CN114893836A - 一种基于半导体制冷的辐射空调系统 - Google Patents

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李海文
杨丽修
邹婷
王静文
张冬桥
范干
张佳铭
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Abstract

本发明公开了一种新型基于半导体制冷冻水的辐射板空调系统,包括制冷器,供水管,回水管,集水器,分水器,换热管,相变材料,辐射版以及室内温度控制器,供水管的一端与回水管的一端均连接至所述制冷器上,制冷器是利用多只半导体元件耦合连接成热电耦。本发明将半导体制得的冷冻水通入冷辐射板降低辐射表面的温度,再利用辐射面的低温辐射室内达到制冷的效果,利用谷电时期进行蓄冷,在用电高峰期将储存冷量释放减少制冷设备负荷,从而维持室内舒适温度。本发明可避免传统辐射空调由于辐射面温度低而结露问题,从而提高制冷效率。

Description

一种基于半导体制冷的辐射空调系统
技术领域
本发明涉及制冷领域,特别涉及一种新型基于半导体制冷的辐射空调系统。
背景技术
随着人们生活质量的不断提高,对室内热环境的舒适要求也逐渐增高,这就造成了建筑能耗逐年增长,而在建筑能耗中所占比例最大的就是空调能耗。近年来,冷辐射空调系统由于具备节能、健康、舒适等有点引起全世界越来越多的关注。但冷辐射空调系统易结露的特性是削弱其辐射功能能力最关键的原因之一。结露不仅影响辐射板的美观,还会导致细菌等的滋生,影响室内空气品质。另外,国家为了调节电力消耗的不均衡性实行了峰谷电价政策,鼓励居民使用夜间低谷电,从而减小电网峰谷差。
鉴于上述背景,将具有既能蓄冷功能的相变蓄能材料与辐射空调末端相结合的系统,既能有效达到夏季制冷与维持室内良好的空气品质的目的,又能满足充分利用国家峰谷电价的要求。
现有的常见辐射空调系统中,由于其辐射表面温度控制难以把握而存在能耗高、易结露、成本高、占据更多建筑空间、室内温度波动大和调节困难等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述缺点,而提供一种结构设计合理、基于半导体制冷的辐射板空调系统,采用相变储能材料与辐射板结合实现对辐射空调的热调控,采用相变材料与半导体制冷结合解决半导体因为环境温度的变化而使效率低下等问题。
一种基于半导体制冷的辐射板空调系统,其特征在于:包括制冷器,供水管,回水管,集水器,分水器,换热管,相变材料,辐射版以及室内温度控制器,供水管的一端与回水管的一端均连接至所述制冷器上,制冷器是利用多只半导体元件耦合连接成热电耦。
本发明的相变材料设置于辐射板上,供水管、换热管以及回水管依次连接,换热管以及分水管均延伸至相变材料内,且供水管的另一端与回水管的另一端连接,室内温度控制器连接在回水管上。所述回水管上设有集水器,所述供水管上设有分水器,所述换热管迂回设置。
本发明相变材料可以用化学法或物理化学法等方法制备而成。利用此技术将制得的相变材料进行封装后添加到辐射板内,根据室内温度的变化,相变材料发生状态变化而产生潜热作用于辐射板内维持所需温度,此结构可对辐射板的辐射表面进行精准调温,所述辐射板的辐射面采用黑色面。所述相变有机材料可选自焓值较高正十六烷、正十七烷、正十八烷(相变温度约15-30℃)等。无机相变材料可选用六水氯化钙、十水碳酸钠、十水硫酸钠等潜热高的水合盐,通过不同比例混合达到要求的相变温度,添加成核剂与增稠剂使其具有良好的热稳定性;或可采用有机与有机复合、有机与无机或无机与无机复合,例如十七烷与十八烷在质量比7:3的比例下可配得相变温度为17.39℃,潜热为235j/g的相变材料。例如在六水氯化钙溶液中加入百分之13%尿素,其相变温度约为12℃,焓值为135j/g。例如氯化钾溶液根据水的比例不同,可调节的溶液的相变温度与潜热也不同。选择潜热值较大、相变平台良好的相变材料能够使得辐射系统更加节能,具有更高的经济性。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和效果:
1、本发明将蓄冷、制冷和调温功能集于一体的半导体制冷辐射空调系统的技术方案是:一种新型基于半导体制冷的辐射空调系统是由半导体制冷系统、相变储能材料、换热管、冷辐射板、室内温度空气器等组成。其特点是:利用相变材料的蓄冷能力来调控冷辐射板辐射面的温度,保持其始终高于室内空气露点温度但又能达到给室内空气降温的作用,在夏季时维持室内人体热舒适的指标。
2、在本发明辐射空调系统中,相变材料的存在可解决冷辐射板空调系统中辐射表面低于室内空气露点温度现象,从而达到良好的制冷效果。相变材料的存在可以适当减少传热流体的流量,从而降低泵的能耗,有一定的节能作用。
3、在本发明的半导体制冷系统中,利用相变材料的蓄冷的特点,满足“峰谷电价”来提高系统经济性。
4、本发明提供的辐射空调系统,利用相变材料热惯性,可降低室内空气温度的波动范围,减少冷热负荷,从而达到降低能耗的目的。相变材料的存在,可通过控制其熔点来达到精准调温的功能,防止结露现象的出现。
附图说明
图1是本发明实施例辐射空调系统的工作原理示意图;
图2是本发明实施例基于半导体制冷的辐射空调系统的结构示意图;
图中:1、制冷器;2、供水管;3、回水管;4、集水器;5、分水器;6、冷冻水;7、换热管;8、相变材料;9、辐射板;10、室内温度控制器;11、保温层;12、空气层。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,下述的实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1:
