CN113776148A - 一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，相变管段安装在新风机组的进风管道上，表冷器安装新风机组内，新风机安装在新风机组的送风管道上，相变管段的出水管分别连通于太阳能集热器和天空辐射冷却器的进管端，太阳能集热器和天空辐射冷却器的出管端均连通于相变管段的出水管，循环工质泵安装在出水管上。本发明有益效果：本发明通过在相变管段中设置由相变材料定型而成的相变工质，毛细循环管的载热循环工质向定型相变工质代入热量或者冷量，使定型相变工质进行对应的相变蓄冷或蓄热，再通过相变管段的散热与流经的新风进行换热，夏季全天向流经相变管段的新风供冷和冬季全天向流经相变管段的新风供热，节能环保。

Description

一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统
技术领域
本发明涉及建筑节能与可再生能源利用技术领域,尤其是一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统。
背景技术
近年来，随着人们生活水平的不断提高，人们对建筑室内空气品质的要求也越来越高，这就加大了对新风量的需求。常规的新风系统是利用风机将室外新风通过新风管输送到新风机组表冷器，与盘管中的冷冻水或热水进行热交换后，再送至室内，这一过程将消耗大量的冷量或热量才能将室外新风处理到室内空气状态，尤其在室外温度较高的夏季和室外温度较低的冬季。新风负荷作为建筑采暖与空调的主要负荷来源，极大地增加了建筑采暖与空调的能耗。在社会终端能耗中，建筑能耗的占比达到了30％以上；而在建筑能耗分项中，40％以上用于采暖与空调；因此，如何在确保新风量的同时降低新风负荷是降低建筑能耗的重要途径，也是如今研究的重要课题。
目前，利用自然能或可再生能源降低建筑供冷和供暖能耗是研究人员关注的热点，但自然能或可再生能源(如太阳能或太空辐射冷)往往存在不连续、随机性大等特点，使得自然能或可再生能源(如太阳能和天空辐射冷)供能与建筑室内热湿环境调节用能在时间上(如白天和夜晚)和空间上(如室外和室内)往往不同步，导致自然能或可再生能源很难直接用于建筑热湿环境的调节，制约了自然能或可再生能源在建筑节能中的利用。相变材料可在相对稳定的温度下进行蓄热/蓄冷，且储能密度很高，使得相变技术被广泛应用于建筑墙体以实现墙体的节能降耗。
在现有技术中，研究人员利用相变技术与自然能或可再生能源相结合以实现建筑节能的研究较多，也取得了一定的研究成果。
中国专利公开了一种基于天空辐射和太阳能集热的房屋集热排热系统及利用(申请号：CN201811178984.7)中，其实现房屋围护结构集热排热的方法，其通过房间内设置具有高低两种相变温度的双效相变顶板，在相变顶板中设置毛细循环管，并通过工质循环管路与设置在屋顶的太阳能集热器和天空辐射冷却器相连接，从而形成封闭的循环工质循环通路，通过循环工质的循环来完成冬季相变顶板的集热和/或夏季相变顶板的排热。
上述系统虽然能一定程度上降低建筑能耗，但主要是通过建筑顶板辐射供冷供暖实现的，自然能或可再生能源的利用率有限，使得建筑节能效果受限。目前还没有将自然能与相变技术相结合用于新风系统的节能装置和方法。鉴于上述技术背景，新风系统存在应用范围广、能耗大、节能措施缺乏等特点，无法充分满足建筑节能、降耗的需求。
因此，对于上述问题有必要提出是一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了是一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，以解决上述问题。
