CN110375407A - 一种辐射制冷吊顶结构 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种辐射制冷吊顶结构，该结构包括冷水管、引流板和排水板，每根冷水管下方均设置有一个引流板和排水板，引流板的下部均接触在排水板的上表面，所述冷水管和引流板的外表面均包覆疏水材料；所述排水板的上表面包覆疏水材料，排水板的下表面包覆亲水材料，在沿排水板长度方向上，安装时排水板底端平面与水平方向的夹角为5～8°，排水板较低的一侧连接收集装置。该结构能够解决水源吊顶辐射制冷发生的结露滴落问题，尤其适用于室内高湿环境中。
Description
技术领域
本发明涉及室内供冷吊顶空调系统技术领域，具体涉及一种辐射制冷吊顶结构。
背景技术
目前，空调系统的制冷方式基本以对流传热为主，这种制冷方式的舒适感与通风较差，功耗较大。以辐射换热为主的顶板空调系统可以极大改善以上缺点，但是，在制冷过程中由于吊顶表面温度一般低于空气的露点温度，空气中水蒸气将会在其表面结露。而滴落的水滴将会影响居住环境的舒适感，同时还会影响到制冷效果，若是长时间不进行排除，更会滋生细菌加速顶板腐蚀。因此，研究出一种防止顶面滴水且不影响制冷效果的吊顶结构是十分重要的。
当前，普遍使用的制冷吊顶系统，需要另加一套置换通风系统，通过控制进风的温湿度，使其露点温度低于吊顶表面温度来避免结露，这样对吊顶系统体积，适用环境造成了极大限制，不仅结构复杂而且效果不佳。同时，人们也不断对其进行改进，如申请号CN00243552,CN00120766,CN002435543所公开的带通风末端的模块式水源辐射制冷吊顶板，其通过模块化制冷和组织风道来提升制冷效果且避免结露，但是当其应用于高温高湿环境时，结露滴落现象不可避免且没有相关的方法解决；再如申请号CN1208531C所公开的带通风的空气源辐射供冷吊顶板，其通过空调空气处理设备将室外空气处理成低温低湿空气，从吊顶板上方空间流过进行热量交换，在吊顶板采用超亲水材料防止结露，但是湿空气中水蒸气在顶棚会形成水膜，且缺乏排水措施，不能有效避免结露滴落现象，影响使用者的生活质量，而且需采用空调空气处理设备，导致功耗较大，不如采用水源辐射制冷节能，由陈镔的辐射供冷系统简析(陈镔.辐射供冷系统简析[J].制冷空调与电力机械.2010.2(31)：69-72)可知，辐射制冷的耗能要比传统空调小得多，节能达到28％-40％，若能较好的解决结露滴落现象，这种制冷方式将具有极大的市场前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种辐射制冷吊顶结构，该结构能够解决水源吊顶辐射制冷发生的结露滴落问题，尤其适用于室内高湿环境中。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种辐射制冷吊顶结构，包括冷水管，其特征在于，该结构还包括引流板和排水板，每根冷水管下方均设置有一个引流板和排水板，引流板的下部均接触在排水板的上表面，所述冷水管和引流板的外表面均包覆疏水材料；所述排水板的上表面包覆疏水材料，排水板的下表面包覆亲水材料，在沿排水板长度方向上，安装时排水板底端平面与水平方向的夹角为5～8°，排水板较低的一侧连接收集装置。
所述引流板的断面形状呈Y型，引流板上部包裹住冷水管的下部，引流板的下部直立在排水板上。
所述引流板为丝网结构，包覆层采用疏水透气材料制成。
所述排水板的断面为V形，具有V形槽道，引流板接触在V形槽道的槽底，V形槽道可以容纳较多水分结露，再配合排水板整体的倾斜设置，将槽道内结露排走，V形角度可根据冷水管间距等实际情况来进行设计。
疏水材料为聚四氟乙烯膜或超纳米疏水膜，亲水材料采用亲水涂层。
新风入口布置于排水板周围，且位于排水板下方，通过新风流动进而携带排水板亲水侧结露进入收集装置。
