CN111811161B - 一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置及方法，该装置主要由储热单元、太阳能收集器和辐射制冷储冷一体化单元组成。辐射制冷储冷一体化单元表面涂有一层超材料，该材料在8‑13μm波段具有高发射率，并对全光谱太阳光具有高反射率。本装置既利用超材料的高发射率制冷，又通过收集超材料反射的太阳光制热，可在日间同时实现制冷和制热；设计的辐射制冷储冷一体化单元将辐射效应产生的冷能直接存储在相变材料中，不需要中间换热流体，提高了能量转换和存储效率，结构紧凑，并能控制超材料的表面温度；对冷热循环管路进行了合理的设计，结合储冷和储热技术，能有效克服太阳能的不稳定性，实现用户侧稳定的冷热联供。

Description

一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置，设计了一种高效的冷热能获取、存储和联合供给方法，特别适用于太阳能丰富、冷热联供的场所，属于辐射制冷、太阳能收集和能量存储领域。
背景技术
辐射制冷是一种被动式制冷方式。地球表面环境对波长为8-13μm的电磁波是透明的，而这一波段刚好是物体在典型环境温度下的热辐射峰值的波段。因此，物体由于与外太空(可以视为一个绝对零度的无限大空间)之间存在温差，释放辐射热，大部分辐射热都能穿过地球表层到达外太空，从而实现物体表面的冷却。例如，早晨的霜露效应就是典型的辐射制冷现象。
因为夜间没有太阳照射，辐射制冷量不会被太阳的辐射热抵消，夜间辐射制冷较易实现，这一技术在20世纪初就开始得到深入研究。人们一般在夜间制冷储存起来，然后在白天使用。随着材料学的发展，人们发明了纳米光子学材料/超材料，使得日间辐射制冷成为可能。例如2017年在《Nano Letter》期刊发表的文章《Ultrabroadband photonicstructures to achieve high performance daytime radiative cooling》里就展示了一种金属电介质光子结构材料，这种材料表现为一种宽频带太阳能反射镜，且在大气窗口具有很强的发射率。研究表明，采用合适的超材料，制冷温差可达4.9℃，常温环境下的制冷量高达100W/m2。
然而，迄今为止，无人关注过超材料反射的太阳光如何使用，这一部分能量往往就此浪费。如能采用集热器收集超材料反射的太阳光用来供暖，则能大大降低建筑热负荷对电网的依赖。其次，太阳能具有间歇性和波动性，一般需与储能技术相结合，才能缓解其不稳定性对电网产生的冲击。而在实际应用过程中，如何有效利用空间储能也是一个亟需解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提出一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置及方法。本发明充分利用了超材料的功能，既利用超材料的高发射率制冷，又通过收集超材料反射的太阳光制热，在无其他运动部件的情况下通过这一层超材料便可在日间同时制冷和制热。同时，本发明还设计了一种全新的辐射制冷储冷一体化单元，辐射效应产生的冷能可以通过热传导直接存储在储冷材料腔的相变材料中，不需要中间换热流体，大大提高了能量转换和存储效率，结构也更加紧凑，并能很好的控制超材料的表面温度。此外，本发明还对冷热循环管路进行了合理的设计，结合储冷和储热技术，本发明能有效克服太阳能的间歇性和波动性，实现用户侧稳定的冷热联供。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置，其特征在于，该装置包括热能循环回路和冷能循环回路，其中：
所述热能循环回路包括：
储热单元，所述储热单元具有左侧端口和右侧端口；
