CN108644946A - 一种基于辐射致冷的墙体降温节能装置及调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于辐射致冷的墙体降温节能装置及调节方法,属于辐射致冷的技术领域。该装置包括辐射致冷末端,腔体,蓄冷水箱,墙体,阀门和水泵。根据用户的致冷需求,通过控制阀门的开启与关闭,实现该装置水箱蓄冷模式,水箱供冷模式和辐射致冷直接供冷模式三种模式的单独或组合使用,对墙体进行降温。

Description

一种基于辐射致冷的墙体降温节能装置及调节方法
技术领域
本发明属于辐射致冷的技术领域,具体来说,涉及一种基于辐射致冷的墙体降温节能装置及调节方法。
背景技术
随着经济发展和人民生活水平的提高,人们对居住环境舒适性的要求越来越高,空调制冷技术随着各种新技术的不断应用而日益改进。但是,空调在为人们营造舒适环境的同时,也带来了能源问题与环境问题。空调能耗占建筑总能耗的50%以上,并且空调使用的制冷剂会造成臭氧层空洞,温室效应等问题。因此,提倡节能和环保的制冷技术是空调领域内重要的研究方向。
辐射致冷是一种完全采用辐射方式将热量释放到宇宙空间的致冷方式。辐射致冷技术作为一种无能耗的空调手段,是人类在环境保护与能源应用两个方面得到了和谐发展,给能源领域带来了重大的变革。辐射致冷技术因其投资少,无能耗,无污染等优点,得以应用在建筑的被动降温与蓄冷降温,冷藏箱等领域,具有良好的发展前景。
目前,对建筑物墙体实现降温冷却的方法有:绿化墙体,通过植物的遮蔽作用减少太阳直接辐射热和植物的蒸腾作用吸收大气热量来实现墙体降温,该方法节能环保,但是受到墙体的蓄热能力、墙体朝向、气候条件等因素的影响;在墙体内部埋管通水以及表面喷头洒水降温,该方法降温效果显著,但是该方法长期使用会耗费大量水资源;应用被动式蒸发冷却技术,将墙面淋水与天然降雨结合对墙体实现降温,该技术主要应用在夏季降雨较多的湿热地区;采用相变墙体,这种墙体利用相变材料的蓄热特性,可以显著减少夏季由室外通过围护结构向室内的传热,但是相变材料的稳定性和安全性较差。根据上述墙体降温方法的不足,本发明公开了一种基于辐射致冷的墙体降温节能装置及调节方法,利用辐射致冷技术节能环保,装置结构简单的优点,对墙体实现降温,另外该装置通过控制阀门的开关,实现水箱蓄冷模式,水箱供冷模式和辐射致冷直接供冷模式的切换以及组合使用,充分满足用户的致冷需求,不仅具有人性化的特点,而且使得能源利用更高效。
发明内容
针对已有墙体降温技术的不足,本发明公开了一种基于辐射致冷的墙体降温节能装置及调节方法,根据用户需求,利用辐射致冷技术,实现对墙体的降温。
作为优选例,该种基于辐射致冷的墙体降温节能装置包括辐射致冷末端、腔体、第一电动阀、蓄冷水箱、第一水泵、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀、保温材料层、墙体、第二水泵、第一管道、第二管道、第三管道、第四管道、冷媒输入管道、冷媒输出管道、第五管道和第六管道。
作为优选例,该种基于辐射致冷的墙体降温节能装置的各环路之间相互连接,管道连接方式为,第一电动阀位于第一管道中,第一水泵和第二电动阀位于第二管道中。腔体的出水口与第一管道的输入端连接,第一管道的输出端与蓄冷水箱的第一进水口连接,蓄冷水箱的第一出水口与第二管道的输入端连接,第二管道的输出端与腔体的进水口连接,形成一个完整的回路。
