CN210395707U - 一种透光围护结构节能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种透光围护结构节能系统，旨在提供一种具有主被动耦合相变换热供能功能的系统。包括外侧透光层、内侧透光层和主被动耦合供能系统，内侧透光层与外侧透光层之间形成空气腔；主被动耦合供能系统包括源端主动供能系统、中间换热装置和末端被动供能系统；源端主动供能系统包括源端冷热源设备和源端循环泵，源端冷热源设备、源端水泵与中间换热装置组成源端供能循环，末端被动供能系统包括至少一个相变换热单元，每个相变换热单元由相变腔连通而成；相变换热单元与中间换热装置连接形成末端供能循环。相变换热单元置于空气腔内。该系统能减少透光围护结构内表面与室内之间的传热温差，降低系统能耗，提高系统的稳定性。

Description

一种透光围护结构节能系统

技术领域

本实用新型涉及节能技术领域，尤其是涉及一种透光围护结构节能系统。

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、发明创造名称为《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，该发明的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。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，即玻璃围护结构中得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的热量保持同步)，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，提供一种具有主被动耦合相变换热供能系统的透光围护结构节能系统，以减少透光围护结构内表面与室内之间的传热温差，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，降低系统能耗，提高系统的稳定性。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种透光围护结构节能系统，包括外侧透光层、内侧透光层和主被动耦合供能系统，所述内侧透光层与外侧透光层之间形成空气腔；所述主被动耦合供能系统包括源端主动供能系统、中间换热装置和末端被动供能系统；所述源端主动供能系统包括源端冷热源设备和源端循环泵，所述源端冷热源设备、源端水泵与所述中间换热装置组成源端供能循环，所述源端供能循环内设置有源端换热工质；所述末端被动供能系统包括至少一个相变换热单元，每个所述相变换热单元由相变腔连通而成；所述相变换热单元与所述中间换热装置连接形成末端供能循环；所述末端供能循环内设置有末端相变换热工质；所述相变换热单元置于所述空气腔内。

所述相变腔的截面为圆形，所述相变腔的外部设置有轴套，所述轴套上安装有遮阳百叶。

所述遮阳百叶通过调节杆与调节控制器连接。

所述中间换热装置为套管式换热器、板式换热器或螺旋板式换热器。

所述相变腔沿流动方向的坡度为+0.5％至+5.0％。

所述每个所述相变换热单元设置有启停控制机构。

所述源端冷热源设备为收集低品位可再生能源的源端设备。

所述源端冷热源设备为空气源热泵、太阳能集热器、地埋管、冷却塔及太空辐射板中的任一种。

所述末端相变换热工质为醇类、空调用制冷剂或自然工质；所述源端换热工质为添加防冻剂的水或导热油。

当所述末端被动供能系统包括多个相变换热单元时，所述相变换热单元并联连接后与所述中间换热装置连接，实现热量交换。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的透光围护结构用于冬季时，利用相变腔内相变工质的冷凝功能为空气腔提供热能，对收集低品位可再生能源的源端设备收集的低品位可再生能源进行利用，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，降低源端的能耗。

2、本实用新型的透光围护结构在用于夏季时，利用相变介质的蒸发功能为空气腔提供冷能，同时，对收集低品位可再生能源的源端设备收集的低品位可再生能源进行利用，能够提升透光围护结构在夏季热惰性，大幅降低透光围护结构与室内的冷传导，降低室内空调的能耗。

3、本实用新型的透光围护节能系统通过相变实现能量的吸收和利用，并推动工质的循环，不需要外来循环动力推动，大大降低了系统能耗。

4、本实用新型的透光围护系统源端采用集中供能设计，末端采用分散式供能设计，运行过程中可根据实际需求单独控制每一个末端换热管路的启停，可方便实现末端供能的分户计量。

5、本实用新型的透光围护系统的末端采用了潜热换热系统，无需外界机械辅助驱动，可将从源端集中输送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，末端在运行过程中没有任何能耗，并可以大幅降低甚至消除建筑中流体管路震动和运行噪声的产生；同时也可大幅降低管路的材料成本，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所示为本实用新型的透光围护结构节能系统的部分剖视图；

图2所示为图1的A-A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。

本实用新型的透光围护结构节能系统的示意图如图1-图2所示，包括外侧透光层1、内侧透光层2和主被动耦合供能系统。所述内侧透光层2与外侧透光层1之间形成空气腔3。所述主被动耦合供能系统包括源端主动供能系统、中间换热装置9和末端被动供能系统。所述源端主动供能系统包括源端冷热源设备11和源端循环泵10，所述源端冷热源设备11、源端水泵10与所述中间换热装置9组成源端供能循环，所述源端供能循环内设置有源端换热工质。所述末端被动供能系统包括至少一个相变换热单元，每个所述相变换热单元由相变腔4 连通而成。所述相变换热单元与所述中间换热装置9连接形成末端供能循环，所述末端供能循环内设置有末端相变换热工质。所述相变换热单元置于所述空气腔3内。所述源端主动供能系统与末端被动供能系统通过中间换热装置9进行连接，并实现热量交换和传递。相变腔4可以采用蛇形管道布置方式(即相变腔串联连接)，如图2所示，或采用平行流管道布置方式(即相变腔并联连接) 等。为便于分户计量和独立控制，所述每个所述相变换热单元设置有启停控制机构8，本实施例中的启停控制机构采用控制阀。

