CN110567188A - 基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置及构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置及构建方法，由辐射冷却结构和吸热层构成，辐射冷却结构由反射层、发射层和风屏组成，发射层置于反射层和风屏之间，风屏由空气层和遮盖材料层组成，空气层位于发射层和遮盖材料层之间；反射层将太阳光反射出去，发射层将被调温介质中热量以红外线的形式发射出去；吸热层由太阳能吸热材料层和金属板组成，金属板位于太阳能吸热材料层和辐射冷却结构的反射层之间，与辐射冷却结构紧密结合。本发明能够为某些场合和设备提供被动式降温和升温，起到节能的作用。
Description
技术领域
本发明涉及建筑冷却领域，更具体的说，是涉及一种基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置及构建方法。
背景技术
目前，很多领域需要降温和升温，比如建筑、军工、电子、机械设备等。当建筑物室外温度高时，需要空调降温；在没有空调的情况下，采用电风扇或水蒸发降温。室外温度低时，需要供热升温，消耗一次能源或二次能源。在机械设备领域，设备运行后会散发热量，温度高到一定程度将影响设备运行效率，必须降温；置于寒冷地区，温度低时会影响运行部件和润滑材料功能的正常发挥，需要升温。
在这些无法采用主动式降温和升温手段的场合或者为了节能，采用本发明可以起到调温作用。
发明内容
本发明的目的是为了解决制冷能耗大或者无法采用主动式制冷、采暖能耗大或无法采用主动式采暖、单纯采用辐射冷却可能造成冬季热负荷增加的问题，提出一种基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置及构建方法，本装置置于被调温介质上部，夏季用于将被调温介质的热量发射出去，冬季吸收太阳辐射热传向被调温介质，能够为某些场合和设备提供被动式降温和升温，起到节能的作用。
本发明的目的可通过以下技术方案实现。
本发明基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，由辐射冷却结构和吸热层构成，所述辐射冷却结构由反射层、发射层和风屏组成，所述发射层设置于反射层和风屏之间，所述风屏由空气层和遮盖材料层组成，所述空气层位于发射层和遮盖材料层之间；所述反射层将太阳光反射出去，所述发射层将被调温介质中的热量以红外线的形式发射出去；
所述吸热层由太阳能吸热材料层和金属板组成，所述金属板位于太阳能吸热材料层和辐射冷却结构的反射层之间，与辐射冷却结构紧密结合。
所述反射层采用镀银或者镀铝的介质膜，要求太阳光反射率达到95％以上。
所述发射层由SiO2和低密度聚乙烯复合材料层组成。
本发明的目的可通过以下技术方案实现。
本发明基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，由辐射冷却结构和吸热层构成，其特征在于，所述辐射冷却结构由发射层和风屏组成，所述发射层由PVDF-HFP材料层构成，将被调温介质中的热量以红外线的形式发射出去，所述风屏由空气层和遮盖材料层组成，所述空气层位于发射层和遮盖材料层之间；
所述吸热层由太阳能吸热材料层和金属板组成，所述金属板位于太阳能吸热材料层和辐射冷却结构的发射层之间，与辐射冷却结构紧密结合。
所述空气层采用中空、真空或中空充氩气。
所述金属板采用铝板、钢板或铜板，加工成旋转结构或翻转结构，用于冬夏季转换，冬季吸热层面向大气，夏季旋转使遮盖材料层面向大气。
夏季时，所述辐射冷却结构将被调温介质中的热量以8-13μm红外线的形式发射到太空中。
冬季时，所述吸热层中的太阳能吸热材料层将吸收的太阳辐射热传向被调温介质。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现。
本发明基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置的构建方法，包括以下步骤：
第一步：将金属板的一侧涂覆太阳能吸热材料层，太阳能吸热材料层用于吸收太阳辐射热；
第二步：将金属板的另一侧与辐射冷却结构的反射层紧密接触；
第三步：将发射层的一侧镀银或镀铝，形成反射层，将反射层采用硅胶与金属板贴附；
第四步：将发射层另一侧覆盖遮盖材料层，中间形成适合厚度的空气层。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明形成完整的被动式调温结构，通过辐射冷却中的反射层反射太阳光降低太阳辐射热；通过发射层将来自于被调温介质的热量以红外线的形式发射出去；通过风屏阻止外界环境热量传向被调温介质以及减少风速对发射功率的影响；通过吸热层吸收太阳辐射热传向被调温介质。整个调温装置的支撑层为金属板，可翻转，冬季吸热层面向大气，夏季旋转装置使遮盖材料面向大气。