一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，包括相变管段、新风机组、表冷器、新风机、太阳能集热器、天空辐射冷却器和循环工质泵，所述相变管段安装在新风机组的进风管道上，所述表冷器安装新风机组内，所述新风机安装在新风机组的送风管道上，所述相变管段的出水管分别连通于所述太阳能集热器和天空辐射冷却器的进管端，所述太阳能集热器和天空辐射冷却器的出管端均连通于所述相变管段的进水管，所述环工质泵安装在出水管上，所述环工质泵与太阳能集热器的进管端之间设置有第一阀门，所述环工质泵与天空辐射冷却器的进管端之间设置有第二阀门。
优选地，所述相变管段包括定型相变工质，所述定型相变工质的内嵌装有毛细循环管，所述毛细循环管的两端分别连通有分水管和集水管。
优选地，所述分水管连通于进水管，所述集水管连通于所述出水管。
优选地，所述定型相变工质的内壁设置有若干个散热条。
优选地，所述散热条的肋片方向与管道风向平行。
优选地，所述定型相变工质的外壁包裹一层保温隔热层。
优选地，所述分水管和所述集水管平行设置。
优选地，所述分水管和所述集水管的管径相同，所述分水管和所述集水管之间的距离等于分水管的管径。
优选地，所述太阳能集热器和天空辐射冷却器均安装在屋顶上。
优选地，所述相变管段、太阳能集热器和天空辐射冷却器的载热循环液采用水。
与现有技术相比，本发明有益效果：
(1)本发明设置有相变管段、天空辐射冷却器和太阳能集热器，通过在相变管段中设置由相变材料定型而成的相变工质，以及在定型相变工质中对应设置有多个相互连通的毛细循环管，以流经毛细循环管的载热循环工质向定型相变工质代入热量或者冷量，使定型相变工质进行对应的相变蓄冷或蓄热，再通过相变管段内表面的肋片与流经的新风进行换热，实现了夏季全天向流经相变管段的新风供冷和冬季全天向流经相变管段的新风供热，从而减少新风机组夏季的新风冷负荷和冬季的新风热负荷，进而减少了建筑空调和采暖能耗，节约了能源，实现了建筑的节能环保；
(2)本发明通过优选相变温度介于24～28℃相变材料经定型形成定型相变工质，既适用于夏季30℃以上的新风降温处理，又适用于冬季15℃以下的新风加热处理，处理后的新风能很好地迎合夏季室内26℃的温度需求和冬季室内22℃的温度需求，充分结合了夏季和冬季建筑室内外的温度环境，确保相变管段中的定型相变工质的相变过程可以连续进行，持续为流经的新风供冷或供热，大大提高了自然能或可再生能源的利用效率，功能性强，节能效果明显；
(3)本发明通过对应太阳能集热器和天空辐射冷却器分别设置第一阀门和第二阀门，通过控制第一阀门和第二阀门的对应开断，可实现载热循环工质中冷量或者热量的切换，从而对应适应夏季和冬季的工作过程，控制简单，控制准确性高；
(4)本发明通过在相变管段的四面设置相变工质，并沿四个壁面布置毛细循环管网，有效增加了相变工质与毛细循环管及相变工质与流经的新风的换热面积，增大了换热量；
附图说明
图1是本发明的基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统的整体结构示意图；
图2是本发明相变管段的A-A截面结构图；
图3是本发明相变管段的B-B截面结构图；
图4是本发明相变管段的C-C截面结构图；
图5是本发明相变管段的局部N放大结构图；
图中附图标记：1、相变管段；101、散热条；102、定型相变工质；103、毛细循环管；104、保温隔热层；105、分水管；106、集水管；2、进风管道；3、新风机组；4、表冷器；5、新风机；6、送风管道；7、太阳能集热器；8、天空辐射冷却器；9、循环工质泵；10、第一阀门；11、第二阀门；12、进水管；13、出水管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1并结合图2至图5所示，一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，包括相变管段1、进风管道2、新风机组3、表冷器4、新风机5、太阳能集热器7、天空辐射冷却器8和循环工质泵9，所述相变管段1安装在新风机组3的进风管道2上，所述表冷器4安装新风机组3内，所述新风机5安装在新风机组3的送风管道6上，所述相变管段1的出水管13分别连通于所述太阳能集热器7和天空辐射冷却器8的进管端，所述太阳能集热器7和天空辐射冷却器8的出管端均连通于所述相变管段1的进水管12，所述循环工质泵9安装在出水管13上，所述循环工质泵9与太阳能集热器7的进管端之间设置有第一阀门10，所述循环工质泵9与天空辐射冷却器8的进管端之间设置有第二阀门11。
