CN111561736B - 一种嵌入式空调及装有该空调的建筑物 - Google Patents

一种嵌入式空调及装有该空调的建筑物 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种嵌入式空调及装有该空调的建筑物。嵌入式空调包括室外机和至少一个室内机，室外机放置在设备平台上，室外机通过管道与至少一个室内机连通，室内机设置在建筑物墙体上预留的安装空间内，室内机连通有新风管，室外机中换热管的外径范围为1＜do≤3.95mm，换热管采用多根并行的方式布置。本申请利用小通道换热器在外形尺寸、换热效率上的优势，再与房屋建筑结构进行融合，提出一种与房屋建筑集成的室内嵌入式空调技术。

Description

一种嵌入式空调及装有该空调的建筑物
技术领域
本申请涉及一种嵌入式空调及装有该空调的建筑物，适用于建筑空调的技术领域。
背景技术
空调是由一台主机通过风道或冷媒管连接多个末端设备的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的的设备。家用中央空调的室内机一般都是设置在吊顶之上，与房屋装修格局融合在一起；而壁挂式空调则是凸显在室内墙壁上。家用中央空调的最突出特点是产生较舒适的使用环境，从审美观点和最佳空间利用上考虑，使用家用中央空调使室内装饰更灵活，更容易实现各种装饰效果。目前空调的安装主要通过两种途径：在房屋建造好之后，在室内机安装的位置附近通过穿墙打孔，将管道从孔内穿过，室外机安装在室外，通过管道将室内机与室外机相连；或者，在房屋建造好之后，先选择室外机的安装位置，在室外机安装的位置附近穿墙打孔，将管道从孔内穿过，然后管道通过沿着房屋建筑的墙壁、天花板等沿路敷设至室内机所需安装的位置，通过管道将室外机与室内机相连。
由于现有建筑物墙体的厚度以120mm、220mm、240mm厚度的墙体最为常见，而配有外径为8-10mm换热管的传统室内壁挂机的厚度一般都在200mm以上，再加上适当的装配间隙，因此在房间的墙体内放入室内壁挂机是非常困难的。同时，随着人民生活水平日益提高，对于单个房间的面积需求也越来越大，从而室内机的换热功率也越来越大，进而室内机的外形尺寸及重量增加，对建筑物结构也提出了新的需求。如何尽可能地减小室内机的尺寸，使得其能够嵌入建筑物的墙体内是本领域亟待解决的技术问题。
另外，室外机一般会带有数个房间室外机，这样势必会造成室外机的换热量较大，带来室外机的外形尺寸与重量增加，使得空调的室外机普遍重量在60～100kg左右，从而对室外机所安装的平台尺寸和负载要求较高，对后期安装带来很大难度。因此，空调室外机的尺寸减小、重量降低对于减轻空调安装负荷、简化空调安装的工艺动作、缩短在高层建筑悬空的时间，从而从根本上改善空调室外机安装的安全及劳动强度也具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是设计一种嵌入式空调及装有该空调的建筑物，其利用小通道换热器在外形尺寸、换热效率上的优势，再与房屋建筑结构进行融合，提出一种与房屋建筑集成的室内嵌入式空调技术，解决以上现有技术中所存在的问题。
根据本申请的一种嵌入式空调，包括室外机和至少一个室内机，室外机放置在设备平台上，室外机通过管道与至少一个室内机连通，室内机设置在建筑物墙体上预留的安装空间内，所述室外机中换热管的外径do范围为1＜do≤3.95mm，换热管采用多根并行的方式布置。
优选地，所述室内机的表面覆盖有装饰板；安装空间为设置在建筑物墙体上的安装洞，室内机连通有新风管，所述新风管铺设在墙体中；换热管采用小通道并行管路换热器。
优选地，所述小通道并行管路换热器包括进入管、并行管路和排出管，所述并行管路分别与所述进入管和所述排出管相连通，所述进入管和所述排出管的外径比值可以为0.1-10。所述并行管路设置为至少一排，并且当所述并行管路外径do的取值范围为1mm＜do≤3.95mm时，所述换热器的换热量与所述换热器的结构之间符合下述公式：
