一種主動防凝露型輻射供冷結構及其使用方法與流程

2023-12-04 10:57:31 2

本發明涉及空調的技術領域，具體地說是一種用於空調的主動防凝露型輻射供冷結構及其使用方法。

背景技術：

現在，家庭已普遍使用空調，給千家萬戶帶來了涼爽和溫暖。但目前的空調室內機基本都存在風速較大，人體受風感過強的情況，容易出現著涼、頭疼等情況。主要原因在於目前的空調室內機基本都通過空調室內機的風機強制室內空氣通過室內機換熱面實現換熱並實現室內空氣強制對流。這種處理方法的優點是換熱能力大，室內降溫或升溫的速度快，但缺點是風速大，室內空氣場不均勻，在較小空間範圍內人體舒適性不足。

採用輻射換熱為主的空調室內機包括供冷供暖頂棚、牆面或地板容易使室內空氣場均勻，並且由於通過輻射加自然對流的方式換熱，人體舒適性較高且能源利用效率較高，但缺點是在供冷輻射過程中，冷輻射面的表面溫度容易低於空氣中的露點溫度，容易發生凝露現象，輻射面凝露的問題也是限制空調採用輻射換熱方式的主要問題。

為防止凝露，需要控制室內空氣的相對溼度，同時控制冷輻射面的表面溫度高於室內空氣的露點溫度。在實際應用過程中，由於類似開窗、開門等動作很難避免，會導致室內整體或局部的空氣溼度在短時間內大幅波動甚至達到飽和溼度，因此採用輻射換熱的房間較難避免出現輻射面凝露現象。

市場需要一種能夠有效解決供冷輻射面凝露問題的輻射供冷系統。實現房間內更加適宜的環境，應用於客廳、臥室、辦公室等人體舒適度要求較高的場所，滿足人們追求舒適及健康的要求，同時實現節能降耗。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種改進的主動防凝露型輻射供冷結構及其使用方法，它可克服現有技術中的一些不足。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：一種主動防凝露型輻射供冷結構，其特徵在於：所述的輻射供冷結構包括設在底部的輻射面板和頂部的保溫層，保溫層與輻射面板之間設有輻射盤管，輻射盤管與輻射面板之間設有加熱層，輻射盤管均勻盤設於保溫層與加熱層之間，輻射盤管的一端設有冷媒進管，另一端設有冷媒出管；

所述的保溫層、輻射盤管、加熱層和輻射面板之間互相貼合。

進一步的，輻射面板與加熱層之間設有一導熱板，導熱板與加熱板互相貼合，導熱板採用金屬板材製成；

採用硬質保溫層，保溫層內設有與輻射盤管的管體尺寸相配合的管槽，所述的輻射盤管的上側面嵌設於管槽內；

採用軟質保溫層，保溫層直接貼覆於輻射盤管表面，並將輻射盤管的上表面完全包裹。

本發明還提供一種主動防凝露型輻射供冷結構的使用方法，其特徵在於：所述主動防凝露型輻射供冷結構在供冷過程中有供冷模式、保護模式、待機模式三種運行模式；

模塊處於供冷模式時，輻射盤管內低溫冷媒正常流動，加熱層處於斷電狀態；

模塊處於保護模式時，輻射盤管內低溫冷媒停止流動，加熱層通電加熱；

模塊處於待機模式時，輻射盤管內低溫冷媒停止流動，加熱層處於斷電狀態。

本發明的核心在於對輻射供冷結構增加一層加熱層，加熱層採用電加熱方式，電加熱具有加熱響應速度快，加熱功率可控可調的優點。加熱層導熱性較好並可在整個加熱層面上均衡發熱的功能。通過對輻射供冷結構增設加熱層並對其進行控制，實現輻射供冷結構對室內空氣溼度變化的主動適應，能及時調整輻射面的溫度以避免結露現象的發生，從而保證輻射供冷結構的安全可靠的運行。

同時，本發明能大幅拓寬輻射供冷供熱的應用範圍，從而有利於輻射供冷供熱技術的推廣，滿足人們對高品質室內空氣調節的需求以及使空調節能降耗的目標。同時由於供冷空調末端採用模塊化的設計，便於產品的生產、工程安裝、室內裝修以及維護保養。