进一步的，所述相变管段1包括定型相变工质1，所述定型相变工质102的内嵌装有毛细循环管103，所述毛细循环管103的两端分别连通有分水管105和集水管106。
进一步的，所述分水管105连通于进水管12，所述集水管106连通于所述出水管13。
进一步的，所述定型相变工质102的内壁设置有若干个散热条101。
进一步的，所述散热条101的肋片方向与进风管道2风向平行。
进一步的，所述定型相变工质102的外壁包裹一层保温隔热层104。
进一步的，所述分水管105和所述集水管106平行设置。
进一步的，所述分水管105和所述集水管106的管径相同，所述分水管105和所述集水管106之间的距离等于分水管105的管径。
进一步的，所述太阳能集热器7和天空辐射冷却器8均安装在屋顶上。
进一步的，所述相变管段1、太阳能集热器7和天空辐射冷却器8的载热循环液采用水。
与现有技术相比，本发明有益效果：
(1)本发明设置有相变管段1、天空辐射冷却器7和太阳能集热器8，通过在相变管段1中设置由相变材料定型而成的相变工质，以及在定型相变工质中对应设置有多个相互连通的毛细循环管103，以流经毛细循环管103的载热循环工质向定型相变工质102代入热量或者冷量，使定型相变工质102进行对应的相变蓄冷或蓄热，再通过相变管段1内表面的肋片与流经的新风进行换热，实现了夏季全天向流经相变管段1的新风供冷和冬季全天向流经相变管段1的新风供热，从而减少新风机组夏季的新风冷负荷和冬季的新风热负荷，进而减少了建筑空调和采暖能耗，节约了能源，实现了建筑的节能环保；
(2)本发明通过优选相变温度介于24～28℃相变材料(石蜡)经定型形成定型相变工质，既适用于夏季30℃以上的新风降温处理，又适用于冬季15℃以下的新风加热处理，处理后的新风能很好地迎合夏季室内26℃的温度需求和冬季室内22℃的温度需求，充分结合了夏季和冬季建筑室内外的温度环境，确保相变管段中的定型相变工质1的相变过程可以连续进行，持续为流经的新风供冷或供热，大大提高了自然能或可再生能源的利用效率，功能性强，节能效果明显；
(3)本发明通过对应太阳能集热器7和天空辐射冷却器8分别设置第一阀门10和第二阀门11，通过控制第一阀门10和第二阀门11的对应开断，可实现载热循环工质中冷量或者热量的切换，从而对应适应夏季和冬季的工作过程，控制简单，控制准确性高；
(4)本发明通过在相变管段1的四面设置相变工质，并沿四个壁面布置毛细循环管网，有效增加了定型相变工质102与毛细循环管106流经的新风的换热面积，增大了换热量；
(5)本发明的通过在相变管段1内表面设置肋片且与风向平行，大大提高了内表面与流经的新风的换热效率，提高了自然能或可再生能源的利用量，同时相变管段1外表面设置保温绝热层(聚乙烯保温材料、硅酸盐复合保温型材料或硅酸铝保温材料)104可有效减少相变工质向外部的换热量，减少热量或者冷量的损失，使得节能效果更加显著；
(6)本发明通过优选设置毛细循环管103在相变管段1外壁面和内壁面之间的距离，以及相邻两毛细循环管103之间的距离，有效实现了毛细循环管对其外周相变材料的稳定作用，保证定型相变材料相变过程的稳定性和均匀性，提升相变管段与流经的新风的换热效果和换热的持久性，提高了相变管段的蓄热量和换热量；
(7)本发明将分水管105和集水管106设置在相变管段1的侧面，且将两者平行设置，分水管105在上集水管106在下，两者管径相同，分水管105和集水管106之间的距离等于1倍分水管管径，一方面为了提高分水管105和集水管106与定型相变工质102的换热效果，另一方面为了更加方便与系统循环管路对接，降低施工安装难度，同时为了接口漏水时更加容易被巡检人员发现；
(8)本发明通过将相变管段1对应设置在新风机组3的进风管道2上，并通过法兰与其他普通风管管段连接，安装简单，维护简便，更换方便。
