遠紅外線輻射供暖與通風製冷設備及其方法
2023-06-20 18:11:31 4
專利名稱：遠紅外線輻射供暖與通風製冷設備及其方法
技術領域：
本發明涉及一種適用於高大空間的集供暖—通風—製冷功能於一體的高效管式複合空氣調節設備及其方法。
背景技術：
對於高大空間的採暖、製冷及通風，目前國內仍多採用暖氣片、暖風機及通風管道等傳統的傳導和對流方式對空氣進行混合調節。但它往往存在以下幾個問題當空間過高、跨度大、門窗面積大、保溫結構傳熱係數大時，產生的溫度梯度大，空氣上下嚴重分層，形成上熱下冷的現象，這就造成了高大空間建築物在冬季採暖時熱負荷高、負荷係數大和夏季製冷時冷負荷需求大，門窗等縫隙所滲透的空氣也增加了熱冷負荷的需求。為了滿足高大空間建築物內的工作環境要求，只能以增加負荷，增多設備等方法來解決，造成了投資增加，能源浪費嚴重，更不符合環保節能要求。
發明內容
1、發明目的本發明提供一種在高大空間環境下集供暖—通風—自然空氣調節—製冷為一體的遠紅外線輻射供暖與通風製冷設備及其方法，其目的在於通過該設備和方法，既可以保證使用區域的工作溫度和空氣品質，又可以有效地解決空間上下空氣分層，解決了以往傳統混合式取暖、製冷、通風方式帶來的能源浪費較大、效率低下、維修不便等方面存在的問題。
2、技術方案本發明是通過以下技術方案來實現的一種遠紅外線輻射供暖與通風製冷設備及其方法，其特徵在於該設備主要包括兩部分，一部分為遠紅外線輻射供暖設備，主要由主機連接一個封閉的輻射管組成；主機中設有燃燒機，燃燒機與控制器連接，控制器與溫度感應器連接；另一部分為通風製冷設備，在通風製冷設備的進風口處連接有倒吸風機，與倒吸風機相連的是通風管，通風管設置在遠紅外線輻射供暖設備的上面；與通風管相連的為側壁管，在側壁管的末端設有製冷系統及出氣口。
該設備的輻射管和通風管都為封閉的管路，它們設置在輻射系統外管殼內，管路上面設有保溫棉；管路以壓力咬口連接方式螺旋繞制而成，管徑在150～390mm之間，單回程管最長為150米；其中輻射管的內壁上均勻密布間距為2mm、φ0.03～0.05×0.03～0.05mm的圓形小坑，外壁表面塗有遠紅外放射物質。
該設備主機的出氣口處為前燃燒室，在主機的回氣口處設有倒吸風扇，其與一個電機相連；在倒吸風扇的上部設有排氣口。
所述的一種遠紅外線輻射供暖與通風製冷設備及其方法，其特徵在於該方法是將能夠發射遠紅外線輻射供暖與通風製冷的設備固定在房屋的頂部或側壁，距地面3～50米，並可根據房屋的大小設置多組；將空氣輸送系統及機械製冷設備的出氣口設置在屋內的地面，外面的新鮮空氣通過管式空氣輸送系統及機械製冷設備在距地面3米以內區域投入室內形成空氣分層，即下清上濁，再將室內上部的汙濁氣體通過建築物頂部的煙窗排出室外。
該方法是加熱的空氣在管路中形成的旋渦流的形式，流速為20m/s，並在管中循環燃燒利用。
3、優點及效果本發明的特點1)節省能源在冬季，採用輻射原理利用遠紅外線只加熱有用的牆體地面、設備人體等，不加熱空氣使能源損失最小，即儘量減少由於空氣對流所帶走的熱量；系統採用煙氣循環燃燒，降低了排煙溫度、減少不必要的熱損失，提高燃燒效率，使總的熱效率高達93％以上。
2)通風換氣高效率工作使用空間內(一般指距地面3米以內)，該系統局部空氣交換效率比傳統混合空調方式高3倍以上。
3)熱舒適性工作使用空間內上下溫度差可以控制在2℃以內，能夠滿足熱適性標準限制的要求(ISO7730＜3℃)；PMV、PPD、風速分布等評價指標均基本符合熱舒適要求。
4)佔用空間少與傳統的採暖設備不同的是，該系統裝置在屋頂或側壁，不用特設設備間所佔有效空間不大、系統結構簡單、且安裝吊裝方便、靈活，可節約很多使用空間。
