CN110762667A - 蒸发冷却自降温的辐射冷房系统及方法 - Google Patents

蒸发冷却自降温的辐射冷房系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种蒸发冷却自降温的辐射冷房系统：包括保温机箱和复合式蓄热建筑围护结构，保温机箱内腔底部作为蓄水池，保温机箱内腔顶部设置有喷嘴排管；所述保温机箱左右两端的上半部分部均设有与其内腔连通的通风机，蓄水池通过位于保温机箱外侧的给水管路与嵌于复合式蓄热建筑围护结构中的内嵌管的一端相连，喷嘴排管通过位于保温机箱外侧的回水管路与嵌于复合式蓄热建筑围护结构中的内嵌管的另一端相连。本发明还提供一种蒸发冷却自降温的辐射冷房使用方法，本发明可以通过蒸发冷却装置将通过内嵌管的循环水降低至室外空气的湿球温度，进而达到在夏季能有效降低室内温度的作用。

Description

蒸发冷却自降温的辐射冷房系统及方法
技术领域
本发明属于空调制冷技术领域，更具体的说，涉及一种包含复合式蓄热建筑围护结构的蒸发冷却自降温的辐射冷房系统及方法。
背景技术
近年来，随着人民生活水平的提高，建筑能耗在总能耗中所占的比例呈现逐步增长的趋势。而在建筑能耗中，空调能耗又占有主要比例，约为2/3。因此，采取有效手段降低空调能耗已势在必行。
现阶段，为了降低空调能耗，国内外很多研究学者做了各种研究。在建筑围护结构方面，使用保温夹心复合墙、采用隔热性能较好的材料做外墙、在结构层上贴附保温层等方法减少室外热量传入室内。在空调系统的选用方面，针对不同类型的建筑，分别采用集中式、半集中式、局部式等空调系统增加能源利用率。
虽然上述的研究方案在生活中已有实例，但是实际过程中，这些研究方案存在投资成本高、施工复杂、节能效果不理想等缺点。
因此，需要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效的蒸发冷却自降温的辐射冷房系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种蒸发冷却自降温的辐射冷房系统：包括保温机箱和复合式蓄热建筑围护结构；
所述保温机箱内腔底部作为蓄水池；
所述保温机箱内腔顶部设置有喷嘴排管；
所述保温机箱左右两端的上半部分部均设有与其内腔连通的通风机；
所述的蓄水池通过位于保温机箱外侧的给水管路与嵌于复合式蓄热建筑围护结构中的内嵌管的一端相连；所述喷嘴排管通过位于保温机箱外侧的回水管路与嵌于复合式蓄热建筑围护结构中的内嵌管的另一端相连。
作为对本发明蒸发冷却自降温的辐射房系统的改进：
所述的复合式蓄热建筑围护结构包括相互连接的砖墙以及细石混凝土层；
所述的细石混凝土层包括相互连接的普通细石混凝土层和具有强化蓄热功能的细石混凝土层；
所述具有强化蓄热功能的细石混凝土层在朝室外的一侧与一定厚度的砖墙相接触；
所述内嵌管为U形；所述内嵌管两端分别位于具有强化蓄热功能的细石混凝土层和普通细石混凝土层中，内嵌管一端与给水管路连接，内嵌管另一端与回水管路连接；
所述具有强化蓄热功能的细石混凝土层为含有金属丝的细石混凝土层或者含有相变材料微胶囊的细石混凝土层。
作为对本发明蒸发冷却自降温的辐射房系统的进一步改进：
所述的砖墙在朝室外的一侧涂抹外侧抹灰层；
所述的普通细石混凝土层在朝室内的一侧涂抹内侧抹灰层。
作为对本发明蒸发冷却自降温的辐射房系统的进一步改进：
所述复合式蓄热建筑围护结构需做好保温措施。
作为对本发明蒸发冷却自降温的辐射房系统的进一步改进：
所述内嵌管与细石混凝土的接触处需要排除空气。
作为对本发明蒸发冷却自降温的辐射房系统的进一步改进：
所述给水管路上设置有电动阀和排污阀；所述回水管路上设置有水泵和截止阀。
作为对本发明蒸发冷却自降温的辐射房系统的进一步改进：
所述蓄水池分别与补水管、泄水管和溢水管连接；所述蓄水池中设置有浮球阀和溢水器，浮球阀与补水管配合使用，溢水器与溢水管配合使用。