本发明的有益效果为：
1)因为冷水管表面温度较低，当冷水管外表面包覆疏水材料进行辐射制冷时，大部分露水将会凝结在疏水材料表面，由于重力的作用顺着疏水材料流到引流板，引流板双面包覆疏水材料或者引流板为疏水材料整体制成(为整体材料时疏水材料可以为聚乙烯薄板，引流板包覆疏水材料时，主体可以为任意具有一定强度的材料，只需在外表面均包覆疏水材料即可)，再将露水引流到排水板的疏水材料表面，之后由于排水板的倾斜设置，将露水排出。由于利用结露自身的重力势能，冷水管，引流板和排水板均具有自清洁能力。
2)在排水板的亲水材料表面所凝结的少部分露水，将会形成水膜，并在新风流动的作用下排出，不会发生滴露现象。本发明通过对冷水管，引流板和排水板的布置设计和表面处理，利用结露本身的重力势能，对结露进行排出，将被动防止凝露转化为主动疏导，防止露水滴落，同时还可以对收集的露水进行再利用。
3)本发明的吊顶结构可以取代当前普遍使用的置换通风系统，所需设备仅仅只有一台水泵和一个风机，不仅节能，更拓宽了辐射制冷的适用范围，放宽了对于冷水管的进回水温度限制，放宽了对于进风温湿度的限制，可以更好地获得制冷效果，同时，简化了系统结构，节约了初始投入。
4)采用经降温降湿的新风流过排水板亲水侧，在保证新风量的同时，还可以将亲水侧的少量结露携带排出，并不会滴落。
5)对排水板两面分别进行亲水、疏水处理，防止排水板发霉腐蚀，加强室内空气流动，增强制冷效果。
6)引流板采用丝网结构配合透气防水膜(外表面包覆的疏水材料)，在引流的同时，可以起到促进冷水管侧空气流动的作用，丝网还可以起到翅片作用，加强对于空气的冷却。同时引流板的存在还能避免结露成滴而不断撞击吊顶板的情况，有助于提高居住者的生活质量。
7)对于冷水管排列方式没有要求，使用范围广泛。
附图说明
图1为本发明结构正视拆分图；
图2为本发明结构正视组装图；
图3位本发明结构侧视示意图；
图4为本发明中冷水管结构示意图；
图5为本发明中引流板结构正视图；
图6为本发明中引流板结构侧示图；
图7为本发明中一种实施例的排水板的结构示意图；
图8为本发明中收集装置一参考示例；
图中，1冷水管、2引流板、3排水板、4疏水材料、5丝网、6亲水材料、7疏水透气材料、8墙壁、9塑料管、10 V形槽道。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。
本发明一种用于室内高湿环境的辐射制冷吊顶结构，主要包括冷水管1，引流板2，排水板3，水泵，排水板支撑架以及新风盘管。冷水管并排并联安装于屋顶下方，引流板可采用胀接固定于屋顶，并和冷水管、排水板疏水透气材料侧相接触，排水板通过排水板支撑架倾斜吊装在屋顶下方，所述冷水管1表面包覆疏水材料4，引流板2采用丝网5结构且两面均包覆有疏水透气材料7，其将冷水管1与排水板3相连，排水板3采用水平板(参见图3)，且两面分别包覆有亲水材料6与疏水透气材料7，疏水透气材料面与引流板2相接触，排水板支撑架包覆疏水材料。安装时排水板底端平面与水平方向的夹角为5～8°，排水板较低的一侧连接收集装置。
冷水管在屋顶水平布置，引流板竖直与冷水管相接触，同时与排水板疏水材料表面接触。
所述引流板的断面形状呈Y型，引流板上部包裹住冷水管的下部，引流板的下部直立在排水板上。引流板上部包裹住冷水管下部，使冷水管上的结露顺着引流板通过毛细及重力作用慢慢流到排水板上，不会出现冷水管上的结露直接滴落到排水板上，而频繁出现水滴滴答滴答的声音，有助于提高居住者的生活品质。引流板上端点低于冷水管圆心高度。
引流板采用高透气性的丝网结构，在保证将冷水管结露导流到排水板疏水表面的同时，加强空气之间的流动，增强制冷效果。
