CN115031316A - 一种基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天空辐射冷却技术领域，具体公开了一种基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，包括设置在供冷房间屋顶的天空辐射冷却器，所述供冷房间内部设置有换热器，换热器与天空辐射冷却器之间通过水管连接。本发明提供的该基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，通过采用高红外透过、超低导热的聚合物气凝胶复合材料覆盖于天空辐射冷却材料表面，阻挡了天空辐射冷却材料与空气的对流换热，显著提升制冷效果。
Description
技术领域
本发明涉及天空辐射冷却技术领域，具体涉及一种基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统。
背景技术
随着人们对美好生活的向往和生活质量要求的提高，建筑室内热环境要求不断提高。建筑行业节能减碳成为亟需研究和解决的问题。天空辐射冷却技术以高层大气作为冷源，可在不消耗任何外部能源的情况下，以辐射换热的方式实现制冷。天空辐射冷却技术的发展应用日益受到人们的关注。
根据中国专利公开的一种空间用辐射冷板，公告号为CN208832834U，包括基板和辐射制冷层；所述基板的表面凸设有若干凸台结构，所述辐射制冷层由透明高分子基体和内嵌于透明高分子基体中的微米材料组成；所述微米材料为SiO2、SiS2、SiC和TiO2中一种或任意几种，所述透明高分子基体为TPX、PET和PMMA中的一种；所述辐射制冷层上镀有高反射金属层，所述辐射制冷层上镀有所述高反射金属层的一面与所述基板连接。
上述技术方案提供了一种空间用辐射冷板，其辐射制冷层选用了单层白色的辐射制冷薄膜直接覆盖在辐射冷板上，薄膜与室外环境直接接触，容易损坏，保温性能较差。
根据中国专利公开的一种节能制冷系统及包含其的房间，公告号为CN212566091U，节能制冷系统包括箱体，所述箱体的侧壁由外到内依次设有辐射制冷膜、保温层、循环水层和空气层，所述空气层为所述箱体内的空腔，所述空气层还设置有由相变材料做成的相变模块，所述相变模块与所述循环水层接触；所述箱体的侧壁还设有半导体制冷片，用于调节循环水层的水温；所述空腔设有进气口和出气口，所述出气口通过风管与新风泵相连。
上述技术方案提供了一种节能制冷系统及包含其的房间结构，其采用了多种制冷方式结合，需要光伏板进行供电，构造较为复杂，且制冷性能效果低，仅用于小型建筑；同样，其外表面铺设了辐射制冷膜，在高温环境下存在使用寿命短、耐久性差、难以维护等问题
综上，目前天空辐射冷却技术应用于建筑领域时仍然存在以下突出问题：
天空辐射冷却技术制冷效果低。天空辐射冷却技术主要依靠在长波段高发射率、短波段高反射率的天空辐射制冷材料实现降温冷却。目前天空辐射冷却材料直接暴露在室外，材料表面容易通过对流换热的方式吸收周围温度更高的空气的热量，导致表面温度升高，制冷效果显著降低，无法向室内提供更多的冷量。
天空辐射冷却技术耐久性差。天空辐射冷却技术用于室外，易受到室外雨水侵蚀和污染物沉积的影响。应现有天空辐射冷却材料在受到室外环境的污染后光学性能显著下降，结构受损明显，耐久性能大大降低。
为此本发明提出了一种基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，通过采用高红外透过、超低导热的聚合物气凝胶复合材料覆盖于天空辐射冷却材料表面，阻挡了天空辐射冷却材料与空气的对流换热，显著提升制冷效果，通过采用耐久性高的聚合物气凝胶复合材料避免天空辐射冷却材料不被环境污染，显著提升天空辐射冷却技术模块的耐久性，提高天空辐射冷却技术模块的使用寿命。
(二)技术方案
为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，包括设置在供冷房间屋顶的天空辐射冷却器，所述供冷房间内部设置有换热器，换热器与天空辐射冷却器之间通过水管连接。
优选的，所述天空辐射冷却器包括聚合物气凝胶复合层、天空辐射冷却层、水冷盘管、预制铝板以及预制保温板，所述预制保温板设置在最底部，预制保温板表面设置有水冷盘管，所述水冷盘管以及预制保温板的表面设置有预制铝板，预制铝板的表面设置有天空辐射冷却层，天空辐射冷却层的表面设置有聚合物气凝胶复合层。
优选的，所述预制铝板以及预制保温板对应水冷盘管的位置上设置有半圆形的预制凹槽，所述水冷盘管设置在预制凹槽的内部。
优选的，所述天空辐射冷却层为彩色双层涂层。
优选的，所述天空辐射冷却层为辐射制冷涂料。
优选的，所述聚合物气凝胶复合层为聚乙烯气凝胶层或红外透明气凝胶层
优选的，所述聚合物气凝胶复合层与天空辐射冷却层的涂覆厚度均为两毫米。