第三电动阀和第二水泵位于第五管道中,第四电动阀位于第六管道中。蓄冷水箱的第二出水口与第六管道的输入端连接,第六管道的输出端与冷媒输入管道的输入端连接,冷媒输入管道的输出端与冷媒输出管道的输入端连接,冷媒输出管道的输出端通过第五管道与蓄冷水箱的第二进水口连接,形成一个完整的回路。
第五电动阀位于第四管道中,第六电动阀位于第三管道中。第五电动阀通过第四管道将第二管道与第五管道连接,且第四管道与第二管道的连接处位于第二电动阀与第一水泵之间,第四管道与第五管道的连接处位于冷媒输出管道的输出端与第二水泵之间。第六电动阀通过第三管道将第一管道与第六管道连接,且第三管道与第一管道的连接处位于第一电动阀与腔体的出水口之间,第三管道与第六管道的连接处位于第四电动阀与冷媒输入管道的输入端之间。
作为优选例,所述辐射致冷末端与腔体紧密贴合,使得辐射致冷末端与外太空辐射换热制取的冷量尽可能多地传递给腔体中的水。
作为优选例,所述冷媒水管、保温材料层由内而外依次敷设在墙体表面。
作为优选例,所述辐射致冷末端采用的辐射致冷材料,应在8-13μm波段(“大气窗口”波段)内具有较高的发射率,即发射率应大于0.90;所采用的辐射致冷材料,应同时在太阳热辐射波段应具有较高的反射率,即反射率应大于0.90;所采用的辐射致冷材料,可以是基于超材料的光谱选择性膜,纳米激光性选择发射材料,或者辐射致冷涂层或涂料中的一种。
作为优选例,所述冷媒水管,可以选用毛细管,PVC管,铜管,镀锌钢管。水管在布置方式上依据Y型构造理论,根据装置大小确认构造理论分布的级数。通过构造理论布置,可以提高换热效率,减少热损失。
作为优选例,该装置对墙体的降温调节方法包括水箱蓄冷模式,水箱供冷模式和辐射致冷直接供冷模式:
水箱蓄冷模式:在墙体不需要降温时,关闭第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀和第六电动阀,打开第一电动阀和第二电动阀,辐射致冷末端通过大气窗口与外太空辐射致冷,制取的冷量传递给腔体中的水,吸收冷量后的冷水通过第一管道蓄入蓄冷水箱中待用,蓄冷水箱通过第二管道对腔体不断供水,以此循环。
水箱供冷模式:在日间,墙体需要降温且辐射致冷末端的致冷效率较低时,打开第三电动阀和第四电动阀,关闭第一电动阀、第二电动阀、第五电动阀和第六电动阀,蓄冷水箱中的冷水通过第六管道进入冷媒输入管道,实现对墙体的降温,升温后的冷媒通过冷媒输出管道回到蓄冷水箱中,以此循环。
辐射致冷直接供冷模式:在夜间,墙体需要降温且辐射致冷末端的致冷效率较高时,打开第五电动阀和第六电动阀,关闭第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀和第四电动阀,辐射致冷末端制取的冷量对腔体中的水降温,冷媒通过第三管道进入冷媒输入管道,冷却墙体,升温后的冷媒通过第四管道回到腔体,以此循环。
上述三种模式,可以根据用户的致冷需求,控制电动阀的开启与关闭,实现模式之间的切换或者三种模式的单独或组合使用。比如:在白天,辐射致冷效果较差,且用户致冷需求较大时,可以组合采用水箱供冷模式和辐射致冷直接供冷模式;在夜间,辐射致冷效果较好,且用户有致冷需求时,可以单独使用辐射致冷直接供冷模式;在用户没有致冷需求时,使用水箱蓄冷模式,此时辐射致冷的冷量蓄入蓄冷水箱4中备用。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例中墙体的侧视图;图中,冷媒水管的布置方式利用构造理论进行布置。
