CN207648905U - 相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统 - Google Patents

Abstract

一种相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统，综合利用了毛细管辐射供冷/暖末端与相变蓄能技术，并与风冷冷热水机或地源热泵集成。以风冷冷热水机或地源热泵为冷热源，相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板为末端。一体化末端从上至下分别为地板面层、水泥砂浆找平层、混凝土层、蓄热相变材料层及其中铺设的毛细管网、反射膜和保温层构成辐射供暖地板，冬季夜间蓄热以实现供暖；楼板结构层、保温层、反射膜、蓄冷相变材料层及其中的毛细管网和天花板面层构成辐射天花板，夏季夜间蓄冷以实现供冷。可利用低谷电力蓄能，实现地板辐射供暖、天花板辐射供冷，室内环境符合人体“头寒足暖”的热舒适需求。

Description

相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统

技术领域

本发明属于建筑供暖、空调新技术范畴、建筑能源优化利用及蓄能技术领域，特别涉及一种相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统。

背景技术

我国建筑终端能耗占我国社会总能耗近的30％，其中空调和釆暖系统能耗，约占建筑总能耗的40％～50％。因此，降低建筑空调系统能耗成为节能的重要途径之一。毛细管地板天花板辐射系统作为采用低温热水、高温冷水的新型空调末端，可以利用低品位能源来创造出更舒适的室内环境，符合节能发展的方向。

为了消除电网峰谷负荷不平衡问题，我国政府出台了“峰谷电价政策”，大力提倡创新发展低谷用电节能产业。相变蓄能技术为解决建筑空调舒适与能耗两者间的矛盾问题提供了新途径。相变(潜热)蓄能可在等温或者很小的温度区间内吸收或释放大量的热能，与辐射供冷/暖相结合，为利用夜间低谷电力蓄冷/蓄热，在白天释放所存蓄的能量为房间供冷或供暖是一种值得尝试和提倡的室内环境调控模式。

随着气候变迁和社会经济的发展，我国南方地区采暖近年来成为研究的热点之一，中小型风冷冷热水机以及地源热泵的出现为分散供冷/暖提供了冷热源，供冷/暖一体化辐射末端的提出，可以为南方地区供暖/冷事业的发展提供新的途径。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统，可以高效利用低谷电力，将地板辐射供暖/天花板辐射供冷与毛细管网、相变蓄能技术、空气源或地源热泵技术结合起来，还可综合围护结构内敷调湿材料、采用喷气增焓压缩机等，具有节能、经济及地域适应性强等特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统，由冷/热水机作为冷热源，分别与相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端连接构成供冷/暖系统，所述相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端从上至下分别为地板面层、水泥砂浆找平层、混凝土层、蓄热相变材料层、反射膜、保温层、楼板结构层、保温层、反射膜、蓄冷相变材料层和天花板面层，在蓄热相变材料层中铺设用于供热水的蓄热层毛细管网，在蓄冷相变材料层中铺设用于供冷水的蓄冷层毛细管网。

所述冷/热水机为风冷热泵型或地源热泵型。

所述冷/热水机的输出端依次通过阀和分水器、分流通阀与相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端的输入端连接，冷/热水机的输入端依次通过阀和集水器、合流通阀与相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端的输出端连接，分流通阀、合流通阀根据供暖/供冷模式能够在蓄能地板和天花板之间切换。

供热运行时，蓄热层毛细管网通热水进行蓄热和释热，蓄冷层毛细管网根据负荷需要作为辅助；供冷运行时，蓄冷层毛细管网通冷水迸行蓄冷和释冷，蓄热层毛细管网根据负荷需要作为辅助。

所述蓄热相变材料层由长条状的蓄热相变模块拼接而成，蓄热相变模块由相变温度为30～38℃的蓄热相变材料通过金属封装，蓄热层毛细管网盘绕铺设在由蓄热相变模块构成的蓄热相变材料层的间隙内；蓄冷相变材料层由长条状的蓄冷相变模块拼接而成，蓄冷相变模块由相变温度为16～20℃的蓄冷相变材料通过金属封装，蓄冷层毛细管网盘绕铺设在由蓄冷相变模块构成的蓄冷相变材料层的间隙内。