第一换向阀，所述第一换向阀的右侧端口与所述储热单元的左侧端口连接；
第一流量调节阀，所述第一流量调节阀的上部输入端与所述第一换向阀的下部输出端连接；
太阳能收集器，所述太阳能收集器的左侧输入端与所述第一流量调节阀的下部输出端连接；
第一循环泵，所述第一循环泵的下部输入端与所述太阳能收集器的右侧输出端连接；
第二换向阀，所述第二换向阀的下部输入端与所述第一循环泵的上部输出端连接；
第二流量调节阀，所述第二流量调节阀的下部输入端与所述第二换向阀的上部输出端连接；
用户，所述用户的右下侧输入端与所述第二流量调节阀的上部输出端连接；
第二循环泵，所述第二循环泵的上部输入端与所述用户的左下侧输出端连接；所述第二循环泵的下部输出端与所述第一换向阀的上部输入端连接；
所述冷能循环回路与热能循环回路共用太阳能收集器和用户，所述冷能循环回路还包括：
第三循环泵，所述第三循环泵的右侧输入端与所述用户的右上侧输出端连接；
辐射制冷储冷一体化单元，所述辐射制冷储冷一体化单元的右侧输入端与所述第三循环泵的左侧输出端连接；
第三流量调节阀，所述第三流量调节阀的下部输入端与辐射制冷储冷一体化单元的左侧输出端连接；所述第三流量调节阀的上部输出端与用户的左上侧输入端连接；
支架，所述支架连接所述辐射制冷储冷一体化单元的上部与所述太阳能收集器的下部。
固定架，所述固定架用于将所述辐射制冷储冷一体化单元或所述太阳能收集器固定于地面。
可选地，所述辐射制冷储冷一体化单元包括超材料薄膜层、封装层、储冷换热通道和保温层；所述封装层的一侧表面设置有所述超材料薄膜层，其他表面包裹所述保温层，所述储冷换热通道位于所述封装层的内部；所述辐射制冷储冷一体化单元的剖面结构从上到下依次为超材料薄膜层、封装层、储冷换热通道、封装层和保温层；所述封装层用于支撑超材料薄膜层和封装储冷换热通道；
可选地，所述超材料薄膜层在8-13μm波段(物体在环境温度下的峰值热辐射波段)的大气透明窗口具有高发射率，并对全光谱太阳光具有高反射率；所述超材料可以为金属电介质光子结构超材料或掺杂二氧化硅微球的聚合物基杂化超材料，但不限于以上两种材料；所述超材料薄膜层厚度为微米级。
可选地，所述储冷换热通道由储冷材料腔和换热通道组成，二者交替排列；所述储冷材料腔是封闭结构，内部填充相变材料，不与外界发生物质交换；所述换热通道供换热流体通过；
可选地，所述储冷材料腔中填充的相变材料可以为有机相变材料，如石蜡，或无机相变材料，如水合盐；所述储热单元中的储热材料可以是相变材料或显热储能材料，如水；
可选地，所述太阳能收集器与所述辐射制冷储冷一体化单元的结合形式可以采用抛物面槽型和塔式两种；在抛物面槽型结合形式中，支架安装在瓦片状辐射制冷储冷一体化单元上，用于支撑太阳能收集器，辐射制冷储冷一体化单元通过固定架固定于地面；在塔式结合形式中，分散式平面状辐射制冷储冷一体化单元和太阳能收集器分别用固定架固定在地面，可调节每个辐射制冷储冷一体化单元的朝向从而达到最佳制冷制热效果；
可选的，所述超材料薄膜层一方面利用温差将自身热量辐射到外层空间(K)产生制冷效果，另一方面反射并聚焦大部分的太阳光产生制热效果，从而在白天时段可以同时获取冷能和热能；
除此之外，本发明还提供一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储方法，其基于上述冷热联合收集和存储装置，包括以下步骤：
白天时段，同时获取冷能和热能，可实现冷热联供：辐射制冷储冷一体化单元表面的超材料薄膜层一方面向太空辐射能量，温度降低获取冷能，另一方面反射并且聚焦大部分太阳光，通过太阳能收集器转化获取热能。超材料薄膜层的辐射冷能通过高热导率的封装层传递到储冷材料腔中填充的相变材料，相变材料经历液-固相变将冷能存储起来，当用户需要供冷时，第三流量调节阀打开，高温换热流体通过换热通道，吸收超材料薄膜层的辐射冷能和储冷材料腔存储的冷能后变成低温换热流体，在第三循环泵的作用下被输送给用户。超材料薄膜层反射聚焦的太阳光被太阳能收集器接收并转化成热能，低温换热流体流经太阳能收集器温度升高，进入用户供给热能；当用户不需要供热或需求少时，太阳能收集器出口的高温换热流体部分进入储热单元，将多余热能存储在储热单元的储热材料中；