图中有:辐射致冷末端1、腔体2、第一电动阀3、蓄冷水箱4、第一水泵5、第二电动阀6、第三电动阀7、第四电动阀8、第五电动阀9、第六电动阀10、保温材料层11、墙体12、第二水泵13、第一管道101、第二管道102、第三管道201、第四管道202、冷媒输入管道301、冷媒输出管道302、第五管道401和第六管道402。
具体实施方法
下面,结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1所示,该发明所述的是一种基于辐射致冷的墙体降温节能装置及调节方法,该装置包括辐射致冷末端1、腔体2、第一电动阀3、蓄冷水箱4、第一水泵5、第二电动阀6、第三电动阀7、第四电动阀8、第五电动阀9、第六电动阀10、保温材料层11、墙体12、第二水泵13、第一管道101、第二管道102、第三管道201、第四管道202、冷媒输入管道301、冷媒输出管道302、第五管道401和第六管道402。
作为优选例,该种基于辐射致冷的墙体降温节能装置的各环路之间相互连接,管道连接方式为,第一电动阀3位于第一管道101中,第一水泵5和第二电动阀6位于第二管道102中。腔体2的出水口与第一管道101的输入端连接,第一管道101的输出端与蓄冷水箱4的第一进水口连接,蓄冷水箱4的第一出水口与第二管道102的输入端连接,第二管道102的输出端与腔体2的进水口连接,形成一个完整的回路。
第三电动阀7和第二水泵13位于第五管道401中,第四电动阀8位于第六管道402中。蓄冷水箱4的第二出水口与第六管道402的输入端连接,第六管道402的输出端与冷媒输入管道301的输入端连接,冷媒输入管道301的输出端与冷媒输出管道302的输入端连接,冷媒输出管道302的输出端通过第五管道401与蓄冷水箱4的第二进水口连接,形成一个完整的回路。
第五电动阀9位于第四管道202中,第六电动阀10位于第三管道201中。第五电动阀9通过第四管道202将第二管道102与第五管道401连接,且第四管道202与第二管道102的连接处位于第二电动阀6与第一水泵5之间,第四管道202与第五管道401的连接处位于冷媒输出管道302的输出端与第二水泵13之间。第六电动阀10通过第三管道201将第一管道101与第六管道402连接,且第三管道201与第一管道101的连接处位于第一电动阀3与腔体2的出水口之间,第三管道201与第六管道402的连接处位于第四电动阀8与冷媒输入管道301的输入端之间。
作为优选例,如图1所示,所述辐射致冷末端1与腔体2紧密贴合,使得辐射致冷末端1与外太空辐射换热制取的冷量尽可能多地传递给腔体2中的水。
作为优选例,如图1所示,所述冷媒水管、保温材料层11由内而外依次敷设在墙体12表面。
作为优选例,所述辐射致冷末端1采用的辐射致冷材料,应在8-13μm波段(“大气窗口”波段)内具有较高的发射率,即发射率应大于0.90;所采用的辐射致冷材料,应同时在太阳热辐射波段应具有较高的反射率,即反射率应大于0.90;所采用的辐射致冷材料,可以是基于超材料的光谱选择性膜,纳米激光性选择发射材料,或者辐射致冷涂层或涂料中的一种。
作为优选例,所述冷媒水管,可以选用毛细管,PVC管,铜管,镀锌钢管。如图2所示,水管在布置方式上依据Y型构造理论,根据装置大小确认构造理论分布的级数。通过构造理论布置,可以提高换热效率,减少热损失。
作为优选例,在实际的控制过程中,该装置对墙体的降温调节方法包括水箱蓄冷模式,水箱供冷模式和辐射致冷直接供冷模式:
