CN101892799A - 具有外空气水循环被动式冷却的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种具有外空气水循环被动式冷却的方法及装置，该方法按下述方法进行：室内区域外的空气经过蒸发制冷装置后被排出室内区域，蒸发制冷装置的冷水端送出的冷水经过具有外空气水循环被动式冷却的装置的水吸热装置后由蒸发制冷装置的回水端回到蒸发制冷装置。本发明可以应用在空调系统中有空气送风系统的场所，或者是没有空气送风的系统，在通过窗户集成式被动冷却系统大幅降低窗户得热这一建筑能耗的薄弱环节的同时，有效减低了室内空调的负荷，使得送风量减低，机组外形尺寸减小，风管截面积减小，易于和建筑空间配合，成本较低。特别是适用于居住、办公类建筑房间的空气调节。

Description

具有外空气水循环被动式冷却的方法及装置

所属技术领域

本发明涉及暖通空调技术领域，是一种具有外空气水循环被动式冷却的方法及装置，适用于各类居住、公共建筑及工业建筑中，以有效减少房间透光性围护结构的太阳辐射得热量。

技术背景

中国2005年颁布实施的《公共建筑节能设计标准》中指出：中国建筑用能已经超过全国能源消费总量的1/4，并将随着人民生活水平的提高逐步增加到1/3以上，而在建筑用能中，暖通空调的能耗又占到了27.4%左右，因此大力倡导暖通空调节能，对于建设资源节约型、环境友好型的低碳型社会有着至关重要的作用。

空调设备夏季承担的冷负荷主要由空调房间的冷负荷、机组本身产热需要消除的冷负荷及新风负荷三部分构成。按照不同的地区，不同的气象条件，不同的设备条件，及围护结构的不同，三部分所占的冷负荷比例有所不同，但空调房间的得热形成的冷负荷为主要权重部分，必须引起充分的重视。而房间的总冷负荷由以下部分构成：1、人员、室内电器设备的散热散湿量；2、窗户的太阳辐射得热形成的冷负荷；3、围护墙体、屋面等通过导热、对流形成的冷负荷；4、空调区域外的空气通过门窗渗透形成的冷负荷。

根据相关资料，在建筑围护结构中，门窗的能耗约为墙体的4倍、屋面的5倍、地面的20多倍，约占建筑围护结构总能耗的40％至50％。因此，增强门窗的保温隔热性能，减少门窗能耗，是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的重要环节。

对于建筑室内环境来说, 太阳辐射热是十分重要的的外扰，在围护结构中，外窗对空调冷负荷有明显的影响。由于玻璃的传热系数远大于墙体和屋顶等非透明围护结构，其形成的空调冷负荷所占比例要大得多，据统计，通过窗流失的热量占建筑能耗的46％，透过玻璃的日射得热冷负荷约占空调冷负荷的20%至30%。必须引起充分的重视。另据有关研究，全球居住建筑以及非居住建筑冷负荷的一半为太阳辐射得热负荷，其中通过窗户的太阳辐射得热又占绝大部分。

因此，窗是建筑节能的薄弱环节，是建筑能耗的黑洞，是控制建筑能耗的主要方向。

透过大气层到达地面的太阳辐射中包括直射辐射和散射辐射，而建筑围护结构外表面从空中所接受的散射辐射包括三项，即天空散射辐射，地面反射辐射和大气长波辐射。通常情况下（入射角＜60°）太阳光照射到普通玻璃表面后，7.3%的能量被反射，不会成为房间的得热；79%直接透过玻璃直接进入室内，全部成为房间的热量；还有13.7%则被玻璃吸收，而使玻璃温度提高。被吸收的这部分能量中，4.9%又将以长波热辐射和对流的方式传至室内，而余下的8.8%同样以长波热辐射和对流的方式散至室外，不会成为房间的得热。因此玻璃的反射率越高，透过率和吸收率越低，太阳得热量就越少。

为了有效遮挡太阳辐射，减少夏季空调负荷，采用遮阳设施是目前常用的手段，按照设置位置的不同，可分为外遮阳设施、内遮阳设施，或者是介于外遮阳设施、内遮阳设施之间的，将百叶安装在两层玻璃之间的方式，称之为双层皮幕墙。

