CN109990414B - 暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁，结合了热虹吸原理和射流诱导原理的空气动力学特性，采用盘管以提高换热效率并降低能耗，除了传热和节能方面的优势，它还具有成本低，制冷/制热能力高，有效改善室内环境质量，降低噪声等特点，本发明适用于住宅和商业区域，以及具有高天花板的大型开放空间。

Description

暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁

技术领域

本发明属于暖通空调领域，具体涉及一种用于室内冷却、通风和除湿的多功能主动式热虹吸梁（TMTB）。

背景技术

多功能主动式热虹吸梁的运用涉及到了多种技术原理，包括置换通风、热虹吸原理、射流诱导原理和柯安达效应。其工作模式如下：

置换通风：置换通风是典型的室内冷却系统中的空气分配技术。自1978年于斯堪的纳维亚首次应用以来，置换通风这一策略已广泛应用于世界各地的办公楼中。在完全分层的置换通风系统中，经处理后的冷空气以低速从位于地面附近的扩散器输送。由于冷空气温度低于室内空气的温度，因此冷空气迅速下降到地板并以层流的形式扩散。冷空气遇到热源后将吸收热量。冷空气和暖空气之间的密度差异产生向上的对流流动，即热烟流，其上升并将热量和室内空气带向天花板。在活动区域上方形成一层高温夹带室内污物的空气。然后从天花板的排风口排出空气，内部热负荷和污染物由废气排出。置换通风的优势是可以改善室内环境质量。置换通风技术通风效率高，可以减少室内空气污染物，降低通风要求。此外，低供气速度可以降低散流器内的通风压力，改善声学性能。

热虹吸原理：冷却盘管被安装在热空气形成的房间高处。室内空气由于温差产生密度差异，盘管附近的冷却空气将下降。冷却空气通过下行风道降至地面，然后经过置换通风吸收室内热量并上升，形成室内的热虹吸路径。

射流诱导原理：射流卷吸效应是在没有风扇的情况下将二次空气引入热交换器的过程。当空气经过喷嘴被高速喷出后，负压区将在喷嘴的出口形成，附近的空气由于压差被诱导进入空气射流。

发明内容

本发明的目的是：设计一种暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁（TMTB），TMTB解耦了室内的温度和通风控制，实现室内环境的精确控制，增加通风量，提高换热速率与能量效率，降低能耗。

本发明的技术解决方案是：在梁体的外侧安装热虹吸机构构成多功能主动式热虹吸梁；所述的热虹吸机构包括外壳、一次风风室、一次流空气入口、横流风机、喷嘴、冷凝水托盘、排水管路、外部热绝缘层、热交换器、盘管连接头、内部热绝缘层、控制器、风机驱动器和下行风道或束流风道；外壳位于梁体外侧并容纳其他部件，一次风风室位于外壳内部正上方，一次流空气入口位于一次风风室左端中间，横流风机紧贴固定在一次风风室下隔板，一列喷嘴位于一次风风室下隔板的中间，冷凝水托盘安装在外壳内部的下侧紧贴外壳正面，排水管路开口在冷凝水托盘左侧靠近外壳正面，外部热绝缘层在冷凝水托盘外侧，热交换器固定在外壳两侧位于冷凝水托盘正上方，盘管连接头位于热交换器左侧并在外壳左侧留出安装头，内部热绝缘层安装在外壳内侧，控制器安装在外壳外部右上方，风机驱动器安装在外壳外部右上方紧贴控制器，下行风道或束流风道连接在外壳的出风口上，风机驱动器连接横流风机，控制器连接风机驱动器、横流风机和热交换器。