参见图1,本实施例提供的基于半导体制冷的辐射空调系统,其包括:包括制冷器1,供水管2,回水管3,集水器4,分水器5,换热管7,相变材料8,辐射版9以及室内温度控制器10,供水管2的一端与回水管3的一端均连接至所述制冷器1上,制冷器1是利用多只半导体元件耦合连接成热电耦。相变材料8设置于辐射板9上,供水管2、换热管7以及回水管3依次连接,换热管7以及供水管2均延伸至相变材料8内,且供水管2的另一端与回水管3的另一端连接,室内温度控制器10连接在回水管3上。所述回水管3上设有集水器4,所述供水管2上设有分水器5,所述换热管7迂回设置。
在制冷器1周围封装适宜相变温度且发生相变焓值较高的相变材料8,其中相变材料8选择相变温度约为16℃的正十六烷,其相变潜热高达236j/g,通过添加一定比例的成核剂与增稠剂使体系稳定。相变材料8用于解决外界环境温度波动造成的制冷效率低下,控制冷冻水6的温度,使其到辐射表面的温度达到设定要求。并在制冷器1热端加装风扇等散热装置进行强制对流散热,减少冷热端温差,提高制冷器1的制冷效率,制得的冷冻水6通过换热管7通入相变辐射板9,通过传热使相变辐射板9的辐射表面温度降低进而向室内辐射供冷。
实施例2
本实施例选用铝扣板与龙骨的结合做辐射板9,并在换热管7周围加入相变材料8。相变材料选8用相变温度为29℃的六水氯化钙。通过熔融法使氯化钙溶于一定比例的水中配置成六水氯化钙,再添加一定比例尿素、乙醇等熔点降低剂,使其相变温度约为20℃,高于室内空气露点温度以防止辐射板9表面结露。将制得的相变材料8进行封装,利用膨胀石墨或膨胀珍珠岩进行微观封装或对相变材料8进行宏观封装,保证其不泄露。用相变材料8蓄冷来控制相变辐射板9向室内辐射的表面温度。当冷冻水6流经辐射板9内,将多余冷量储存到相变材料8内,在高峰期时一起供冷。
本发明辐射空调系统中相变材料8的工作过程及原理为:
当相变材料8完全处于固态或液态时相变材料的温度随环境温度变化,不能起到蓄冷调温的作用,只有当相变材料8发生相转变而处于固液混合态时,相变材料8的温度保持恒定。在制冷过程中,当室内温度升高时,辐射板9内温度也随之升高,当高于相变材料8的相变温度时,相变材料8发生相变将周围境热量吸收,减缓制冷设备制冷压力,有效维持室内温度波动。
本发明中辐射板9结合了相变材料8,在辐射板9一层中封装相变材料8,它的工作原理:
当制冷器1制得的冷冻水6通入水,冷量分为两部分一部分将辐射板9的辐射面降温至所设定的温度,另一部分多余的冷量由相变材料8吸收,用于高峰时期减缓室内温度上升,减少冷源工作压力,提高制冷效率。相变材料8的添加既防止了辐射板9表面结露问题,又可以减少室内温度波动。由于其具有良好的蓄冷能力,可以在系统关闭后仍可以向室内提供一定冷量,有效延长了室内制冷时间,从而降低了能耗。
本发明中室内温度控制器10的工作过程及原理为:
当室内温度高于设定值时,室内温度控制器10发出信号,加大制冷器1工作电流将室内热量带出直到室内温度达到设定值后,室内温度控制器10发出信号电流恢复正常。
本发明采用相变储能材料与辐射板结合实现对辐射空调的热调控,采用相变材料与半导体制冷结合可解决半导体因为环境温度的变化而使效率低下。该系统工作原理:将半导体制得的冷冻水通入冷辐射板降低辐射表面的温度,再利用辐射面的低温辐射室内达到制冷的效果。其中相变材料可由复合无机盐相变蓄冷材料或有机相变蓄冷材料构成,通过物理法、化学法、物理化学法等方法制备得到的,利用谷电时期进行蓄冷,在用电高峰期将储存冷量释放减少制冷设备负荷,从而维持室内舒适温度。该系统可避免传统辐射空调由于辐射面温度低而结露问题,从而提高制冷效率。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于半导体制冷的辐射板空调系统,其特征在于:包括制冷器(1),供水管(2),回水管(3),集水器(4),分水器(5),换热管(7),相变材料(8),辐射版(9)以及室内温度控制器(10),供水管(2)的一端与回水管(3)的一端均连接至所述制冷器(1)上,该制冷器(1)是利用多只半导体元件耦合连接成热电耦。
2.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的辐射板空调系统,其特征在于:相变材料(8)设置于辐射板(9)上,供水管(2)、换热管(7)以及回水管(3)依次连接,换热管(7)以及供水管(2)均延伸至相变材料(8)内,且供水管(2)的另一端与回水管(3)的另一端连接,室内温度控制器(10)连接在回水管(3)上。
3.根据权利要求2所述的基于半导体制冷的辐射板空调系统,其特征在于:所述回水管(3)上设有集水器(4),所述供水管(2)上设有分水器(5),所述换热管(7)迂回设置。
4.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的辐射板空调系统,其具体特征在于:所述相变材料(8)可由有机相变材料、无机相变材料或符合相变材料复合构成。
5.根据权利要求2-3所述的基于半导体制冷的辐射板空调系统,其具体特征在于:所述辐射板(9)设有上中下三层,上层设有保温层(11),下层设有空气层(12),中层封装相变材料(8)。
6.根据权利要求5所述的基于半导体制冷的辐射板空调系统,其具体特征在于:所述辐射板(9)的辐射面采用黑色面。
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