透过玻璃窗进入室内的日射得热系由透过窗玻璃直接进人室内的日射(简称透射日射)和窗玻璃吸收日射后以对统和辐射方式再传人室内的热量(简称吸收再放热)这两部分组成。

内遮阳设施可以反射掉部分太阳辐射，但向外反射的一部分又会被玻璃反射回来，使得反射作用减弱。内遮阳只是暂时将太阳辐射热隔绝在内遮阳以外，但这些辐射热量除部分被反射的室外，大部分被遮阳帘和玻璃吸收后通过辐射、对流等方式重新进入室内，全部成为室内得热，并没有从根本上降低室内的空调负荷；

外遮阳设施的作用要好于内遮阳设施，但外遮阳设施由于外遮阳常年暴露在恶劣的外界环境中，要承受长期日晒雨淋和变化无常的风荷载，容易损坏，在外界大气环境中污染后降低其反射太阳光线的能力，不易清洗；影响建筑的造型，不美观；一些不当的遮阳措施既达不到有效的隔热，还会给居住生活带来更多的不便。

双层皮窗户幕墙结合内、外遮阳的特点，采用将百叶设置在两层玻璃之间，尽管消除了外遮阳设施的部分缺点，但由于百叶吸热后升温会加热玻璃间层的空气，其中部分热量会向室内传导而降低了其隔热能力，目前有技术是在玻璃间层采取通风措施，通过自然通风或机械通风把玻璃间层的热量排到室外，这样就可以使得其遮阳隔热作用更接近于外遮阳设施。其存在的缺点主要在于两层玻璃间空气层厚度通常较小，导致空气流量有限，降温效果有限。其次是夹层百叶仍然存在被来流空气污染的问题，且污染后的清洁甚至比外遮阳设施更为困难。另外其次整体制作成本较高，与建筑的配合存在困难，随着使用时间的不同，太阳高度角的不同，百叶的开启角度需要电动调节机构，增加其初投资成本和维护保养的成本。

因此，从控制稳定的室内空气环境，对建筑形式和围护结构来说，全面掌控一定要求围护结构对建筑实现室内外的全面隔绝，无论是自然采光、空气渗透还是热传递。室内外的彻底隔绝才可以对室内各物理参数进行有效的调控，相对来说，所需要的能源消耗也就越少，越节能。然而从环境的改善出发，首先要追求自然采光、自然通风、甚至对围护结构的传热性能来说，有些地域从气候特点出发有时也希望围护结构成为连接室内外的“能量传输通道”，这样的两种理念就会追求完全不同的建筑形式和围护结构形式。

综上所述，窗户是建筑节能的薄弱环节，造成的室内冷热负荷增大的主要因素，但是，一直以来还未见到既能满足室内空气调节的需要又能大幅度减少能耗且成本低的方法及其装置的报道。

发明内容

本发明提供了一种具有外空气水循环被动式冷却的方法及装置，其克服了现有技术之不足，有效解决了由于窗户等透光性围护结构因太阳辐射得热量高而造成的室内区域温度高的问题，其能有效地大幅度减少窗户等透光性围护结构造成的室内区域温度的升高且成本较低，易与建筑物配合。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种具有外空气水循环被动式冷却的方法，其按下述方法进行：室内区域外的空气经过蒸发制冷装置后被排出室内区域，蒸发制冷装置的冷水端送出的冷水经过具有外空气水循环被动式冷却的装置的水吸热装置后由蒸发制冷装置的回水端回到蒸发制冷装置；其中，具有外空气水循环被动式冷却的装置包括内遮阳设施和透光性围护结构，内遮阳设施自身或/和透光性围护结构上有水吸热装置；内遮阳设施采用透光或非透光的材料制成；室内区域是由透光性围护结构与其它围护结构所构成的室内空间。。