各部件的功用是：外壳，用于容纳热虹吸机构的部件；一次风风室，用于容纳加压的一次空气； 一次流空气入口，由此入口供应新风；横流风机，用于在启动阶段初始化或加速气流循环的形成，提高制冷量并控制空气流量，是室内空气循环和制热的主要推动力；喷嘴，用于排出一次空气并形成诱导效应；冷凝水托盘，用于收集生成的冷凝水；排水管路，用于排出收集的冷凝水；外部热绝缘层，用于防止托盘外部形成冷凝水；热交换器，用于与二次流空气换热；盘管连接头，用于传热介质的流入和排出；内部热绝缘层防止外部产生冷凝水并减少热损失；控制器，用于切换多功能主动式热虹吸梁的操作模式，并实现室内温度和湿度的独立控制；风机驱动器，用于为所述横流风机供电并调节所述供电电压；下行风道或束流风道，根据使用环境调节长度实现引流。

所述的多功能主动式热虹吸梁，基于空间限制和换热量选取不同的长度、高度、宽度和重量设计不同的型号，以满足不同的安装高度、以及贴壁安装方式或者吊顶安装方式。

所述的多功能主动式热虹吸梁整合在间壁墙内，处理后的空气通过间壁墙输送到两侧的房间。

所述的多功能主动式热虹吸梁安装在房间中部并通过散流器供风，利用热虹吸原理、射流诱导原理和柯安达效应共同作用维持室内空气循环并保持室内空气质量。

所述的多功能主动式热虹吸梁在被动模式、主动模式、或增强模式下切换运行，以满足不同的负荷要求；在被动模式中横流风机关闭而一次风风室的风压调节到最小值来维持室内的正压，热虹吸作用是室内空气循环的制冷的主导作用；在主动模式中横流风机关闭而一次风风室的风压调节到最大值，热虹吸作用和射流诱导作用共同维持室内空气的循环和制冷；在增强模式中横流风机开启，横流风机是室内空气循环的主要推动力。

所述的热交换器使用水或者制冷剂作为换热介质。

所述的多功能主动式热虹吸梁为双模式热虹吸梁，在梁体的外侧安装两个热虹吸机构，两个热虹吸机构共用一个外壳、下行风道或束流风道。

所述的双模式热虹吸梁在被动模式和增强模式下运行。

所述的多功能主动式热虹吸梁在三种不同模式下运行，即被动模式、主动模式和增强模式；被动模式的工作流程是：横流风机关闭而一次风的供风保持最小值来维持室内的正压，多功能主动式热虹吸梁作为室内的冷源与室内空气换热，空气温度变化将引起密度的变化并产生浮力，从而形成室内空气被动的循环并实现置换通风，当房间内的热源和冷源达到热平衡，室内的热量会被持续循环的空气带走，实现制冷的目标；主动模式的工作流程是：经过预处理的新风持续供应到一次风风室，高压的空气从喷嘴中高速喷出，并在冷凝盘管背面建立负压区域，较重冷空气和高速排出的一次流空气使盘管正反面形成压差，导致大量的室内热气穿过冷凝盘管，一次风和二次风在腔室中混合并排出末端，在柯安达效应和高密度冷空气的重力作用下，空气继续沿着墙壁沉至地板；与被动模式相同，冷空气在地平面扩散，遇到热源，形成热羽流，最终到达暖空气层并完成循环回路；由于射流诱导作用，主动模式的制冷量比被动模式将提高30%-50%；增强模式的工作流程是：基于室内温度触发横流风机，从而在峰值负载期间提高设备的制冷能力；直流驱动的横流风机安装在多功能主动式热虹吸梁内部或外部，以加速通风过程，从而提高传热率；冷却空气造成的浮力、风机的运行和一次流空气会在冷却盘管后面形成负压区，高温的室内空气因为压差通过盘管降温除湿；室内空气和一次流空气混合后经过下行风道通入室内；与被动模式和主动模式相同，冷空气与室内热源形成循环回路达到制冷效果；增强模式在被动运行和主动运行条件下都可启动，制冷效果由控制风机转速来调节。