Figure BDA0002473425560000021
其中，Q为换热量，单位为W；C0为误差系数，取值在0.8～1.2之间；C1为常数，取值在0.023～0.027之间；C2为常数，取值在1.2～1.4之间；λ为管外介质导热系数，单位为W/(m·k)；ρ为管外介质密度，单位为kg/m3；μ为管外介质动力粘度，单位为Pa·s；cp为管外介质定压比热容，单位为J/(kg·K)；S为管外循环介质流量，单位为m3/s；△t为换热温差，单位为K；m为换热器管排数量；ζ为管间距因子，η为管排因子，ψ为管层因子；h为换热器高度，单位为m；do为并行管路外径，单位为m；相邻所述并行管路之间的管间距为bt，所述管间距因子ζ＝bt/do；相邻两排所述并行管路之间相对应管路管外壁之间的距离为t，所述管排因子η＝t/do；所述管层因子ψ为根据管内介质在所述并行管路内分布的合理状态所设置的层数。
更优选地，所述小通道并行管路换热器包括进入管、并行管路和排出管，所述并行管路分别与所述进入管和所述排出管相连通，所述并行管路上设置有翅片，所述并行管路设置为至少一排，并且当所述并行管路外径do的取值范围为1mm＜do≤3.95mm时，所述换热器的换热量与所述换热器的结构之间符合下述公式：
Figure BDA0002473425560000022
其中，Q为换热量，单位为W；C0为误差系数，取值在0.8～1.2之间；C1为常数，取值在0.023～0.027之间；C2为常数，取值在1.2～1.4之间；λ为管外介质导热系数，单位为W/(m·k)；ρ为管外介质密度，单位为kg/m3；μ为管外介质动力粘度，单位为Pa·s；cp为管外介质定压比热容，单位为J/(kg·K)；S为管外循环介质流量，单位为m3/s；△t为换热温差，单位为K；m为换热器管排数量；ζ为管间距因子；h为换热器高度，单位为m；do为并行管路外径，单位为m；B为换热器厚度，单位为m；ε为翅片因子；η为管排因子；ψ为管层因子，相邻所述并行管路之间的管间距为bt，所述管间距因子ζ＝bt/do；相邻所述翅片之间的间距为bf，所述翅片因子ε＝bf/do；相邻两排所述并行管路之间相对应管路管中心之间的距离为t，所述管排因子η＝t/do；所述管层因子ψ为根据管内介质在所述并行管路内分布的合理状态所设置的层数。
其中，所述并行管路设置为至少两排；所述并行管路为金属管路；所述并行管路的管壁厚度的取值范围为0.2-0.4mm。
本申请还涉及一种建筑物，所述建筑物装有如上所述的嵌入式空调。
本申请的有益技术效果为：
1、建筑房屋时就全方位考虑了房间的空调需求，并在墙体内铺设管道，避免了房屋使用者为了安装空调穿墙打孔的行为；为进一步规范建筑物设计提供了一种规范化思路。
2、由于在建筑物各个房间预留了室内机的安装位置及管路结构，极大方便了房屋使用者安装室内机；为房屋精装修提供了一种标准化、模块化的手段。
3、由于空调采用小通道换热器可以将室内机嵌入墙体，使得室内机安装后更为美观，同时使多台室内机所需的换热量集中到一台室外机成为可能，室外机的尺寸轻巧重量轻，大大减轻了空调安装的劳动强度，提高了安装时的安全性。
4、由于空调室外机与室内机连通的管道预埋在墙体内，大大降低了风噪或者制冷剂流动所产生的噪音；由于采用单独房间独立空气循坏送风的技术，有效避免了各个房间污染物交叉感染的风险，对于大型写字楼或者多房间公寓及别墅，具有普遍及现实意义。
5、通过改进换热器的结构，采用小管径设计以及与之相匹配的管间距等，将管外流体切割成非常狭小的通道，使换热器形成“小通道效应”，能够明显提高换热器并行管路管外热交换效果，转换了解决问题的角度，进而弥补其他因素对换热器换热效果的不良影响，换热器性能相比于现有产品呈现跳级式提升。
附图说明
图1为本申请一种实施方式中的换热器整体结构示意图。
图2为并行管路管内径、管外径以及管间距结构示意图。