下面对上述技术方案之一作进一步的优化或/和选择：

上述水吸热装置为在内遮阳设施的水冷空腔的内壁上有不少于一层的开式湿帘水膜装置，该开式湿帘水膜装置包括喷头和接水槽，蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给喷头，从喷头出来的水形成湿帘水膜并落入接水槽内，接水槽内的水流回蒸发制冷装置的进水管。

上述水吸热装置为在内遮阳设施的水冷空腔的内壁上有不少于一层的闭式水冷装置，蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给闭式水冷装置的进水管，闭式水冷装置的水吸热后经过出水管流回蒸发制冷装置的进水管。

上述蒸发制冷装置置于室内区域内或室内区域外；室内区域外的空气经过进风管进入蒸发制冷装置进行热量交换后被从出风管排至室内区域外。

上述蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给水吸热装置的进水管，水吸热装置的水经过出水管流回蒸发制冷装置的进水管；蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给室内显冷末端的进水管，室内显冷末端的水吸热后经过其出水管流回蒸发制冷装置的进水管。

上述蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给室内显冷末端的进水管，室内显冷末端的水吸热后给水吸热装置的进水管，水吸热装置的水经过出水管流回蒸发制冷装置的进水管。

上述蒸发制冷装置处理后的空气中有一股空气送入室内区域内。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种具有外空气水循环被动式冷却的装置，其包括室内区域、蒸发制冷装置；还包括内遮阳设施和透光性围护结构，内遮阳设施自身或/和透光性围护结构上有水吸热装置；内遮阳设施采用透光或非透光的材料制成；室内区域是由透光性围护结构与其它围护结构所构成的室内空间；蒸发制冷装置的冷水出水口与水吸热装置的冷水进水口通过进水管连通并串接有水泵，蒸发制冷装置的回水进水口与水吸热装置的出水口通过出水管连通。

下面对上述技术方案之二作进一步的优化或/和选择：

上述水吸热装置为在内遮阳设施的水冷空腔的内壁上有不少于一层的开式湿帘水膜装置，该开式湿帘水膜装置包括喷头和接水槽，蒸发制冷装置的冷水出水口与喷头通过进水管连通并串接有水泵，蒸发制冷装置的回水进水口与喷头下方的接水槽内的出水口通过出水管连通。

上述水吸热装置为在内遮阳设施的水冷空腔的内壁上有不少于一层的闭式水冷装置，蒸发制冷装置的冷水出水口与闭式水冷装置的进水管相连通并串接有水泵，闭式水冷装置的出水管与蒸发制冷装置的回水管相连通。

上述蒸发制冷装置置于室内区域内或室内区域外；蒸发制冷装置的进风口和出风口分别与室内区域外相通。

上述蒸发制冷装置的冷水出水管与水吸热装置的进水管相通且串接有水泵，水吸热装置的出水管与蒸发制冷装置的进水管相通；蒸发制冷装置的冷水出水管与室内显冷末端的进水管相通且串接有水泵，室内显冷末端的出水管与蒸发制冷装置的进水管相通。

上述蒸发制冷装置的冷水出水管与室内显冷末端的进水管相通且串接有水泵，室内显冷末端的出水管与水吸热装置的进水管相通，水吸热装置的出水管与蒸发制冷装置的进水管相通。

上述蒸发制冷装置的送风口与室内区域内相通。

本发明可以适用于各类居住、公共建筑及工业建筑中，以被动冷却的方式大幅吸收透光性围护结构的太阳辐射得热量，从而有效减低了室内的得热负荷，易于和建筑空间配合，成本较低。特别的是其在干热地区应用,其目的在于干空气能的高效梯度应用，有效降低窗户等透光性围护结构的得热负荷，实现能量更有效的梯级配置。在通过本发明具有外被动式冷却的方法及其装置大幅降低窗户得热这一建筑能耗的薄弱环节，由于构建了室内外气流热交换的顺畅通道，实现了室内区域外的空气和室内排风气流交换的建筑呼吸系统，室内空气品质好。特别地在干空气能蒸发制冷技术应用领域，使得其在家庭居住建筑的应用实现了突破性的进展。

