CN210089466U - 一种换热单元及透光围护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种换热单元及透光围护结构，旨在提供一种具有蓄能功能的换热单元及具有蓄能功能的被动式透光围护结构，以降低系统使用能耗。该透光围护结构，包括外侧透光层、内侧透光层和相变热工系统，内侧透光层与外侧透光层之间形成空气腔；相变热工系统包括由回路热管蒸发装置、回路热管冷凝装置及回路热管连通管组成的封闭循环系统；回路热管冷凝装置置于空气腔内。该围护结构利用冷凝功能为空气腔提供热能，同时，具有蓄能功能，不需要外部动力装置提供动力，在不增加任何附加能耗的条件下对建筑自身收集的低品位可再生能源进行被动式利用，降低了系统使用能耗。

Description

一种换热单元及透光围护结构

技术领域

本实用新型涉及节能技术领域，尤其是涉及一种换热单元及被动式蓄能透光围护结构系统。

背景技术

围护结构主要分为透光围护结构和非透光围护结构两大类。透光围护结构由于其外表美观，深受建筑设计师和用户的偏爱。透光围护结构由于其自身传热系数相比保温墙体大，且由于自身热容相对较小，使得透光围护结构的热阻和热惰性(蓄热性能)相对较差，导致能耗始终居高不下。

目前，研究人员主要通过应用新型透光材料以及更多层数的中空玻璃来降低透光建筑围护结构的传热系数，虽然传热系数降低、整体热阻增大，但仍无法解决蓄热性能较差及居住热舒适性较差的问题。

申请号为201510201785.3、实用新型创造名称为《一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统》的专利申请中公开了一种玻璃围护系统，该实用新型技术方案采用通过水泵驱动来自外部冷源的冷却水将遮阳百叶吸收的部分热量直接带走，使其不进入室内成为空调负荷，以降低机械制冷的能耗。该系统虽然能够降低由于围护结构内表面与室内之间的传热温差造成的能耗，但是，该系统从源端(冷源)至末端(遮阳结构)均通过水循环系统连接，实际上属于显热换热系统(即依靠冷却水在流动过程中温度的不断提升吸收热量)，相比潜热换热系统换热效果较差，因此需要较大的换热面积(更粗的管路、或更长的管路)维持相同的换热量。这将导致管路材料成本的大幅增加，同时由于遮挡问题严重不能更加有效利用自然采光，这将导致采光条件下建筑的照明能耗大幅提升。由于冷却水在循环过程中需要不断吸收热量，造成水温逐渐升高，因此吸收热量的能力会逐渐下降，导致使用效果受到限制。此外，为了维持冷却水的持续换热，该系统从源端至末端均使用同一机械泵送系统提供循环驱动力，因此机械泵送系统若处于长期开启状态则会产生较高耗能，降低了系统的能效比。并且该系统在运行期间不可避免的产生管路的震动和噪声问题，降低了建筑居住的舒适度和结构安全性。需要注意的是，外界环境中的温度和太阳辐射量一般随时间会发生瞬时变化，即玻璃围护结构中的热量会随时间发生瞬时波动。而上述系统本身不具有温度调节功能(即冷却能力不能与瞬时得热量保持同步)，这将导致冷却不足或者是过度冷却现象产生，因此系统的稳定性不能得到有效保证。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种具有蓄能功能的换热单元。

本实用新型的另一个目的是提供一种具有蓄能功能的被动式透光围护结构，可以减少透光围护结构内表面与室内之间的传热温差，最终达到降低透光建筑围护结构热损失和提升透光建筑围护结构热工性能的目的，降低系统使用能耗。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种换热单元，包括换热腔，所述换热腔内充注有第一相变工质，所述换热腔外部设置有至少一个相变腔，每个所述相变腔内充注有第二相变工质。

所述换热腔的截面为圆形，所述换热腔的外部设置有圆形截面的固定体，所述相变腔沿所述固定体外部呈放射状设置。

一种透光围护结构，包括外侧透光层、内侧透光层和相变热工系统，所述内侧透光层与外侧透光层之间形成空气腔；所述相变热工系统包括由回路热管蒸发装置、回路热管冷凝装置及回路热管连通管组成的封闭循环系统；所述回路热管冷凝装置由多组冷凝单元连通而成，每个所述冷凝单元包括冷凝腔，所述冷凝腔内充注有气液相变工质，所述冷凝腔外部设置有至少一个相变腔，每个所述相变腔内充注有固液相变工质；多个所述冷凝单元的冷凝腔连通后与所述回路热管蒸发装置连通；所述回路热管冷凝装置置于所述空气腔内。