本发明这种冬夏季调温装置构建方法，在夏季，可以将被调温介质的温度降低至室外空气温度以下，既解决了无主动式冷却设备情况下的冷却问题，又可在有制冷设备情况下实现节能；冬季，可以将被调温介质的温度升高，既解决了无主动式采暖设备情况下的采暖问题，又可在有采暖设备情况下实现节能，还可以削弱只有辐射冷却装置冬季使被调温介质温度降低的问题，是未来节能和温度调节的重要手段。
附图说明
图1是本发明的原理图，(a)夏季，(b)冬季。
图2是本发明实施例1的辐射冷却原理图。
图3是本发明实施例1的吸热原理图。
图4是本发明实施例2的辐射冷却原理图。
图5是本发明实施例2的吸热原理图。
附图标记：1辐射冷却结构；2吸热层；3反射层；4发射层；5风屏；6被调温介质；7空气层；8遮盖材料层；9太阳能吸热材料层；10金属板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式做进一步地详细描述。
实施例1：
如图1、图2、图3所示，本发明基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，置于被调温介质6上部，由辐射冷却结构1和吸热层2构成，辐射冷却结构和吸热层2紧密接触。
所述辐射冷却结构1由反射层3、发射层4、和风屏5组成，所述发射层4设置于反射层3和风屏5之间，所述风屏5由空气层7和遮盖材料层8组成，所述空气层7位于发射层4和遮盖材料层8之间。所述反射层3尽可能多的将太阳光反射出去，所述反射层3可以采用镀银或者镀铝加工的介质膜，要求太阳光反射率达到95％以上。所述发射层4将被调温介质6中的热量以红外线的形式发射出去，可采用任何具有辐射冷却作用的单一材料或复合材料，如采用SiO2和低密度聚乙烯复合材料层，厚度50μm左右，SiO2粒径为8微米左右。所述空气层7可以采用中空、真空或中空充氩气。所述遮盖材料层8应具有对所有光线或者是0.25μm-13μm波长的电磁波高透过率的特性，且不吸热或吸热较少。
所述吸热层2由太阳能吸热材料层9和金属板10组成，所述金属板10位于太阳能吸热材料层9和辐射冷却结构1的反射层3之间，与辐射冷却结构1紧密结合，结合方式可以采用硅胶等高传热系数的粘结剂将辐射冷却结构1与金属板10牢固的粘在一起。
所述太阳能吸热材料层9可以采用太阳能集热器中常用的吸热材料，吸热效率尽量高。所述金属板10的作用一是对整个装置起支撑作用，二是用来涂覆太阳能吸热材料层9。所述金属板10要求传热性能好，可以采用铝板、钢板或铜板等，可以加工成旋转结构或翻转结构，用于冬夏季转换。冬季吸热层2面向大气，由上至下依次是太阳能吸热材料层9、金属板10、反射层3、发射层4、空气层7、遮盖材料层8、被调温介质6。夏季旋转使遮盖材料层8面向大气，由上至下依次是遮盖材料层8、空气层7、发射层4、反射层3、金属板10、太阳能吸热材料层9、被调温介质6。夏季时，所述辐射冷却结构1中的发射层4将从被调温介质6中吸取的热量以8-13μm红外线的形式发射到太空中。冬季时，所述吸热层2中的太阳能吸热材料层9将吸收的太阳辐射热传向被调温介质6。
本发明基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置应与被调温介质6充分接触，倾斜或水平放置在屋顶，要求前方无遮挡，利于发射电磁波射向空中，而且充分吸收太阳辐射热。
本发明基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置的构建方法，包括以下步骤：
第一步：将金属板10的一侧涂覆太阳能吸热材料层9，太阳能吸热材料层9用于吸收太阳辐射热；
第二步：将金属板10的另一侧与辐射冷却结构1的反射层3紧密接触；
第三步：将发射层4的一侧镀银或镀铝等高反射材料，形成反射层3，将反射层3采用硅胶等传热系数高的物质与金属板10贴附；
第四步：将发射层4另一侧覆盖遮盖材料层8，中间形成适合厚度的空气层7。
整个调温装置的支撑层为金属板，金属板可以做成旋转结构或者是翻转结构，用于冬夏季转换。
实施例2：
如图1、图4、图5所示，本发明基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，置于被调温介质6上部，由辐射冷却结构1和吸热层2构成，辐射冷却结构1和吸热层2紧密接触。
所述辐射冷却结构1由发射层4和风屏5组成。所述发射层4将被调温介质6中的热量以红外线的形式发射出去，由PVDF-HFP(聚偏氟乙烯--六氟丙烯)材料层构成，厚度400μm以上。所述风屏5由空气层7和遮盖材料层8组成，所述空气层7位于发射层4和遮盖材料层8之间。所述空气层7可以采用中空、真空或中空充氩气。所述遮盖材料层9应具有对所有光线或者是0.25μm-13μm波长的电磁波高透过率的特性，且不吸热或吸热较少。
所述吸热层2由太阳能吸热材料层9和金属板10组成，所述金属板10位于太阳能吸热材料层9和辐射冷却结构1的发射层4之间，与辐射冷却结构1紧密结合，结合方式可以采用硅胶等高传热系数的粘结剂将辐射冷却结构1与金属板10牢固的粘在一起。
