CN110345581A - 一种智能调温装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能调温装置及方法。本发明的智能调温装置，包括封闭空间和智能调温部件，所述智能调温部件包括温度采集模块、自动控制模块、智能调温模块和任选的制冷模块、制热模块，所述智能调温模块包括智能调温材料层和导热材料层，所述智能调温材料层与所述封闭空间的外部环境接触，所述导热材料层与所述封闭空间的内部环境接触；所述智能调温材料层包括基材和附着在基材上面的隔热材料。本发明装置能够根据封闭空间的外部环境及内部环境温度的变化，自动实现对封闭空间内部环境温度的控制。本发明的装置及方法能量利用效率高、无污染，智能化程度高。

Description

一种智能调温装置及方法

技术领域

本发明涉及智能控制领域，特别涉及一种智能调温装置。

背景技术

在我们生活，工作的各个领域，温度控制遍布各个方面，从工业到农业、家庭住房，夏天需要降温，冬天需要升温，传统调温装置为电力或热力驱动，耗能大，不能随着环境温度的变化做出智能调节，能源利用率低，不经济。近年来，纳米技术得到快速发展，但很多纳米膜材料的韧性较差，导致易于破损，使用寿命短，影响其进一步的应用。

发明内容

本发明提供了一种智能调温装置及方法。

本发明的智能调温装置，包括封闭空间和智能调温部件，所述智能调温部件包括温度采集模块、自动控制模块、智能调温模块和任选的制冷模块、制热模块，所述智能调温模块包括智能调温材料层和导热材料层，所述智能调温材料层与所述封闭空间的外部环境接触，所述导热材料层与所述封闭空间的内部环境接触；所述智能调温材料层包括基材和附着在基材上面的隔热材料。

所述温度采集模块用于采集封闭空间的内部与外部的环境温度。

所述自动控制模块能够根据采集的温度信息及预设控制温度自动调用智能调温模块，以实现对所述封闭空间的温度控制。

所述智能调温模块能够控制所述封闭空间的外部环境与内部环境之间的能量交换。当需要二者之间发生能量交换时，所述智能调温材料层呈打开状态，二者之间可以通过所述导热材料层发生能量交换；当需要阻断二者之间的能量交换时，所述智能调温材料层呈平铺状态，所述智能调温材料层上的隔热材料能够阻断二者之间的能量交换。所述基材优选玻璃、塑料。所述导热材料层优选热的良导体，更优选金属材料，例如金属铁、铝合金。

所述隔热材料可以粘结、涂覆或依附在所述基材上面。

所述隔热材料优选高分子隔热材料，更优选加入微纳米颗粒的高分子隔热材料，所述微纳米颗粒可以选择能够反射可见光、红外光、紫外光的微纳米颗粒，也可以选择能够透射可见光、反射红外光和紫外光的微纳米颗粒。所述反射可见光、红外光、紫外光的微纳米颗粒能够将可见光能、红外光能、紫外光能反射到外部的大气环境中，隔热效果好且持久。所述透射可见光、红外光、紫外光的微纳米颗粒能够将红外光能、紫外光能反射到外部的大气环境中，隔热效果好且持久。所述微纳米颗粒可以选用纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米二氧化钛、纳米氧化铟和纳米氧化钇中的一种或多种，优选纳米氧化铝、纳米氧化锆和纳米二氧化钛中的一种或多种。所述微纳米颗粒优选空心微纳米颗粒。

所述高分子隔热材料优选聚氨酯树脂、酚醛树脂和尼龙树脂中的一种或多种。

优选地，所述隔热材料包括加入微纳米颗粒的聚氨酯树脂。

所述加入微纳米颗粒的聚氨酯树脂包括水溶性聚氨酯树脂、纳米金属氧化物、表面活性剂、固化剂、增韧剂，其中水溶性聚氨酯树脂的含量为50%-70%，纳米金属氧化物的含量为15%-40%，表面活性剂的含量为1%-5%，固化剂的含量为5%-10%，增韧剂的含量为0.01%-0.1%。