蓄热相变模块和蓄冷相变模块中封装的相变材料种类及质量多少可根据应用该末端的建筑所在地区的气候以及空调和供暖负荷来选定和设计计算得到。

所述冷/热水机的供冷暖能力及运行时间长短由控制器根据对建筑空调和供暖负荷需求的预测值而调节，并发出指令给阀门，实现蓄热相变材料层和蓄冷相变材料层是否分别作为辅助蓄能部件而投入使用。

本发明相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端可与通风系统联合工作，冷热水机夜间运行，使相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板蓄热或蓄冷，日间，辐射地板/天花板释热/冷供暖/冷，且联合冷热水机低频运行为空调通风系统的空气处理提供冷热源，一方面使室内的空气品质得到保证，另一方面对空气进行加湿或除湿，避免空气过分干燥或出现结露现象。

本发明可与围护结构内敷调湿材料联合应用，根据建筑室内湿源强度以及室外空气的温湿度设计计算确定而采用适当数量的调湿材料作为内装饰面，当室内相对湿度达到75％时，调湿材料开始吸收室内散发的湿量，当室内相对湿度降低到30％时，再将湿量释放到室内，从而减小室内相对湿度的波动，避免辐射供冷时壁面结露现象的发生，扩大其在南方湿热地区的适用范围。

所述冷/热水机带有喷气增焓压缩机，以提高其在高温和寒冷气候条件下的性能，增强地域适用性。

与现有技术相比，本发明中，蓄能地板/天花板分别釆用两种相变温度的相变材料来解决采暖和空调蓄能工况下所需相变温度不一致的问题，分别用在夜间低谷电价时段24：00～8：00，热泵机组运行以使该相变材料冬季夜间蓄热或夏季夜间蓄冷，而后在白天峰值电价时段8：00～18：00不运行机组而释放能量进行供暖/冷。相变材料的使用可以减小地板/天花板表面的热流波动，提高地板/天花板辐射系统在高峰负荷时段的释热/冷量。

上述技术方案中蓄热相变材料层与蓄冷相变材料层间铺设反射膜、保温层、楼板结构层、保温层、反射膜与毛细管网共同形成了辐射地板供暖和辐射天花板供冷末端，蓄热相变材料层在上，蓄冷相变材料层在下，有利于创造出符合人体舒适需求的“头寒足暖”的室内环境。

针对相变蓄能供冷/暖天花板/地板在蓄能期间可能出现的蓄能能力偏低的问题，位于上/下层的蓄热/冷相变材料和毛细管网可以分别发挥辅助蓄能(显热蓄能)作用，防止室内温度夜间进一步降低或升高，保证所蓄能量满足第二天的供暖/冷负荷需求。

本发明包括空气源/地源热泵、分水器、集水器、蓄能地板/天花板和连接管路和调节阀门组；系统设置空气源/地源热泵，可以充分利用低品位可再生能源；且一套系统与该末端装置相配合既能用于冬季供暖也能用于夏季供冷，简单可靠；必要的情况下空气源/地源热泵可以配置带喷气增焓功能的压缩机，以增强系统在炎热和寒冷地区的适用性；也可围护结构内敷调湿材料层，使系统在高湿地区得以推广使用。

附图说明

图1为本发明的新型相变蓄能毛细管辐射地板/天花板供暖/冷一体化末端的应用系统流程图。

图2为本发明的新型相变蓄能毛细管辐射地板/天花板供暖/冷一体化末端装置的结构示意图。

图3为本发明的新型相变蓄能毛细管辐射地板/天花板供暖/冷一体化末端在室内进行辐射供冷的示意图。

图4为本发明的新型相变蓄能毛细管辐射地板/天花板供暖/冷一体化末端在室内进行辐射供热的示意图。

图5为本发明的新型相变蓄能毛细管辐射地板/天花板供暖/冷一体化末端中毛细管网在相变材料间铺设的示意图。

图6为图5的俯视图。

图7为图5的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本发明一种相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统，由风冷热泵型或地源热泵型的冷/热水机1作为冷热源，分别与相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端2连接构成供冷/暖系统，

如图2所示，相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端2从上至下分别为地板面层3、水泥砂浆找平层4、混凝土层5、蓄热相变材料层6、反射膜7、保温层8、楼板结构层9、保温层10、反射膜11、蓄冷相变材料层12和天花板面层13，在蓄热相变材料层6中铺设用于供热水的蓄热层毛细管网14，在蓄冷相变材料层12中铺设用于供冷水的蓄冷层毛细管网15。