作为对本发明蒸发冷却自降温的辐射房系统的进一步改进：
内嵌管选用U型方式进行排列。
本发明还提供一种蒸发冷却自降温的辐射冷房使用方法，包括以下步骤：
1)、室外空气经通风机进入保温隔热箱，经喷嘴排管内喷淋水的作用后等焓降温至室外空气的湿球温度，再与蓄水池中的循环水进行充分的热交换，使蓄水池中的水温也接近于室外空气的湿球温度，
2)、而后蓄水池中的循环水流经给水管路后流入内嵌管，作为辐射制冷的冷源，通过辐射和对流换热的方式为室内提供冷量；
3)、在水泵的作用下，内嵌管内与室内空气进行热交换后的循环水通过回水管路流入喷嘴排管，以此循环，以达到降低室内温度，提高热舒适性的作用。
作为对本发明蒸发冷却自降温的辐射冷房使用方法的改进：
在白天，内嵌管内循环水的冷量在给室内空气制冷的同时，有一部分通过热传导的方式传递给金属丝，由于金属丝良好的导热性使得这部分的冷量被蓄存在含有金属丝的细石混凝土层中；
在夜间，关闭系统，白天被蓄存在含有金属丝的细石混凝土层中的冷量被释放出来，起到了削峰填谷的作用。
本发明蒸发冷却自降温的辐射冷房系统及方法的技术优势为：
1、本发明的主要设备为：保温隔热箱、蓄水池、喷嘴排管、内嵌管、金属丝或相变材料微胶囊、细石混凝土，设备简单、安装方便、价格便宜。
2、本发明可以通过蒸发冷却装置将通过内嵌管的循环水降低至室外空气的湿球温度，进而达到在夏季能有效降低室内温度的作用。
3、本发明由于将流入内嵌管的水温降低至室外温度的湿球温度，故不会导致围护结构出现结露的现象，具有现实意义。
4、本发明中内嵌管内的循环水通过辐射和对流的换热方式将冷量传递给室内空气，能达到在有效降低室内空气的温度的同时，提高室内热舒适性。
5、本发明采用复合蓄热建筑围护结构，在混凝土中加入相变微胶囊，增强了房屋自降温性能，夏季能防止房屋过热。
6、本发明采用循环水对室内空气进行降温，节约能源，绿色环保。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明包含复合式蓄热建筑围护结构的蒸发冷却自降温的辐射冷房系统的结构示意图；
图2为本发明实施例1的系统内A-A剖面的结构示意图；
图3为本发明实施例2的系统内A-A剖面的结构示意图；
其中，附图中标记如下：
图1中，1.保温隔热箱；2.喷嘴排管；3.浮球阀；4.补水管；5.泄水管；6.溢水管；7.溢水器；8.蓄水池；9.通风机；10.水泵；11.截止阀；12.电动阀；13.排污阀；14.复合式蓄热建筑围护结构；15.内嵌管；16.给水管路；17.回水管路。
图2中，18.普通细石混凝土层；19-1.外侧抹灰层；19-2.内侧抹灰层；20.保温层；21.砖墙；2-22.含有金属丝的细石混凝土层；23.靠室外一侧排管横截面的圆心。
图3中，3-22.含有相变材料微胶囊的细石混凝土层，24.金属丝。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1、蒸发冷却自降温的辐射冷房系统，如图1、2所示，结合复合式蓄热建筑围护结构，包括保温隔热箱1和复合式蓄热建筑围护结构14。
保温隔热箱1设置于屋顶上，内嵌管15内嵌于复合式蓄热建筑围护结构14中。
保温隔热箱1内腔底部作为蓄水池8，保温隔热箱1内腔顶部设置有喷嘴排管2。
蓄水池8通过位于保温隔热箱1外侧的给水管路16与嵌于复合式蓄热建筑围护结构14的内嵌管15相连；喷嘴排管2通过位于保温隔热箱1外侧的回水管路17与内嵌管15相连。即为内嵌管15为U形，每根内嵌管15的两端分别与给水管路16和回水管路17连接。
保温隔热箱1左右两端的上部均设有通风机9，以使室外空气与蓄水池8内的循环水进行热交换。
给水管路16上设置有电动阀12和排污阀13；回水管路上17设置有水泵10和截止阀11。
为了保障蓄水池8内水量充足且运行可靠，蓄水池8分别与补水管4、泄水管5和溢水管6连接，蓄水池8中还设置有浮球阀3和溢水器7，浮球阀3与补水管4连接配合使用，溢水器7与溢水管6连接配合使用。