5)可用雙燃料，能源選擇方便靈活本輻射採暖管系統不僅可以選擇氣體做能源，也可使用輕油，而其它的輻射採暖系統只能燃燒氣體，這使很多無氣源的用戶受到限制，也是其它輻射採暖設備所無法實現的。
6)安全性高由於輻射管單管最長可達150米的跨度，因此安裝場所內部的配管和配線較少，沒有錯綜複雜的管道；主機亦可布置在安裝場所的外部，高溫煙氣在密閉的管道中，故系統具有防爆性，安全係數高；由於在安裝場所沒有廢棄的煙氣及未燃燒的燃料氣體、燃燒後的水汽，所以設備及製品不會腐蝕生鏽；又因為是低溫輻射，所以會使精密儀器和器具保證精度不會發生形變。
7)提高生產效率，降低不合格產品率由於採用輻射原理，較其它採暖方式(對流、傳導)相比本系統的預熱時間較短、很容易在工作前使設備等工作區域達到和維持適當的溫度、設備啟閉靈活、不會發生由於溫度偏差引起的不良影響、也不會使工人受到人身傷害、一年四季通過提供適當的設備運作條件，保證工作環境，從而可以大大提高工作和生產效率、降低不合格產品率。
8)環保、健康在採暖時，由於採用煙氣再循環，降低了煙氣中可燃物含量，同時可避免灰塵的產生，無汙染並且由於輻射的遠外線波長長達8～14μm可幫助室內人員促進血液循環，增進健康。
9)自動控制、分區控溫、調風採用智能人工控制系統，可以調整熱量、風量(溫度)的供應，即使是在同一空間內也可以依照工作設備和環境的差別，使部分區域按需求調整溫度，即節約了能源，又提供了一個最佳的工作環境。
10)智能化、使用壽命長、節省能源由於系統採用人工智慧控制，可無人職守，使用壽命可達15年以上，維護簡單、故障率低、運行費用低，與傳統的空氣對流傳導方式相比節能60～70％，故具有很高的經濟性，如以鍋爐供暖為例僅冬季運行，設備利用率低、鍋爐房佔地面積大、需囤積原煤(油)及爐渣排放，為使冬季管路不凍裂在不供暖時也得低溫運行，這樣浪費了大量的能源。
四
附圖1為本發明的主要結構示意圖；
附圖2為本發明遠紅外線輻射供暖設備的結構示意圖；附圖3為本發明附圖1中輻射管的9處放大後的連接方式示意圖；附圖4為本發明在建築物中布置的結構示意圖；附圖5為本發明輻射管在輻射系統外管殼16的橫截面結構圖；附圖6為本發明通風管路的主要結構示意圖；附圖7為沒有使用本發明的技術方案時建築物內的效果圖；附圖8為使用本發明的技術方案時建築物內的效果圖。
五具體實施例方式本發明主要由兩部分構成，一部分為遠紅外線輻射供暖設備，在圖1中的下部分；另一部分為通風製冷設備，在圖1中的上部分。遠紅外線輻射供暖設備主要由主機20連接一個封閉的輻射管18組成；主機20中設有燃燒機2、前燃燒室3、再循環裝置6和與電機21相連的倒吸風扇7，如圖2所示。燃燒機2與控制器23連接，控制器23與溫度感應器24連接；從溫度感應器24中了解建築物中的溫度，通過調節控制器23，實現對燃燒機2燃燒量的控制，從而實現對建築物溫度的控制。燃燒機2燃燒輕油或氣體，在前燃燒室3加熱空氣，從輻射管18的4處開始以螺旋形式高速旋轉流動(見附圖1、2)。在附圖2中，主機20工作時由於與其它輻射類產品不同的是，為減少管道各段溫度偏差，確保燃燒系統的穩定性，用倒吸風扇7將燃燒空氣從主機20的進風口5吸入，吸入過程中，大部分氣體在管道中循環燃燒利用，極少部分剩餘尾氣從排氣口8通過煙囪排入大氣中。
從附圖1中我們可以看出，供暖用的輻射管18上層設有通風管25，通風管25也是一個封閉循環管道，但它通過風箱直接與屋頂的倒吸風扇11及制冷機組連接。這層管道內壁是平滑的、螺旋形壓力咬口連接的管道。在下層輻射管18供暖時，可將一部分熱量傳遞給上層，加熱其中通過倒吸風扇11吸進的新鮮空氣並通過側壁管13、經過地面的出氣口17投入到地面3米以內區域，實現通風及供暖效果。在夏、秋季，當通風和製冷時，下層的輻射管18停止工作。新鮮(冷)空氣通過倒吸風扇11經過上層通風管25從側壁管13、經節氣閥20(如圖4所示)和製冷系統21，從出氣口17中水平緩速投入地面3米以內區域。