水箱蓄冷模式:在墙体12不需要降温时,关闭第三电动阀7、第四电动阀8、第五电动阀9和第六电动阀10,打开第一电动阀3和第二电动阀6,辐射致冷末端1通过大气窗口与外太空辐射致冷,制取的冷量传递给腔体2中的水,吸收冷量后的冷水通过第一管道101蓄入蓄冷水箱4中待用,蓄冷水箱4通过第二管道102对腔体2不断供水,以此循环。
水箱供冷模式:在日间,墙体12需要降温且辐射致冷末端1的致冷效率较低时,打开第三电动阀7和第四电动阀8,关闭第一电动阀3、第二电动阀6、第五电动阀9和第六电动阀10,蓄冷水箱4中的冷水通过第六管道402进入冷媒输入管道301,实现对墙体12的降温,升温后的冷媒通过冷媒输出管道302回到蓄冷水箱4中,以此循环。
辐射致冷直接供冷模式:在夜间,墙体12需要降温且辐射致冷末端1的致冷效率较高时,打开第五电动阀9和第六电动阀10,关闭第一电动阀3、第二电动阀6、第三电动阀7和第四电动阀8,辐射致冷末端1制取的冷量对腔体2中的水降温,冷媒通过第三管道201进入冷媒输入管道301,冷却墙体12,升温后的冷媒通过第四管道202回到腔体2,以此循环。
上述三种模式,可以根据用户的致冷需求,控制电动阀的开启与关闭,实现模式之间的切换或者三种模式的单独或组合使用。比如:在白天,辐射致冷效果较差,且用户致冷需求较大时,可以组合采用水箱供冷模式和辐射致冷直接供冷模式;在夜间,辐射致冷效果较好,且用户有致冷需求时,可以单独使用辐射致冷直接供冷模式;在用户没有致冷需求时,使用水箱蓄冷模式,此时辐射致冷的冷量蓄入蓄冷水箱4中备用。

Claims (7)

1.一种基于辐射致冷的墙体降温节能装置,其特征在于,该装置包括辐射致冷末端(1)、腔体(2)、第一电动阀(3)、蓄冷水箱(4)、第一水泵(5)、第二电动阀(6)、第三电动阀(7)、第四电动阀(8)、第五电动阀(9)、第六电动阀(10)、保温材料层(11)、墙体(12)、第二水泵(13)、第一管道(101)、第二管道(102)、第三管道(201)、第四管道(202)、冷媒输入管道(301)、冷媒输出管道(302)、第五管道(401)和第六管道(402)。
2.按照权利要求1所述的基于辐射致冷的墙体降温节能装置,各环路之间相互连接,其特征在于,第一电动阀(3)位于第一管道(101)中,第一水泵(5)和第二电动阀(6)位于第二管道(102)中。腔体(2)的出水口与第一管道(101)的输入端连接,第一管道(101)的输出端与蓄冷水箱(4)的第一进水口连接,蓄冷水箱(4)的第一出水口与第二管道(102)的输入端连接,第二管道(102)的输出端与腔体(2)的进水口连接,形成一个完整的回路。
第三电动阀(7)和第二水泵(13)位于第五管道(401)中,第四电动阀(8)位于第六管道(402)中。蓄冷水箱(4)的第二出水口与第六管道(402)的输入端连接,第六管道(402)的输出端与冷媒输入管道(301)的输入端连接,冷媒输入管道(301)的输出端与冷媒输出管道(302)的输入端连接,冷媒输出管道(302)的输出端通过第五管道(401)与蓄冷水箱(4)的第二进水口连接,形成一个完整的回路。
第五电动阀(9)位于第四管道(202)中,第六电动阀(10)位于第三管道(201)中。第五电动阀(9)通过第四管道(202)将第二管道(102)与第五管道(401)连接,且第四管道(202)与第二管道(102)的连接处位于第二电动阀(6)与第一水泵(5)之间,第四管道(202)与第五管道(401)的连接处位于冷媒输出管道(302)的输出端与第二水泵(13)之间。第六电动阀(10)通过第三管道(201)将第一管道(101)与第六管道(402)连接,且第三管道(201)与第一管道(101)的连接处位于第一电动阀(3)与腔体(2)的出水口之间,第三管道(201)与第六管道(402)的连接处位于第四电动阀(8)与冷媒输入管道(301)的输入端之间。