所述冷凝腔的截面为圆形，所述冷凝腔的外部设置有圆形截面的固定体，所述相变腔沿所述固定体外部呈放射状设置。

所述相变腔的外侧安装有遮阳百叶，所述固定体与所述冷凝腔之间滑动连接。

所述遮阳百叶通过调节杆与调节控制器连接。

所述回热管路蒸发装置由多个蒸发腔连通而成，所述多个蒸发腔嵌入集热层中，所述回路热管连通管包括回路热管上升管和回路热管下降管，多个所述蒸发腔、回路热管上升管、多个所述冷凝单元的冷凝腔及回路热管下降管连通形成所述的封闭循环系统。

所述蒸发腔和冷凝腔沿流动方向的坡度范围为+0.5％至+5.0％。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的换热单元不仅具有换热功能，同时，具有蓄能功能。

2、本实用新型的透光围护结构利用冷凝功能为空气腔提供热能，同时，具有蓄能功能，不需要外部动力装置提供动力，在不增加任何附加能耗的条件下对建筑自身收集的低品位可再生能源进行被动式利用，能够提升透光围护结构在冬季的保温性能和热惰性，大幅降低透光围护结构与室内的传热温差，减少因传热温差而引起的能耗居高不下以及建筑居住舒适度较差的问题。同时，由于大幅提升了透光围护结构的蓄热性能，本实用新型的系统还可满足并维持冬季夜间以及短期阴天条件下的透光围护结构热工性能。

3、本实用新型的透光围护结构具有遮阳百叶，能够实现围护结构夏季遮阳功能和需求。

4、本实用新型的透光围护结构采用了一体化设计结构，建筑集成度高，不影响建筑的美观、结构和使用功能，无需设置独立的冷源及其附属装置，可减少建筑面积占用以及相关设备的初始投资。

5、本实用新型的透光围护结构无需外界机械辅助驱动，可将建筑自身收集的热量实时通过潜热换热的方式被动、高效传输和蓄存至透光围护结构中，运行过程中没有任何能耗、可以大幅降低甚至消除全部管路的震动和运行噪声的产生。

6、本实用新型的透光围护结构从源端至末端均采用了同一潜热换热系统，可大幅降低管路的材料成本，同时提升建筑采光条件下的自然采光性能，降低建筑照明能耗需求。

附图说明

图1所示为本实用新型换热单元的剖视图；

图2所示为本实用新型的透光围护结构的示意图；

图3所示为冷凝腔采用蛇形管道布置方式的回路热管冷凝装置的A-A向剖视图；

图4所示为冷凝腔采用平行流管道布置方式的回路热管冷凝装置的A-A向剖视图；

图5所示为冷凝单元的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型换热单元的结构示意图如图1所示，包括换热腔A1，所述换热腔A1内充注有第一相变工质，所述换热腔A1外部设置有至少一个相变腔A2，每个所述相变腔A2内充注有第二相变工质。所述换热腔A1的截面为圆形，所述换热腔A1的外部设置有圆形截面的固定体A3，所述相变腔A2沿所述固定体A3外部呈放射状设置。本实用新型的换热单元可用于透光围护结构中。

本实用新型透光围护结构的示意图如图2-图5所示，包括外侧透光层2、内侧透光层1和相变热工系统，所述内侧透光层1与外侧透光层2之间形成空气腔3。所述相变热工系统包括由回路热管蒸发装置、回路热管冷凝装置及回路热管连通管组成的封闭循环系统。所述回路热管冷凝装置由多组冷凝单元4连通而成，每个所述冷凝单元4包括冷凝腔4-1，所述冷凝腔4-1内充注有气液相变工质，所述冷凝腔4-1外部设置有至少一个相变腔4-2，每个所述相变腔4-2内充注有固液相变工质。多个所述冷凝单元的冷凝腔4-1连通后与所述回路热管蒸发装置连通。所述回路热管冷凝装置置于所述空气腔3内。其中，多个冷凝腔可以采用蛇形管道布置方式，如图3所示；或采用平行流管道布置方式，如图4所示。

冷凝腔与相变腔可以采用任意形式组合。本实施例中冷凝单元的剖视图如图5所示，所述冷凝腔4-1的截面为圆形，所述冷凝腔4-1的外部设置有圆形截面的固定体4-3，所述相变腔4-2沿所述固定体4-3外部呈放射状设置。

为了实现夏季阻挡阳光的照射，所述相变腔4-2的外侧安装有遮阳百叶5。为了便于遮阳百叶的开闭，所述固定体4-3与所述冷凝腔4-1之间滑动连接，所述冷凝腔4-1与所述固定体4-3之间设置有润滑介质。润滑介质可为石墨、导热油或黄油。

为了便于遮阳百叶的开闭，所述遮阳百叶5通过调节杆6与调节控制器7连接。

本实施例中的所述回热管路蒸发装置由多个蒸发腔8连通而成，所述多个蒸发腔8嵌入集热层9中，所述回路热管连通管包括回路热管上升管10和回路热管下降管11，多个所述蒸发腔8、回路热管上升管10、多个所述冷凝单元的冷凝腔4-1及回路热管下降管11连通成所述的封闭循环系统。蒸发腔可以采用蛇形管道布置方式或采用平行流管道布置方式。回路热管蒸发装置的安装位置低于回路热管冷凝装置的安装位置。集热层9设置于建筑物阳光直射的地方，如建筑物的外遮阳部分。