將附圖2中9處放大後形成附圖3的效果圖，輻射管18內均勻密布間距為2mm、φ0.03～0.05×0.03～0.05mm的圓形小坑10，連接處12以壓力咬口連接方式螺旋繞制而成(見圖3中圓圈內部分)，從而使熱空氣通過表面塗有遠紅外放射物質19的管道內部時，均勻地渦流狀加熱管道，並使熱空氣有充足的時間和面積換熱，使其將熱能充分轉化成高能遠紅外線輻射出來，波長為8～14μm。
在冬春季，當輻射供暖時，將主機20和輻射管18部分用吊鏈14懸掛於距地面3～50米高的屋頂或側壁，或以其它方式固定在建築物內上方。如圖4所示，通過電腦控制器23就可實現冬季供暖。在附圖4中，左側為供暖的示意圖，右側為製冷和通風的示意圖。
在附圖5中，輻射管18和通風管25設置在一個輻射系統外管殼16內，輻射系統外管殼16由吊鏈14吊在建築物內的頂部，通風管25的上面設有保溫棉15。輻射管18的外壁表面塗有遠紅外放射物質19。
附圖6為通風製冷設備的主要結構示意圖。設置的倒吸風扇11與屋頂上設置的通風管25連接，通過側壁管13與室內地面處設置的出氣口17連接。
在沒有本發明提供的技術方案之前，如果建築物內過高，空間過大，物內的冷熱空氣是雜亂無章地運動，如附圖7所示；利用本發明所提供的技術方案以後，適宜的溫度都在物內的3米以下的低部，效果如圖8所示。
主機20即可設置於室內，也可用於防暴場所而將其設置於室外。輻射管18管徑在150mm至390mm之間，單回程管長最長可達150米。附圖1中溫度感應器24通常掛在一人高處，通過它對四周環境溫度的感應，將信號傳至電腦控制器23內，再由電腦控制器23控制主機20的工作。
用以下公式計算 (A)的效率是(B)的三倍。傳統的換氣系統(B)如果要達到管式空調系統(A)同樣的通風效果，則投入3倍的通風量。所以新通風系統可減少能耗和投資。
本發明涉及一種適用於高大空間的集供暖—通風—製冷功能於一體的高效管式複合空氣調節設備及其使用方法。該方法使所覆蓋區域的器具和設備的表面溫度上升，同時排除餘熱以及汙濁的空氣，一年四季均可按季節氣候，獲得適宜的溫度和新鮮空氣並獲得良好的通風條件，達到環保節能的目的。本發明是通過以下技術方案來加以實現的，管道形複合式空氣調節方法是通過在高大空間頂部吊裝可燃油或燃氣的遠紅外線輻射管採暖系統(含換熱器)與在地面設置的管式空氣輸送系統及機械製冷設備聯合使用，形成四季空氣調節系統。外面的新鮮空氣通過管式熱交換器在地面3米以內區域投入室內形成空氣分層(即下清上濁)，再將室內上部的汙濁氣體排出室外。冬季可輻射、暖風單獨或同時使用、春秋兩季可只使用暖風或換氣，夏季可使用換氣或加製冷裝置。
本發明是一種利用輻射原理、空氣分層原理、空氣置換原理，採用雙燃料(輕油/氣體)在圓型螺旋壓力咬口方式連接的管道中釋放遠紅外線，輻射供暖，並利用輻射管內的餘熱加熱新鮮空氣，或利用制冷機產生的冷空氣在圓形高速通風管道中通過風箱、倒吸風機和設置在地面三米以內高度的出氣口來通風和製冷的，集供暖-通風-製冷為一體的適合高大空間的複合管式空調方式。它包括有管式供暖系統和管式空氣輸送系統兩大部分。其中供暖系統是由主機(制熱和循環裝置)，輻射管(產生遠紅外線)，控制器等組成。空氣輸送系統是由新鮮空氣入口(包括風扇)、風箱、空氣供應管道、出氣口、節氣閥、製冷交換器(可選配)組成。其特徵為供暖是通過雙燃料方式(燃輕油或燃氣體)在直徑150mm至390mm的單管長為150m以內的管道中放射出8～14μm的遠紅外線進行供暖。加熱的煙氣在管中採用空氣流動和換熱效果最佳的旋渦流的形式流速為20m/s，並在管中循環利用。通風是冬春季利用輻射管中剩餘熱量經對被吸入的新鮮空氣加熱，緩速投入到地面3米以內的空間。在夏秋季利用製冷空氣或外界風利用其高流速特點，將新鮮空氣投入到地面3米以內空間。製冷是通過管式空氣輸送道，將制冷機產生的冷氣，通過與地面垂直的出氣口在節氣閥的控制下緩速投入到地面3米以內的空間形成局部空氣置換。