图3为多排并行管路采用并列排列方式结构示意图。
图4为多排并行管路采用错落排列方式结构示意图。
图5为本申请另一种实施方式中的换热器整体结构示意图。
图6为本申请另一种实施方式中的并行管路翅片结构示意图。
图7为本申请的嵌入式空调及装有该空调的建筑物的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
如图7所示，其中显示了一种嵌入式空调及装有该空调的建筑物的示意图。如图所示，嵌入式空调包括室外机21和至少一个室内机23，室外机21放置在设备平台11上，室外机21通过管道22与至少一个室内机23连通。其中，室内机23设置在建筑物墙体10上预留的安装空间12内，安装空间12可以为预先设置在建筑物墙体10上的安装洞。室内机23的表面覆盖有装饰板13，室内机23连通有新风管14，其中新风管14可以铺设在墙体中。本申请中的室外机21中换热管的外径do范围为1＜do≤3.95mm，换热管采用多根并行的方式布置。优选地，换热管采用小通道并行管路换热器，本申请中小通道是指外径小于4mm的换热管。
采用上述小通道换热器相比于外径为8-10mm的传统换热器来说，尺寸可以减小1/3左右，使得在满足相同换热效果的情况下，室内机厚度可以减小到150mm以下，室外机的重量上也要轻1/3左右。从而满足墙体的厚度对室内机厚度的尺寸要求，使室内机嵌入墙体成为可能；满足房屋建筑房间所需的换热量对室外机换热量的需求，即室外机尺寸和重量减小后，房屋建筑的平台可以放得下更大换热量的室外机；降低重量负荷从而减轻空调室外机安装时的劳动强度，提高安装时的安全性。
本申请的另一方面还涉及一种装有上述嵌入式空调的建筑物，该建筑物的改进点仅在于上述嵌入式空调，建筑物的除空调以外的其他部件均可以采用现有技术，不再赘述。本申请的建筑物可以是居住用也可以是办公用，房间可以是一个或多个，室内机可以是安装在一个房间内的一台或多台，或者安装在数个房间内的多台，室外机可以是与室内机换热量配套的一台或者多台，且室外机的安装位置是与一台或者多台室内机距离最合理的位置。室外机可以是输送制冷剂或者其他液体例如水，从而构成换热循坏。
本申请通过将建筑物与采用小通道换热器的空调进行技术融合，从而能够充分发挥小通道换热器外形尺寸小巧、换热效率高的优点，具体设计方法如下所述：
1、在建筑物建设前期
先根据建筑物墙体内所需安装室内机的房间及房间大小、保温情况来测算室内机的功率；根据建筑物墙体内所需室内机的总功率，计算得到室外机的功率，同时得到室外机采用小通道换热器所需的尺寸与重量，得出设备平台的尺寸大小、荷载及电源配置等情况；根据室内机的功率确定室内机的外形尺寸，在所对应安装室内机的位置区域的房间墙壁上预留安装空间，以便以后放入室内机；根据室内机所在的位置及室外机所在的位置，根据房屋建筑的房屋分割所形成的墙面，设计好管道的沿程铺设；根据室内机所在的位置且根据房间内需要引入新风循环的需求，设计好新风管的走向。
2、在建筑物建设期间
在室内机的预留安装空间的墙壁处，铺设管道用于制冷剂流动或者冷凝水的排出；其中冷凝水排出要按照重力的原则，沿程铺设时始终将室内机冷凝水排出口为最高点；管道铺设时需要通过在管道外浇筑聚氨酯泡沫或者保温套管等方式，加强对管道的保温，防止沿程管道内制冷剂热量的散失；每一个房间所需的管道都沿程铺设到室外机所安装的设备平台处，设备平台处同时应该有电源；每一个房间对应的室内机处在房间墙体中完成新风管的铺设。
3、建筑物建设完成后安装空调期间
将室外机安装到设备平台处，并通过多通道分流器将室外机与所需安装室内机的连通管道连接；将室内机按照原先计算的对应情况安装到房间墙壁上的预留空间内，将室内机与管道连接；将室内机与新风管的管口衔接，并在新风管外口装上隔离罩。隔离罩可以通风，但能阻挡灰尘、昆虫等异物进入；将装饰板盖在预留空间上，使之与墙壁形成一个整体。