夜晚时段，仅获取冷能，仍可实现冷热联供：辐射制冷储冷一体化单元表面的超材料薄膜层向太空辐射能量，温度降低获取冷能，通过高热导率的封装层将冷能传递并存储在储冷材料腔的相变材料中。当用户需要供冷时，第三流量调节阀打开，高温换热流体通过换热通道，吸收超材料薄膜层的辐射冷能和储冷材料腔存储的冷能后变成低温换热流体，在第三循环泵的作用下被输送给用户；当用户需要供热时，第二流量调节阀打开，低温换热流体流经储热单元被白天存储的热能加热，进入用户供热；
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
1)本发明充分利用了超材料的功能，既利用超材料的高发射率制冷，又通过收集超材料反射的太阳光制热，在无其他运动部件的情况下通过这一层超材料便可在日间同时制冷和制热，提供了一种高效的冷热能获取方法；
2)本发明设计的一种全新的辐射制冷储冷一体化单元，可以将辐射效应产生的冷能通过热传导直接存储在储冷材料腔中的相变材料，不需要中间换热流体，大大提高了能量转换和存储效率。
3)本发明设计的一种全新的辐射制冷储冷一体化单元，结构紧凑，大大节省了安装空间和设备费用。
4)本发明对冷热循环管路进行了合理的设计，结合储能可以实现全天候的冷热联供，并能根据用户的需求进行灵活调控。
附图说明
图1为本发明的基于天空辐射的冷热联合收集和存储装置的结构示意图；
图2为图1中的辐射制冷储冷一体化单元的结构示意图；
图3为图2中辐射制冷储冷一体化单元的立面剖视图；
图4为图3中A处的放大图；
图5为本发明一实施例中的弧形辐射制冷储冷一体化单元和太阳能收集器的结构示意图；
图6为图5中太阳光反射的路线示意图；
图7为本发明另一实施例中的塔式辐射制冷储冷一体化单元和太阳能收集器的结构示意图；
【附图标记说明】
11：辐射制冷储冷一体化单元；1101：超材料薄膜层；1102：封装层；1103：储冷换热通道；1103.1：储冷材料腔；1103.2：换热通道；1104：保温层；
1：储热单元；2：第二换向阀；3：第二流量调节阀；4：太阳能收集器；5：第一循环泵；6：第一换向阀；7：第一流量调节阀；8：用户端；9：第二循环泵；10：第三循环泵；12：第三流量调节阀；13：支架；14：固定架。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
具体实施例描述部分
如图1所示，本发明的一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置，包括热能循环回路和冷能循环回路。
其中，热能循环回路包括：储热单元1、第一换向阀2、第一流量调节阀3、太阳能收集器4、第一循环泵5、第二换向阀6、第二流量调节阀7、用户8、第二循环泵9；
具体地，储热单元1具有左侧端口和右侧端口；第一换向阀2的右侧端口与储热单元1的左侧端口连接；第一流量调节阀3的上部输入端与第一换向阀2的下部输出端连接；太阳能收集器4的左侧输入端与第一流量调节阀3的下部输出端连接；第一循环泵5的下部输入端与太阳能收集器4的右侧输出端连接；第二换向阀6的下部输入端与第一循环泵5的上部输出端连接；第二流量调节阀7的下部输入端与第二换向阀6的上部输出端连接；用户8的右下侧输入端与第二流量调节阀7的上部输出端连接；第二循环泵9的上部输入端与用户8的左下侧输出端连接；第二循环泵9的下部输出端与第一换向阀2的上部输入端连接；
