CN106642440B - 一种主动防凝露型辐射供冷结构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主动防凝露型辐射供冷结构，其特征在于：所述的辐射供冷结构包括设在底部的辐射面板和顶部的保温层，保温层与辐射面板之间设有辐射盘管，辐射盘管与辐射面板之间设有加热层，辐射盘管均匀盘设于保温层与加热层之间，辐射盘管的一端设有冷媒进管，另一端设有冷媒出管。加热层采用电加热方式，电加热具有加热响应速度快，加热功率可控可调的优点。通过对辐射供冷结构增设加热层并对其进行控制，实现辐射供冷结构对室内空气湿度变化的主动适应，能及时调整辐射面的温度以避免结露现象的发生，从而保证辐射供冷结构的安全可靠的运行。

Description

一种主动防凝露型辐射供冷结构及其使用方法

技术领域

本发明涉及空调的技术领域，具体地说是一种用于空调的主动防凝露型辐射供冷结构及其使用方法。

背景技术

现在，家庭已普遍使用空调，给千家万户带来了凉爽和温暖。但目前的空调室内机基本都存在风速较大，人体受风感过强的情况，容易出现着凉、头疼等情况。主要原因在于目前的空调室内机基本都通过空调室内机的风机强制室内空气通过室内机换热面实现换热并实现室内空气强制对流。这种处理方法的优点是换热能力大，室内降温或升温的速度快，但缺点是风速大，室内空气场不均匀，在较小空间范围内人体舒适性不足。

采用辐射换热为主的空调室内机包括供冷供暖顶棚、墙面或地板容易使室内空气场均匀，并且由于通过辐射加自然对流的方式换热，人体舒适性较高且能源利用效率较高，但缺点是在供冷辐射过程中，冷辐射面的表面温度容易低于空气中的露点温度，容易发生凝露现象，辐射面凝露的问题也是限制空调采用辐射换热方式的主要问题。

为防止凝露，需要控制室内空气的相对湿度，同时控制冷辐射面的表面温度高于室内空气的露点温度。在实际应用过程中，由于类似开窗、开门等动作很难避免，会导致室内整体或局部的空气湿度在短时间内大幅波动甚至达到饱和湿度，因此采用辐射换热的房间较难避免出现辐射面凝露现象。

市场需要一种能够有效解决供冷辐射面凝露问题的辐射供冷系统。实现房间内更加适宜的环境，应用于客厅、卧室、办公室等人体舒适度要求较高的场所，满足人们追求舒适及健康的要求，同时实现节能降耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的主动防凝露型辐射供冷结构及其使用方法，它可克服现有技术中的一些不足。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种主动防凝露型辐射供冷结构，其特征在于：所述的辐射供冷结构包括设在底部的辐射面板和顶部的保温层，保温层与辐射面板之间设有辐射盘管，辐射盘管与辐射面板之间设有加热层，辐射盘管均匀盘设于保温层与加热层之间，辐射盘管的一端设有冷媒进管，另一端设有冷媒出管；

所述的保温层、辐射盘管、加热层和辐射面板之间互相贴合。

进一步的，辐射面板与加热层之间设有一导热板，导热板与加热板互相贴合，导热板采用金属板材制成；

采用硬质保温层，保温层内设有与辐射盘管的管体尺寸相配合的管槽，所述的辐射盘管的上侧面嵌设于管槽内；

采用软质保温层，保温层直接贴覆于辐射盘管表面，并将辐射盘管的上表面完全包裹。

本发明还提供一种主动防凝露型辐射供冷结构的使用方法，其特征在于：所述主动防凝露型辐射供冷结构在供冷过程中有供冷模式、保护模式、待机模式三种运行模式；

模块处于供冷模式时，辐射盘管内低温冷媒正常流动，加热层处于断电状态；

模块处于保护模式时，辐射盘管内低温冷媒停止流动，加热层通电加热；

模块处于待机模式时，辐射盘管内低温冷媒停止流动，加热层处于断电状态。

本发明的核心在于对辐射供冷结构增加一层加热层，加热层采用电加热方式，电加热具有加热响应速度快，加热功率可控可调的优点。加热层导热性较好并可在整个加热层面上均衡发热的功能。通过对辐射供冷结构增设加热层并对其进行控制，实现辐射供冷结构对室内空气湿度变化的主动适应，能及时调整辐射面的温度以避免结露现象的发生，从而保证辐射供冷结构的安全可靠的运行。