排水板下表面朝向室内，室内侧可以做成装饰面，保证美观效果，排水板可以倾斜设置，倾斜角度为5～8°，即安装时排水板底端平面与水平方向，结露由高向低流，即可达到排水效果。排水板使用排水板支撑架正常安装即可，排水板支撑架也固定于屋顶。
对于冷水进行分流，80％冷水进入冷水管中，与室内环境进行辐射制冷，20％冷水进入新风盘管，用于室外新风的降温，室外新风经降温降湿处理后流入室内，在排水板亲水侧流过。盘管技术与收集装置已较为成熟，可以直接采用现有的盘管和收集装置技术，在此不再赘述。用于收集结露的收集装置(参见图8)可以采用V形槽板10与塑料管9的形式，V形槽板10底端平面与水平方向的夹角为5～8°，V形槽板的V形开口朝向排水板的底端，且位于排水板下方，来收集排水板亲水侧与疏水侧的结露，根据实际室外排水管位置来设计打孔位置，V形槽板末端套装塑料管。塑料管穿过墙壁8的孔洞与室外排水管相连，使得结露可通过V形槽板与塑料管在重力势能的作用下流向室外排水管。
上述疏水材料根据需要可选择聚四氟乙烯膜、聚四氟乙烯薄板等材料，也可以为超疏水材料，疏水透气材料可选择超纳米疏水膜等材料，亲水材料可选择超亲水涂层或亲水涂层。
本发明中，冷水管1包覆疏水材料4进行辐射制冷，露水将会凝结在疏水材料4表面，由于重力的作用顺着疏水材料4流到引流板2，引流板2为利用疏水材料制成的丝网结构，再将露水引流到排水板3的疏水材料4表面，之后由于排水板3的倾斜设置，将露水排出，在排水板3的亲水材料6表面所凝结的少部分露水，将会形成水膜，并在新风流动的作用下排出，不会发生滴露现象，也可以将排水收集起来进行二次利用，而且，由于利用重力势能冷水管1，引流板2，排水板3均具有自清洁能力。
实施例
本实施例辐射制冷吊顶结构，包括冷水管、引流板和排水板，每根冷水管下方均设置有一个引流板和排水板，引流板的下部均接触在排水板的上表面，所述冷水管和引流板的外表面均包覆疏水材料；所述排水板的上表面包覆疏水材料，排水板的下表面包覆亲水材料，所述排水板的断面为V形，具有V形槽道，引流板接触在V形槽道的槽底(参见图1和图2)。在沿排水板长度方向上，安装时排水板底端平面与水平方向的夹角为7°，排水板较低的一侧连接收集装置。所述引流板的断面形状呈Y型，引流板上部包裹住冷水管的下部，引流板的下部直立在排水板上。冷水管水平设置。
在本实施例中，对象是一房间，其位于广州市处于高温高湿环境，尺寸为8m×6m×3m(长×宽×高)。顶棚装有冷水管，新风送风口位于排水板一端，使得新风吹向排水端，制冷采用本实施例的吊顶结构，假设房间设计人员数为3人，根据相关设计规范查出房间的有关设计参数：夏季室内设计温度为25℃，设计相对湿度为60％；夏季室外计算干球温度为35℃，相对湿度为80％。满足卫生条件下先预设新风量为30m3/(人*h)，人员和其他设备的散热忽略不计，室内初始温湿度与室外相同。
取有效辐射制冷面积为30㎡，取进出水温度为13/15℃，水速为0.5m/s，冷水管的内外管径为15/20mm，8根冷水管并排并联均布于顶棚，每根水管对应1个引流板和一个排水板，多个排水板较低的一侧联通收集装置的进口，对结露进行收集。
冷量计算
根据相关实例，假设(包括对流传热与辐射传热)折合辐射制冷面积后的单位面积冷量q为q＝50W/㎡，由上可知制冷面积为s＝30㎡。
可知：
制冷功率
P＝q*s＝50W/m2*30m2＝1500W
房间制冷所需冷量
Q＝m平×c平×Δt＝(1.060kJ/(kg·K)+1.028kJ/(kg·K))/2×(157.65kg+
167.31kg)/2×(35℃-25℃)＝1696.29kJ
制冷所需时间
t＝Q/P＝1696.29kJ/1500W＝1131s＝19min
结露计算：
由干球温度35℃，相对湿度为80％可知，含湿量为d1＝28.92g/kg，比容为ν1＝0.9134m3/kg，比热为c1＝1.060kJ/(kg.K)。