内嵌管15管材可以任选，例如选用PE材料作为内嵌管15的管材。
内嵌管15的排列方式可以根据需要进行排列，例如选择U型、S型的排列方式。
在本发明实施例1的基础上，如图2所示，为图1中A-A的剖面图。
复合式蓄热建筑围护结构14主要包括砖墙21以及细石混凝土层。细石混凝土层包括普通细石混凝土层18和含有金属丝的细石混凝土层2-22(具有强化蓄热功能的细石混凝土层)；砖墙21、含有金属丝的细石混凝土层2-22和普通细石混凝土层18依次连接。
复合式蓄热建筑围护结构14中砖墙21厚度为240mm，普通细石混凝土层18厚度为35mm，含有金属丝的细石混凝土层2-22厚度为95mm。
内嵌管15两端分别位于细石混凝土层2-22和普通细石混凝土层18中，前一端与给水管路16连接，后一端与回水管路17连接，内嵌管15直径为20mm。相邻内嵌管15沿复合式蓄热建筑围护结构14长度方向的管间距为50mm，相邻内嵌管15沿复合式蓄热建筑围护结构14厚度方向的管间距为40mm。内嵌管15靠室外一侧排管横截面的内嵌管15的圆心23距离砖墙21与细石混凝土层2-22的交界面50mm。细石混凝土层2-22中嵌入若干根金属丝24，金属丝24可以使用：导热系数为377W/m·K，直径为2mm，长度为20mm。
此外，在砖墙21朝室外的一侧涂抹外侧抹灰层19-1，在普通混凝土18朝室内的一侧涂抹内侧抹灰层19-2。
为了尽可能高地提高系统的能量利用效率，需在复合式蓄热建筑围护结构14左右两端附上厚度为10mm的保温层20；且内嵌管15与细石混凝土2-22的接触处需要排除空气。
本发明的工作过程具体如下：
室外空气经通风机9进入保温隔热箱1，经喷嘴排管2内喷淋水的作用后等焓降温至室外空气的湿球温度，再与蓄水池8中的循环水进行充分的热交换，使蓄水池8中的水温也接近于室外空气的湿球温度，而后蓄水池8中的循环水流经给水管路16后流入内嵌管15，作为辐射制冷的冷源，通过辐射和对流换热的方式为室内提供冷量。在水泵10的作用下，内嵌管15内与室内空气进行热交换后的循环水通过回水管路17流入喷嘴排管2，以此循环，以达到降低室内温度，提高热舒适性的作用。
同时，为了达到系统自降温的目的，本发明通过嵌入在细石混凝层中的金属丝24得以实现。在白天，内嵌管15内循环水的冷量在给室内空气制冷的同时，有一部分通过热传导的方式传递给金属丝24，由于金属丝24良好的导热性使得这部分的冷量被蓄存在含有金属丝的细石混凝土层2-22中；在夜间，关闭系统，白天被蓄存在含有金属丝的细石混凝土层2-22中的冷量被释放出来，起到了削峰填谷的作用。
实施例2、结合复合式辐射建筑围护结构与蒸发冷却技术的辐射冷房系统，其基本原理和工作原理与第一个实施例相同，如图1、3所示，存在的差异主要在于取消了实施例1中含有金属丝的细石混凝土层2-22，增加了含有相变材料微胶囊的细石混凝土层3-22。即为将“含有金属丝的细石混凝土层2-22”替换成“含有相变材料微胶囊的细石混凝土层3-22”。
含有相变材料微胶囊的细石混凝土层3-22由相变材料微胶囊与细石混凝土混合制成，其混合比例可以根据需要进行调节。目前建筑方面使用较多的相变材料。相变材料微胶囊通常采用塑料或金属的外壁包裹着相变材料。含有相变材料微胶囊的相变材料可以使用目前建筑方面使用较多的相变材料。相变材料具有以下性质：①具有良好的热传导系数，单位质量的相变潜热大，体积膨胀率小，密度大；②相变过程可逆性好，相变过程的方向仅以温度决定，不存在过冷和降解现象；③无毒、无腐蚀、无泄漏、防火、不污染环境；④相变材料经济且原料来源容易；⑤相变过程可靠性好，不会产生降解和变化，使用寿命长，一般要求达到50年以上；⑥相变温度合适，适合于该地域的气候特征和接近人体的舒适温度；⑦与建筑材料相容，不影响建筑材料的机械性能和强度；⑧蒸汽压力低。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.蒸发冷却自降温的辐射冷房系统，其特征在于：包括保温机箱(1)和复合式蓄热建筑围护结构(14)；
