CN112361483A - 一种利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，用以解决传统的降低建筑空调能耗方法中所存在的由于空调制冰过程中蒸发器温度较低导致空调的能效比降低的技术问题。本发明通过调节隔热装置液相中的热力学添加剂的浓度或气体的压力大小来改变气体水合物的相平衡状态，以控制气体水合物的生成和分解，完成气体水合物的蓄冷和放冷过程。本发明在夜间利用低价电制冷，对液体层内进行降温生成二氧化碳水合物；白天用电高峰时，二氧化碳水合物吸热分解，阻隔太阳对建筑顶部的辐射传热。二氧化碳水合物生成所需温度远高于0℃，使得空调机组具有较高的能效比，实现在最大幅度的提升保温效果的同时还能够高效的利用电能，更加节能，降低运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程中隔热技术领域，具体涉及一种利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们对于用电的需求越来越大，在现代建筑中，商业建筑和工业建筑为主要的耗电建筑，而在两者中，空调制冷的能耗占了总能耗的一大部分比重，如何减少建筑空调能耗成为现代建筑必须要解决的问题。传统的降低建筑空调能耗的方法，主要是采用保温的方法，对墙面玻璃等进行保温处理，该方法能够在白天有效地降低太阳辐射给建筑带来的升温。接着是采用冰蓄冷空调，在有效保温的基础上，利用夜晚用电低谷时的低价电，开动空调进行制冰，在白天用电高峰的时候，用冰来进行制冷，错峰用电。两种方法结合能够有效的降低建筑能耗，但是由于制冰需要空调的蒸发器温度较低，导致空调的能效比也较低。
发明内容
针对传统的降低建筑空调能耗方法中所存在的由于空调制冰过程中蒸发器温度较低导致空调的能效比降低的技术问题，本发明提出一种利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，采用气体水合物作为蓄冷的介质，能够有效地提高空调蒸发器的温度，从而提高空调的能效比，实现在最大幅度的提升保温效果的同时还能够高效的利用电能，降低建筑的空调能耗。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，通过调节隔热装置液相中的热力学添加剂的浓度或气体的压力大小来改变气体水合物的相平衡状态，以控制气体水合物的生成和分解，完成气体水合物的蓄冷和放冷过程。
所述隔热装置包括建筑主体，建筑主体的屋顶上分别设置有压缩装置、气瓶、液体层、气体层和保温层，液体层、气体层和保温层从下往上依次设置，且液体层和气体层相连通；所述压缩装置和气瓶均设置在保温层上，压缩装置分别通过气体管道与气瓶、气体层相连通，液体层通过液体管道与空调冷冻水系统相连通。
夜间用电低谷时，空调机组利用低价电制冷为空调冷冻水系统进行降温，打开压缩装置使气瓶中的气体进入气体层中进行加压，达到一定温度和压力后，液体层中开始生成气体水合物，通过调节热力学添加剂的浓度，来控制气体水合物的相平衡温度在4℃到15℃之间，此时空调机组的蒸发器温度高；白天时，建筑主体的屋顶受到太阳辐射升温，气体水合物分解吸热并生成气体，此时利用压缩装置将分解出来的气体重新注回气瓶中，使气体水合物的分解反应朝着正向进行。
所述液体层中添加有热力学添加剂，气体层中的气体进入液体层中并与液相中的水和热力学添加剂反应共同生成气体水合物。
所述热力学添加剂的浓度一定时，液相中的气体水合物的相平衡温度与气体的压力大小相对应。
所述热力学添加剂为四丁基溴化铵或四丁基氯化铵。
所述气瓶和气体层中的气体均为二氧化碳，二氧化碳进入液体层中并与液相中的水和热力学添加剂反应共同生成固态的二氧化碳水合物。
所述压缩装置为空压机或高压气泵，空压机或高压气泵的两个端口分别与气瓶和气体层相连通。