如图1-4所示，其中显示了本申请的嵌入式空调的室外机采用的一种小通道并行管路换热器的示意图，包括进入管1、并行管路2和排出管3，并行管路2分别与进入管1和排出管3相连通，并行管路2设置为至少一排，并且当并行管路2外径do的取值范围为1mm＜do≤3.95mm时，换热器的换热量与换热器的结构之间符合下述公式：
Figure BDA0002473425560000051
其中，Q为换热量，单位为W；C0为误差系数，取值在0.8～1.2之间，优选取值为0.9～1.1之间；C1为常数，取值在0.023～0.027之间；C2为常数，取值在1.2～1.4之间；λ为管外介质导热系数，单位为W/(m·k)；ρ为管外介质密度，单位为kg/m3；μ为管外介质动力粘度，单位为Pa·s；cp为管外介质定压比热容，单位为J/(kg·K)；S为管外循环介质流量，单位为m3/s；△t为换热温差，单位为K；m为换热器管排数量；ζ为管间距因子；h为换热器高度，单位为m；do为并行管路外径，单位为m；相邻并行管路2之间的管间距为bt，管间距因子ζ＝bt/do；相邻两排并行管路2之间相对应管路管外壁之间的距离为t，管排因子η＝t/do；管层因子ψ为根据管内介质在并行管路内分布的合理状态所设置的层数。ψ为大于0的整数，并行管路2被分为至少一层。优选地，参见图1所示，并行管路2设置有至少一个分层装置5，并行管路2被分为至少两层，图1中所示情形中ψ＝3。优选地，每排并行管路2设置有至少一根管子，可以采用蛇形管通过迂回的方式形成“并行”关系、增加管子总体长度。
由于并行管路采用小管径设计，相比于常规管径而言，其管壁无需再承受管内介质的较大压力，因此，对其管壁的厚度和机械强度要求也随之降低，根据换热量公式Q＝ɑ*A*Δt，其中Q为换热量、A为换热面积、ɑ为换热系数、Δt为传热温差，换热系数ɑ的倒数，即1/ɑ为换热器热阻R，其包括三部分内容：Ri换热器管内热阻；Rw换热器管壁热阻；Ro换热器管外热阻，即ɑ＝1/(Ri+Rw+Ro)，通过调整管间距因子、管排因子等，减小换热器管外热阻Ro的数值；通过调整管径尺寸，减小换热器管内热阻Ri的数值，从而影响换热系数ɑ，进一步提高了产品的换热效率；而相比于微管径而言，小内径并行管路的生产工艺难度也相应降低了，有利于提高生产效率、提高成品率。
参见图3-4所示，并行管路2设置为至少两排。优选地，并行管路2可以进行并列排列或者错落排列。优选地，相邻两排并行管路2之间相对应管路管外壁之间的距离t指的是每排并行管路之间顺序地相对应的管路管外壁之间的距离。
进一步地，并行管路2采用金属材料制成。采用金属材料制作并行管路，能够有效降低并行管路管壁热阻Rw的数值，对于提高换热器的换热效率起到积极作用。优选地，并行管路2采用铝制成，相比于现有技术中采用铜等材料制作的并行管路，无论在物料成本和加工难度方面都具备绝对优势。当换热器并行管路采用金属材料时，Rw的数值远远小于Ri和Ro，因此，换热系数ɑ在理想状态下的公式为：
Figure BDA0002473425560000061
通过极值定理，当ai＝ao时，ai*ao获得最大值，ai+ao获得最小值，从而使α获得最大值，这也是换热器行业追求换热效率的宗旨，因此，在设计换热器时，优选地，尽量使ai与ao趋于一致，或者说换热器为获得最大的换热效果，要将并行管路的管外换热性能与管内换热性能进行匹配。
参见图2所示，并行管路2的管壁厚度(do-di)/2的取值范围为0＜(do-di)/2≤0.4mm，其中di为并行管路内径。优选地，综合考虑强度、热阻、生产成本等，并行管路2的管壁厚度(do-di)/2的取值范围为0.2mm≤(do-di)/2≤0.4mm。由于并行管路的管壁很薄，因此，并行管路内径di的数值范围也基本落入了1mm至3.95mm的数值范围内。
如图5-6所示，其中显示了本申请的嵌入式空调中采用的另一种带有翅片的小通道并行管路换热器的示意图。包括进入管1、并行管路2和排出管3，并行管路2分别与进入管1和排出管3相连通，并行管路2上设置有翅片4，并行管路2设置为至少一排，并且当并行管路2外径do的取值范围为1mm＜do≤3.95mm时，换热器的换热量与换热器的结构之间符合下述公式：
