CN214791609U - 一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统，涉及制冷设备技术领域。该系统包括天空辐射制冷器、相变蓄能辐射末端、进水管和出水管，且所述的天空辐射制冷器、相变蓄能辐射末端、进水管和出水管共同形成第一循环回路，所述的第一循环回路上设置有第一循环泵和第一控制阀。所述的相变蓄能辐射末端包括由硬质导热材料制作而成的壳体，所述的壳体内设置有换热管路和蓄冷材料。该系统将天空辐射制冷与相变蓄能辐射末端结合，天空辐射制冷器在夜间制取冷量，并通过相变蓄能辐射末端进行冷量蓄存，白天依靠相变蓄能辐射末端的蓄冷材料释放冷量为建筑物供冷，实现了对自然冷源的高效利用，带来了更高的舒适性。

Description

一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统

技术领域

本实用新型涉及制冷设备技术领域，具体地说是一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统。

背景技术

由于地球表面温度与太空温度相差近300K，且大气层在8-13μm红外波段，即大气窗口，具有高透射性，为被动制冷创造条件。天空辐射制冷不依靠外部能量输入，利用在大气窗口对应波段有高发射率的材料，通过大气窗口向外太空辐射热量，实现制冷功能，因此近年来天空辐射制冷作为一种被动冷却技术，越来越受到重视。

但大部分天空辐射制冷利用的材料白天会吸收太阳辐射(即非辐射换热，主要为天空辐射制冷器与周围环境的对流换热)，对制冷性能产生不利影响，所以天空辐射制冷器夜间运行制冷的实用性更强，这也限制了天空辐射制冷器在实际制冷系统中的应用。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统，该系统将天空辐射制冷与相变蓄能辐射末端结合，天空辐射制冷器在夜间制取冷量，并通过相变蓄能辐射末端进行冷量蓄存，白天依靠相变蓄能辐射末端的蓄冷材料释放冷量为建筑物供冷，实现了对自然冷源的高效利用，带来了更高的舒适性。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统，包括天空辐射制冷器、相变蓄能辐射末端、进水管和出水管，且所述的天空辐射制冷器、相变蓄能辐射末端、进水管和出水管共同形成第一循环回路，所述的第一循环回路上设置有第一循环泵和第一控制阀；

所述的相变蓄能辐射末端包括由硬质导热材料制作而成的壳体，所述的壳体内设置有换热管路和蓄冷材料。

进一步地，所述的第一循环回路上位于所述相变蓄能辐射末端的进口侧设置有第二控制阀和与所述的第二控制阀并联的第一旁通支路，所述的第一旁通支路上设置有热泵机组和第三控制阀。

进一步地，所述的第一循环回路上设置有第四控制阀和与所述的天空辐射板并联的第二旁通支路，且所述的第四控制阀与所述的第二旁通支路并联，所述的第二旁通支路上设置有辅助水箱、第二循环泵和第五控制阀，所述的第二旁通支路上设置有与所述的第二循环泵和第五控制阀并联的第三旁通支路，所述的第三旁通支路上设置有第六控制阀。

进一步地，所述的第一循环回路上设置有与所述的天空辐射制冷板和第四控制阀并联的第四旁通支路，所述的第四旁通支路上设置有第七控制阀。

进一步地，所述的第一循环回路上设置有第四控制阀和与所述的天空辐射板并联的第二旁通支路，且所述的第四控制阀与所述的第二旁通支路并联，所述的第二旁通支路上设置有辅助水箱、第二循环泵和第五控制阀，所述的第一循环回路上设置有与所述的第一循环泵和第一控制阀并联的第三旁通支路，所述的第三旁通支路上设置有第六控制阀。

进一步地，所述的蓄冷材料采用水合无机盐Cacl₂·6H₂0。

进一步地，所述的天空辐射制冷器包括保温箱体、辐射制冷薄膜和设置于所述保温箱体内的冷却水管，所述的保温箱体上位于辐射制冷薄膜的外侧设置有防风罩。

进一步地，所述的防风罩采用纳米聚乙烯材料制作而成。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型利用天空辐射制冷器在夜间制取冷量，热泵机组辅助制冷，由相变蓄能辐射末端蓄存冷量，在白天依靠相变材料释放冷量为建筑物供冷，与传统制冷方式热泵制冷相比，热泵机组容量缩减，节省能耗。

