CN209524600U - 一种基于半导体换热的新风系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于新风系统技术领域，提出了一种基于半导体换热的新风系统，包括壳体，隔板，隔板将壳体分隔为室一和室二，室一的壳体上设置有进风入口和新风出口，进风入口和新风出口之间依次设置有进风单元、预冷/预热单元、半导体制冷/制热单元，室二的壳体上设置有排气入口和排气出口，排气入口和排气出口之间依次设置有排气单元、预冷/预热单元、半导体制冷/制热单元，进风入口和排气入口位于壳体的同一端。进一步，预冷/预热单元包括若干根竖直排列的吸热芯热管，吸热芯热管的轴向平行于水平面，且垂直于隔板，吸热芯热管贯穿室一和室二内。通过上述技术方案，解决了现有新风系统中结构复杂、换热效率低、维护量大的问题。

Description

一种基于半导体换热的新风系统

技术领域

本实用新型属于新风系统技术领域，涉及一种基于半导体换热的新风系统。

背景技术

相关数据显示，近五年我国建筑能耗占国家能源消耗的份额由27.1％增长到32.5％，而随着社会化发展程度的提高，建筑能耗比重也会逐步攀升。在建筑能耗构成中，室内制冷与供暖系统约占2/3，照明系统约占1/4，剩余的为其它电器设备所消耗，建筑降耗的重点工作在于减少制冷与供暖系统的能源消耗。

室内污染主要源于建筑材料、装饰及家具、家用电器、人类活动和自身新陈代谢以及户外污染物的移(渗)入。据统计，国人平均每天在室内停留时间约为15h，长期处于相对密闭的环境中，缺乏必要的空气流通，室内空气质量差，很容易引起不适和疾病的传播。世界卫生组织和美国环保局公布研究指出：室内空气污染水平一般比室外空气污染要高得多，通常为其2～5倍，极端情况下可超过100倍。2013年世界联合卫生组织《室内空气质量指南》表明：改善室内空气质量最有效的方法是保持自然通风；GB/T18883-2002《室内空气质量标准》指出：室内空气应无毒、无害、无异常嗅味，每人每小时新风量(从室外引入的新鲜空气)不小于30m³，应经常保持自然通风。近几年虽然我国出重拳治理环境污染，成果亦较为显著。但受制于当前科技水平和国情，污染和重污染天气仍屡见不鲜，使得人们“谈霾色变”，自然通风换气的机会或时间亦大大减小和缩短。即使每天能够保持一定时间的自然通风，但无疑会降低人体的舒适感，并增加空调或供热系统的能耗。

在室外大气污染、室内空气质量差、自然通风和节能降耗之间的相互矛盾中，节能新风系统在室内净化器的基础上应运而生。新风系统是指通过具有送(排)风功能的机械设备及管道、附件，依据物理原理在24h不开窗的条件下为室内有组织地提供新鲜空气的系统，使室内污浊空气可以及时排出，始终保持室内空气品质。

目前，市场常见转轮式全热新风系统虽然能回收排气显热和潜热，但占用空间大、气流压损高、易脏堵、无法避免新风与排气的交叉污染；板翅式新风换气机尽管换热效率较高，结构紧凑轻巧，但换热效率仍低于热管换热器，而且因流道狭小容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修很困难，管板焊缝处经常出现渗漏造成交叉污染难以修补；板式双向流新风系统换热效率较低，设备体积较大；公开号为CN201310178554.6的文件中公开了一种含有热管换热器的独立新风系统及其工作方法，该系统采用热管技术进行空气的预冷与再热，但其冷却除湿单元由直接式蒸发器、冷凝器和压缩机构成，系统复杂，更适合于高热高湿的南方地区使用；公开号为CN201420455464.7的文件中公开了双向流室内外双循环新风空气净化系统，不具备热量回收和除湿加湿功能；公开号为CN201520002854.3文件中公开了一种静音全热交换双向流新风系统侧重于系统如何消音；公开号为CN201720534396.7的文件中公开了单向流升双向流的新风设备以及双向流新风系统，新风设备可以将正压式新风通道的单向流新风机改装为双向流新风机进行使用，但换热装置未明确。