同时，本发明能大幅拓宽辐射供冷供热的应用范围，从而有利于辐射供冷供热技术的推广，满足人们对高品质室内空气调节的需求以及使空调节能降耗的目标。同时由于供冷空调末端采用模块化的设计，便于产品的生产、工程安装、室内装修以及维护保养。

附图说明

图1为本发明第一实施例的结构示意图。

图2为图1中辐射供冷模块的A-A向剖视图。

图3为本发明第二实施例中的辐射供冷模块的仰视图。

图4为图3中辐射供冷模块的A-A向剖视图。

图5为本发明第三实施例中的辐射供冷模块的仰视图。

图6为图5中辐射供冷模块的A-A向剖视图。

图7为本发明第四实施例中的辐射供冷模块的剖视图。

图8为图7的局部放大示意图。

图9为本发明第四实施例中的金属板示意图。

图10为本发明第五实施例中的辐射供冷模块的仰视图。

图11为图10中辐射供冷模块的A-A向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

拟改为各附图的标号表示如下：

1辐射面板、2保温层、3辐射盘管、4加热层、5冷媒进管、6冷媒出管、7导热板、8管槽、9金属板、10圆弧形凹槽、11毛细管席。）

本发明所述的一种主动防凝露型辐射供冷结构，其与现有技术的区别在于：所述的辐射供冷结构包括设在底部的辐射面板和顶部的保温层，保温层与辐射面板之间设有辐射盘管，辐射盘管与辐射面板之间设有加热层，辐射盘管均匀盘设于保温层与加热层之间，辐射盘管的一端设有冷媒进管，另一端设有冷媒出管；所述的保温层、辐射盘管、加热层和辐射面板之间互相贴合，以增加传热效果。所述的辐射供冷结构设有一控制装置，所述的控制装置连接露点传感器或温湿度传感器，该露点传感器或温湿度传感器可以安装于辐射供冷结构中，也可以单独安装于室内任何位置中，通过控制装置对辐射供冷结构的加热层进行控制，使主动防凝露型辐射供冷结构通过露点传感器或温湿度传感器检测室内湿度并依据室内湿度控制加热层的启停运行。所述加热层采用电加热方式，采用硅胶发热片、云母发热片、碳晶发热片或聚酯发热片。

辐射面板与加热层之间可设有一导热板，导热板与加热板互相贴合，导热板采用金属板材制成；保温层内设有与辐射盘管的管体尺寸相配合的管槽，所述的辐射盘管的上侧面嵌设于管槽内。其中，所述辐射面板的材质可以是防水石膏板，厚度为3-12mm；导热板的材质为铝、铜等导热系数高的金属，厚度为0.05-0.15mm。

上述材质和厚度数值使得各层能有效传递辐射，使辐射盘管的冷量或热量有效的通过加热层和导热板均匀地传递给辐射面板，并通过辐射面板将冷量或热量有效的通过辐射和自然对流的方式传递给室内空间。

进一步的，如果加热层由整块的加热板构成的，则加热板设置于辐射盘管之下，辐射盘管与加热板贴合，加热板与辐射面板贴合，如果所述的加热层由分段式的条状加热板构成，相邻的辐射盘管的管体之间填设有一块条状加热板；辐射盘管与条状加热板和导热板直接贴合接触。

辐射盘管与保温层之间设有一金属板，所述的金属板上设有与辐射盘管的管体相配合的圆弧形凹槽，保温层的管槽半径大于圆弧形凹槽的半径，每一根圆弧形凹槽的位置与每一根管槽的位置一一对应，圆弧形凹槽的外壁与管槽紧密贴合，圆弧形凹槽的内壁则与辐射盘管的管体紧密贴合，使得热辐射传递更为迅速。

辐射盘管采用单根盘设或者双根甚至多根盘设的方式进行排列，管体在盘设过程中呈蛇形迂回盘折（参见图1、图3）或者沿某个特定的形状进行层层盘设，这个形状可以为圆形、椭圆形、三角形、四边形或者其他有规律的多边形。盘设过程中，相邻的管体之间保留一定的间隙，该间隙值为管体直径的1.5-10倍，这样能保证管体的辐射效应，同时保证管体与导热板之间的热辐射传递有效进行。