所述纳米金属氧化物可以选用纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米二氧化钛、纳米氧化铟和纳米氧化钇中的一种或多种，优选纳米氧化铝、纳米氧化锆和纳米二氧化钛中的一种或多种。所述纳米金属氧化物的平均粒径优选为20-200nm，更优选30-60nm。

所述表面活性剂优选烷基苯磺酸盐、聚乙二醇、聚氧乙烯醚山梨醇酯，例如可以选用十二烷基苯磺酸钠、PEG200、PEG400、吐温80。

所述固化剂为双组分固化剂，A组分为水玻璃，其模数优选1-3，B组分为与A组分等当量的稀酸液，优选等当量的盐酸、醋酸或草酸的稀溶液。

所述增韧剂优选聚异丁烯丁二酰亚胺，更优选单聚异丁烯丁二酰亚胺，其聚异丁烯部分的分子量优选1000-3000。

所述加入微纳米颗粒的聚氨酯树脂的制备方法为：将水溶性聚氨酯树脂、纳米金属氧化物、表面活性剂、固化剂A组分、增韧剂与水混合，均匀分散后涂覆成型，在成型物表面喷洒固化剂B组分，固化即得。其中水的用量优选为所述水溶性聚氨酯树脂和纳米金属氧化物质量之和的50%-200%。优选采用研磨机研磨或超声分散的方法对水溶性聚氨酯树脂、纳米金属氧化物、表面活性剂、固化剂A组分、增韧剂与水的混合物料进行均匀分散。

所述智能调温材料层可以选用栏珊结构、板式结构、条形结构、矩形块结构，优选活动栏珊结构。当所述智能调温材料层采用活动栏珊结构时，所述自动控制模块可以调用智能调温模块，控制活动栏珊的平铺或打开。

当所述智能调温部件包括制冷模块、制热模块时，自动控制模块可以启动制冷模块或制热模块来控制所述封闭空间的内部环境温度。

所述智能调温部件优选由太阳能供能的智能调温部件，即所述智能调温部件是由太阳能来驱动工作，更优选由光伏面板供电的智能调温部件。

所述制冷模块优选制冷机，例如压缩机、冷浴装置，更优选由太阳能功能的制冷机。

所述制热模块优选制热装置，例如光制热装置、水浴装置、油浴装置，更优选由太阳能功能的制热装置。

所述光制热装置可以选用可见光源、红外光源或紫外光源，优选可见光源、红外光源，更优选由太阳能供能的可见光源、红外光源。

优选地，在所述封闭空间的内壁上附着隔热材料，这样可以使得投射到所述封闭空间内壁上的光能反射到封闭空间的内部，能够保持内部环境温度的稳定。

本发明的封闭空间可以为住宅、温室、剧场、游泳池、剧院、冷库等。

利用本发明所述的智能调温装置进行智能调温的方法包括：

利用采集模块采集所述封闭空间的外部环境温度和内部环境温度；

在自动控制模块中，比较外部环境温度、内部环境温度与预设控制温度的大小；

当外部环境温度、内部环境温度均大于预设控制温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层呈平铺状态，从而阻断外部环境与内部环境之间的能量交换，自动控制模块可以调用优选的制冷模块，以使内部环境温度等于预设控制温度；

当外部环境温度大于预设控制温度、内部环境温度小于预设环境温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层呈打开状态，从而通过导热材料层实现外部环境与内部环境之间的能量交换，提高内部环境温度以使内部环境温度等于预设控制温度；为加速实现预设控制温度，自动控制模块可以调用优选的制热模块；

当外部环境温度、内部环境温度均小于预设控制温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层呈平铺状态，从而阻断外部环境与内部环境之间的能量交换，自动控制模块可以调用优选的制热模块，以使内部环境温度等于预设控制温度；

当外部环境温度小于预设控制温度、内部环境温度大于预设控制温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层呈打开状态，从而通过导热材料层实现外部环境与内部环境之间的能量交换，降低内部环境温度，以使内部环境温度等于预设控制温度；为加速实现预设控制温度，自动控制模块可以调用优选的制冷模块。