附圖說明

圖1為本發明第一實施例的結構示意圖。

圖2為圖1中輻射供冷模塊的A-A向剖視圖。

圖3為本發明第二實施例中的輻射供冷模塊的仰視圖。

圖4為圖3中輻射供冷模塊的A-A向剖視圖。

圖5為本發明第三實施例中的輻射供冷模塊的仰視圖。

圖6為圖5中輻射供冷模塊的A-A向剖視圖。

圖7為本發明第四實施例中的輻射供冷模塊的剖視圖。

圖8為圖7的局部放大示意圖。

圖9為本發明第四實施例中的金屬板示意圖。

圖10為本發明第五實施例中的輻射供冷模塊的仰視圖。

圖11為圖10中輻射供冷模塊的A-A向剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。

擬改為各附圖的標號表示如下：

1輻射面板、2保溫層、3輻射盤管、4加熱層、5冷媒進管、6冷媒出管、7導熱板、8管槽、9金屬板、10圓弧形凹槽、11毛細管席。）

本發明所述的一種主動防凝露型輻射供冷結構，其與現有技術的區別在於：所述的輻射供冷結構包括設在底部的輻射面板和頂部的保溫層，保溫層與輻射面板之間設有輻射盤管，輻射盤管與輻射面板之間設有加熱層，輻射盤管均勻盤設於保溫層與加熱層之間，輻射盤管的一端設有冷媒進管，另一端設有冷媒出管；所述的保溫層、輻射盤管、加熱層和輻射面板之間互相貼合，以增加傳熱效果。所述的輻射供冷結構設有一控制裝置，所述的控制裝置連接露點傳感器或溫溼度傳感器，該露點傳感器或溫溼度傳感器可以安裝於輻射供冷結構中，也可以單獨安裝於室內任何位置中，通過控制裝置對輻射供冷結構的加熱層進行控制，使主動防凝露型輻射供冷結構通過露點傳感器或溫溼度傳感器檢測室內溼度並依據室內溼度控制加熱層的啟停運行。所述加熱層採用電加熱方式，採用矽膠發熱片、雲母發熱片、碳晶發熱片或聚酯發熱片。

輻射面板與加熱層之間可設有一導熱板，導熱板與加熱板互相貼合，導熱板採用金屬板材製成；保溫層內設有與輻射盤管的管體尺寸相配合的管槽，所述的輻射盤管的上側面嵌設於管槽內。其中，所述輻射面板的材質可以是防水石膏板，厚度為3-12mm；導熱板的材質為鋁、銅等導熱係數高的金屬，厚度為0.05-0.15mm。

上述材質和厚度數值使得各層能有效傳遞輻射，使輻射盤管的冷量或熱量有效的通過加熱層和導熱板均勻地傳遞給輻射面板，並通過輻射面板將冷量或熱量有效的通過輻射和自然對流的方式傳遞給室內空間。

進一步的，如果加熱層由整塊的加熱板構成的，則加熱板設置於輻射盤管之下，輻射盤管與加熱板貼合，加熱板與輻射面板貼合，如果所述的加熱層由分段式的條狀加熱板構成，相鄰的輻射盤管的管體之間填設有一塊條狀加熱板；輻射盤管與條狀加熱板和導熱板直接貼合接觸。

輻射盤管與保溫層之間設有一金屬板，所述的金屬板上設有與輻射盤管的管體相配合的圓弧形凹槽，保溫層的管槽半徑大於圓弧形凹槽的半徑，每一根圓弧形凹槽的位置與每一根管槽的位置一一對應，圓弧形凹槽的外壁與管槽緊密貼合，圓弧形凹槽的內壁則與輻射盤管的管體緊密貼合，使得熱輻射傳遞更為迅速。

輻射盤管採用單根盤設或者雙根甚至多根盤設的方式進行排列，管體在盤設過程中呈蛇形迂迴盤折（參見圖1、圖3）或者沿某個特定的形狀進行層層盤設，這個形狀可以為圓形、橢圓形、三角形、四邊形或者其他有規律的多邊形。盤設過程中，相鄰的管體之間保留一定的間隙，該間隙值為管體直徑的1.5-10倍，這樣能保證管體的輻射效應，同時保證管體與導熱板之間的熱輻射傳遞有效進行。

其核心在於對輻射供冷結構增加了一層加熱層，加熱層具有導電導熱並可在整個加熱層面上均衡發熱的功能。當系統處於正常製冷運行時，加熱層處於不通電的狀態，加熱層起到一個熱量均衡的作用，使得輻射面板整體溫度均衡，避免出現局部區域溫度偏低容易導致結露的情況。當整個空調系統的溫度和溼度傳感器檢測到面板附近的室內空氣相對溼度出現上升並導致有可能發生面板結露的風險時，如面板附近空氣相對溼度上升至飽和溼度，則系統停止輻射盤管內冷媒循環，並且對加熱層通電，對輻射面板進行整體升溫，同時阻隔輻射盤管繼續傳遞冷量至輻射面板，直至輻射面板的溫度上升至一個安全的區域並予以維持。一般情況下，對輻射面板升溫至室內空氣溫度的水平即可保證面板不會出現凝露。