优选的，所述预制保温板采用聚氨酯泡沫塑料。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供的基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，具备以下有益效果：
1、该基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，通过采用高红外透过、超低导热的聚合物气凝胶复合材料覆盖于天空辐射冷却材料表面，阻挡了天空辐射冷却材料与空气的对流换热，显著提升制冷效果。
2、该基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，通过采用耐久性高的聚合物气凝胶复合材料避免天空辐射冷却材料不被环境污染，显著提升天空辐射冷却技术模块的耐久性，提高天空辐射冷却技术模块的使用寿命。
3、该基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，本发明发展了具有耐久性能高的天空辐射冷却技术模块，能有效解决现有天空辐射冷却技术耐久性差问题，防止了天空辐射冷却涂料暴露在室外出现的辐射冷却能力下降，结构受破坏的现象，提高天空辐射冷却技术模块整体的耐久性。
附图说明
图1为本发明实施例基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统的外形结构示意图；
图2为本发明实施例的天空辐射冷却器示意图；
图3为本发明实施例基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却传热过程示意图。
图中：1、聚合物气凝胶复合层；2、天空辐射冷却层；3、水冷盘管；4、预制铝板； 5、预制保温板；6、天空辐射冷却器；7、换热器；8、循环水泵；9、水管；10、供冷房间。
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做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。
实施例：
请参阅图1-3，本发明实施例提供的基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，其包括设置在供冷房间10屋顶的天空辐射冷却器6，所述供冷房间10内部设置有换热器7，换热器7与天空辐射冷却器6之间通过水管9连接。
其中，天空辐射冷却器6包括聚合物气凝胶复合层1、天空辐射冷却层2、水冷盘管3、预制铝板4、预制保温板5；所述水冷盘管3安装在预制铝板4半圆和预制保温板5半圆构成的沟槽里，水冷盘管均匀排布在供冷模块背部，保证水冷盘管中的水能被充分冷却，所述天空辐射冷却器6内设有水冷式盘管，通过天空辐射冷却技术制得冷冻水，将冷冻水送至冷量储存器7，与室内空气进行热交换，使房间内的温度降至26℃左右的舒适环境，所述天空辐射冷却层2采用喷涂的方式涂覆在铝板4表面，所述聚合物气凝胶复合层1采用喷涂方式涂覆在天空辐射冷却层2表面。
所述天空辐射冷却层2为彩色双层涂层，采用TiO2微粒作为双层涂层的顶层，底层采用SiO2或SiC颗粒。TiO2与SiO2的组合在太阳光谱波段的反射率可达90.7％，大气窗口波段的辐射率可达90.11％，受太阳直射冷却温度比环境温度低20～40℃，冷却功率可达150W/m2。彩色涂层还兼顾了降温需要与人们的审美需求。
所述天空辐射冷却层2为辐射制冷涂料。采用辐射制冷涂料使结构更简单，直接涂抹，表面涂抹成有凸起结构，增加换热面积，提升冷却效果，无需其他复杂的多道工序制备。
所述聚合物气凝胶复合层1为聚乙烯气凝胶层或红外透明气凝胶层。中红外波段2.5 -25μm波段透过率高于50％，在太阳辐射波段0.3-2.5μm反射率超过80％，导热系数在0.02～0.20W·m-1·K-1，具有红外透过性高、隔热性能高等特点。
所述聚合物气凝胶复合层1为涂料，均匀涂抹于天空辐射冷却层2表面，工序易于操作。
所述聚合物气凝胶复合层1与天空辐射冷却层2的涂覆厚度均为2mm。
在本实施例中，将聚乙烯气凝胶复合涂料1铺设在天空辐射冷却涂料2表面。
所述预制保温板5采用市面上现货售卖聚氨酯泡沫塑料，包裹在水冷盘管3周围。
所述天空辐射冷却器6是一个简易的供冷系统，内设有水冷式盘管，通过天空辐射冷却技术制得冷冻水，将冷冻水送至换热器7，并与室内空气进行热交换，使供冷房间10内的温度降至26℃左右的舒适环境。
所述换热器7采用换热器。
太阳向下射出光线经过天空辐射冷却器6折射，反射出辐射，然后吸收大气长波辐射，自身对外长波辐射，天空辐射冷却器6表面与空气对流换热。
本发明结构紧凑，易于制造安装，可最大程度利用天空辐射制冷技术对室内人员进行供冷，利用聚合物气凝胶气凝胶最大限度减少对日渐辐射冷却层结构的破坏，显著提升天空辐射冷却涂料的制冷性能和耐久性。