3.按照权利要求1所述的基于辐射致冷的墙体降温节能装置,其特征在于,所述辐射致冷末端(1)与腔体(2)紧密贴合,使得辐射致冷末端(1)与外太空辐射换热制取的冷量尽可能多地传递给腔体(2)中的水。
4.按照权利要求1所述的基于辐射致冷的墙体降温节能装置,其特征在于,所述冷媒水管、保温材料层(11)由内而外依次敷设在墙体(12)表面。
5.按照权利要求1所述的基于辐射致冷的墙体降温节能装置,其特征在于,所述辐射致冷末端(1)采用的辐射致冷材料,应在8-13μm波段(“大气窗口”波段)内具有较高的发射率,即发射率应大于0.90;所采用的辐射致冷材料,应同时在太阳热辐射波段应具有较高的反射率,即反射率应大于0.90;所采用的辐射致冷材料,可以是基于超材料的光谱选择性膜,纳米激光性选择发射材料,或者辐射致冷涂层或涂料中的一种。
6.按照权利要求1所述的基于辐射致冷的墙体降温节能装置,其特征在于,所述冷媒水管,可以选用毛细管,PVC管,铜管,镀锌钢管。水管在布置方式上依据Y型构造理论,根据装置大小确认构造理论分布的级数。通过构造理论布置,可以提高换热效率,减少热损失。
7.一种基于辐射效应的墙体降温节能装置的调节方法,包括水箱蓄冷模式,水箱供冷模式和辐射致冷直接供冷模式,其特征在于:
水箱蓄冷模式:在墙体(12)不需要降温时,关闭第三电动阀(7)、第四电动阀(8)、第五电动阀(9)和第六电动阀(10),打开第一电动阀(3)和第二电动阀(6),辐射致冷末端(1)通过大气窗口与外太空辐射致冷,制取的冷量传递给腔体(2)中的水,吸收冷量后的冷水通过第一管道(101)蓄入蓄冷水箱(4)中待用,蓄冷水箱(4)通过第二管道(102)对腔体(2)不断供水,以此循环。
水箱供冷模式:在日间,墙体(12)需要降温且辐射致冷末端(1)的致冷效率较低时,打开第三电动阀(7)和第四电动阀(8),关闭第一电动阀(3)、第二电动阀(6)、第五电动阀(9)和第六电动阀(10),蓄冷水箱(4)中的冷水通过第六管道(402)进入冷媒输入管道(301),实现对墙体(12)的降温,升温后的冷媒通过冷媒输出管道(302)回到蓄冷水箱(4)中,以此循环。
辐射致冷直接供冷模式:在夜间,墙体(12)需要降温且辐射致冷末端(1)的致冷效率较高时,打开第五电动阀(9)和第六电动阀(10),关闭第一电动阀(3)、第二电动阀(6)、第三电动阀(7)和第四电动阀(8),辐射致冷末端(1)制取的冷量对腔体(2)中的水降温,冷媒通过第三管道(201)进入冷媒输入管道(301),冷却墙体(12),升温后的冷媒通过第四管道(202)回到腔体(2),以此循环。
上述三种模式,可以根据用户的致冷需求,控制电动阀的开启与关闭,实现模式之间的切换或者三种模式的单独或组合使用。比如:在白天,辐射致冷效果较差,且用户致冷需求较大时,可以组合采用水箱供冷模式和辐射致冷直接供冷模式;在夜间,辐射致冷效果较好,且用户有致冷需求时,可以单独使用辐射致冷直接供冷模式;在用户没有致冷需求时,使用水箱蓄冷模式,此时辐射致冷的冷量蓄入蓄冷水箱(4)中备用。
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