冷能循环回路与热能循环回路共用太阳能收集器4和用户8，还包括：第三循环泵10、辐射制冷储冷一体化单元11、第三流量调节阀12、支架13；
具体地，第三循环泵10的右侧输入端与用户8的右上侧输出端连接；辐射制冷储冷一体化单元11的右侧输入端与第三循环泵10的左侧输出端连接；第三流量调节阀12的下部输入端与辐射制冷储冷一体化单元11的左侧输出端连接；第三流量调节阀12的上部输出端与用户8的左上侧输入端连接；支架13连接辐射制冷储冷一体化单元11的上部与太阳能收集器4的下部。
如图2-4所示，本发明的辐射制冷储冷一体化单元11包括超材料薄膜层1101、封装层1102、储冷换热通道1103和保温层1104；所述封装层的一侧表面设置有所述超材料薄膜层，其他表面包裹所述保温层，所述储冷换热通道位于所述封装层的内部；所述辐射制冷储冷一体化单元11的剖面结构从上到下依次为超材料薄膜层1101、封装层1102、储冷换热通道1103、封装层1102和保温层1104；具体地，封装层1102用于支撑超材料薄膜层1101和封装储冷换热通道1103；储冷换热通道1103由储冷材料腔1103.1和换热通道1103.2组成，二者交替排列；储冷材料腔1103.1是封闭结构，不与外界发生物质交换，内部填充相变材料，可以为有机相变材料(如石蜡)或无机相变材料(如水合盐)；换热通道1103.2供换热流体通过。
如图5-6所示，本发明的太阳能收集器4与辐射制冷储冷一体化单元11结合的形式可以采用抛物面槽型。
如图7所示，本发明的太阳能收集器4与辐射制冷储冷一体化单元11结合的形式可以采用塔式。
具体地，在抛物面槽型结合形式中，支架安装在瓦片状辐射制冷储冷一体化单元11上，用于支撑太阳能收集器4，辐射制冷储冷一体化单元11通过固定架14固定于地面；在塔式结合形式中，分散式平面状辐射制冷储冷一体化单元11和太阳能收集器4分别用固定架固定在地面，可调节每个辐射制冷储冷一体化单元11的朝向从而达到最佳制冷制热效果。
具体地，超材料薄膜层1101一方面利用温差将自身热量辐射到外层空间(273K)产生制冷效果，另一方面反射并收集大部分的太阳光产生制热效果，从而在白天时段可以同时获取冷能和热能。
本发明采用的一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储方法，包括以下步骤：
白天时段，同时获取冷能和热能，可实现冷热联供：辐射制冷储冷一体化单元11表面的超材料薄膜层1101一方面向太空辐射能量，温度降低获取冷能，另一方面反射并且聚焦大部分太阳光，通过太阳能收集器4转化获取热能。超材料薄膜层1101的辐射冷能通过高热导率的封装层1102传递到储冷材料腔1103.1中填充的相变材料，相变材料经历液-固相变将冷能存储起来，当用户8需要供冷时，第三流量调节阀12打开，高温换热流体通过换热通道1103.2，吸收超材料薄膜层1101的辐射冷能和储冷材料腔1103.1存储的冷能后变成低温换热流体，在第三循环泵10的作用下被输送给用户8。超材料薄膜层1101反射聚焦的太阳光被太阳能收集器4接收并转化成热能，低温换热流体流经太阳能收集器4温度升高，进入用户8供给热能；当用户8不需要供热或需求少时，太阳能收集器4出口的高温换热流体部分进入储热单元1，将多余热能存储在储热单元1的储热材料中；
夜晚时段，仅获取冷能，仍可实现冷热联供：辐射制冷储冷一体化单元11表面的超材料薄膜层1101向太空辐射能量，温度降低获取冷能，通过高热导率的封装层1102将冷能传递并存储在储冷材料腔1103.1的相变材料中。当用户8需要供冷时，第三流量调节阀12打开，高温换热流体通过换热通道1103.2，吸收超材料薄膜层1101的辐射冷能和储冷材料腔1103.1存储的冷能后变成低温换热流体，在第三循环泵10的作用下被输送给用户8；当用户8需要供热时，第二流量调节阀7打开，低温换热流体流经储热单元1被白天存储的热能加热，进入用户8供热。