本发明的有益效果为：

1、采用了热虹吸原理和射流诱导效应等空气动力学特性，提高了末端的换热速率与能量效率，并降低了能耗。

2、采用了置换通风的室内空气循环模式，提高了通风效率，增强了室内空气质量并降低了空气污染的风险。

3、解耦了室内的温度和通风控制，实现独立控制。

4、与传统的暖通系统相比，本发明的能耗降低了30％。

5、本发明的初始成本和维护成本较低。

6、本发明解耦制冷/制热和通风要求，降低了系统新风的处理量和输送量，并且使用水或者制冷剂作为传热介质提高了传热效率降低了运行能耗。

7、使用多功能主动式热虹吸梁的房间通常采用敞开式天顶，因此建筑物中的楼层间的高度有效降低。

8、本发明利用传热介质替代了空气来处理内部冷/热负载。大量减少空气处理单元和风道体积，设备所需空间小。

9、多功能主动式热虹吸梁实现被动模式运行，消除了移动组件，最小化维护服务。

10、本发明实现多种结构配置，并以三种模式运行，可用于室内冷却、通风和除湿，提供了极大的灵活性以满足不同制冷、制热以及通风要求。

11、本发明对应用环境和设备没有特殊要求，因而可以应用于各种场景，不光适用于新建筑暖通系统的搭建还适用于传统系统的能效改造。

12、本发明利用置换通风和射流诱导效应，提高了系统稳定性适用于复杂的室内布置。

13、考虑到不同的应用，本发明根据具体情况进行设计。

14、在被动模式、主动模式和增强模式下切换，以满足不同工作条件和负荷要求，实现能源的优化配置。

多功能主动式热虹吸梁（TMTB）的工作原理在于利用置换通风，热虹吸原理，射流诱导原理和柯安达效应实现置换通风的室内空气循环模式，提高了通风效率，增强了室内空气质量并降低了空气污染的风险.

多功能主动式热虹吸梁（TMTB）的设计准则在于平衡室内的温湿度和二氧化碳浓度，并通过独立控制维持室内舒适度，并维持能耗最小。

辅助横流风机的触发指令来源于室内的温度监测，当实测温度与设计温度的差超过设定阈值后，横流风机启动以加速通风过程，从而提高传热率

多功能主动式热虹吸梁（TMTB）支持多种结构配置，并以三种模式运行。可满足复杂多功能的室内环境的设计要求。

附图说明

图1为多功能主动式热虹吸梁的侧视图；

图2为多功能主动式热虹吸梁的正视图；

图3为双模式热虹吸梁的侧视图；

图4为双模式热虹吸梁的正试图；

图5为本发明实施例中被动运行模式；

图6为本发明实施例中主动运行模式；

图7为本发明实施例中横流风机安装在TMTB内部；

图8为本发明实施例中横流风机安装在TMTB外部；

图9为本发明实施例中安装不同型号下行风道的TMTB；

图10为本发明实施例中安装在间壁墙内的TMTB；

图11为本发明实施例中安装在房间中部的TMTB。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明，但不能用来限制本发明的范围。

在梁体的外侧安装热虹吸机构构成多功能主动式热虹吸梁；所述的热虹吸机构包括外壳1、一次风风室2、一次流空气入口3、横流风机4、喷嘴5、冷凝水托盘6、排水管路7、外部热绝缘层8、热交换器9、盘管连接头10、内部热绝缘层11、控制器12、风机驱动器13和下行风道或束流风道14；外壳1位于梁体外侧并容纳其他部件，一次风风室2位于外壳1内部正上方，一次流空气入口3位于一次风风室2左端中间，横流风机4紧贴固定在一次风风室2下隔板，一列喷嘴5位于一次风风室2下隔板的中间，冷凝水托盘6安装在外壳1内部的下侧紧贴外壳正面，排水管路7开口在冷凝水托盘6左侧靠近外壳正面，外部热绝缘层8在冷凝水托盘6外侧，热交换器9固定在外壳1两侧位于冷凝水托盘6正上方，盘管连接头10位于热交换器9左侧并在外壳左侧留出安装头，内部热绝缘层11安装在外壳1内侧，控制器12安装在外壳1外部右上方，风机驱动器13安装在外壳1外部右上方紧贴控制器，下行风道或束流风道14连接在外壳1的出风口上，风机驱动器13连接横流风机4，控制器12连接风机驱动器13、横流风机4和热交换器9。