实用新型内容

本实用新型提出一种基于半导体换热的新风系统，解决了现有新风系统中结构复杂、换热效率低、维护量大的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于半导体换热的新风系统，包括壳体，

隔板，所述隔板将所述壳体分隔为室一和室二，

所述室一的壳体上设置有进风入口和新风出口，所述进风入口和所述新风出口之间依次设置有进风单元、预冷/预热单元、半导体制冷/制热单元，

所述室二的壳体上设置有排气入口和排气出口，所述排气入口和所述排气出口之间依次设置有排气单元、预冷/预热单元、半导体制冷/制热单元，

所述进风入口和所述排气入口位于所述壳体的同一端。

进一步，所述预冷/预热单元包括若干根竖直排列的吸热芯热管，所述吸热芯热管的轴向平行于水平面，且垂直于所述隔板，所述吸热芯热管贯穿所述室一和所述室二内。

进一步，所述半导体制冷/制热单元包括半导体制冷片，所述半导体制冷片位于隔板内，所述半导体制冷片冷端和热端上均设置有若干根换热管，所述换热管上设置有散热片。

进一步，还包括设置在所述壳体内的过滤单元，所述过滤单元设置在靠近所述进风入口和所述排气入口一侧。

进一步，还包括与所述进风入口连通的进风缓冲室和与所述排气入口连通的排气缓冲室。

进一步，还包括设置在所述室一内的导流板一和所述室二内的导流板二，所述导流板一和所述导流板二的高度等于所述壳体的高度，从靠近所述进风入口的一端向与靠近所述半导体制冷/制热单元一端，所述导流板一与所述隔板之间的距离逐渐减小，

从靠近所述排气入口的一端向与靠近所述半导体制冷/制热单元一端，所述导流板二与所述隔板之间的距离逐渐减小。

进一步，所述换热管一端与所述半导体制冷片连接，另一端与所述导流板一/所述导流板二连接。

进一步，还包括设置在所述壳体内的物理蒸发单元，所述物理蒸发单元位于所述半导体制冷/制热单元与所述新风出口之间，所述物理蒸发单元包括盒体，所述盒体为扁平状且上表面敞开。

进一步，所述进风单元包括设置在所述进风入口处的风机一。

进一步，所述排气单元包括设置在排气入口处的风机二。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型利用预冷/预热单元做为新风与室内排气的热量传递设备进行新风的预热和预冷；半导体制冷/制热单元用于新风的二次再热和二次再冷，本系统新风的二次再热和二次再冷过程是基于半导体制冷技术而实现的，该技术建立于塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应理论基础上。当一块N型和一块P型半导体材料联结成的电偶对中有直流电通过时，两端之间产生热量转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端，吸收环境热量；由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端，向环境放热，通过调节工作电流的大小即可调节制冷功率。

半导体制冷制热过程较为简单，接通直流电，半导体制冷片的冷端从热源持续吸收热量，此即为制冷量Q₁，连同所消耗的电热W₀一起从安装在热端的散热器不断地释放到环境中，此即为制热量Q₂，当改变直流电的极性时冷端和热端对调，热量迁移方向改变。

为了提高半导体制冷和散热效率，增强冷却效果，降低冷、热端温差，本新风系统中选用换热管分别贴合在半导体制冷片的冷端和热端，提高换热与制冷效果。

基于冷凝产生温差使水蒸气从空气中分离的原理，半导体制冷片的冷端对夏季进入室内的新风进行有效地除湿。

采用半导体制冷片用于新风的二次再热和二次再冷，热量传递快，在一定范围内新风温度可精确调控，既没有制冷剂，又无复杂的机械设备和管路系统，一个模块即可代替分立的加热系统和制冷系统，且制冷状态与制热状态可调换，无机械传动，无噪音，无磨损。使得本新风系统结构异常简单、操控便捷、可靠性高、无交叉污染、维护量小、占用空间少，并兼顾新风的除湿效能，在保证室内空气品质的基础上有效地降低了供热和空调负荷。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型俯视结构示意图；