本发明装置能够根据封闭空间的外部环境及内部环境温度的变化，自动实现对封闭空间内部环境温度的控制。本发明装置中的智能调温模块使用了能够反射或投射可见光、反射红外光和紫外光的微纳米颗粒，能够控制封闭空间的内部环境温度，可以基本实现由太阳能供能来完成控温操作。本发明的装置及方法能量利用效率高、无污染，智能化程度高。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明的智能调温装置的示意图，其中a为所述的封闭空间，b为温度采集模块，c为自动控制模块，d为智能调温模块，b、c、d模块构成智能调温部件。

图2为本发明优选的智能调温装置的示意图，其中a为所述的封闭空间，b为温度采集模块，c为自动控制模块，d为智能调温模块，e为制冷模块，f为制热模块，b、c、d、e、f模块构成智能调温部件。

图3、图4为本发明智能调温模块的示意图，其中a为所述的封闭空间，d1为智能调温材料层，d2为导热材料层，d1和d2构成所述的智能调温模块；其中的d1采用活动栏珊结构；图3的d1为平铺状态，可以阻断封闭空间的外部环境与内部环境之间的能量交换，图4的d1为打开状态，可以通过导热材料层d2实现外部环境与内部环境之间的能量交换。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不构成对本发明的限制。

制备隔热材料的实施例1-3和对比例1

制备隔热材料的实施例1-3和对比例1中的物料组成见表1。本实施例中所使用的物料均为市售原料，其中固化剂B组分采用的是与A组分等当量的质量分数为3%的稀盐酸。

表1

按上述物料组成将水溶性聚氨酯树脂、纳米金属氧化物、表面活性剂、固 化剂A组分、增韧剂与水混合，超声分散后涂覆成膜，在成型物表面喷洒固化 剂B组分，固化，分别得到膜形隔热材料1-3和对比隔热材料1。

分别对上述膜形隔热材料1-3和对比隔热材料1进行了红外光反射试验和柔韧性试验，测定结果见表2。

表2

性能测试	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	测试方法
						红外光反射率	90%	92%	95%	88%	双光路测试法
柔韧性，mm	2.3	2.3	2.5	1.5	GB 1731-1993

采用图2所示的智能调温装置说明本发明装置的使用方法，其中的智能调温模块采用图3、图4所示的智能调温材料层和导热材料层。

所述智能调温的方法是：

利用采集模块采集所述封闭空间的外部环境温度和内部环境温度；

在自动控制模块中，比较外部环境温度、内部环境温度与预设控制温度的大小；

当外部环境温度、内部环境温度均大于预设控制温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层d1呈平铺状态，从而阻断外部环境与内部环境之间的能量交换，自动控制模块可以调用优选的制冷模块，以使内部环境温度等于预设控制温度；

当外部环境温度大于预设控制温度、内部环境温度小于预设环境温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层d1呈打开状态，从而通过导热材料层d2实现外部环境与内部环境之间的能量交换，提高内部环境温度以使内部环境温度等于预设控制温度；为加速实现预设控制温度，自动控制模块可以调用优选的制热模块；

当外部环境温度、内部环境温度均小于预设控制温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层d1呈平铺状态，从而阻断外部环境与内部环境之间的能量交换，自动控制模块可以调用优选的制热模块，以使内部环境温度等于预设控制温度；

当外部环境温度小于预设控制温度、内部环境温度大于预设控制温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层d1呈打开状态，从而通过导热材料层d2实现外部环境与内部环境之间的能量交换，降低内部环境温度，以使内部环境温度等于预设控制温度；为加速实现预设控制温度，自动控制模块可以调用优选的制冷模块。

节能试验的实施例4-6和对比例2、3

采用图2所示的智能调温装置进行进一步说明，分别在相同结构和大小的封闭空间的顶部设置智能调温模块，采用了图3、图4所示的智能调温材料层和导热材料层，所述导热材料层采用了铝合金板，所述的智能调温材料层是分别在玻璃上涂覆了实施例1-3中制备的隔热材料和对比例1中制备的隔热材料，作为节能试验的实施例4-6和对比例2。在相同结构和大小的封闭空间上不设置智能调温模块的，作为对比例3来对比分析。在各个模块中均采用太阳能供能。