各部件的功用是：外壳1，用于容纳热虹吸机构的部件；一次风风室2，用于容纳加压的一次空气； 一次流空气入口3，由此入口供应新风；横流风机4，用于在启动阶段初始化或加速气流循环的形成，提高制冷量并控制空气流量，是室内空气循环和制热的主要推动力；喷嘴5，用于排出一次空气并形成诱导效应；冷凝水托盘6，用于收集生成的冷凝水；排水管路7，用于排出收集的冷凝水；外部热绝缘层8，用于防止托盘外部形成冷凝水；热交换器9，用于与二次流空气换热；盘管连接头10，用于传热介质的流入和排出；内部热绝缘层11防止外部产生冷凝水并减少热损失；控制器12，用于切换多功能主动式热虹吸梁的操作模式，并实现室内温度和湿度的独立控制；风机驱动器13，用于为所述横流风机供电并调节所述供电电压；下行风道或束流风道14，根据使用环境调节长度实现引流。

所述的多功能主动式热虹吸梁，基于空间限制和换热量选取不同的长度、高度、宽度和重量设计不同的型号，以满足不同的安装高度、以及贴壁安装方式或者吊顶安装方式。

所述的多功能主动式热虹吸梁整合在间壁墙内，处理后的空气通过间壁墙输送到两侧的房间。

所述的多功能主动式热虹吸梁安装在房间中部并通过散流器供风，利用热虹吸原理、射流诱导原理和柯安达效应共同作用维持室内空气循环并保持室内空气质量。

所述的多功能主动式热虹吸梁在被动模式、主动模式、或增强模式下切换运行，以满足不同的负荷要求；在被动模式中横流风机关闭而一次风风室的风压调节到最小值来维持室内的正压，热虹吸作用是室内空气循环的制冷的主导作用；在主动模式中横流风机关闭而一次风风室的风压调节到最大值，热虹吸作用和射流诱导作用共同维持室内空气的循环和制冷；在增强模式中横流风机开启，横流风机是室内空气循环的主要推动力。

所述的热交换器9使用水或者制冷剂作为换热介质。

所述的多功能主动式热虹吸梁为双模式热虹吸梁，在梁体的外侧安装两个热虹吸机构，两个热虹吸机构共用一个外壳、下行风道或束流风道。

所述的双模式热虹吸梁在被动模式和增强模式下运行。

所述的多功能主动式热虹吸梁在三种不同模式下运行，即被动模式、主动模式和增强模式；被动模式的工作流程是：横流风机关闭而一次风的供风保持最小值来维持室内的正压，多功能主动式热虹吸梁作为室内的冷源与室内空气换热，空气温度变化将引起密度的变化并产生浮力，从而形成室内空气被动的循环并实现置换通风，当房间内的热源和冷源达到热平衡，室内的热量会被持续循环的空气带走，实现制冷的目标；主动模式的工作流程是：经过预处理的新风持续供应到一次风风室，高压的空气从喷嘴中高速喷出，并在冷凝盘管背面建立负压区域，较重冷空气和高速排出的一次流空气使盘管正反面形成压差，导致大量的室内热气穿过冷凝盘管，一次风和二次风在腔室中混合并排出末端，在柯安达效应和高密度冷空气的重力作用下，空气继续沿着墙壁沉至地板；与被动模式相同，冷空气在地平面扩散，遇到热源，形成热羽流，最终到达暖空气层并完成循环回路；由于射流诱导作用，主动模式的制冷量比被动模式将提高30%-50%；增强模式的工作流程是：基于室内温度触发横流风机，从而在峰值负载期间提高设备的制冷能力；直流驱动的横流风机安装在多功能主动式热虹吸梁内部或外部，以加速通风过程，从而提高传热率；冷却空气造成的浮力、风机的运行和一次流空气会在冷却盘管后面形成负压区，高温的室内空气因为压差通过盘管降温除湿；室内空气和一次流空气混合后经过下行风道通入室内；与被动模式和主动模式相同，冷空气与室内热源形成循环回路达到制冷效果；增强模式在被动运行和主动运行条件下都可启动，制冷效果由控制风机转速来调节。