所述固液相变工质可以选择有机相变工质或无机相变工质。有机相变工质如石蜡等；无机相变工质如五水氯化钙等。

所述气液相变工质可为醇类(如乙醇、丙酮等)、空调用制冷剂(如R22、R134a、R410a等)或自然工质(如水、二氧化碳等)，充液率范围为35-125％。

为了保障工质的顺利流动，所述蒸发腔和冷凝腔沿流动方向具有一定坡度，坡度范围为+0.5％至+5.0％。

在冬季白天，集热层9在太阳辐射作用下不断积聚热量并逐渐升温。在集热层9的不断加热下，集热层9与空气腔3之间的传热温差逐渐增大。由于受到加热作用，回路热管蒸发装置中的气液相变工质受热相变蒸发成为汽态工质，并积聚在蒸发腔出口以及回路热管上升管10中。当集热层9与空气腔3之间传热温差达到一定值时，即相变工质的相变力完全可以克服回路热管循环阻力，汽态工质将携带热量并经回路热管上升管10进入回路热管冷凝装置的冷凝腔4-1，汽态工质在冷凝腔内遇冷相变冷凝成为液态工质并释放潜热和显热，热量经固定体4-3向相变腔4-2传递并不断加热固液相变工质以及空气腔3内的气体。此后，回路热管冷凝装置的冷凝腔中的液态工质经回路热管下降管11回流至回路热管蒸发装置的蒸发腔中，完成气液相变工质的循环流动，并最终达到减少白天内侧透光层1与空气腔3之间的传热温差，降低建筑能耗、提升居住热舒适。在冬季夜间，当空气腔3中气体温度逐渐下降时，蓄积在相变腔4-2中的固液相变工质依次通过释放显热和潜热达到减少夜间内侧透光层1与空气腔3之间的温差，从而达到降低建筑能耗、提升居住热舒适的目的。本实用新型的透光围护结构可以用于幕墙建筑、窗户、屋顶、农业暖房以及农业大棚等领域。

综上所述，本实用新型可以在不增加任何附加能耗的条件下对通过回路热管蒸发装置自身收集的低品位可再生能源进行被动式利用，既能实现透光围护结构夏季遮阳功能和需求，同时也能提升透光围护结构在冬季的保温性能和热惰性，大幅降低透光围护结构与室内的传热温差，减少因传热温差而引起的能耗居高不下以及建筑居住舒适度较差的问题。由于大幅提升透光围护结构的蓄热性能，本实用新型可满足并维持冬季夜间以及短期阴天条件下的透光围护结构热工性能。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种换热单元，其特征在于，包括换热腔，所述换热腔内充注有第一相变工质，所述换热腔外部设置有至少一个相变腔，每个所述相变腔内充注有第二相变工质。

2.根据权利要求1所述的换热单元，其特征在于，所述换热腔的截面为圆形，所述换热腔的外部设置有圆形截面的固定体，所述相变腔沿所述固定体外部呈放射状设置。

3.一种透光围护结构，其特征在于，包括外侧透光层、内侧透光层和相变热工系统，所述内侧透光层与外侧透光层之间形成空气腔；所述相变热工系统包括由回路热管蒸发装置、回路热管冷凝装置及回路热管连通管组成的封闭循环系统；所述回路热管冷凝装置由多组冷凝单元连通而成，每个所述冷凝单元包括冷凝腔，所述冷凝腔内充注有气液相变工质，所述冷凝腔外部设置有至少一个相变腔，每个所述相变腔内充注有固液相变工质；多个所述冷凝单元的冷凝腔连通后与所述回路热管蒸发装置连通；所述回路热管冷凝装置置于所述空气腔内。

4.根据权利要求3所述的透光围护结构，其特征在于，所述冷凝腔的截面为圆形，所述冷凝腔的外部设置有圆形截面的固定体，所述相变腔沿所述固定体外部呈放射状设置。

5.根据权利要求4所述的透光围护结构，其特征在于，所述相变腔的外侧安装有遮阳百叶，所述固定体与所述冷凝腔之间滑动连接。

6.根据权利要求5所述的透光围护结构，其特征在于，所述遮阳百叶通过调节杆与调节控制器连接。

7.根据权利要求3或4所述的透光围护结构，其特征在于，所述回热管路蒸发装置由多个蒸发腔连通而成，所述多个蒸发腔嵌入集热层中，所述回路热管连通管包括回路热管上升管和回路热管下降管，多个所述蒸发腔、回路热管上升管、多个所述冷凝单元的冷凝腔及回路热管下降管连通形成所述的封闭循环系统。

8.根据权利要求7所述的透光围护结构，其特征在于，所述蒸发腔和冷凝腔沿流动方向的坡度范围为+0.5％至+5.0％。

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