图2为本实用新型中室二内剖视结构示意图；

图3为本实用新型中室一内剖视结构示意图；

图4为本实用新型正视结构示意图；

图中：10-壳体，11-室一，12-室二，13-进风入口，14-新风出口，15-排气入口，16-排气出口，17-进风缓冲室，18-排气缓冲室，20-隔板，30-进风单元，40-预冷/预热单元，41-吸热芯热管，42-散热鳍片，50-半导体制冷/制热单元，51-半导体制冷片，52-换热管，53-散热片，54-导流板一，55-导流板二，60-排气单元，70-物理蒸发单元，80-过滤单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中的元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不表示唯一的实施方式。

图1为新风系统俯视结构示意图；图2为室二内剖视结构示意图；图3为室一内剖视结构示意图，图4为新风系统正视结构示意图；

本实用新型提出了一种基于半导体换热的新风系统：包括壳体10，

隔板20，隔板20将壳体10分隔为室一11和室二12，

室一11的壳体10上设置有进风入口13和新风出口14，进风入口13和新风出口14之间依次设置有进风单元30、预冷/预热单元40、半导体制冷/制热单元50，

室二12的壳体10上设置有排气入口15和排气出口16，排气入口15和排气出口16之间依次设置有排气单元60、预冷/预热单元40、半导体制冷/制热单元50，

进风入口13和排气入口15位于壳体10的同一端。

室外空气经过进风入口13进入到室一11内，在进风单元30的作用下，经过预冷/预热单元40进行预冷/预热，再经过半导体制冷/制热单元50进行二次再冷/再热，从新风出口14进入到室内。

室内空气经过排气入口15进入到室二12内，在排气单元60作用下，经过预冷/预热单元40向室外进风放热(冬季)或从室外进风吸热(夏季)，再经过半导体制冷/制热单元50进行二次再热/再冷，从排气出口16排出室外。

其中，当夏季时，室一11内的为预冷单元和半导体制冷单元，对室外进风进行冷却，室二12内排气吸热；冬季时，室一11内的预热单元和半导体制热单元，对室外进风进行加热，室二12内排气放热。

采用半导体制冷片51与换热管52、散热片53相结合，用于新风的二次再热和二次再冷，热量传递快，在一定范围内新风温度可精确调控，既没有制冷剂，又无复杂的机械设备和管路系统，一个模块即可代替分立的加热系统和制冷系统，且制冷状态与制热状态可调换，无机械传动，无噪音，无磨损。使得本新风系统结构异常简单、操控便捷、可靠性高、无交叉污染、维护量小、占用空间少，并兼顾新风的除湿效能，在保证室内空气品质的基础上有效地降低了供热和空调负荷。

优选的实施方式，预冷/预热单元40包括若干根竖直排列的吸热芯热管41，吸热芯热管41的轴向平行于水平面，且垂直于隔板20，吸热芯热管41贯穿室一11和室二12内。

每根吸热芯热管41外壁焊接薄金属鳍片42，增大换热面积。典型吸热芯热管41由钢、铜、铝制的管壳、吸液芯和端盖组成，将管壳内抽成一定真空后充以适量的导热工质，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满工质后加以密封而成，工质在管内的蒸发和冷凝循环不已，热量由吸热芯热管41的一端快速传至另一端。吸热芯热管41充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，热阻很小，其导热能力超过任何已知金属。吸热芯热管41因其内部循环动力是毛细作用，因此传热方向可逆，任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段，可实现新风冬天回收热量和夏天回收冷量，不需改变其管道布置和气流方向。

预热/预冷单元40包括吸热芯热管41与公开号为CN 108195082A的换热原理一致，在现有技术中已经普遍使用，吸热芯热管41横贯于室一11和室二12内，布置在过滤单元80之后，进风与排气经吸热芯热管41完成能量交换。冬季时节，室外冷空气高效吸收室内排气热量完成新风预热过程；夏季时节，室外热空气将热量快速释放至室内排气完成新风预冷；即使冷热空气温差较小，预热/预冷单元40也可维持快速高效率的换热过程。

凭借预热/预冷单元40，进风可高效快速地进行吸热和放热，传热过程稳定且结构简单；进风冬季吸热、夏季放热不需改变其管道布置和气流方向，换热过程无任何额外能耗，且不存在与排气间的交叉污染。