所述太阳能吸热材料层9可以采用太阳能集热器中常用的吸热材料，吸热效率尽量高。所述金属板10的作用一是对整个装置起支撑作用，二是用来涂覆太阳能吸热材料层9。所述金属板10要求传热性能好，可以采用铝板、钢板或铜板等，可以加工成旋转结构或翻转结构，用于冬夏季转换。冬季吸热层2面向大气，由上至下依次是太阳能吸热材料层9、金属板10、发射层4、空气层7、遮盖材料层8、被调温介质6。夏季旋转使遮盖材料层8面向大气，由上至下依次是遮盖材料层8、空气层7、发射层4、金属板10、太阳能吸热材料层9、被调温介质6。夏季时，所述辐射冷却结构1中的发射层4将从被调温介质6中吸取的热量以8-13μm红外线的形式发射到太空中。冬季时，所述吸热层2中的太阳能吸热材料层9将吸收的太阳辐射热传向被调温介质5。
本发明基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置应与被调温介质6充分接触，倾斜或水平放置在屋顶，要求前方无遮挡，利于发射电磁波射向空中，而且充分吸收太阳辐射热。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，由辐射冷却结构(1)和吸热层(2)构成，其特征在于，所述辐射冷却结构(1)由反射层(3)、发射层(4)和风屏(5)组成，所述发射层(4)设置于反射层(3)和风屏(5)之间，所述风屏(5)由空气层(7)和遮盖材料层(8)组成，所述空气层(7)位于发射层(4)和遮盖材料层(8)之间；所述反射层(3)将太阳光反射出去，所述发射层(4)将被调温介质(6)中的热量以红外线的形式发射出去；
所述吸热层(2)由太阳能吸热材料层(9)和金属板(10)组成，所述金属板位于太阳能吸热材料层(9)和辐射冷却结构(1)的反射层(3)之间，与辐射冷却结构(1)紧密结合。
2.根据权利要求1所述的基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，其特征在于，所述反射层(3)采用镀银或者镀铝的介质膜，要求太阳光反射率达到95％以上。
3.根据权利要求1所述的基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，其特征在于，所述发射层(4)由SiO2和低密度聚乙烯复合材料层组成。
4.一种基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，由辐射冷却结构(1)和吸热层(2)构成，其特征在于，所述辐射冷却结构(1)由发射层(4)和风屏(5)组成，所述发射层(4)由PVDF-HFP材料层构成，将被调温介质(6)中的热量以红外线的形式发射出去，所述风屏(5)由空气层(7)和遮盖材料层(8)组成，所述空气层(7)位于发射层(4)和遮盖材料层(8)之间；
所述吸热层(2)由太阳能吸热材料层(9)和金属板(10)组成，所述金属板(10)位于太阳能吸热材料层(9)和辐射冷却结构(1)的发射层(4)之间，与辐射冷却结构(1)紧密结合。
5.根据权利要求1或4所述的基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，其特征在于，所述空气层(7)采用中空、真空或中空充氩气。
6.根据权利要求1或4所述的基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，其特征在于，所述金属板(10)采用铝板、钢板或铜板，加工成旋转结构或翻转结构，用于冬夏季转换，冬季吸热层(2)面向大气，夏季旋转使遮盖材料层(8)面向大气。
7.根据权利要求1或4所述的基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，其特征在于，夏季时，所述辐射冷却结构(1)中的发射层(4)将被调温介质(6)中的热量以8-13μm红外线的形式发射到太空中。
8.根据权利要求1或4所述的基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置，其特征在于，冬季时，所述吸热层(2)中的太阳能吸热材料层(9)将吸收的太阳辐射热传向被调温介质(6)。
9.一种上述权利要求1所述的基于辐射冷却与太阳能利用的冬夏季调温装置的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将金属板(10)的一侧涂覆太阳能吸热材料层(9)，太阳能吸热材料层(9)用于吸收太阳辐射热；
第二步：将金属板(10)的另一侧与辐射冷却结构(1)的反射层(3)紧密接触；
第三步：将发射层(4)的一侧镀银或镀铝，形成反射层(3)，将反射层(3)采用硅胶与金属板(10)贴附；
第四步：将发射层(4)另一侧覆盖遮盖材料层(8)，中间形成适合厚度的空气层(7)。
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