一種主動防凝露型輻射供冷結構的使用方法，其與現有技術的區別在於：所述主動防凝露型輻射供冷結構在供冷過程中有供冷模式、保護模式、待機模式三種運行模式；

模塊處於供冷模式時，輻射盤管內低溫冷媒正常流動，加熱層處於斷電狀態；

模塊處於保護模式時，輻射盤管內低溫冷媒停止流動，加熱層通電加熱；

模塊處於待機模式時，輻射盤管內低溫冷媒停止流動，加熱層處於斷電狀態。

其中，所述的輻射供冷結構包括設在底部的輻射面板和頂部的保溫層，保溫層與輻射面板之間設有輻射盤管，輻射盤管與輻射面板之間設有加熱層，輻射盤管均勻盤設於保溫層與加熱層之間，輻射盤管的一端設有冷媒進管，另一端設有冷媒出管，輻射盤管內加通低溫冷媒；所述的保溫層、輻射盤管、加熱層和輻射面板之間互相貼合。

實施例1

在本實施例中（參見圖1、圖2），輻射供冷結構包括輻射面板、導熱板、加熱層、輻射盤管和保溫層，所述輻射面板與導熱板之間，導熱板與加熱層之間，加熱層與保溫層之間均進行緊密粘貼並壓實以形成一體式的所述輻射供冷結構，其中加熱層與輻射盤管之間的接觸面積，佔到輻射盤管總表面積的1/4以上。對於硬質保溫層而言，所述保溫層依據輻射盤管的盤繞形狀預先開模定製或壓製出適合輻射盤管尺寸且保證輻射盤管與保溫層和加熱層之間精密貼合的管槽，輻射盤管和加熱層之間的間隙可填充導熱膠等增強換熱的介質。對於軟質的保溫層而言，直接覆蓋在輻射盤管表面，然後通過設置在保溫層外的框架或者蓋體結構，將保溫層與輻射盤管及加熱層之間壓緊，使得保溫層包裹輻射盤管的上表面。所述輻射供冷供熱結構通過各層之間緊密粘貼或者採用框架結構或者採用增加密封壓緊層的方式形成一個整體式的結構。

該一體式的所述輻射供冷結構可以通過保溫層有效阻止和減小輻射盤管的冷量或熱量散失，使輻射盤管的冷量或熱量有效的通過加熱層和導熱板均勻地傳遞給輻射面板，並通過輻射面板將冷量或熱量有效的通過輻射和自然對流的方式傳遞給室內空間。

所述輻射面板的材質可以是防水石膏板，厚度為3-12mm。

所述導熱板的材質為鋁、銅等導熱係數高的金屬，厚度為0.05-0.15mm。

所述加熱層採用電加熱方式。其具體形式可以為矽膠發熱片、雲母發熱片、碳晶發熱片、聚酯發熱片等，工作電壓可在5-220V之間選擇，優選24V交流電源，發熱量控制在1000W/m2以內。

所述輻射盤管的材質為銅管材質，直徑為5-20mm；所述輻射盤管中的各個相鄰兩管的間距為30-100mm。管內冷媒流速不大於2m/s。

所述保溫層採用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯板、巖棉保溫板、酚醛保溫板或以上的組合，防火等級為A級或B1級。

所述輻射供冷結構的整體尺寸控制在600*600-2400*2400mm2之間。

由於輻射面板的熱阻大於導熱板的熱阻，輻射盤管的冷熱量及加熱層的熱量可以首先分布在整個導熱板的換熱面上，然後導熱板通過面傳熱的方式將熱量傳遞給輻射面板，使得輻射面板的面溫度場分布均勻，且傳熱速度加快，增加輻射供冷供熱結構的總體換熱效果。

該輻射供冷供熱結構在供冷過程中可分為三種運行狀態，分別為供冷模式、保護模式、待機模式。

當系統檢測到室內有製冷需求且室內空氣露點溫度低於一定值時，模塊處於供冷模式時，輻射盤管內低溫冷媒正常流動，加熱層處於斷電狀態，輻射盤管的冷量通過加熱層和導熱板傳遞至輻射面板，輻射面板的溫度始終高於室內空氣露點溫度，由輻射面板通過輻射和自然對流的方式向室內空間傳遞冷量。

當系統檢測到室內有製冷需求但室內空氣露點溫度大於等於輻射面板的溫度，模塊進入保護模式，輻射盤管內冷媒停止流動，加熱層通電加熱，加熱層的熱量傳導至輻射盤管和輻射面板，使輻射面板溫度回升至室內空氣露點溫度以上並予以維持。