本发明的综合效果为：

1.本发明适用于各类居住、公共建筑及工业建筑中，其特有的被动式冷却集成装置在夏季有效的降低了房间的冷负荷，在冬季又可以形成保温空气夹层起到隔热的作用从而有效的降低房间的热负荷。

2.本发明由于室内负荷的降低使得整个暖通空调系统减小，其中包括暖通空调系统中的所有设备和用材，不仅可以在建筑上更容易配合，而且也为用户带来了更大的经济性，成本较低。

3.本发明构建了室内外联系的通道，有效的解决了暖通空调系统中的排风无序的问题，使得室内外的气流更加顺畅。

4.本发明使得蒸发制冷空调技术在住宅建筑等民用建筑的大规模应用有了现实的基础。

5.本发明拓展了蒸发制冷空调适用的区域，不仅仅在干热地区使用，更可以在湿热地区得到很好的应用。

附图说明

附图1为本发明的实施例1的方法及其装置的示意图。

附图2为本发明的实施例2的方法及其装置的示意图。

附图3为本发明的实施例3的方法及其装置的示意图。

附图4为本发明的实施例4的方法及其装置的示意图。

附图5为本发明的实施例5的方法及其装置的示意图。

附图6为本发明的实施例6的方法及其装置的示意图。

附图7为本发明的实施例7的方法及其装置的示意图。

附图8为本发明的实施例8的方法及其装置的示意图。

附图中的编码分别为：1为室内区域外的空气；2为排风管路；3为室内区域外的排风；4为内遮阳设施；5为表面式空气换热器；6为一级填料；7为二级填料；8为排风机；9为一级水泵；10为室内显热末端；11为二级水泵；12为闭式水冷装置。B为室内区域；C为具有外被动式冷却装置。a为蒸发制冷装置。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据上述本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例对本发明作进一步论述：

实施例1：

如附图1所示，该具有外空气水循环被动式冷却的装置包括室内区域B 、蒸发制冷装置a、具有外空气水循环被动式冷却的装置C；具有外空气水循环被动式冷却的装置C包括包括内遮阳设施4和透光性围护结构，内遮阳设施4自身或/和透光性围护结构上有水吸热装置；内遮阳设施采用透光或非透光的材料制成；室内区域B是由透光性围护结构与其它围护结构所构成的室内空间；蒸发制冷装置a的冷水出水口与水吸热装置的冷水进水口通过进水管连通，并在进水管上串接有水泵，蒸发制冷装置a的回水进水口与水吸热装置的出水口通过出水管连通。

实施例2

如附图1和2所示，实施例2与实施例1的不同之处在于：如附图2所示，实施例2的蒸发制冷装置a采用二级蒸发制冷装置；其中一级的蒸发制冷装置的冷水出水口与水吸热装置的进水口通过进水管相连通，在进水管上串接有水泵，水吸热装置的出水口经过出水管与该级的蒸发制冷装置a的进水管相连通；其中另一级的蒸发制冷装置的冷水出水口与室内区域内的显冷末端的进水口通过进水管相连通，室内区域的显冷末端的出水口经过出水管与蒸发制冷装置的进水管相连通。

实施例2的具有外空气水循环被动式冷却的方法按下述方法进行：室内区域外的空气1经过蒸发制冷装置a的表面式空气换热器5冷却处理后，干球温度和湿球温度得到一定程度的降低后，依次经过一级填料6、二级填料7并与填料中的淋水（回水）发生热湿交换后，吸收回水中热量后由排风机8和排风管道2作为室内区域外的排风3直接排出室内区域B。一级水箱输出的载冷介质低温冷水由一级水泵9通过水管输送到室内显冷末端10，和室内发生显热交换，提供显冷量。室内显冷末端10的回水先回到蒸发制冷装置a的表面式空气换热器5再回到一级填料的喷排处，形成一个水循环。二级水箱输出的载冷介质高温冷水由二级水泵11通过水管输送到具有外空气水循环被动式冷却的装置C中的开式湿帘水膜装置或闭式水冷装置中同时消除窗户附近大量的显热得热负荷，闭式水冷装置的回水回到二级填料的喷排处形成第二个水循环。