进一步地，辐射制冷储冷一体化单元11产生的冷能可以通过热传导直接存储在储冷材料腔1103.1的储冷材料中，不需要中间换热流体，大大提高了能量转换和存储效率。
优选地，本发明可以实现全天候的冷热能供给，并能根据用户8的需求进行灵活调控。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置，其特征在于，该装置包括热能循环回路和冷能循环回路，其中：
所述热能循环回路包括：
储热单元(1)，所述储热单元(1)具有左侧端口和右侧端口；
第一换向阀(2)，所述第一换向阀(2)的右侧端口与所述储热单元(1)的左侧端口连接；
第一流量调节阀(3)，所述第一流量调节阀(3)的上部输入端与所述第一换向阀(2)的下部输出端连接；
太阳能收集器(4)，所述太阳能收集器(4)的左侧输入端与所述第一流量调节阀(3)的下部输出端连接；
第一循环泵(5)，所述第一循环泵(5)的下部输入端与所述太阳能收集器(4)的右侧输出端连接；
第二换向阀(6)，所述第二换向阀(6)的下部输入端与所述第一循环泵(5)的上部输出端连接；
第二流量调节阀(7)，所述第二流量调节阀(7)的下部输入端与所述第二换向阀(6)的上部输出端连接；
用户(8)，所述用户(8)的右下侧输入端与所述第二流量调节阀(7)的上部输出端连接；
第二循环泵(9)，所述第二循环泵(9)的上部输入端与所述用户(8)的左下侧输出端连接；所述第二循环泵(9)的下部输出端与所述第一换向阀(2)的上部输入端连接；
所述冷能循环回路与热能循环回路共用太阳能收集器(4)和用户(8)，所述冷能循环回路还包括：
第三循环泵(10)，所述第三循环泵(10)的右侧输入端与所述用户(8)的右上侧输出端连接；
辐射制冷储冷一体化单元(11)，所述辐射制冷储冷一体化单元(11)的右侧输入端与所述第三循环泵(10)的左侧输出端连接；
第三流量调节阀(12)，所述第三流量调节阀(12)的下部输入端与辐射制冷储冷一体化单元(11)的左侧输出端连接；所述第三流量调节阀(12)的上部输出端与用户(8)的左上侧输入端连接；
支架(13)，所述支架(13)连接所述辐射制冷储冷一体化单元(11)的上部与所述太阳能收集器(4)的下部；
固定架(14)，所述固定架(14)用于将所述辐射制冷储冷一体化单元(11)或所述太阳能收集器(4)固定于地面。
2.根据权利要求1所述的一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置，其特征在于，所述辐射制冷储冷一体化单元(11)包括超材料薄膜层(1101)、封装层(1102)、储冷换热通道(1103)和保温层(1104)；所述封装层的一侧表面设置有所述超材料薄膜层，其他表面包裹所述保温层，所述储冷换热通道位于所述封装层的内部；所述辐射制冷储冷一体化单元(11)的剖面结构从上到下依次为超材料薄膜层(1101)、封装层(1102)、储冷换热通道(1103)、封装层(1102)和保温层(1104)；所述封装层(1102)用于支撑超材料薄膜层(1101)和封装储冷换热通道(1103)。
3.如权利要求2所述的一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置，其特征在于，所述超材料薄膜层在8-13μm波段，即物体在环境温度下的峰值热辐射波段的大气透明窗口，具有高发射率，并对全光谱太阳光具有高反射率；所述超材料可以为金属电介质光子结构超材料或掺杂二氧化硅微球的聚合物基杂化超材料；所述超材料薄膜层厚度为微米级。