本发明通过控制液体层内液相中的热力学添加剂浓度以及气体的压力，来调节二氧化碳水合物相平衡的状态，以控制二氧化碳水合物的生成和分解，完成放热和吸热的过程，进而吸收屋顶的太阳辐射热量。夜间利用低价电制冷，对液体层内进行降温生成二氧化碳水合物；在白天用电高峰时，二氧化碳水合物吸热分解，阻隔太阳对建筑顶部的辐射传热。由于二氧化碳水合物生成所需温度远高于0℃，因此使得空调机组具有较高的能效比，实现在最大幅度的提升保温效果的同时还能够高效的利用电能，更加节能，降低了运行成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工作原理示意图；
图2为本发明的结构示意图。
图中，1为压缩装置，2为气瓶，3为建筑主体，4为液体层，5为气体层，6为保温层，7为液体管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，通过调节隔热装置液相中的热力学添加剂的浓度或气体的压力大小来改变气体水合物的相平衡状态，以控制气体水合物的生成和分解，完成气体水合物的蓄冷和放冷过程，达到隔热效果。具体原理为水合物是一种常规气体或者易挥发的液体和水在一定温度和压力下形成的具有不同化学计量性质的包络状晶体，水合物的相平衡温度受到气体种类、气体压力、添加剂种类等的影响较大，其中能够作为蓄冷介质的气体水合物的相变温度一般是在4℃到15℃之间，而水合物的溶解热约为270kJ/kg到460kJ/kg之间，这个值和冰的溶解热相当，因此采用气体水合物作为蓄冷的介质，能够有效地提高空调机组的蒸发器的温度，进而提高空调机组的COP。
具体地，所述隔热装置包括建筑主体3，建筑主体3的屋顶上分别设置有压缩装置1、气瓶2、液体层4、气体层5和保温层6，液体层4、气体层5和保温层6从下往上依次设置，且液体层4和气体层5相连通，具体可以是液体层4和气体层5之间设置有隔板，且隔板上设置有通气孔，也可以是液体层4和气体层5处于同一个容器中。所述压缩装置1和气瓶2均设置在保温层6上，压缩装置1分别通过气体管道与气瓶2、气体层5相连通，本实施例中，压缩装置1为空压机或高压气泵，空压机或高压气泵的两个端口分别与气瓶2和气体层5相连通，以控制气瓶2和气体层5中气体的流通。同时，可在压缩装置1与气体层5之间的气体管道上设置阀门以控制气体管道的导通、截止以及气流压力。所述液体层4通过液体管道7与空调冷冻水系统相连通，液体管道7为铜管，此结构实现空调冷冻水系统和液体层可通过铜管进行换热。
进一步地，所述液体层4中添加有热力学添加剂，气体层5中的气体进入液体层4中并与液相中的水和热力学添加剂反应共同生成气体水合物，通过调节液相中的热力学添加剂的浓度或气体的压力大小来改变气体水合物的相平衡状态，以控制气体水合物的生成和分解，完成气体水合物的蓄冷和放冷过程，从而间接地控制屋顶的温度，达到隔热效果。本实施例中，通过将气体水合物和保温等技术结合起来对建筑物的节能系统进行优化设计，实现在最大幅度的提升保温效果的同时还能够高效的利用电能，降低建筑的空调能耗。
所述的热力学添加剂可采用四丁基溴化铵或四丁基氯化铵，气瓶2和气体层5中的气体均为二氧化碳，二氧化碳进入液体层4中并与液相中的水和四丁基溴化铵或水和四丁基氯化铵反应共同生成固态的二氧化碳水合物，二氧化碳水合物的相平衡远高于0℃，相比于传统的冰蓄冷机组具有更高的能效比。当四丁基溴化铵或四丁基氯化铵的浓度一定时，液相中的二氧化碳水合物的相平衡温度与气体的压力大小相对应。此处以四丁基氯化铵为例，具体如下表所示：