所述多功能主动式热虹吸梁（TMTB）的工作步骤如下：

步骤1：经过预处理的新风持续供应到一次风室，高压的空气从喷嘴中高速喷出，并在冷凝盘管背面建立负压区域；

步骤2：较重冷空气和高速排出的一次流空气使盘管正反面形成压差，导致大量的室内热气穿过冷凝盘管，热空气与冷凝盘管换热达到冷却和除湿的效果；

步骤3：一次风和二次风在腔室中混合并排出末端，在柯安达效应和高密度冷空气的重力作用下，空气继续沿着墙壁沉至地板；

步骤4：冷空气在地平面扩散，遇到热源，空气温度变化将引起密度的变化并产生浮力形成热羽流，从而形成室内空气被动的循环并实现置换通风最终到达暖空气层并完成循环回路。

图1为多功能主动式热虹吸梁的侧视图，其主要组成部件包括：外壳，一次风风室，一次流空气入口，横流风机，喷嘴，冷凝水托盘，排水管路，外部热绝缘层，热交换器，盘管连接头，内部热绝缘层，下行风道或束流风道。

图2为多功能主动式热虹吸梁的正视图，其主要组成部件包括控制器，风机驱动器。

图3为双模式热虹吸梁的侧视图，其主要组成部件包括：外壳，横流风机，冷凝水托盘，排水管路，外部热绝缘层，热交换器，盘管连接头，内部热绝缘层，下行风道或束流风道。

图4为双模式热虹吸梁的正视图，其主要组成部件包括控制器，风机驱动器。

图5为本发明实施例中被动运行模式，横流风机关闭而一次风的供风保持最小值来维持室内的正压，室内空气被动循环，实现制冷的目标。

图6为本发明实施例中主动运行模式，新风持续供应到一次风室，室内热空气通过射流诱导效应和热虹吸效应通过冷凝盘管，主动模式的制冷量比被动模式将提高30%-50%。

图7为本发明实施例中横流风机安装在TMTB内部，TMTB通过控制横流风机转速调节制冷量并维持室内温度。

图8为本发明实施例中横流风机安装在TMTB外部，TMTB通过控制横流风机转速调节制冷量并维持室内温度，其控制效果与图7所示相同。

图9为本发明实施例中安装不同型号下行风道的TMTB，下行风道的长度根据使用环境调节达到引流和增大制冷量的目的。

图10为本发明实施例中安装在间壁墙内的TMTB，TMTB可以整合在间壁墙内从而节省室内空间，处理后的空气通过间壁墙输送到两侧的房间。

图11为本发明实施例中安装在房间中部的TMTB，TMTB通过散流器供风并通过热虹吸原理，射流诱导原理和柯安达效应共同作用维持室内空气循环并保持室内空气质量。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其仍处于本发明权利要求范围之中。

Claims (9)