优选的实施方式，半导体制冷/制热单元50包括半导体制冷片51，半导体制冷片51位于隔板20内，冷端和热端上均设置有若干根换热管52，换热管52上设置有散热片53。

半导体制冷片51安装在隔板20上，通过导热硅胶，将换热管52设置在对应半导体制冷片51的冷端和热端，换热管52外侧的散热片53充满了进风侧和排气侧，半导体制冷/制热单元50承担新风的二次再热/再冷以及夏季新风的有效除湿工作。针对新风而言，冬季吸收室内排气蕴含的热量和半导体制冷片51工作时的电热；夏季将室外进风的热量释放至室内排气，同时半导体制冷片51的冷端还可对夏季进入室内的新风进行有效地除湿。

新风系统启动后经短暂延时，半导体制热/制冷单元50亦开始工作。冬季时节，半导体制热/制冷单元50的冷端朝向室二12，通过冷端换热管52快速吸收室内排气热量并及时传递给热端；半导体制热/制冷单元50的热端朝向室一11，进风流经热端的换热管52时吸收这部分热量，完成新风再热。夏季时节，改变直流电极性，半导体制冷片51的冷端与热端互换，换热过程相反，由此完成新风的二次再冷。

由于冷凝作用可使水蒸气从空气中分离，在夏季，半导体制热/制冷单元50的冷端可对进入室内的新风进行有效地除湿。半导体制热/制冷单元50工作时，其冷端的换热管上凝结的冷凝水均可通过疏水管路排出壳体10。

优选的实施方式，还包括设置在壳体10内的过滤单元80，过滤单元80设置在靠近进风入口13和排气入口15一侧。

室外进风流经室一11中的进风过滤单元80后，其所含有的PM2.5、粉尘、花粉、异味、甲醛、细菌、过敏原等污染物被滤除，成为高度洁净的新风，过滤单元80的各层滤网根据使用情况定期清洗或更换即可。室二12内也可以设置过滤单元80，室内排气流经过滤单元80后，排气所携带的部分污染物被滤除，从而减少了预热/预冷单元40表面和半导体制热/制冷单50的换热管52及散热片53表面的附着物，降低脏污对传热效率和半导体制热、制冷性能的影响。

优选的实施方式，还包括与进风入口13连通的进风缓冲室17和与排气入口15连通的排气缓冲室18。

进风与排气经过进风缓冲室17或排气缓冲室18后再流经过滤单元80，设置进风缓冲室17和排气缓冲室18的目的是防止进风和排气直吹过滤单元80，使进风与排气分别均匀地流经过滤单元80，提高过滤和净化效果。

优选的实施方式，还包括设置在室一11内的导流板一54和室二12内的导流板二55，导流板一54和导流板二55的高度等于壳体10的高度，从靠近进风入口13的一端向与靠近半导体制冷/制热单元50一端，导流板一54与隔板20之间的距离逐渐减小。

从靠近排气入口15的一端向与靠近半导体制冷/制热单元50一端，导流板二55与隔板20之间的距离逐渐减小。

导流板一54和导流板二55的设置，可以增加二次再冷/再热效果。

优选的实施方式，换热管52一端与半导体制冷片51连接，另一端与导流板一54/导流板二55连接。

换热管52一端与半导体制冷片51连接，另一端与导流板一54/导流板二55连接的结构设置方式，可以增加气体流动速度，提高半导体制冷/制热单元50的换热效率以及增强半导体制冷/制热单元50在壳体10内的稳定性。

优选的实施方式，还包括设置在壳体10内的物理蒸发单元70，物理蒸发单元70位于半导体制冷/制热单元50与新风出口14之间，物理蒸发单元70包括盒体，盒体为扁平状且上表面敞开。

物理蒸发单元70设置在室一11底部，其底板装有滚轮，与室一11底部导轨契合，便于盒体推入和拉出。盒体推入壳体10内后，其前面板(盒体推入壳体10后露在外面的那一面)与壳体10之间通过磁性橡胶条密封，以防止新风由此漏入室内；其后板(沿盒体推入方向靠近隔板20的那个面)与壳体10的隔板20紧密接触。冬季时节，具有一定流速的二次再热新风流经物理蒸发单元70，流动的新风与物理蒸发单元70内的水充分接触，增强了水的表面汽化速度，提高了出口新风的湿度。夏季时节，物理蒸发单元70内无水。