2、相变蓄能辐射末端采用相变材料作为蓄冷材料，并由蓄冷材料直接辐射提供冷量，一方面蓄冷效率高，蓄冷容量大；另一方面能够提高相变蓄能辐射末端的热惯性，改善供冷稳定性，降低峰值负荷。

3、蓄冷过程中，热泵机组辅助制冷，保证将蓄冷介质冷却到要求的温度，输送到相变蓄能辐射末端；供冷过程中，热泵机组补充冷量，保证为建筑物提供充足的冷量。

4、蓄冷水箱可以临时存储多余的冷量，一方面避免造成冷量浪费，另一方面避免相变蓄能辐射末端冷凝结露。

附图说明

图1为第一工作模式下的循环原理图；

图2为第二工作模式下的循环原理图；

图3为辅助水箱临时蓄冷时的循环原理图；

图4为第三工作模式下的循环原理图；

图5为第四工作模式下的循环原理图；

图6为天空辐射制冷器的结构示意图；

图7为相变蓄能辐射末端的结构示意图及安装墙壁内时的结构示意图。

图中：1-天空辐射制冷器，11-保温箱体，12-辐射制冷薄膜，13-冷却水管，14-防风罩，

2-相变蓄能辐射末端，21-壳体，22-换热管路，23-蓄冷材料，24-支撑柱，

3-热泵机组，

4-辅助水箱，

51-墙壁结构层，52-墙壁面层，

61-进水管路，611-第二控制阀，

62-出水管路，621-第一循环泵，622-第一控制阀，623-第四控制阀，

63-第一旁通支路，631-第三控制阀，

64-第二旁通支路，641-第二循环泵，642-第五控制阀，

65-第三旁通支路，651-第六控制阀，

66-第四旁通支路，661-第七控制阀。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种结合相变蓄能辐射末端2的天空辐射制冷系统包括天空辐射制冷器1和相变蓄能辐射末端2。

如图7所示，所述的相变蓄能辐射末端2包括由硬质导热材料制作而成的壳体21，所述的壳体21内设置有换热管路22，且所述换热管路22的进口端和出口端均穿过所述壳体21的侧壁延伸至所述壳体21的外部。优选的，所述的换热管路22在所述的壳体21内呈蛇形盘管状弯曲。所述的壳体21内位于所述换热盘管的外部填充有蓄冷材料23。优选的，所述的蓄冷材料23采用水合无机盐Cacl₂·6H₂0，该相变蓄冷材料23的熔点范围为23～26℃，相变潜热为190-200KJ/kg。

作为一种具体实施方式，本实施例中所述的壳体21采用铝合金制作而成。

所述的相变蓄能辐射末端2可以埋设于地面或墙壁内，也可以作为单独的供冷设备直接放置于室内。

当所述的相变蓄能辐射末端2作为独立的供冷设备放置于室内时，所述的壳体21呈长方体结构，且所述壳体21的底面固定设置有滚轮，以方便相变蓄能辐射末端2的移动。

当所述的相变蓄能辐射末端2埋设于地面内时，所述的相变蓄能辐射末端2设置于地面结构层和地面面层之间，且所述相变蓄能辐射末端2的壳体21通过膨胀螺栓与所述的地面结构层固定连接。

当所述的相变蓄能辐射末端2埋设于墙壁内时，如图7所示，所述的相变蓄能辐射末端2设置于墙壁结构层51和墙壁面层52之间，且所述相变蓄能辐射末端2的壳体21通过膨胀螺栓与所述的墙壁结构层51固定连接。

进一步地，当所述的相变蓄能辐射末端2埋设于地面或墙壁内，由于壳体21的面积大，为了增加所述的壳体21的结构刚性，如图7所示，所述的壳体21内均布设置有多个沿所述壳体21厚度方向延伸的支撑柱24，且所述支撑柱24的两端分别与所述壳体21的侧壁固定连接。