(9)本发明结构简单，控制简便，维护、检修的难度较小，适用范围广，能同时实现夏季白天、夜晚为新风系统“供冷”和冬季白天、夜晚为新风系统“供暖”，有效降低了新风系统能耗，节约能源，实现建筑的节能环保，具有较好的推广应用价值。
(10)本发明可同时实现夏季白天、夜晚向新风系统的“供冷”过程和冬季白天、夜晚向新风系统的“供暖”过程，有效减少夏季新风冷负荷和冬季新风热负荷，节约能源，降低建筑能耗，实现建筑的节能环保。
定型相变工质材料可选用石蜡，其中保温隔热层可选用聚乙烯保温材料、硅酸盐复合保温型材料、硅酸铝保温材料。
相变管段1呈矩形结构，其外壁面和内壁面之间形成封闭的容置空间，并在该容置空间对应设置定型相变工质(石蜡)102和若干毛细循环管103，毛细循环管103的两端分别设置分水管105和集水管106；定型相变工质102单一相变温度的相变材料定型而成，其相变温度介于24～28℃，以用于相变管段1可在对应的温度环境下发生相应的相变过程，完成向流经的新风供冷或供热。
本优选实施例中选用相变温度介于24～28℃的相变材料(石蜡)，充分结合了夏季和冬季建筑室内外的温度环境，既为了适用于夏季30℃以上的新风降温处理，又为了适用于冬季15℃以下的新风加热处理，处理后的新风能很好地迎合夏季室内26℃的温度需求和冬季室内22℃的温度需求，而且也是为了确保相变管段中的定型相变工质的相变过程可以连续进行，持续为流经的新风供冷或供热。例如，选用的相变材料相变温度过高，夏季仅能将室外新风小幅度降温，依然需要消耗大量的能耗将新风处理到室内空气状态，相反，选用的相变材料相变温度过低，冬季仅能将室外新风小幅度加热，依然需要消耗大量的能耗将新风处理到室内空气状态，另外相变温度过低一方面夏季天空辐射冷却器很难制备低温水，另一方面夏季容易在相变管道内结露。
相变管段1中的各毛细循环管103沿相变管段的四个壁面布置在定型相变工质102之中，且各毛细循环管103之间通过分水管105和集水管106相互连通；各毛细循环管103和分水管105及集水管106中通入有载热循环工质，通过载热循环工质与毛细循环管103、毛细循环管103与定型相变工质102之间的热交换，可促使对应的相变材料产生相变反应，实现对应的蓄冷或蓄热过程，从而对应实现向流经的新风供冷或供热，减少新风负荷。
各毛细循环管103之间等间隔设置，如图3中所示，各毛细循环管103距外壁面和内壁面的距离相等，以保证毛细循环管103中的载热循环工质可充分作用于毛细循环管103外周的定型相变工质102，保证热量交换的稳定性，在管段内形成稳定的温度场，保证相变管段1的正常使用；相变管段1的总壁厚等于6毛细循环管103的外径，如图5中所示，其中，毛细循环管103距两侧壁面的距离等于2.5倍管径，即毛细循环管103的管径为d，毛细循环管103距两侧壁面的距离为2.5d，相变管段1的总壁厚为6d；相邻两毛细循环管103之间的间隔等于5倍管径，即为5d，如此设置可充分保证毛细循环管103内的载热循环工质可与其外周2.5倍管径范围内的定型相变工质102充分作用，并减少载热循环工质与管段壁面的之间的作用，确保相变管段1的稳定性。优选实施例中的毛细循环管103的分水管105和集水管106平行设置于相变管段1的左侧面或右侧面，如图3所示，以便于与系统循环管路12的对接，降低施工安装难度，同时为了接口漏水时更加容易被巡检人员发现；进一步地，分水管105设置在上，集水管106设置在下，两者采用相同管径，且分水管105和集水管106之间的距离等于1倍分水管105管径，即分水管的管径为D，分水管和集水管之间的距离也为D，如图4所示，以提高分水管105和集水管106与相变工质的换热效果。