再结合图1，冷/热水机1的输出端依次通过阀和分水器16、分流通阀17与相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端2的输入端连接，冷/热水机1的输入端依次通过阀和集水器18、合流通阀19与相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端2的输出端连接，分流通阀17、合流通阀19根据供暖/供冷模式可在蓄能地板和天花板之间切换。

参照图3，供冷运行时，蓄冷层毛细管网15通冷水迸行蓄冷和释冷，蓄热层毛细管网14根据负荷需要可作为辅助。即，供冷时，主要是由天花板向下供冷，同时，由地板向上供冷可以作为辅助供冷方式。

参照图4，供热运行时，蓄热层毛细管网14通热水进行蓄热和释热，蓄冷层毛细管网15根据负荷需要可作为辅助。即，供热时，主要是由地板向上供热，同时，由天花板向下供热可以作为辅助供热方式。

参照图5、图6和图7，蓄热相变材料层6由长条状的蓄热相变模块20拼接而成，蓄热相变模块20由相变温度为30～38℃的蓄热相变材料通过金属封装，蓄热层毛细管网14盘绕铺设在由蓄热相变模块20构成的蓄热相变材料层6的间隙内，与相变材料接触充分；蓄冷相变材料层12由长条状的蓄冷相变模块21拼接而成，蓄冷相变模块21由相变温度为16～20℃的蓄冷相变材料通过金属封装，蓄冷层毛细管网15盘绕铺设在由蓄冷相变模块21构成的蓄冷相变材料层12的间隙内，与相变材料接触充分。

相变材料采用长条形金属封装，蓄热相变材料层6和蓄冷相变材料层12之间铺设反射膜7、保温层8、楼板结构层9、保温层10和反射膜11，既解决了相变过程状态变化的问题，又增强了材料的导热率。蓄热相变材料层6的相变温度在30～38℃，蓄冷相变材料层12相变温度在16～20℃。

用铝箔或其他高反射率材料作反射膜7和反射膜11，起到反射和阻隔热量的作用，减小相变材料层与保温层的换热。保温层8和保温层10用导热率低、密度小的材料构成，可减少向下层的热量散失和向上层的冷量散失。

本发明的工作原理和工作流程如下：

该相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统以空气源或地源热泵为冷热源，其利用夜间低谷电力运行，为辐射地板/天花板的毛细管网提供温度在35～45℃或10～18℃之间的冷/热水，与毛细管网直接接触的相变蓄热或蓄冷材料层进行热交换，实现蓄能；日间热泵停止运行，相变蓄能地板/天花板释放所蓄存的热量或冷量实现对建筑的辐射供暖或辐射供冷，创造出适宜人体舒适需求的“头寒足暖”的室内热环境。蓄能相变材料的种类和相变温度以及相变材料使用量的多少根据建筑辐射供冷和供暖负荷结合其物性参数以及蓄能和释能特性计算确定，结合建筑所在地点的气候特征和建筑功能特点提供系列化的一体化末端的材料物性和结构参数。例如，同样是办公建筑，如果分处西安和上海两地，建筑的空调和供暖负荷就是不同的，因此为了利用夜间电力实现相变蓄能材料的储能来保证日间供暖和空调的需求所需要采用的蓄冷和蓄热相变材料的相变温度区间、种类(可以时脂肪酸、水合盐或石蜡)和填埋量就不同。为了推广该相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端在不同地域和建筑中的应用，而开发出不同的系列产品。

本发明冷/热水机1的运行时间长短由控制器根据对建筑空调和供暖负荷需求的预测值而调节，并发出指令给阀门，实现蓄热相变材料层6和蓄冷相变材料层12是否分别作为辅助蓄能部件而投入使用。比如，夏季不是非常炎热的日子，供冷负荷低于设计负荷时，夜间冷机的运行时间就可以适当缩短，使相变材料根据控制系统对建筑第二天供冷负荷需求的预测值来蓄存适量的冷量，以最低的运行成本和能耗保证次日的供冷即可；而对于相变蓄能地板/天花板单独运行不能满足供暖/冷负荷需求的明显高于设计负荷的情况，可以由控制系统发出指令更相应的阀门，使蓄能天花板/地板分别作为辅助蓄能设备投入使用，利用它们的显热蓄能来补充不足的供暖/冷能力。