如图1所示，所述换热管路22的进口端通过进水管路61与所述天空辐射制冷器1的出口相连，所述换热管路22的出口端通过出水管路62与所述天空辐射制冷器1的进口相连，所述的相变蓄能辐射末端2、天空辐射制冷器1、进水管路61和出水管路62共同形成第一循环回路。所述的第一循环回路上设置有用于驱动蓄冷介质循环流动的第一循环泵621和控制第一循环回路通断的第一控制阀622。优选的，所述的第一循环泵621和第一控制阀622均设置于所述的出水管路62上，且所述的第一控制阀622位于所述第一循环循环泵的进口侧。

工作时，夜间，利用天空辐射制冷器1制取冷量，并通过蓄冷介质的循环流动，将冷量储存于相变蓄能辐射末端2。在白天依靠相变材料释放冷量为建筑物供冷。

进一步地，如图1所示，所述的进水管路61上设置有第二控制阀611，所述的进水管路61上设置有与所述的第二控制阀611并联的第一旁通支路63，且所述的第一旁通支路63上设置有热泵机组3和用于控制第一旁通支路63通断的第三控制阀631。优选的，所述的第三控制阀631位于所述热泵机组3的进口侧。

这样设计的原因在于，天空辐射制冷器1虽然能够吸收太空中的冷量天空辐射制冷器1内的蓄冷介质进行降温，但是，由于天空辐射制冷器1与周围环境存在对流换热，因此，天空辐射制冷器1的出水温度也会受到外界环境的影响。这样，当天空辐射制冷器1的出水温度高于相变蓄能辐射末端2的蓄冷温度时，则无法达到蓄冷的目的。通过在进水管路61上设置第二控制阀611和与所述的第二控制阀611并联的第一旁通支路63，并在第一旁通支路63上设置热泵机组3和第三控制阀631，这样，当天空辐射制冷器1的出水温度大于相变蓄能辐射末端2的蓄冷温度时，如图2所示，可以关闭第二控制阀611，打开第三控制阀631，使从天空辐射制冷器1流出的蓄冷介质流入到热泵机组3内，继续降温，从而使进入到相变蓄能辐射末端2的蓄冷介质的温度小于相变蓄能辐射末端2的蓄冷温度。

进一步地，由于所述的相变蓄能辐射末端2可以埋设地面或者墙壁内，而相变蓄能辐射末端2的温度不断降低，冷量传递到地面面层或墙壁面层52，当地面面层或墙壁面层52的温度达到露点温度时，空气中的水蒸气会在地面面层或墙壁面层52的表面凝结成水滴，即常说的露水，容易造成发霉。

为此，如图1所示，所述的第一循环回路上位于所述天空辐射制冷器1的一侧设置有第四控制阀623，所述的第一循环回路上设置有与所述的天空辐射板和第四控制阀623并联的第二旁通支路64。所述的第二旁通支路64上设置有辅助水箱4，所述的第二旁通支路64上位于所述辅助水箱4的进口侧设置有第二循环泵641和用于控制所述第二旁通支路64通断的第五控制阀642。优选的，所述的第五控制阀642位于所述第二循环循环泵的进口侧。所述的第二旁通支路64上设置有与所述的第二循环泵641和第五控制阀642并联的第三旁通支路65，且所述的第三旁通支路65上设置有用于控制所述的第三旁通支路65通断的第六控制阀651。

当地面面层或墙壁面层52的温度降低到设定值(比露点温度小2℃)时，如图3所示，可以切断第一循环回路，使蓄冷介质不再进入相变蓄能辐射末端2，而是在天空辐射制冷器1和辅助水箱4之间循环流动。这样，一方面可以避免相变蓄能辐射末端2的温度继续降低；另一方面可以将多余的冷量临时储存在辅助水箱4内，在白天，当相变蓄能辐射末端2的冷量储存不足时，如图4所示，可以使蓄冷介质在辅助水箱4和相变蓄能辐射末端2之间循环流动，利用辅助水箱4中临时储存的冷量对相变蓄能辐射末端2进行降温。