设定封闭空间内的预设控制温度为20℃，分别对每个封闭空间的外部环境作出相同条件的温度变换，包括高于20℃和低于20℃的情形。经历10h试验，以对比例3的能耗结果为1来计算其它实施例和对比例的节能效果，试验结果见表3。

表3

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述 实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方 案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种智能调温装置，包括封闭空间和智能调温部件，所述智能调温部件包括温度采集模块、自动控制模块、智能调温模块和任选的制冷模块、制热模块，所述智能调温模块包括智能调温材料层和导热材料层，所述智能调温材料层与所述封闭空间的外部环境接触，所述导热材料层与所述封闭空间的内部环境接触；所述智能调温材料层包括基材和附着在基材上面的隔热材料。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自动控制模块能够根据采集的温度信息及预设控制温度自动调用智能调温模块，所述智能调温模块能够控制所述封闭空间的外部环境与内部环境之间的能量交换。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述隔热材料为高分子隔热材料（优选加入微纳米颗粒的高分子隔热材料，所述微纳米颗粒优选选自能够反射可见光、红外光、紫外光的微纳米颗粒或者选自能够透射可见光、反射红外光和紫外光的微纳米颗粒）。

4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，所述微纳米颗粒选自纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米二氧化钛、纳米氧化铟和纳米氧化钇中的一种或多种；所述高分子隔热材料选自聚氨酯树脂、酚醛树脂和尼龙树脂中的一种或多种。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述隔热材料为加入微纳米颗粒的聚氨酯树脂。

6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述加入微纳米颗粒的聚氨酯树脂包括水溶性聚氨酯树脂、纳米金属氧化物、表面活性剂、固化剂、增韧剂，其中水溶性聚氨酯树脂的含量为50%-70%，纳米金属氧化物的含量为15%-40%，表面活性剂的含量为1%-5%，固化剂的含量为5%-10%，增韧剂的含量为0.01%-0.1%。

7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，所述纳米金属氧化物选自纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米二氧化钛、纳米氧化铟和纳米氧化钇中的一种或多种；所述表面活性剂选自烷基苯磺酸盐、聚乙二醇、聚氧乙烯醚山梨醇酯；所述固化剂为双组分固化剂，A组分为水玻璃，B组分为与A组分等当量的稀酸液；所述增韧剂选自聚异丁烯丁二酰亚胺。

8.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，所述加入微纳米颗粒的聚氨酯树脂的制备方法为：将水溶性聚氨酯树脂、纳米金属氧化物、表面活性剂、固化剂A组分、增韧剂与水混合，均匀分散后涂覆成型，在成型物表面喷洒固化剂B组分，固化即得。

9.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述智能调温材料层为栏珊结构、板式结构、条形结构、矩形块结构（优选活动栏珊结构）。

10.利用权利要求1-9之一所述的智能调温装置进行智能调温的方法包括：

利用采集模块采集所述封闭空间的外部环境温度和内部环境温度；

在自动控制模块中，比较外部环境温度、内部环境温度与预设控制温度的大小；

当外部环境温度、内部环境温度均大于预设控制温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层呈平铺状态，从而阻断外部环境与内部环境之间的能量交换，自动控制模块可以调用优选的制冷模块，以使内部环境温度等于预设控制温度；

当外部环境温度大于预设控制温度、内部环境温度小于预设环境温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层呈打开状态，从而通过导热材料层实现外部环境与内部环境之间的能量交换，提高内部环境温度以使内部环境温度等于预设控制温度；为加速实现预设控制温度，自动控制模块可以调用优选的制热模块；

当外部环境温度、内部环境温度均小于预设控制温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层呈平铺状态，从而阻断外部环境与内部环境之间的能量交换，自动控制模块可以调用优选的制热模块，以使内部环境温度等于预设控制温度；

当外部环境温度小于预设控制温度、内部环境温度大于预设控制温度时，自动控制模块调用智能调温模块，使所述智能调温材料层呈打开状态，从而通过导热材料层实现外部环境与内部环境之间的能量交换，降低内部环境温度，以使内部环境温度等于预设控制温度；为加速实现预设控制温度，自动控制模块可以调用优选的制冷模块。