当所述末端被动供能系统包括多个相变换热单元时，所述相变换热单元并联连接后与所述中间换热装置9连接，实现热量交换。

为了夏天遮阳，所述相变腔4的截面为圆形，所述相变腔4的外部设置有轴套，所述轴套上安装有遮阳百叶5。所述遮阳百叶5通过调节杆7与调节控制器6连接。轴套与相变腔的管体之间设置有润滑介质，以保障遮阳百叶5的正常转动。

所述中间换热装置9为套管式换热器、板式换热器或螺旋板式换热器。

为了保障工质的顺利流动，所述相变腔4沿流动方向具有一定坡度，坡度范围为+0.5％至+5.0％。

为了可再生能源的再利用，所述源端冷热源设备为收集低品位可再生能源的源端设备，如空气源热泵、太阳能集热器、地埋管、冷却塔或太空辐射板等。

所述源端换热工质为添加防冻剂的水或导热油。所述末端相变换热工质可为醇类(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％。

冬季供能模式：启动源端水泵10，所述源端主动供能系统将源端冷热源设备10收集的热源输送至中间换热装置9处，此时视用户侧需求开启启停控制机构8，如有供热需求，此时源端冷热源设备10为中间换热装置9提供热能。随之中间换热装置9中的末端相变换热工质吸收热源提供的热能相变蒸发成为汽态工质，当末端相变换热工质的相变力完全可以克服循环阻力时，汽态工质将携带热量进入相变腔内，汽态工质在相变腔内遇冷相变冷凝成为液态工质并释放热量，为空气腔提供热能。此后，液态工质回流至中间换热装置9中，完成相变换热工质的循环流动，并最终达到减少白天内侧透光层2与空气腔3之间的传热温差，降低建筑能耗、提升居住舒适度。

夏季供能模式：启动源端水泵10，所述源端主动供能系统将源端冷热源设备10收集的冷源输送至中间换热装置9处，此时根据各户如有供热需求则开启启停控制机构8，此时源端冷热源设备10为中间冷却器提供冷能。位于空气腔内的空气不断吸收太阳能，位于空气腔内相变腔内的末端相变换热工质吸收热量蒸发成为蒸汽，当末端相变换热工质的相变力完全可以克服循环阻力时，蒸汽工质流至中间换热装置9中，中间换热装置9中的蒸汽工质吸收来自源端的冷能冷凝成为液体工质，回流至空气腔3内的相变腔4内，完成末端相变换热工质的循环流动，同时，对空气腔3内的气体进行冷却，提高居住舒适度。

本实用新型的透光围护结构节能系统可以用于幕墙建筑、窗户、屋顶、农业暖房以及农业大棚等领域。

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 (10)

1.一种透光围护结构节能系统，其特征在于，包括外侧透光层、内侧透光层和主被动耦合供能系统，所述内侧透光层与外侧透光层之间形成空气腔；所述主被动耦合供能系统包括源端主动供能系统、中间换热装置和末端被动供能系统；所述源端主动供能系统包括源端冷热源设备和源端循环泵，所述源端冷热源设备、源端水泵与所述中间换热装置组成源端供能循环，所述源端供能循环内设置有源端换热工质；所述末端被动供能系统包括至少一个相变换热单元，每个所述相变换热单元由相变腔连通而成；所述相变换热单元与所述中间换热装置连接形成末端供能循环；所述末端供能循环内设置有末端相变换热工质；所述相变换热单元置于所述空气腔内。

2.根据权利要求1所述的透光围护结构节能系统，其特征在于，所述相变腔的截面为圆形，所述相变腔的外部设置有轴套，所述轴套上安装有遮阳百叶。

3.根据权利要求2所述的透光围护结构节能系统，其特征在于，所述遮阳百叶通过调节杆与调节控制器连接。

4.根据权利要求2所述的透光围护结构节能系统，其特征在于，所述中间换热装置为套管式换热器、板式换热器或螺旋板式换热器。

5.根据权利要求2所述的透光围护结构节能系统，其特征在于，所述相变腔沿流动方向的坡度为+0.5％至+5.0％。

6.根据权利要求2所述的透光围护结构节能系统，其特征在于，所述每个所述相变换热单元设置有启停控制机构。

7.根据权利要求2所述的透光围护结构节能系统，其特征在于，所述源端冷热源设备为收集低品位可再生能源的源端设备。

8.根据权利要求2所述的透光围护结构节能系统，其特征在于，所述源端冷热源设备为空气源热泵、太阳能集热器、地埋管、冷却塔及太空辐射板中的任一种。

9.根据权利要求2所述的透光围护结构节能系统，其特征在于，所述末端相变换热工质为醇类、空调用制冷剂或自然工质。

10.根据权利要求6所述的透光围护结构节能系统，其特征在于，当所述末端被动供能系统包括多个相变换热单元时，所述相变换热单元并联连接后与所述中间换热装置连接，实现热量交换。

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