本發明的目的是解決目前在大型空間環境下，採用傳統的傳導或對流方式進行採暖—通風—製冷所存在的供暖與通風效果不理想，能源浪費巨大的問題。
後面有表1和表2對本發明創造性進行的說明。
附表(一)輻射供暖系統與其它系統的比較
附表(二)120m長輻射(250mm)管燃氣各段溫度測試表
權利要求
1.一種遠紅外線輻射供暖與通風製冷設備及其方法，其特徵在於該設備主要包括兩部分，一部分為遠紅外線輻射供暖設備，主要由主機(20)連接一個封閉的輻射管(18)組成；主機(20)中設有燃燒機(2)，燃燒機(2)與控制器(23)連接，控制器(23)與溫度感應器(24)連接；另一部分為通風製冷設備，在通風製冷設備的進風口(26)處連接有倒吸風機(11)，與倒吸風機(11)相連的是通風管(25)，通風管(25)設置在遠紅外線輻射供暖設備的上面；與通風管(25)相連的為側壁管(13)，在側壁管(13)的末端設有製冷系統(21)和出氣口(17)。
2.根據權利要求1所述的一種遠紅外線輻射供暖與通風製冷設備及其方法，其特徵在於該設備的輻射管(18)和通風管(25)都為封閉的管路，它們設置在輻射系統外管殼(16)內，管路上面設有保溫棉(15)；管路以壓力咬口連接方式螺旋繞制而成，管徑在150～390mm之間，單回程管最長為150米；其中輻射管(18)的內壁上均勻密布間距為2mm、φ 0.03～0.05×0.03～0.05mm的圓形小坑(10)，外壁表面塗有遠紅外放射物質(19)。
3.根據權利要求1所述的一種遠紅外線輻射供暖與通風製冷設備及其方法，其特徵在於該設備在主機的出氣口處為前燃燒室(3)，在主機的回氣口處設有倒吸風扇(7)，其與一個電機(1)相連；在倒吸風扇(7)的上部設有排氣口(8)。
4.根據權利要求1所述的一種遠紅外線輻射供暖與通風製冷設備及其方法，其特徵在於該方法是將能夠發射遠紅外線輻射供暖與通風製冷的設備固定在房屋的頂部或側壁，距地面3～50米，並可根據房屋的大小設置多組；將空氣輸送系統及機械製冷設備的出氣口設置在屋內的地面，外面的新鮮空氣通過管式空氣輸送系統及機械製冷設備在地面3米以內區域投入室內形成空氣分層，即下清上濁，再將室內上部的汙濁氣體通過建築物頂部的煙窗排出室外。
5.根據權利要求4所述的一種遠紅外線輻射供暖與通風製冷設備及其方法，其特徵在於加熱的空氣在管路中形成的旋渦流的形式，流速為20m/s，並在管中循環燃燒利用。
全文摘要
本發明涉及一種適用於高大空間的集供暖—通風—製冷功能於一體的高效管式複合空氣調節設備及其方法。該設備主要包括遠紅外線輻射供暖設備和通風製冷設備。它是將能夠發射遠紅外線輻射供暖與通風製冷的設備固定在房屋的頂部，將空氣輸送系統及製冷設備的出口設置在屋內的地面，外面的新鮮空氣可以在距地面3米左右的區域投入室內形成空氣分層，即下清上濁，再將室內上部的汙濁氣體通過建築物頂部的煙窗排出室外。本發明的目的在於通過該設備和方法，既可以保證使用區域的工作溫度和空氣品質，又可以有效地解決空間上下空氣分層下冷上熱和以往傳統混合式取暖、製冷、通風方式帶來的能源浪費、效率低下、通風品質差等方面存在的問題。
文檔編號F24D5/08GK1514172SQ0313366
公開日2004年7月21日 申請日期2003年8月11日 優先權日2003年8月11日
發明者何恩民, 鍾智立, 張守忠, 張鳳武, 張偉, 邱喜峰, 楊威, 張立新 申請人:張守忠