由干球温度25℃，相对湿度为60％可知，含湿量为d2＝11.90g/kg，比容为ν2＝0.8607m3/kg，比热为c2＝1.028kJ/(kg.K)。
初始房间内空气参数：
湿空气质量
M1＝V/ν1＝8m×6m×3m/0.9134m3/kg＝157.65kg
其中，V为房间体积，
干空气质量
m1＝M1×1000/(1000+d1)＝157.65kg×1000/(1000+28.92)＝153.22kg
水蒸气质量
m2＝M1-m1＝157.65kg-153.22kg＝4.43kg
稳定运行后房间内空气参数：
湿空气质量
M2＝V/ν2＝8m×6m×3m/0.8607m3/kg＝167.31kg
干空气质量m3＝M2×1000/(1000+d2)＝167.31kg×1000/(1000+11.9)＝165.34kg
水蒸气质量
m4＝M2-m3＝167.31kg-165.34kg＝2.00kg
可知：
结露质量
m5＝m2-m4＝4.43kg-2.00kg＝2.43kg
参考相关案例，排水板疏水侧结露90％，亲水侧结露10％，
可知:
疏水侧结露量
m6＝m5×0.9/19×60＝2.43kg×0.9/19×60＝6.561kg/h
亲水侧结露量
m7＝m5×0.1/19×60＝2.43kg×0.1/19×60＝0.729kg/h
本实施例的吊顶结构设置对于这种大结露量也能很好地收集，不会出现滴落现象。
水量计算：
由上可知管内径d＝15mm，8根冷水管，进出水温度为13/15℃，水速v＝0.5m/s，水的密度ρ＝1000kg/m3。
可知：
冷水管截面积
s′＝(d/2)2×3.14＝(0.015m/2)2×3.14＝0.000314m2
辐射冷水量为
q′＝6×s′×v×ρ＝6×0.000314m2×0.5m/s×1000kg/m3＝0.53kg/s＝31.8L/min
功耗计算
根据冷水流量31.8L/min可知，选用BJZ75广东凌霄不锈钢水泵可满足要求，功率为550w。
根据新风量90m3/h可知，选用1550BHL滚珠轴流风机可满足要求，功率为38W。
则在制冷过程中功率为588w，当室内降温达到要求后，可适当调小功率，便可满足室内温度的稳定。用于48㎡室内的传统空调，一般功率为2000w左右，相比而言，节能达到60％左右。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (8)
1.一种辐射制冷吊顶结构，包括冷水管，其特征在于，该结构还包括引流板和排水板，每根冷水管下方均设置有一个引流板和排水板，引流板的下部均接触在排水板的上表面，所述冷水管和引流板的外表面均包覆疏水材料；所述排水板的上表面包覆疏水材料，排水板的下表面包覆亲水材料，在沿排水板长度方向上，安装时排水板底端平面与水平方向的夹角为5～8°，排水板较低的一侧连接收集装置。
2.根据权利要求1所述的辐射制冷吊顶结构，其特征在于，所述引流板的断面形状呈Y型，引流板上部包裹住冷水管的下部，引流板的下部直立在排水板上。
3.根据权利要求1所述的辐射制冷吊顶结构，其特征在于，所述引流板为丝网结构，采用疏水透气材料制成。
4.根据权利要求1所述的辐射制冷吊顶结构，其特征在于，所述排水板的断面为V形，具有V形槽道，引流板接触在V形槽道的槽底。
5.根据权利要求1所述的辐射制冷吊顶结构，其特征在于，引流板上端点低于冷水管圆心高度。
6.根据权利要求1所述的辐射制冷吊顶结构，其特征在于，疏水材料为聚四氟乙烯膜或超纳米疏水膜，亲水材料为亲水涂层。
7.根据权利要求1所述的辐射制冷吊顶结构，其特征在于，该结构用于室内高湿环境中。
8.根据权利要求1所述的辐射制冷吊顶结构，其特征在于，新风入口布置于排水板周围，且位于排水板下方。
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