当然，毛细循环管103的设置形式也不局限于上述所记载的形式，其也可根据实际需要优选为别的设置形式，即毛细循环管103之间可设置为不等距间隔，毛细循环管103距两侧内外壁面的距离也可设置为不等的形式，例如毛细循环管103与内壁面101的距离大于毛细循环管103与外壁面104的距离，以使得靠近相变管段内新风一侧的相变材料可充分反应，相变过程的换热可充分作用于管段内的新风，这些都可以根据实际需要进行优选，且毛细循环管结构也可设置为平面连续弯折的“波浪状”结构，这利用现有技术中的相关技术手段可以实现，故而在此不做赘述。同样的分水管105和集水管106之间的距离也可根据实际需要进行优选。
相变管段1的保温隔热层104为保温绝热面，其具有保温隔热的作用，对应相变管段1的内壁面101为肋片面且与风向平行，如图2所示，其具有增大换热面积的作用，可提高与新风的换热效率，肋片的尺寸及相邻肋片的间距可根据实际需要进行优选。
相变管段1与新风机组3的进风管道2上的其他普通管段之间通过法兰连接，安装简单，维护简便，拆卸方便，连接方式可根据实际需要进行优选，如可采用共板法兰连接方式或插接式连接方式，显而易见地，相变管段1的安装不需要对原始管道做太大调整，也无需改变原始管道的结构，不仅可以提高相变管段1的安装效率，还提高相变管段1的广泛适用性。
进一步地，对应相变管段1设置有并联连接的太阳能集热器7和天空辐射冷却器8，一般情况下，上述两种结构可设置在建筑物的楼顶，保证太阳能集热器7和天空辐射冷却器8的设置不占用建筑的使用空间和外墙空间，保证建筑物的美观和建筑室内的正常采光，且一个太阳能集热器7和/或一个天空辐射冷却器8可对应连通一个新风机组中的相变管段1或者同时连通多个新风机组中的多个相变管段1；进一步地，太阳能集热器7和天空辐射冷却器8设置在建筑物的楼顶，两设备与相变管段1之间以循环管路12连通。
如图1中所示，天空辐射冷却器8其通常水平设置或者呈一定倾斜角度设置，使得其呈板状结构的主体一侧端面向上，另一侧端面向下，两金属板壁之间预留有供载热循环工质通过的空腔结构，且优选在其向上设置的金属板壁上设置有冷却涂层，以提升载热循环工质的冷却效率；在天空辐射冷却器8向下设置的金属板壁上设置有保温材料，以减少两金属板壁之间载热循环工质的冷量流失，载热循环工质在经过进液端和出液端之间的空腔结构时，可充分向天空进行长波辐射而降温，再由出液端流向第一管路以及相变管段1。
如图1中所示，太阳能集热器7的进管端连接出水管13，太阳能集热器7的出管端连接进水管12，载热循环工质(水)通过进水管12和出水管13流通，可充分吸收太阳能辐射热而升温，再由太阳能的出管端向进水管及相变管段1；进水管12和出水管13外周上对应设置有保温材料(聚乙烯保温材料、硅酸盐复合保温型材料或硅酸铝保温材料)，以减少进水管12和出水管13内的载热循环工质在传递冷量或者热量时的热损失，提升系统运行的效果和稳定性。
通过上述设置，可对应在新风系统中设置相变新风管道系统，利用其自动向进入新风机组的新风进行供冷(即预冷)或供热(即预热)：
在夏季，关闭第一阀门10，打开第二阀门11，太阳能集热器7不工作，天空辐射冷却器8全天运行。
在白天：
新风系统工作，初始时，定型相变工质102处于固态形式，当高温的室外新风进入相变管段1时，与散热条101进行热交换，并将热量传递至定型相变工质102，定型相变工质102开始吸热熔化成熔融态，被吸收的热量存储在定型相变工质102中，降低流经的新风温度。与此同时，天空辐射冷却器8和循环管路(进水管12和出水管13)始终在运行，流经相变管段1的载热循环工质(水)由于在天空辐射冷却器8中吸收天空长波辐射产生的冷量，其温度较毛细循环管103外周的定型相变工质102低，因此，毛细循环管103会吸收外周的相变工质中的热量而使其产生一定程度的凝固；但是，由于室外新风的温度较高，因而靠近相变管段1的内壁面一侧的定型相变工质102处于熔融态，由于室外新风传入的热量较多，因此熔融态的相变工质会朝着凝固态的相变工质持续延伸，使凝固态的相变工质吸热熔化，而毛细循环管103中的载热循环工质又会使得毛细循环管103外周的相变工质持续凝固，继而通过毛细循环管103外周的相变工质不断重复“凝固状态”与“熔化状态”的切换，可持续带走流经的新风的热量，实现夏季白天减少新风负荷的过程，进而降低建筑空调能耗。
在夜晚：