1.暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁，在梁体的外侧安装热虹吸机构构成多功能主动式热虹吸梁；其特征是：所述的热虹吸机构包括外壳（1）、一次风风室（2）、一次流空气入口（3）、横流风机（4）、喷嘴（5）、冷凝水托盘（6）、排水管路（7）、外部热绝缘层（8）、热交换器（9）、盘管连接头（10）、内部热绝缘层（11）、控制器（12）、风机驱动器（13）和下行风道或束流风道（14）；外壳（1）位于梁体外侧，一次风风室（2）位于外壳（1）内部正上方，一次流空气入口（3）位于一次风风室（2）左端中间，横流风机（4）紧贴固定在一次风风室（2）下隔板，一列喷嘴（5）位于一次风风室（2）下隔板的中间，冷凝水托盘（6）安装在外壳（1）内部的下侧紧贴外壳正面，排水管路（7）开口在冷凝水托盘（6）左侧靠近外壳正面，外部热绝缘层（8）在冷凝水托盘（6）外侧，热交换器（9）固定在外壳（1）两侧位于冷凝水托盘（6）正上方，盘管连接头（10）位于热交换器（9）左侧并在外壳左侧留出安装头，内部热绝缘层（11）安装在外壳（1）内侧，控制器（12）安装在外壳（1）外部右上方，风机驱动器（13）安装在外壳（1）外部右上方紧贴控制器，下行风道或束流风道（14）连接在外壳（1）的出风口上，风机驱动器（13）连接横流风机（4），控制器（12）连接风机驱动器（13）、横流风机（4）和热交换器（9）。

2.根据权利要求1所述的暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁，其特征是：外壳（1），用于容纳热虹吸机构的部件；一次风风室（2），用于容纳加压的一次空气；一次流空气入口（3），由此入口供应新风；横流风机（4），用于在启动阶段初始化或加速气流循环的形成，提高制冷量并控制空气流量，是室内空气循环和制热的推动力；喷嘴（5），用于排出一次空气并形成诱导效应；冷凝水托盘（6），用于收集生成的冷凝水；排水管路（7），用于排出收集的冷凝水；外部绝热层（8），用于防止托盘外部形成冷凝水；热交换器（9），用于与二次流空气换热；盘管连接头（10），用于传热介质的流入和排出；内部绝热层（11），防止外部产生冷凝水并减少热损失；控制器（12），用于切换多功能主动式热虹吸梁的操作模式，并实现室内温度和湿度的独立控制；风机驱动器（13），用于为所述横流风机供电并调节供电电压；下行风道或束流风道（14），根据使用环境调节长度实现引流。

3.根据权利要求1所述的暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁，其特征是：基于空间限制和换热量，外壳和换热器选取不同的长度、高度、宽度和不同的型号，以满足不同的安装高度、以及贴壁安装方式或者吊顶安装方式。

4.根据权利要求1所述的暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁，其特征是：所述的多功能主动式热虹吸梁整合在间壁墙内，处理后的空气通过间壁墙输送到两侧的房间。

5.根据权利要求1所述的暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁，其特征是：所述的多功能主动式热虹吸梁安装在房间中部并通过散流器供风，利用热虹吸原理、射流诱导原理和柯安达效应共同作用维持室内空气循环并保持室内空气质量。

6.根据权利要求1所述的暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁，其特征是：所述的多功能主动式热虹吸梁在被动模式、主动模式、或增强模式下切换运行，以满足不同的负荷要求；在被动模式中横流风机关闭而一次风风室的风压调节到最小值来维持室内的正压，室内空气循环制冷通过热虹吸作用推动；在主动模式中横流风机关闭而一次风风室的风压调节到最大值，热虹吸作用和射流诱导作用共同维持室内空气的循环和制冷；在增强模式中横流风机开启，横流风机是室内空气循环的推动力。

7.根据权利要求1所述的暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁，其特征是：所述的热交换器（9）使用水或者制冷剂作为换热介质。

8.根据权利要求1所述的暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁，其特征是：所述的多功能主动式热虹吸梁为双模式热虹吸梁，在梁体的外侧安装两个热虹吸机构，两个热虹吸机构共用一个外壳、下行风道或束流风道。

9.根据权利要求8所述的暖通系统中使用的多功能主动式热虹吸梁，其特征是：所述的双模式热虹吸梁在被动模式和增强模式下运行。

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