实施例3

如附图1至3所示，实施例3与实施例1和2的不同之处在于：实施例3的水吸热装置为在内遮阳设施的水冷空腔的内壁上有不少于一层的开式湿帘水膜装置，附图3所示为单层的，该开式湿帘水膜装置包括喷头和接水槽，蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给喷头，从喷头出来的水形成湿帘水膜并落入接水槽内，接水槽内的水流回蒸发制冷装置的进水管。

实施例4

如附图3至4所示，实施例4与实施例3的不同之处在于：如附图4所示，实施例4的开式湿帘水膜装置为双单层的。

实施例5

如附图1至4所示，实施例5与实施例1和4的不同之处在于：实施例3的水吸热装置为在内遮阳设施的水冷空腔的内壁上有不少于一层的闭式水冷装置，如附图5所示为单层的，蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给闭式水冷装置的进水管，闭式水冷装置的水吸热后经过出水管流回蒸发制冷装置的进水管。

实施例6

如附图5至6所示，实施例6与实施例5的不同之处在于：如附图6所示，实施例6的闭式水冷装置为双单层的。

实施例7

如附图1至7所示，实施例7与实施例1至实施例6的不同之处在于：如附图7所示，实施例7的蒸发制冷装置处理后的空气中有一股空气送入室内区域内。

实施例8

如附图7至8所示，实施例8与实施例1至实施例6的不同之处在于：如附图8所示，实施例8室内区域外的空气1经过蒸发制冷装置A的表面式空气换热器5冷却处理后，干球温度和湿球温度得到一定程度的降低后，其中有一股被处理后的空气再经过直接蒸发制冷装置处理后送入室内区域内。另外一股处理过的空气依次经过一级填料6、二级填料7并与填料中的淋水（回水）发生热湿交换后，吸收回水中热量后由排风机8和排风管道2作为室内区域外的排风3直接排出室内区域B。一级水箱输出的载冷介质低温冷水由一级水泵9通过水管输送到室内显冷末端10，和室内发生显热交换，提供显冷量。室内显冷末端10的回水先回到蒸发制冷装置A的表面式空气换热器5再回到一级填料的喷排处，形成一个水循环。二级水箱输出的载冷介质高温冷水由二级水泵11通过水管输送到具有外空气水循环被动式冷却的装置C中的开式湿帘水膜装置或闭式水冷装置中同时消除窗户附近大量的显热得热负荷，闭式水冷装置的回水回到二级填料的喷排处形成第二个水循环。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (19)

1.一种具有外空气水循环被动式冷却的方法，其特征在于按下述方法进行：室内区域外的空气经过蒸发制冷装置后被排出室内区域，蒸发制冷装置的冷水端送出的冷水经过具有外空气水循环被动式冷却的装置的水吸热装置后由蒸发制冷装置的回水端回到蒸发制冷装置；其中，具有外空气水循环被动式冷却的装置包括内遮阳设施和透光性围护结构，内遮阳设施自身或/和透光性围护结构上有水吸热装置；内遮阳设施采用透光或非透光的材料制成；室内区域是由透光性围护结构与其它围护结构所构成的室内空间。

2.根据权利要求1所述的具有外空气水循环被动式冷却的方法，其特征在于水吸热装置为在内遮阳设施的水冷空腔的内壁上有不少于一层的开式湿帘水膜装置，该开式湿帘水膜装置包括喷头和接水槽，蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给喷头，从喷头出来的水形成湿帘水膜并落入接水槽内，接水槽内的水流回蒸发制冷装置的进水管。

3.根据权利要求1所述的具有外空气水循环被动式冷却的方法，其特征在于水吸热装置为在内遮阳设施的水冷空腔的内壁上有不少于一层的闭式水冷装置，蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给闭式水冷装置的进水管，闭式水冷装置的水吸热后经过出水管流回蒸发制冷装置的进水管。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有外空气水循环被动式冷却的方法，其特征在于蒸发制冷装置置于室内区域内或室内区域外；室内区域外的空气经过进风管进入蒸发制冷装置进行热量交换后被从出风管排至室内区域外。