本实施例的实际运行流程为：在夜间用电低谷时，尤其是对于大型的商城，可利用中央空调系统的冷冻水系统对房顶的液体层进行降温，即制冷空调机组利用低价电制冷给冷冻水进行降温，冷冻水的温度可依据气体水合物的相平衡温度来进行设计。同时打开空压机使气瓶中的气体进入气体层中进行加压，达到一定温度和压力后，液体层中开始生成二氧化碳水合物，通过调节热力学添加剂的浓度，来控制二氧化碳水合物的相平衡温度在4℃到15℃之间，此时制冷空调机组的蒸发器温度高，具有较高的COP。白天时屋顶受到太阳辐射升温，二氧化碳水合物分解吸热并生成二氧化碳，此时用空压机将分解出来的二氧化碳重新注回气瓶中，使气体水合物的分解反应朝着正向进行。利用气体水合物分解提供冷量对建筑屋顶进行供冷，可以减小中央空调的用电负担。由于房顶采用了保温层、气体层、液体层等3层结构，相比传统的单保温层结构具有更好的保温效果。本发明通过将水合物作为蓄冷介质并和保温材料的优势结合起来，在高效利用夜间低谷电的基础上，最大程度降低了建筑的空调能耗，更加节能，降低运行成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
Claims (8)
1.一种利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，其特征在于：通过调节隔热装置液相中的热力学添加剂的浓度或气体的压力大小来改变气体水合物的相平衡状态，以控制气体水合物的生成和分解，完成气体水合物的蓄冷和放冷过程。
2.根据权利要求1所述的利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，其特征在于：所述隔热装置包括建筑主体（3），建筑主体（3）的屋顶上分别设置有压缩装置（1）、气瓶（2）、液体层（4）、气体层（5）和保温层（6），液体层（4）、气体层（5）和保温层（6）从下往上依次设置，且液体层（4）和气体层（5）相连通；所述压缩装置（1）和气瓶（2）均设置在保温层（6）上，压缩装置（1）分别通过气体管道与气瓶（2）、气体层（5）相连通，液体层（4）通过液体管道（7）与空调冷冻水系统相连通。
3.根据权利要求2所述的利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，其特征在于：夜间用电低谷时，空调机组利用低价电制冷为空调冷冻水系统进行降温，打开压缩装置（1）使气瓶（2）中的气体进入气体层（5）中进行加压，达到一定温度和压力后，液体层（4）中开始生成气体水合物，通过调节热力学添加剂的浓度，来控制气体水合物的相平衡温度在4℃到15℃之间，此时空调机组的蒸发器温度高；白天时，建筑主体（3）的屋顶受到太阳辐射升温，气体水合物分解吸热并生成气体，此时利用压缩装置（1）将分解出来的气体重新注回气瓶中，使气体水合物的分解反应朝着正向进行。
4.根据权利要求2或3所述的利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，其特征在于：所述液体层（4）中添加有热力学添加剂，气体层（5）中的气体进入液体层（4）中并与液相中的水和热力学添加剂反应共同生成气体水合物。
5.根据权利要求4所述的利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，其特征在于：所述热力学添加剂的浓度一定时，液相中的气体水合物的相平衡温度与气体的压力大小相对应。
6.根据权利要求5所述的利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，其特征在于：所述热力学添加剂为四丁基溴化铵或四丁基氯化铵。
7.根据权利要求2或6所述的利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，其特征在于：所述气瓶（2）和气体层（5）中的气体均为二氧化碳，二氧化碳进入液体层（4）中并与液相中的水和热力学添加剂反应共同生成固态的二氧化碳水合物。
8.根据权利要求7所述的利用水合物蓄冷的建筑屋顶隔热方法，其特征在于：所述压缩装置（1）为空压机或高压气泵，空压机或高压气泵的两个端口分别与气瓶（2）和气体层（5）相连通。
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