进一步地，如图1所示，所述的第一循环回路上设置有与所述的天空辐射制冷板和第四控制阀623并联的第四旁通支路66，所述的第四旁通支路66上设置有第七控制阀661。

这样设计的原因在于，在白天，天空辐射制冷器1制冷效率较低，停止运行。在这种情况下，当相变蓄能辐射末端2的冷量储存不足，不能满足白天的供冷要求，需要补充冷量时，设置第四旁通支路66便可以将天空辐射制冷器1短路，即第一循环回路上仅存在热泵机组3对蓄冷介质进行降温。

综上所述，本制冷系统存在以下几种工作模式：

第一工作模式：

在夜晚，当天空辐射制冷板的出水温度小于蓄冷温度时，如图1所示，关闭第二循环泵641、第三控制阀631、第五控制阀642、第六控制阀651和第七控制阀661，打开第一循环泵621、第一控制阀622、第二控制阀611和第四控制阀623。蓄冷介质在天空辐射制冷板和相变蓄能辐射末端2之间循环流动，此时天空辐射制冷板是唯一的冷源。

在蓄冷的过程中，当地面面层或墙壁面层52的温度降低到设定值时，如图3所示，关闭第一循环泵621、第一控制阀622、第二控制阀611、第三控制阀631、第六控制阀651和第七控制阀661，打开第二循环泵641，第四控制阀623和第五控制阀642。此时，蓄冷介质不再进入相变蓄能辐射末端2，而是在天空辐射制冷器1和辅助水箱4之间循环流动，避免相变蓄能辐射末端2的温度继续降低，并将多余的冷量临时储存在辅助水箱4内。

当地面面层或墙壁面层52的温度升高到设定值之后，恢复如图1所示的循环。

第二工作模式：

在夜晚，当天空辐射制冷板的出水温度大于蓄冷温度时，如图2所示，关闭第二循环泵641、第二控制阀611、第五控制阀642、第六控制阀651和第七控制阀661，打开第一循环泵621、第一控制阀622、第三控制阀631和第四控制阀623。蓄冷介质在天空辐射制冷板、热泵机组3和相变蓄能辐射末端2之间循环流动，此时，循环系统中存在两个冷源，分别为天空辐射制冷板和热泵机组3。

在蓄冷的过程中，当地面面层或墙壁面层52的温度降低到设定值时，如图3所示，关闭第一循环泵621、第一控制阀622、第二控制阀611、第三控制阀631、第六控制阀651和第七控制阀661，打开第二循环泵641，第四控制阀623和第五控制阀642。此时，蓄冷介质不再进入相变蓄能辐射末端2，而是在天空辐射制冷器1和辅助水箱4之间循环流动，避免相变蓄能辐射末端2的温度继续降低，并将多余的冷量临时储存在辅助水箱4内。

当地面面层或墙壁面层52的温度升高到设定值，且所述辅助水箱4内的温度小于蓄冷温度时，如图4所示，关闭第二循环泵641、第三控制阀631、第四控制阀623、第五控制阀642和第七控制阀661，打开第一循环泵621、第一控制阀622、第二控制阀611和第六控制阀651。蓄冷介质在辅助水箱4和相变蓄能辐射末端2之间循环流动，利用辅助水箱4中临时储存的冷量继续蓄冷。

当地面面层或墙壁面层52的温度升高到设定值，且所述辅助水箱4内的温度大于蓄冷温度时，恢复如图2所示的循环。

第三工作模式：

在白天，当相变蓄能辐射末端2储存的冷量释放达到一定程度，无法继续维持供冷，且辅助水箱4的温度小于蓄冷温度时，如图4所示，关闭第二循环泵641、第三控制阀631、第四控制阀623、第五控制阀642和第七控制阀661，打开第一循环泵621、第一控制阀622、第二控制阀611和第六控制阀651。蓄冷介质在辅助水箱4和相变蓄能辐射末端2之间循环流动，利用辅助水箱4中临时储存的冷量继续维持供冷。

第四工作模式：

在白天，当相变蓄能辐射末端2储存的冷量释放达到一定程度，无法继续维持供冷，辅助水箱4的温度大于蓄冷温度，亦无法维持供冷时，如图5所示，关闭第二循环泵641、第二控制阀611、第四控制阀623、第五控制阀642和第六控制阀651，打开第一循环泵621、第一控制阀622、第三控制阀631和第七控制阀661。蓄冷介质在热泵机组3和相变蓄能辐射末端2之间循环流动，由热泵机组3继续维持供冷。