其核心在于对辐射供冷结构增加了一层加热层，加热层具有导电导热并可在整个加热层面上均衡发热的功能。当系统处于正常制冷运行时，加热层处于不通电的状态，加热层起到一个热量均衡的作用，使得辐射面板整体温度均衡，避免出现局部区域温度偏低容易导致结露的情况。当整个空调系统的温度和湿度传感器检测到面板附近的室内空气相对湿度出现上升并导致有可能发生面板结露的风险时，如面板附近空气相对湿度上升至饱和湿度，则系统停止辐射盘管内冷媒循环，并且对加热层通电，对辐射面板进行整体升温，同时阻隔辐射盘管继续传递冷量至辐射面板，直至辐射面板的温度上升至一个安全的区域并予以维持。一般情况下，对辐射面板升温至室内空气温度的水平即可保证面板不会出现凝露。

一种主动防凝露型辐射供冷结构的使用方法，其与现有技术的区别在于：所述主动防凝露型辐射供冷结构在供冷过程中有供冷模式、保护模式、待机模式三种运行模式；

模块处于供冷模式时，辐射盘管内低温冷媒正常流动，加热层处于断电状态；

模块处于保护模式时，辐射盘管内低温冷媒停止流动，加热层通电加热；

模块处于待机模式时，辐射盘管内低温冷媒停止流动，加热层处于断电状态。

其中，所述的辐射供冷结构包括设在底部的辐射面板和顶部的保温层，保温层与辐射面板之间设有辐射盘管，辐射盘管与辐射面板之间设有加热层，辐射盘管均匀盘设于保温层与加热层之间，辐射盘管的一端设有冷媒进管，另一端设有冷媒出管，辐射盘管内加通低温冷媒；所述的保温层、辐射盘管、加热层和辐射面板之间互相贴合。

实施例1

在本实施例中（参见图1、图2），辐射供冷结构包括辐射面板、导热板、加热层、辐射盘管和保温层，所述辐射面板与导热板之间，导热板与加热层之间，加热层与保温层之间均进行紧密粘贴并压实以形成一体式的所述辐射供冷结构，其中加热层与辐射盘管之间的接触面积，占到辐射盘管总表面积的1/4以上。对于硬质保温层而言，所述保温层依据辐射盘管的盘绕形状预先开模定制或压制出适合辐射盘管尺寸且保证辐射盘管与保温层和加热层之间精密贴合的管槽，辐射盘管和加热层之间的间隙可填充导热胶等增强换热的介质。对于软质的保温层而言，直接覆盖在辐射盘管表面，然后通过设置在保温层外的框架或者盖体结构，将保温层与辐射盘管及加热层之间压紧，使得保温层包裹辐射盘管的上表面。所述辐射供冷供热结构通过各层之间紧密粘贴或者采用框架结构或者采用增加密封压紧层的方式形成一个整体式的结构。

该一体式的所述辐射供冷结构可以通过保温层有效阻止和减小辐射盘管的冷量或热量散失，使辐射盘管的冷量或热量有效的通过加热层和导热板均匀地传递给辐射面板，并通过辐射面板将冷量或热量有效的通过辐射和自然对流的方式传递给室内空间。

所述辐射面板的材质可以是防水石膏板，厚度为3-12mm。

所述导热板的材质为铝、铜等导热系数高的金属，厚度为0.05-0.15mm。

所述加热层采用电加热方式。其具体形式可以为硅胶发热片、云母发热片、碳晶发热片、聚酯发热片等，工作电压可在5-220V之间选择，优选24V交流电源，发热量控制在1000W/m2以内。

所述辐射盘管的材质为铜管材质，直径为5-20mm；所述辐射盘管中的各个相邻两管的间距为30-100mm。管内冷媒流速不大于2m/s。

所述保温层采用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯板、岩棉保温板、酚醛保温板或以上的组合，防火等级为A级或B1级。

所述辐射供冷结构的整体尺寸控制在600*600-2400*2400mm²之间。

由于辐射面板的热阻大于导热板的热阻，辐射盘管的冷热量及加热层的热量可以首先分布在整个导热板的换热面上，然后导热板通过面传热的方式将热量传递给辐射面板，使得辐射面板的面温度场分布均匀，且传热速度加快，增加辐射供冷供热结构的总体换热效果。