4.根据权利要求3所述的一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置，其特征在于，所述储冷换热通道(1103)包括储冷材料腔(1103.1)和换热通道(1103.2)，二者交替排列；所述储冷材料腔(1103.1)是封闭结构，内部填充相变材料，不与外界发生物质交换；所述换热通道(1103.2)供换热流体通过。
5.根据权利要求4所述的一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置，其特征在于，所述储冷材料腔(1103.1)中填充的相变材料可以为有机相变材料或无机相变材料，所述有机相变材料包括石蜡，所述无机相变材料包括水合盐；所述储热单元(1)中的储热材料可以是相变材料或显热储能材料，所述显热储能材料包括水。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置，其特征在于，所述太阳能收集器(4)与所述辐射制冷储冷一体化单元(11)的结合形式能够采用抛物面槽型和塔式两种；在抛物面槽型结合形式中，支架(13)安装在瓦片状辐射制冷储冷一体化单元(11)上，用于支撑太阳能收集器(4)，辐射制冷储冷一体化单元(11)通过固定架(14)固定于地面；在塔式结合形式中，分散式平面状辐射制冷储冷一体化单元(11)和太阳能收集器(4)分别用固定架(14)固定在地面，能够调节每个辐射制冷储冷一体化单元(11)的朝向从而达到最佳制冷制热效果。
7.根据权利要求2-5任意一项所述的一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储装置，其特征在于，所述超材料薄膜层(1101)一方面利用温差将自身热量辐射到外层空间产生制冷效果，另一方面反射并聚焦大部分的太阳光产生制热效果，从而在白天时段可以同时获取冷能和热能。
8.一种基于先进天空辐射的冷热联合收集和存储方法，其特征在于，包括以下步骤：
白天时段，同时获取冷能和热能，可实现冷热联供：辐射制冷储冷一体化单元(11)表面的超材料薄膜层(1101)一方面向太空辐射能量，温度降低获取冷能，另一方面反射并且聚焦大部分太阳光，通过太阳能收集器(4)转化获取热能；超材料薄膜层(1101)的辐射冷能通过高热导率的封装层(1102)传递到储冷材料腔(1103.1)中填充的相变材料，相变材料经历液-固相变将冷能存储起来，当用户(8)需要供冷时，第三流量调节阀(12)打开，高温换热流体通过换热通道(1103.2)，吸收超材料薄膜层(1101)的辐射冷能和储冷材料腔(1103.1)存储的冷能后变成低温换热流体，在第三循环泵(10)的作用下被输送给用户(8)；超材料薄膜层(1101)反射聚焦的太阳光被太阳能收集器(4)接收并转化成热能，低温换热流体流经太阳能收集器(4)温度升高，进入用户(8)供给热能；当用户(8)不需要供热或需求少时，太阳能收集器(4)出口的全部或部分高温换热流体经第一循环泵(5)和第二换向阀(6)进入储热单元(1)，将多余热能存储在储热单元(1)的储热材料中；
夜晚时段，仅获取冷能，仍可实现冷热联供：辐射制冷储冷一体化单元(11)表面的超材料薄膜层(1101)向太空辐射能量，温度降低获取冷能，通过高热导率的封装层(1102)将冷能传递并存储在储冷材料腔(1103.1)的相变材料中；当用户(8)需要供冷时，第三流量调节阀(12)打开，高温换热流体通过换热通道(1103.2)，吸收超材料薄膜层(1101)的辐射冷能和储冷材料腔(1103.1)存储的冷能后变成低温换热流体，在第三循环泵(10)的作用下被输送给用户(8)；当用户(8)需要供热时，第二流量调节阀(7)打开，低温换热流体流经储热单元(1)被白天存储的热能加热，进入用户(8)供热。
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