Figure BDA0002473425560000071
其中，B为换热器厚度，单位为m；相邻翅片之间的间距为bf，翅片因子ε＝bf/do；其余参数均与上述公式中的相同。
参见图5-6所示，翅片4设置为垂直于并行管路2的延伸方向，相邻翅片4之间的间距bf的取值范围为1mm≤bf≤4mm。优选地，相邻翅片4之间的间距bf的取值范围为2mm≤bf≤4mm。该种结构设计将换热器主体迎风面切割成非常小的多块通道，一方面翅片与并行管路紧配后扩大了热交换面积，另一方面在微观结构上，翅片的存在对换热器管外的流动介质存在切割作用，达到精准分配的目的，使得管外流动介质与并行管路之间的热交换加剧，能够形成“小通道效应”，能够明显对换热器并行管路管外热交换效果产生积极影响。
尽管上述已经阐述了本发明的具体实施方式，但本领域普通技术人员，在不脱离本发明精神和原理的情况下，可以对其进行变换，本发明的保护范围是由其权利要求书及其等同物限定的。

Claims (8)

1.一种嵌入式空调，包括室外机和至少一个室内机，室外机放置在设备平台上，室外机通过管道与至少一个室内机连通，其特征在于，所述室内机设置在建筑物墙体上预留的安装空间内，所述室外机中换热管的外径do范围为1＜do≤3.95mm，换热管采用多根并行的方式布置；
换热管采用小通道并行管路换热器，所述小通道并行管路换热器包括进入管、并行管路和排出管，所述并行管路分别与所述进入管和所述排出管相连通，所述并行管路设置为至少一排；当所述并行管路外径do的取值范围为1mm＜do≤3.95mm时，所述换热器的换热量与所述换热器的结构之间符合下述公式：
Figure FDA0003296137810000011
其中，Q为换热量，单位为W；C0为误差系数，取值在0.8～1.2之间；C1为常数，取值在0.023～0.027之间；C2为常数，取值在1.2～1.4之间；λ为管外介质导热系数，单位为W/(m·k)；ρ为管外介质密度，单位为kg/m3；μ为管外介质动力粘度，单位为Pa·s；cp为管外介质定压比热容，单位为J/(kg·K)；S为管外循环介质流量，单位为m3/s；△t为换热温差，单位为K；m为换热器管排数量；ζ为管间距因子，η为管排因子，ψ为管层因子；h为换热器高度，单位为m；do为并行管路外径，单位为m；相邻所述并行管路之间的管间距为bt，所述管间距因子ζ＝bt/do；相邻两排所述并行管路之间相对应管路管外壁之间的距离为t，所述管排因子η＝t/do；所述管层因子ψ为根据管内介质在所述并行管路内分布的合理状态所设置的层数。
2.根据权利要求1所述的嵌入式空调，其特征在于，所述室内机的表面覆盖有装饰板。
3.根据权利要求1所述的嵌入式空调，其特征在于，安装空间为设置在建筑物墙体上的安装洞，室内机连通有新风管，所述新风管铺设在墙体中。
4.根据权利要求1所述的嵌入式空调，其特征在于，所述并行管路上设置有翅片，并且当所述并行管路外径do的取值范围为1mm＜do≤3.95mm时，所述换热器的换热量与所述换热器的结构之间符合下述公式：
Figure FDA0003296137810000012
其中，B为换热器厚度，单位为m；ε为翅片因子；相邻所述翅片之间的间距为bf，所述翅片因子ε＝bf/do。
5.根据权利要求1或4所述的嵌入式空调，其特征在于，所述并行管路设置为至少两排。
6.根据权利要求1或4所述的嵌入式空调，其特征在于，所述并行管路为金属管路。
7.根据权利要求1或4所述的嵌入式空调，其特征在于，所述并行管路的管壁厚度的取值范围为0.2-0.4mm。
8.一种建筑物，其特征在于，所述建筑物装有根据权利要求1-7中任一项所述的嵌入式空调。
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