优选的实施方式，进风单元30包括设置在进风入口13处的风机一。

进风单元是指安装于进风入口31处的静音调速轴流风机，通过膨胀节连接进风入口，起到为气体流通的动力作用。

优选的实施方式，排气单元60包括设置在排气入口15处的风机二。

排气单元60是指安装于排气入口15处的静音调速轴流风机，通过膨胀节连接排气通道入口，起到气体流通的动力作用。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于半导体换热的新风系统，其特征在于：包括壳体(10)，

隔板(20)，所述隔板(20)将所述壳体(10)分隔为室一(11)和室二(12)，

所述室一(11)的壳体(10)上设置有进风入口(13)和新风出口(14)，所述进风入口(13)和所述新风出口(14)之间依次设置有进风单元(30)、预冷/预热单元(40)、半导体制冷/制热单元(50)，

所述室二(12)的壳体(10)上设置有排气入口(15)和排气出口(16)，所述排气入口(15)和所述排气出口(16)之间依次设置有排气单元(60)、预冷/预热单元(40)、半导体制冷/制热单元(50)，

所述进风入口(13)和所述排气入口(15)位于所述壳体(10)的同一端。

2.根据权利要求1所述的一种基于半导体换热的新风系统，其特征在于：所述预冷/预热单元(40)包括若干根竖直排列吸热芯热管(41)，所述吸热芯热管(41)的轴向平行于水平面，且垂直于所述隔板(20)，所述吸热芯热管(41)贯穿所述室一(11)和所述室二(12)内。

3.根据权利要求1所述的一种基于半导体换热的新风系统，其特征在于：所述半导体制冷/制热单元(50)包括半导体制冷片(51)与换热管(52)，所述半导体制冷片(51)位于所述隔板(20)内，所述半导体制冷片(51)冷端和热端上均设置有若干根换热管(52)，所述换热管(52)上设置有散热片(53)。

4.根据权利要求1所述的一种基于半导体换热的新风系统，其特征在于：还包括设置在所述壳体(10)内的过滤单元(80)，所述过滤单元(80)设置在靠近所述进风入口(13)和所述排气入口(15)一侧。

5.根据权利要求1所述的一种基于半导体换热的新风系统，其特征在于：还包括与所述进风入口(13)连通的进风缓冲室(17)和与所述排气入口(15)连通的排气缓冲室(18)。

6.根据权利要求3所述的一种基于半导体换热的新风系统，其特征在于：还包括设置在所述室一(11)内的导流板一(54)和所述室二(12)内的导流板二(55)，所述导流板一(54)和所述导流板二(55)的高度等于所述壳体(10)的高度，从靠近所述进风入口(13)的一端向与靠近所述半导体制冷/制热单元(50)一端，所述导流板一(54)与所述隔板(20)之间的距离逐渐减小，

从靠近所述排气入口(15)的一端向与靠近所述半导体制冷/制热单元(50)一端，所述导流板二(55)与所述隔板(20)之间的距离逐渐减小。

7.根据权利要求6所述的一种基于半导体换热的新风系统，其特征在于：所述换热管(52)一端与所述半导体制冷片(51)连接，另一端与所述导流板一(54)/所述导流板二(55)连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于半导体换热的新风系统，其特征在于：还包括设置在所述壳体(10)内的物理蒸发单元(70)，所述物理蒸发单元(70)位于所述半导体制冷/制热单元(50)与所述新风出口(14)之间，所述物理蒸发单元(70)包括盒体，所述盒体为扁平状且上表面敞开。

9.根据权利要求1所述的一种基于半导体换热的新风系统，其特征在于：所述进风单元(30)包括设置在所述进风入口(13)处的风机一。

10.根据权利要求1所述的一种基于半导体换热的新风系统，其特征在于：所述排气单元(60)包括设置在排气入口(15)处的风机二。