该辐射供冷供热结构在供冷过程中可分为三种运行状态，分别为供冷模式、保护模式、待机模式。

当系统检测到室内有制冷需求且室内空气露点温度低于一定值时，模块处于供冷模式时，辐射盘管内低温冷媒正常流动，加热层处于断电状态，辐射盘管的冷量通过加热层和导热板传递至辐射面板，辐射面板的温度始终高于室内空气露点温度，由辐射面板通过辐射和自然对流的方式向室内空间传递冷量。

当系统检测到室内有制冷需求但室内空气露点温度大于等于辐射面板的温度，模块进入保护模式，辐射盘管内冷媒停止流动，加热层通电加热，加热层的热量传导至辐射盘管和辐射面板，使辐射面板温度回升至室内空气露点温度以上并予以维持。

当系统检测到室内有制冷需求，辐射面板温度正常且没有结露危险，但室内空气露点温度偏高导致辐射面板无法正常供冷，模块进入待机模式，辐射盘管内冷媒停止流动，加热层处于断电状态。

在实际工程应用中，同一个室内的多个辐射供冷供热结构可以依据实际情况实行分区控制，每个区域单独检测室内空气露点温度并对区域内的辐射供冷供热结构统一控制。

实施例2

图3和图4为应用本发明的实施例2的示意图。在本实施例中，辐射供冷结构包括辐射面板、导热板、加热层、辐射盘管和保温层。实施例2与实施例1不同的地方在于辐射盘管的实现形式不同，冷媒进口总管连接多个冷媒支管的进口，多个冷媒支管的出口汇总至冷媒出口总管，这种分流方法有利于整个辐射面板上的温度均匀。

实施例2与实施例1另一个不同的地方在于加热层不作为单独的一层将辐射盘管和导热板隔开，而是结合辐射盘管的分布方式间隔的布置在辐射盘管的周围。对于硬质保温层而言，保温板上同时开挖管槽和加热板放置槽，其中管槽与加热板放置槽间隔设置，所述的辐射盘管放置于管槽内，条状的加热板放置于加热板放置槽内，辐射盘管与加热板同时与导热板相接触。对于软质保温层而言，不用开设任何槽，相邻的辐射盘管之间填设有条状的加热板，保温层直接覆盖与辐射盘管和条状加热板之上，进行紧密粘贴并压实以形成一体式的所述辐射供冷结构。这种方法由于辐射盘管和导热板可以直接接触，有利于传热，从而有利于提升模块的换热效率。

实施例3

图5和图6为应用本发明的实施例3的示意图。在本实施例中，辐射供冷结构包括辐射面板、加热层、辐射盘管和保温层。实施例3与实施例1不同的地方在于辐射盘管的实现形式不同，通过对辐射盘管盘绕形式的改变，使得冷媒进管和冷媒出管的位置接近，便于整个冷媒循环系统的管路布置，但相邻的管体之间必须留有必要的间隔。

实施例3与实施例1另一个不同的地方在于取消了导热板，加热层相对于辐射面板具有较小的热阻，加热层同时实现导热板的功能。在正常供冷供热状态下，由于辐射面板的热阻大于加热层的热阻，辐射盘管的冷热量及加热层的热量可以首先分布在整个加热层的换热面上，然后加热层通过面传热的方式将热量传递给辐射面板，使得辐射面板的面温度场分布均匀。这种方法由于取消了导热板，有利于传热，从而有利于提升模块的换热效率，同时也简化了生产工序。

实施例4

图7、图8和图9 为应用本发明的实施例4的示意图。在本实施例中，辐射供冷结构包括辐射面板、导热板、加热层、辐射盘管、金属板和保温层。实施例4与实施例1不同的地方在于在加热层和辐射盘管与保温层之间增加了一个金属板。图8为放大区域的示意图。图9为金属板的示意图，金属板的管槽部分与辐射盘管紧密贴合，平面部分与加热层紧密贴合，有利于将辐射盘管的冷量或热量通过加热层和导热板最快速的扩散至辐射面板，增强了整个辐射供冷结构的换热能力。