新风系统通常停止工作，由于白天室外新风温度较高，相变管段1中的定型相变工质102大部分熔化并处于熔融态，相应地，在夏季的夜晚，天空辐射冷却器8吸收的冷量较多，经过天空辐射冷却器8的载热循环工质温度大幅降低，载热循环工质向定型相变工质1内引入的冷量远大于白天所传递的冷量；此时，毛细循环管103外周的相变工质会吸收毛细循环管103中的冷量逐渐凝固，相当于将载热循环工质中的冷量“存储”在相变工质中，实现“蓄冷”的过程。
若夜晚新风系统依然工作，由于夜晚室外新风温度相对较低，因此在经过相变管段1时传递给定型相变工质102的热量较少，而夜晚载热循环工质经由天空辐射冷却器8所引入的冷量较白天大幅增加；因此，在夜晚，定型相变工质102的“凝固趋势”大于“熔化趋势”，其最终趋于全部或者大部分凝固的状态(靠近内壁面101一侧的相变工质可能会有部分处于熔融态)，从而将载热循环工质中的冷量“存储”下来，用于白天向流经的新风“供冷”(即预冷)。
综上所述，利用本发明优选实施例中的相变新风管道系统可有效完成夏季白天与夏季夜晚分别向进入新风机组的新风“供冷”(即预冷)的过程，进而减少新风冷负荷，减少空调等设备的使用，降低能耗。根据研究数据显示，在夏季白天，太阳辐射强度往往会大于900W/m2，此时，天空辐射冷却器8的冷却效果可达到93W/m2以上，夜晚冷却效果可达到140W/m2以上，全天平均冷却效果大于110W/m2，因此，通过天空辐射冷却器8可向新风系统引入大量的冷量，并大量带走进入新风机组的新风的热量，这一过程在夏季夜晚尤其明显。
在冬季，打开第一阀门10，关闭第二阀门11，天空辐射冷却器8不工作，太阳能集热器7白天运行；
在白天：
夜晚太阳能集热器7不工作，因此，在刚进入白天时，定型相变工质102处于固态形式，随着太阳升起，太阳能集热器7开始工作，流经其中的载热循环工质吸收太阳辐射热而大幅升温，升温的载热循环工质经第一管路流入相变管段1中的毛细循环管103中，毛细循环管103外周的相变工质吸收热量熔化成熔融态；当新风系统工作时，由于室外的新风温度较低，靠近内壁面一侧的相变工质初始时处于凝固状态，即初始在相变管段1中形成“熔融态”和“凝固态”共存的形式，靠近内壁面一侧的相变工质不断通过“熔化”与“凝固”状态的切换，持续吸收流经的新风的冷量，即将载热循环工质引入的热量传递到新风，使得其升温，完成向流经的新风“供热”(即预热)的过程，而白天随着毛细循环管103中引入的热量逐渐增加，定型相变工质102的“熔化趋势”大于“凝固趋势”，其最终趋于全部或者大部分熔化的状态(靠近内壁面101一侧的相变工质可能会有部分处于凝固态)，从而将载热循环工质代入的多余热量“存储”在相变工质中，以用于夜晚向流经的新风“供热”(即预热)。
在夜晚：
太阳能集热器7停止工作，载热循环工质停止循环，由于白天定型相变工质102吸收了大量的热量而处于熔融态；因此，在夜晚时，若新风系统工作，由于新风温度较低，靠近内壁面101一侧的相变工质开始凝固，将白天“存储”在相变工质中的热量释放到流经的新风中，使其升温，随着室外新风的不断流入，相变管段1中的相变工质不断吸收新风的冷量并逐渐全部或大部分凝固，从而将白天“存储”在相变工质中的热量全部或大部分释放到流经的新风中，完成夜晚向流经的新风“供热”(即预热)的过程。
综上所述，利用本发明优选实施例中的相变新风管道系统可有效完成冬季白天与冬季夜晚分别向进入新风机组的新风“供热”(即预热)的过程，进而减少新风热负荷，减少采暖等设备的使用，降低能耗；根据研究结果表明，冬季白天太阳能集热器7的集热效率为35％～55％左右，即集热量是太阳辐射强度的35％～55％，能向相变管段1和新风系统输送大量的热量，进而显著降低建筑供暖能耗。