當系統檢測到室內有製冷需求，輻射面板溫度正常且沒有結露危險，但室內空氣露點溫度偏高導致輻射面板無法正常供冷，模塊進入待機模式，輻射盤管內冷媒停止流動，加熱層處於斷電狀態。

在實際工程應用中，同一個室內的多個輻射供冷供熱結構可以依據實際情況實行分區控制，每個區域單獨檢測室內空氣露點溫度並對區域內的輻射供冷供熱結構統一控制。

實施例2

圖3和圖4為應用本發明的實施例2的示意圖。在本實施例中，輻射供冷結構包括輻射面板、導熱板、加熱層、輻射盤管和保溫層。實施例2與實施例1不同的地方在於輻射盤管的實現形式不同，冷媒進口總管連接多個冷媒支管的進口，多個冷媒支管的出口匯總至冷媒出口總管，這種分流方法有利於整個輻射面板上的溫度均勻。

實施例2與實施例1另一個不同的地方在於加熱層不作為單獨的一層將輻射盤管和導熱板隔開，而是結合輻射盤管的分布方式間隔的布置在輻射盤管的周圍。對於硬質保溫層而言，保溫板上同時開挖管槽和加熱板放置槽，其中管槽與加熱板放置槽間隔設置，所述的輻射盤管放置於管槽內，條狀的加熱板放置於加熱板放置槽內，輻射盤管與加熱板同時與導熱板相接觸。對於軟質保溫層而言，不用開設任何槽，相鄰的輻射盤管之間填設有條狀的加熱板，保溫層直接覆蓋與輻射盤管和條狀加熱板之上，進行緊密粘貼並壓實以形成一體式的所述輻射供冷結構。這種方法由於輻射盤管和導熱板可以直接接觸，有利於傳熱，從而有利於提升模塊的換熱效率。

實施例3

圖5和圖6為應用本發明的實施例3的示意圖。在本實施例中，輻射供冷結構包括輻射面板、加熱層、輻射盤管和保溫層。實施例3與實施例1不同的地方在於輻射盤管的實現形式不同，通過對輻射盤管盤繞形式的改變，使得冷媒進管和冷媒出管的位置接近，便於整個冷媒循環系統的管路布置，但相鄰的管體之間必須留有必要的間隔。

實施例3與實施例1另一個不同的地方在於取消了導熱板，加熱層相對於輻射面板具有較小的熱阻，加熱層同時實現導熱板的功能。在正常供冷供熱狀態下，由於輻射面板的熱阻大於加熱層的熱阻，輻射盤管的冷熱量及加熱層的熱量可以首先分布在整個加熱層的換熱面上，然後加熱層通過面傳熱的方式將熱量傳遞給輻射面板，使得輻射面板的面溫度場分布均勻。這種方法由於取消了導熱板，有利於傳熱，從而有利於提升模塊的換熱效率，同時也簡化了生產工序。

實施例4

圖7、圖8和圖9 為應用本發明的實施例4的示意圖。在本實施例中，輻射供冷結構包括輻射面板、導熱板、加熱層、輻射盤管、金屬板和保溫層。實施例4與實施例1不同的地方在於在加熱層和輻射盤管與保溫層之間增加了一個金屬板。圖8為放大區域的示意圖。圖9為金屬板的示意圖，金屬板的管槽部分與輻射盤管緊密貼合，平面部分與加熱層緊密貼合，有利於將輻射盤管的冷量或熱量通過加熱層和導熱板最快速的擴散至輻射面板，增強了整個輻射供冷結構的換熱能力。

實施例5

圖10和圖11為應用本發明的實施例5的示意圖。在本實施例中，輻射供冷結構中的輻射盤管採用毛細管席的方式實現，毛細管席包括冷媒進管、冷媒出管和若干U型毛細管構成，每個U型毛細管的一端都與冷媒進管相連通，每個U型毛細管的另一端都與冷媒出管相連通。為對毛細管席的結構進行固定，可以設置多個固定條將U型毛細管固定。U型毛細管之間的間距為10-30mm，U型毛細管的材質為無規共聚聚丙烯，直徑為3-10mm。採用毛細管席作為輻射盤管具有換熱均勻、水力損失小、換熱面積大等優點。

在本實施例中，取消導熱板，導熱板的作用由加熱層實現。保溫層和加熱層從上下兩個方向將毛細管席固定並予以緊密貼合，以促使毛細管席的冷量或熱量最大程度地向加熱層方向傳遞。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明具體實施只局限於上述這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。