区域47为2.3℃，低于地面温度。广岛夏季六月份的平均温度(列于表1的粗线框内)可见于表1与图54：地面43为29.6℃；1米深地层44为25.4℃；2米深地层45为19.5℃；而3米深地层(＝地下恒温层)46为17.3℃，较地面39的温度低12.3℃。在夏季，与室外空气进行积极热交换的地板下方区域49为24.3℃，虽受荫蔽，但来自地面43的热辐射依然使之颇高。

表1

地面与地下温度(℃)的分布状况

统计年份(1886-1945)

数据：[日本地区气象表]

中央气象观察台编制，1950年5月