5.根据权利要求4所述的具有外空气水循环被动式冷却的方法，其特征在于蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给水吸热装置的进水管，水吸热装置的水经过出水管流回蒸发制冷装置的进水管；蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给室内显冷末端的进水管，室内显冷末端的水吸热后经过其出水管流回蒸发制冷装置的进水管。

6.根据权利要求4所述的具有外空气水循环被动式冷却的方法，其特征在于蒸发制冷装置的冷水经过水泵和水管送给室内显冷末端的进水管，室内显冷末端的水吸热后给水吸热装置的进水管，水吸热装置的水经过出水管流回蒸发制冷装置的进水管。

7.根据权利要求1或2或3所述的具有外空气水循环被动式冷却的方法，其特征在于蒸发制冷装置处理后的空气中有一股空气送入室内区域内。

8.根据权利要求5所述的具有外空气水循环被动式冷却的方法，其特征在于蒸发制冷装置处理后的空气中有一股空气送入室内区域内。

9.根据权利要求6所述的具有外空气水循环被动式冷却的方法，其特征在于蒸发制冷装置处理后的空气中有一股空气送入室内区域内。

10.一种具有外空气水循环被动式冷却的装置，其特征在于包括室内区域、蒸发制冷装置；还包括内遮阳设施和透光性围护结构，内遮阳设施自身或/和透光性围护结构上有水吸热装置；内遮阳设施采用透光或非透光的材料制成；室内区域是由透光性围护结构与其它围护结构所构成的室内空间；蒸发制冷装置的冷水出水口与水吸热装置的冷水进水口通过进水管连通并串接有水泵，蒸发制冷装置的回水进水口与水吸热装置的出水口通过出水管连通。

11.根据权利要求10所述的具有外空气水循环被动式冷却的装置，其特征在于水吸热装置为在内遮阳设施的水冷空腔的内壁上有不少于一层的开式湿帘水膜装置，该开式湿帘水膜装置包括喷头和接水槽，蒸发制冷装置的冷水出水口与喷头通过进水管连通并串接有水泵，蒸发制冷装置的回水进水口与喷头下方的接水槽内的出水口通过出水管连通。

12.根据权利要求10所述的具有外空气水循环被动式冷却的装置，其特征在于水吸热装置为在内遮阳设施的水冷空腔的内壁上有不少于一层的闭式水冷装置，蒸发制冷装置的冷水出水口与闭式水冷装置的进水管相连通并串接有水泵，闭式水冷装置的出水管与蒸发制冷装置的回水管相连通。

13.根据权利要求10或11或12所述的具有外空气水循环被动式冷却的装置，其特征在于蒸发制冷装置置于室内区域内或室内区域外；蒸发制冷装置的进风口和出风口分别与室内区域外相通。

14.根据权利要求13所述的具有外空气水循环被动式冷却的装置，其特征在于蒸发制冷装置的冷水出水管与水吸热装置的进水管相通且串接有水泵，水吸热装置的出水管与蒸发制冷装置的进水管相通；蒸发制冷装置的冷水出水管与室内显冷末端的进水管相通且串接有水泵，室内显冷末端的出水管与蒸发制冷装置的进水管相通。

15.根据权利要求13所述的具有外空气水循环被动式冷却的装置，其特征在于蒸发制冷装置的冷水出水管与室内显冷末端的进水管相通且串接有水泵，室内显冷末端的出水管与水吸热装置的进水管相通，水吸热装置的出水管与蒸发制冷装置的进水管相通。

16.根据权利要求10或11或12所述的具有外空气水循环被动式冷却的装置，其特征在于蒸发制冷装置的送风口与室内区域内相通。

17.根据权利要求13所述的具有外空气水循环被动式冷却的装置，其特征在于蒸发制冷装置的送风口与室内区域内相通。

18.根据权利要求14所述的具有外空气水循环被动式冷却的装置，其特征在于蒸发制冷装置的送风口与室内区域内相通。

19.根据权利要求15所述的具有外空气水循环被动式冷却的装置，其特征在于蒸发制冷装置的送风口与室内区域内相通。

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