[发明专利]能量底盘及能量交换装置

说明书

本申请要求于2010年5月5日递交的美国临时申请第61/331,525号的优先权的利益。

发明领域

本发明涉及建筑、加热与冷却系统（HVAC）系统和电气系统，特别地，涉及用于感测和收集自然可再生能源的局部源以能够通过使用完全集成的工厂组装好的装置来储存能量和重分配能量从而有效地满足建筑需要的系统、方法及装置。

背景及现有技术

能量消耗成本和一些问题

商业建筑中的能量消耗是用于运作和维持建筑的成本中非常昂贵的部分。例如，商业建筑具有昂贵的空气调节与加热需求，贯穿建筑的整个使用期的这种需求通常多达用于建设的最初成本的两倍之多。多年以来，试图减少能量消耗导致了建设成本上的大幅增加，而在短期内建设成本不能被收回。

现今美国使用的典型的商业建筑加热与冷却系统是变风量（VAV）系统，典型配置的该系统不能利用可持续能源。建筑占美国使用的能源的40%并且几乎完全用昂贵且损坏环境的矿物燃料供以燃料。存在一些使这些HVAC系统能源效率低、危险、不安的问题，并且这对采用新技术造成了障碍。这些问题包括：

·在建设成本上的压力鼓励所有者通过购买不昂贵的、不经济的HVAC系统来保持前期成本很低

·浪费由冷却装置等排弃的多余能量，而不是将其移至需要的位置或者将其储存起来供今后使用

·由于不充分隔热造成透过壁的高的能量运动—在常规系统中，壳体不是解决方案的一部分，然而在本发明中，可以将其制成能量储存装置

·不断地重新加热和重新冷却建筑体而不是将其保持在一定的温度

·建造过多的、效率低的系统，其可以被制造成更小

·不能使用局部能源（例如，太阳、身体热量，等等）

·当加热系统效率最低时加热建筑，以及同样地当冷却系统效率最低时冷却建筑—利用能量储存，其可以扭转成提高效率

·建立地热系统通常更加昂贵并且其功能未被设计为最大限度地提高效率，这样就转而减少了这些系统的使用

发展中的迅速变化的替代能源技术被彼此分开地创建，以实现该技术的功能，在没有定制集成的情况下，并不共同工作。这些通常被证明是不可靠的或者失败的。很少有工程公司具有研究和集成创新的解决方案的资源，并且因而通常不将其设计到客户建筑中。在Carrier标准化被描述在美国专利第2,154,263号中的A/C单元之前，这是建造空气调节单元的方式，在该专利中Willis Carrier获得了用于机动轨道车的标准制冷单元的专利。定制建造过程非常昂贵并且限制了市场使用，而标准化的产品降低了成本并且扩大市场。

虽然我们了解到，存在局部可用的大量能源（例如身体热量、照明热量、计算机热量、太阳热量、太阳光伏电池、地热，等等），但是美国未能利用局部能量采集（即替代能源或者再生能源）的大量使用。于2009年9月，根据美国能源部，替代能源占低于美国使用的能量的1%。为了利用局部能量采集，建筑必须具有能够感测不同类型的能量的可用性并且将该能量运输到需要位置的系统。

为了使该装置有成本效益，其必须被足够廉价地制造，从而与常规的HVAC系统相比，其费用能够被负担得起。另外，为了使替代能源设备负担得起，其必须具有比试图使用的间歇性能源（例如，日落、人离开建筑、灯被关闭，等等）更长的操作范围（即，使用能量储存）。这种间歇可用性可以通过储存热能被延伸，并且这转而增加了在能量采集设备中进行的投资的回报。

因此，将能源感测、采集、储存、运输及控制设计为能够将众多来源与众多用途连接的单个系统，这样能够高效应用替代能源并且增加在所需设备中进行的投资的回报，以使其负担得起HVAC设备的当前市场成本阈值。

地热热泵/热量交换器成本及一些问题

典型的地热热泵热量交换器涉及多种配置，包括垂直闭合循环、水平闭合循环、“紧身（slinky）”循环、池塘循环（pond loop）、热桩，等等，但是一般在应用于系统时，这些配置具有以下特征：

1．应用单一的流体回路（例如，垂直循环不与水平循环结合）

2.在单一的流体回路中的流体以恒温被混合和传递到全部加热/冷却装置。这是在颁布给Ross的美国专利第7,571,762号和第7,407,003号之中的情况，在这两项专利中的装置歧管均使所有的地热孔一起混合流体。由于流体和终端热量传递装置之间的温度差的减少，导致这种温度的混合削弱了其传递热量的能力。温度差越大，热量传递就越大，并且相反地，温度差越小，热量传递就越小。