本发明相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端可与新风系统联合工作，冷热水机夜间运行，使相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板蓄热或蓄冷，日间冷热水机低频运行为新风系统的空气处理提供冷热源，与相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板同时运行，一方面改善了室内空气品质，另一方面也可对空气适当加湿或除湿，以避免冬季室内过于干燥以及夏季因室内湿源强度过大而可能导致的辐射天花板表面结露问题。

本发明可与围护结构内敷调湿材料联合应用，根据建筑室内湿源强度以及室外空气的温湿度设计计算确定而采用适当数量的调湿材料作为内装饰面，当室内相对湿度达到75％时，调湿材料开始吸收室内散发的湿量，当室内相对湿度降低到30％时，再将湿量释放到室内；从而减小室内相对湿度的波动，避免辐射供冷时壁面结露现象的发生，扩大其在南方湿热地区的适用范围。比如，辐射供冷天花板在室外相对湿度较大的广州应用时，为了避免加装新风系统的复杂性，而增强自然通风与辐射供冷地板的联合工作能力，就可以在室内采用调湿材料作为内饰面，调湿材料的种类、使用量和内饰面积的大小需结合室外空气相对湿度、室内湿源强度以及材料的吸湿和放湿特性来综合分析计算确定，以能将室内空气相对湿度的波动范围控制在30％～75％，避免壁面上霉菌的生成，又能满足人体的舒适要求。

该系统在寒冷和高温地区推广应用时，为避免热泵性能的恶化，可以为所述的冷/热水机1应用喷气增焓技术的压缩机，改善压缩机供热供冷能力，提高其在高温和寒冷气候条件下的性能。比如，不带喷气增焓功能的压缩机的热泵系统的供热能力在室外气温低于-15℃时，供热能力和性能系数都急剧下降，COP甚至会低于2，往往不能满足建筑供暖负荷的需求且能耗显著提高，而采用了喷气增焓压缩机之后，COP在极端寒冷条件下亦可达到2.5左右。

Claims (6)

1.一种相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统，由冷/热水机(1)作为冷热源，分别与相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端(2)连接构成供冷/暖系统，其特征在于，所述相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端(2)从上至下分别为地板面层(3)、水泥砂浆找平层(4)、混凝土层(5)、蓄热相变材料层(6)、反射膜(7)、保温层(8)、楼板结构层(9)、保温层(10)、反射膜(11)、蓄冷相变材料层(12)和天花板面层(13)，在蓄热相变材料层(6)中铺设用于供热水的蓄热层毛细管网(14)，在蓄冷相变材料层(12)中铺设用于供冷水的蓄冷层毛细管网(15)。

2.根据权利要求1所述相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统，其特征在于，所述冷/热水机(1)为风冷热泵型或地源热泵型。

3.根据权利要求1或2所述相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统，其特征在于，所述冷/热水机(1)的输出端依次通过阀和分水器(16)、分流通阀(17)与相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端(2)的输入端连接，冷/热水机(1)的输入端依次通过阀和集水器(18)、合流通阀(19)与相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板一体化末端(2)的输出端连接，分流通阀(17)、合流通阀(19)根据供暖/供冷模式能够在蓄能地板和天花板之间切换。

4.根据权利要求1所述相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统，其特征在于，供热运行时，蓄热层毛细管网(14)通热水进行蓄热和释热，蓄冷层毛细管网(15)根据负荷需要作为辅助；供冷运行时，蓄冷层毛细管网(15)通冷水迸行蓄冷和释冷，蓄热层毛细管网(14)根据负荷需要作为辅助。

5.根据权利要求1所述相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统，其特征在于，所述蓄热相变材料层(6)由长条状的蓄热相变模块(20)拼接而成，蓄热相变模块(20)由相变温度为30～38℃的蓄热相变材料通过金属封装，蓄热层毛细管网(14)盘绕铺设在由蓄热相变模块(20)构成的蓄热相变材料层(6)的间隙内；蓄冷相变材料层(12)由长条状的蓄冷相变模块(21)拼接而成，蓄冷相变模块(21)由相变温度为16～20℃的蓄冷相变材料通过金属封装，蓄冷层毛细管网(15)盘绕铺设在由蓄冷相变模块(21)构成的蓄冷相变材料层(12)的间隙内。

6.根据权利要求1所述相变蓄能毛细管网辐射地板/天花板供暖/冷一体化系统，其特征在于，所述冷/热水机(1)带有喷气增焓压缩机，以提高其在高温和寒冷气候条件下的性能，增强地域适用性。