本发明实施例中的名词解释如下：
(1)碳达峰：指在某一个时点，二氧化碳的排放不再增长达到峰值，之后逐步回落。
(2)碳中和：指企业、团体或个人测算在一定时间内，直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”。
(3)天空辐射冷却技术：是一种热物体可通过大气层在“大气窗口”波段(8～13)的高透过性，将自身热量以热辐射的形式传递至低温外太空，从而获得冷量实现被动制冷的技术。
(4)天空辐射制冷材料：是指利用天空辐射冷却技术在白天实现降温冷却的材料，除在8～13具有高发射率以外，同时还在太阳光波段具备很高的反射率。
(5)气凝胶：是指通过溶胶凝胶法，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料，密度极低，最轻的气凝胶仅有0.16mg/cm3，由于气凝胶中一般80％以上是空气，所以具有非常好的隔热效果。
(6)高红外透过率材料：是辐射波长在8～13间内具有较高透过率的材料。
聚合物气凝胶复合材料：在气凝胶掺入聚合物以改善材料综合性能的复合材料。该聚合物气凝胶复合材料在中红外波段2.5～25透过率高于50％、在太阳辐射波段0.3～2.5反射率超过80％、导热系数为0.02～0.2W·k-1·m-1，具有红外透过性高、导热系数低、耐久性好等特点。
本发明上述实施例提供的该基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，通过采用高红外透过、超低导热的聚合物气凝胶复合材料覆盖于天空辐射冷却材料表面，阻挡了天空辐射冷却材料与空气的对流换热，显著提升制冷效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，其特征在于，包括设置在供冷房间(10)屋顶的天空辐射冷却器(6)，所述供冷房间(10)内部设置有换热器(7)，换热器(7)与天空辐射冷却器(6)之间通过水管(9)连接。
2.根据权利要求1所述的基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，其特征在于：所述天空辐射冷却器(6)包括聚合物气凝胶复合层(1)、天空辐射冷却层(2)、水冷盘管(3)、预制铝板(4)以及预制保温板(5)，所述预制保温板(5)设置在最底部，预制保温板(5)表面设置有水冷盘管(3)，所述水冷盘管(3)以及预制保温板(5)的表面设置有预制铝板(4)，预制铝板(4)的表面设置有天空辐射冷却层(2)，天空辐射冷却层(2)的表面设置有聚合物气凝胶复合层(1)。
3.根据权利要求2所述的基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，其特征在于：所述预制铝板(4)以及预制保温板(5)对应水冷盘管(3)的位置上设置有半圆形的预制凹槽，所述水冷盘管(3)设置在预制凹槽的内部。
4.根据权利要求2所述的基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，其特征在于：所述天空辐射冷却层(2)为彩色双层涂层。
5.根据权利要求2所述的基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，其特征在于：所述天空辐射冷却层(2)为辐射制冷涂料。
6.根据权利要求2所述的基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，其特征在于：所述聚合物气凝胶复合层(1)为聚乙烯气凝胶层或红外透明气凝胶层。
7.根据权利要求2所述的基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，其特征在于：所述聚合物气凝胶复合层(1)与天空辐射冷却层(2)的涂覆厚度均为两毫米。
8.根据权利要求2所述的基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，其特征在于：所述预制保温板(5)为聚氨酯泡沫塑料。
9.根据权利要求2所述的基于气凝胶复合材料的天空辐射冷却系统，其特征在于：所述天空辐射冷却层(2)采用喷涂的方式涂覆在铝板(4)表面，所述聚合物气凝胶复合层(1)采用喷涂方式涂覆在天空辐射冷却层(2)表面。
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- 2022-06-08 CN CN202210642382.2A patent/CN115031316A/zh active Pending
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