所述保温机箱(1)内腔底部作为蓄水池(8)；
所述保温机箱(1)内腔顶部设置有喷嘴排管(2)；
所述保温机箱(1)左右两端的上半部分部均设有与其内腔连通的通风机(9)；
所述的蓄水池(8)通过位于保温机箱(1)外侧的给水管路(16)与嵌于复合式蓄热建筑围护结构(14)中的内嵌管(15)的一端相连；所述喷嘴排管(2)通过位于保温机箱(1)外侧的回水管路(17)与嵌于复合式蓄热建筑围护结构(14)中的内嵌管(15)的另一端相连。
2.根据权利要求1所述的蒸发冷却自降温的辐射房系统，其特征在于：
所述的复合式蓄热建筑围护结构(14)包括相互连接的砖墙(21)以及细石混凝土层；
所述的细石混凝土层包括相互连接的普通细石混凝土层(18)和具有强化蓄热功能的细石混凝土层；
所述具有强化蓄热功能的细石混凝土层在朝室外的一侧与一定厚度的砖墙(21)相接触；
所述内嵌管(15)为U形；所述内嵌管(15)两端分别位于具有强化蓄热功能的细石混凝土层和普通细石混凝土层(18)中，内嵌管(15)一端与给水管路(16)连接，内嵌管(15)另一端与回水管路(17)连接；
所述具有强化蓄热功能的细石混凝土层为含有金属丝的细石混凝土层(2-22)或者含有相变材料微胶囊的细石混凝土层(3-22)。
3.根据权利要求2所述的蒸发冷却自降温的辐射冷房系统，其特征在于：
所述的砖墙(21)在朝室外的一侧涂抹外侧抹灰层(19-1)；
所述的普通细石混凝土层(18)在朝室内的一侧涂抹内侧抹灰层(19-2)。
4.根据权利要求3所述的蒸发冷却自降温的辐射冷房系统，其特征在于：
所述复合式蓄热建筑围护结构(14)需做好保温措施。
5.根据权利要求4所述的蒸发冷却自降温的辐射冷房系统，其特征在于：
所述内嵌管(15)与细石混凝土的接触处需要排除空气。
6.根据权利要求5所述的蒸发冷却自降温的辐射冷房系统，其特征在于：
所述给水管路(16)上设置有电动阀(12)和排污阀(13)；所述回水管路上(17)设置有水泵(10)和截止阀(11)。
7.根据权利要求6所述的蒸发冷却自降温的辐射冷房系统，其特征在于：
所述蓄水池(8)分别与补水管(4)、泄水管(5)和溢水管(6)连接；所述蓄水池(8)中设置有浮球阀(3)和溢水器(7)，浮球阀(3)与补水管(4)配合使用，溢水器(7)与溢水管(6)配合使用。
8.根据权利要求7所述的蒸发冷却自降温的辐射冷房系统，其特征在于：
内嵌管(15)选用U型方式进行排列。
9.利用如权利要求1-8任一所述的蒸发冷却自降温的辐射冷房系统的蒸发冷却自降温的辐射冷房使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、室外空气经通风机(9)进入保温隔热箱(1)，经喷嘴排管(2)内喷淋水的作用后等焓降温至室外空气的湿球温度，再与蓄水池(8)中的循环水进行充分的热交换，使蓄水池(8)中的水温也接近于室外空气的湿球温度，
2)、而后蓄水池(8)中的循环水流经给水管路(16)后流入内嵌管(15)，作为辐射制冷的冷源，通过辐射和对流换热的方式为室内提供冷量；
3)、在水泵(10)的作用下，内嵌管(15)内与室内空气进行热交换后的循环水通过回水管路(17)流入喷嘴排管(2)，以此循环，以达到降低室内温度，提高热舒适性的作用。
10.根据权利要求9所述的蒸发冷却自降温的辐射冷房使用方法，其特征在于：
在白天，内嵌管(15)内循环水的冷量在给室内空气制冷的同时，有一部分通过热传导的方式传递给金属丝(24)，由于金属丝(24)良好的导热性使得这部分的冷量被蓄存在含有金属丝的细石混凝土层(2-22)中；
在夜间，关闭系统，白天被蓄存在含有金属丝的细石混凝土层(2-22)中的冷量被释放出来，起到了削峰填谷的作用。
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