本发明优选实施例中基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，其设置结构简单，控制简便，维护、检修的难度较小，适用范围广，能同时实现夏季白天、夜晚对进入新风机组的新风的“供冷”(即预冷)过程和冬季白天、夜晚对进入新风机组的新风的“供热”(即预热)过程，能有效降低夏季和冬季的新风负荷，减少夏季“制冷设备”和冬季“供暖设备”的使用，节约能源，降低能耗，实现建筑的节能环保。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，其特征在于：包括相变管段(1)、进风管道(2)、新风机组(3)、表冷器(4)、新风机(5)、太阳能集热器(7)、天空辐射冷却器(8)和循环工质泵(9)，所述相变管段(1)安装在新风机组(3)的进风管道(2)上，所述表冷器(4)安装新风机组(3)内，所述新风机(5)安装在新风机组(3)的送风管道(6)上，所述相变管段(1)的出水管(13)分别连通于所述太阳能集热器(7)和天空辐射冷却器(8)的进管端，所述太阳能集热器(7)和天空辐射冷却器(8)的出管端均连通于所述相变管段(1)的进水管(12)，所述循环工质泵(9)安装在出水管(13)上，所述循环工质泵(9)与太阳能集热器(7)的进管端之间设置有第一阀门(10)，所述循环工质泵(9)与天空辐射冷却器(8)的进管端之间设置有第二阀门(11)。
2.如权利要求1所述的一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，其特征在于：所述相变管段(1)包括定型相变工质(102)，所述定型相变工质(102)的内嵌装有毛细循环管(103)，所述毛细循环管(103)的两端分别连通有分水管(105)和集水管(106)。
3.如权利要求2所述的一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，其特征在于：所述分水管(105)连通于进水管(12)，所述集水管(106)连通于所述出水管(13)。
4.如权利要求2所述的一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，其特征在于：所述定型相变工质(102)的内壁设置有若干个散热条(101)。
5.如权利要求4所述的一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，其特征在于：所述散热条(101)的肋片方向与进风管道(2)风向平行。
6.如权利要求2所述的一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，其特征在于：所述定型相变工质(102)的外壁包裹一层保温隔热层(104)。
7.如权利要求2所述的一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，其特征在于：所述分水管(105)和所述集水管(106)平行设置。
8.如权利要求2所述的一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，其特征在于：所述分水管(105)和所述集水管(106)的管径相同，所述分水管(105)和所述集水管(106)之间的距离等于分水管的管径。
9.如权利要求1所述的一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，其特征在于：所述太阳能集热器(7)和天空辐射冷却器(8)均安装在屋顶上。
10.如权利要求1所述的一种基于天空辐射和太阳能集热的相变新风管道系统，其特征在于：所述相变管段(1)、太阳能集热器(7)和天空辐射冷却器(8)的载热循环液采用水。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114543217A (zh) * 2022-03-07 2022-05-27 重庆大学 利用太阳能和天空辐射冷却的嵌管式相变围护结构系统
CN115200111A (zh) * 2022-06-07 2022-10-18 河北工业大学 利用太阳能烟囱结构和辐射制冷复合的被动式通风系统

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