实施例5

图10和图11为应用本发明的实施例5的示意图。在本实施例中，辐射供冷结构中的辐射盘管采用毛细管席的方式实现，毛细管席包括冷媒进管、冷媒出管和若干U型毛细管构成，每个U型毛细管的一端都与冷媒进管相连通，每个U型毛细管的另一端都与冷媒出管相连通。为对毛细管席的结构进行固定，可以设置多个固定条将U型毛细管固定。U型毛细管之间的间距为10-30mm，U型毛细管的材质为无规共聚聚丙烯，直径为3-10mm。采用毛细管席作为辐射盘管具有换热均匀、水力损失小、换热面积大等优点。

在本实施例中，取消导热板，导热板的作用由加热层实现。保温层和加热层从上下两个方向将毛细管席固定并予以紧密贴合，以促使毛细管席的冷量或热量最大程度地向加热层方向传递。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种主动防凝露型辐射供冷结构，其特征在于：所述的辐射供冷结构包括设在底部的辐射面板和顶部的保温层，保温层与辐射面板之间设有辐射盘管，辐射盘管与辐射面板之间设有加热层，辐射盘管均匀盘设于保温层与加热层之间，辐射盘管的一端设有冷媒进管，另一端设有冷媒出管；

所述的保温层、辐射盘管、加热层和辐射面板之间互相贴合；

辐射面板与加热层之间设有一导热板，导热板与加热板互相贴合，导热板采用金属板材制成；辐射面板的材质是防水石膏板，厚度为3-12mm；

采用硬质保温层，保温层内设有与辐射盘管的管体尺寸相配合的管槽，所述的辐射盘管的上侧面嵌设于管槽内；

或者采用软质保温层，保温层直接贴覆于辐射盘管表面，并将辐射盘管的上表面完全包裹；

所述的加热层由分段式的条状加热板构成，相邻的辐射盘管的管体之间填设有一块条状加热板；辐射盘管与条状加热板与导热板直接贴合接触；加热层与辐射盘管之间的接触面积，占到辐射盘管总表面积的1/4以上；

辐射盘管采用毛细管席，毛细管席包括冷媒进管、冷媒出管和若干U型毛细管构成，每个U型毛细管的一端都与冷媒进管相连通，每个U型毛细管的另一端都与冷媒出管相连通；U型毛细管之间的间距为10-30mm，U型毛细管的材质为无规共聚聚丙烯，直径为3-10mm；

或者辐射盘管采用单根盘设或者双根甚至多根盘设的方式进行排列，管体在盘设过程中呈蛇形迂回盘折或者沿某个特定的形状进行层层盘设，这个形状为圆形、椭圆形、三角形、四边形或者其他有规律的多边形，盘设过程中，相邻的管体之间保留一定的间隙，该间隙值为管体直径的1.5-10倍；

所述的辐射供冷结构设有一控制装置，所述的控制装置连接露点传感器或温湿度传感器；辐射盘管与保温层之间设有一金属板，所述的金属板上设有与辐射盘管的管体相配合的圆弧形凹槽，保温层的管槽半径与圆弧形凹槽的半径相配合，每一根圆弧形凹槽的位置与每一根管槽的位置一一对应；所述加热层采用电加热方式，采用硅胶发热片、云母发热片、碳晶发热片或聚酯发热片。

2.根据权利要求1所述的一种主动防凝露型辐射供冷结构的使用方法，其特征在于：所述主动防凝露型辐射供冷结构在供冷过程中有供冷模式、保护模式、待机模式三种运行模式；

模块处于供冷模式时，辐射盘管内低温冷媒正常流动，加热层处于断电状态；

模块处于保护模式时，辐射盘管内低温冷媒停止流动，加热层通电加热；

模块处于待机模式时，辐射盘管内低温冷媒停止流动，加热层处于断电状态。

3.根据权利要求2所述的一种主动防凝露型辐射供冷结构的使用方法，其特征在于：所述的辐射供冷结构包括设在底部的辐射面板和顶部的保温层，保温层与辐射面板之间设有辐射盘管，辐射盘管与辐射面板之间设有加热层，辐射盘管均匀盘设于保温层与加热层之间，辐射盘管的一端设有冷媒进管，另一端设有冷媒出管，辐射盘管内加通低温冷媒；

所述的保温层、辐射盘管、加热层和辐射面板之间互相贴合。