所述的天空辐射制冷器属于现有技术，例如宁波瑞凌辐射制冷科技有限公司制造的天空辐射制冷板。传统的天空辐射制冷器一般包括包括一上侧开口的保温箱体11，所述保温箱体11的开口处设置有用于封闭所述开口的辐射制冷薄膜12，所述辐射制冷薄膜12的边缘通过压条(图中未示出)和螺钉(图中未示出)与所述保温箱体11的内侧壁固定连接。所述的保温箱体11和辐射制冷薄膜12共同形成一中空箱体，所述的保温箱体11内设置有冷却水管13，且所述冷却水管13的进口端和出口端穿过所述保温箱体11的侧壁延伸至所述保温箱体11的外部。

但是由于天空辐射换热器和环境之间的对流换热会影响天空辐射制冷器的制冷效果，为了降低对流换热对辐射制冷的不利影响。如图6所示，所述的天空辐射制冷器1所述保温箱体11的上侧面上设置有用于封闭所述保温箱体11开口的防风罩14，所述的辐射制冷薄膜12被封闭在所述的防风罩内。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的防风罩14包括一呈方形的顶板，所述顶板的四条边上设置有垂直于所述的底板向下侧延伸的侧板，且所述的侧板与所述保温箱体11的上侧面固定连接。

进一步地，所述的防风罩14采用纳米聚乙烯材料制作而成。

实施例二

所述的第一循环回路上设置有与所述的第一循环泵621和第一控制阀622并联的第三旁通支路65，且所述的第三旁通支路65上设置有用于控制所述的第三旁通支路65通断的第六控制阀651。其余结构同实施例一。

Claims (8)

1.一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统，其特征在于：包括天空辐射制冷器、相变蓄能辐射末端、进水管和出水管，且所述的天空辐射制冷器、相变蓄能辐射末端、进水管和出水管共同形成第一循环回路，所述的第一循环回路上设置有第一循环泵和第一控制阀；

所述的相变蓄能辐射末端包括由硬质导热材料制作而成的壳体，所述的壳体内设置有换热管路和蓄冷材料。

2.根据权利要求1所述的一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统，其特征在于：所述的第一循环回路上位于所述相变蓄能辐射末端的进口侧设置有第二控制阀和与所述的第二控制阀并联的第一旁通支路，所述的第一旁通支路上设置有热泵机组和第三控制阀。

3.根据权利要求1所述的一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统，其特征在于：所述的第一循环回路上设置有第四控制阀和与所述的天空辐射板并联的第二旁通支路，且所述的第四控制阀与所述的第二旁通支路并联，所述的第二旁通支路上设置有辅助水箱、第二循环泵和第五控制阀，所述的第二旁通支路上设置有与所述的第二循环泵和第五控制阀并联的第三旁通支路，所述的第三旁通支路上设置有第六控制阀。

4.根据权利要求3所述的一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统，其特征在于：所述的第一循环回路上设置有与所述的天空辐射制冷板和第四控制阀并联的第四旁通支路，所述的第四旁通支路上设置有第七控制阀。

5.根据权利要求1所述的一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统，其特征在于：所述的第一循环回路上设置有第四控制阀和与所述的天空辐射板并联的第二旁通支路，且所述的第四控制阀与所述的第二旁通支路并联，所述的第二旁通支路上设置有辅助水箱、第二循环泵和第五控制阀，所述的第一循环回路上设置有与所述的第一循环泵和第一控制阀并联的第三旁通支路，所述的第三旁通支路上设置有第六控制阀。

6.根据权利要求1所述的一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统，其特征在于：所述的蓄冷材料采用水合无机盐Cacl₂·6H₂0。

7.根据权利要求1所述的一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统，其特征在于：所述的天空辐射制冷器包括保温箱体、辐射制冷薄膜和设置于所述保温箱体内的冷却水管，所述的保温箱体上位于辐射制冷薄膜的外侧设置有防风罩。

8.根据权利要求7所述的一种结合相变蓄能辐射末端的天空辐射制冷系统，其特征在于：所述的防风罩采用纳米聚乙烯材料制作而成。

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