本發(fā)明涉及暖通空調領域，尤其涉及一種多孔介質輻射板。

背景技術：

傳統(tǒng)的空調多采用對流換熱實現(xiàn)制冷或采暖，對流換熱具有換熱速度快、響應迅速等優(yōu)點，但也存在著諸多缺點，如換熱氣流吹過人體，影響了人體舒適度；在達到同樣冷暖舒適度情況下能耗過高；風機存在一定的噪音，且容易積累灰塵、滋生病菌。

隨著人們生活水平的提高，輻射空調是一種更好的提供空間內制冷供暖的空調設備。輻射空調系統(tǒng)供水溫差小，比傳統(tǒng)方法節(jié)能20％～40％；空間內無明顯氣流，因此無吹風感，體感舒適；輻射空調通過熱輻射形式對人體傳遞熱量，輻射過程并不加熱空氣，因此對空間內空氣濕度影響小，不會導致空氣過分干燥；由于沒有風機盤管等運轉設備，可以實現(xiàn)噪音降低到人可感知范圍之下。

然而，輻射空調在夏季制冷時，如果輻射表面溫度低于空氣露點溫度就會產生結露，冷凝液積聚在輻射表面，會影響輻射效率，并導致發(fā)霉，影響衛(wèi)生。為了克服輻射空調的結露問題，一般設計的輻射空調必須配備有相應的新風系統(tǒng)進行空氣交換和除濕。這樣采用能動的方式進行換氣，額外增加能耗的同時，新風系統(tǒng)也會帶來一定的噪音；此外，專門的除濕裝置必須能夠嚴密監(jiān)測和控制每個房間的空氣溫度和濕度，所以系統(tǒng)必須具有很高的可靠性和復雜度，這樣提高了輻射空調的投入成本，這些缺點是影響輻射空調廣泛使用的主要屏障。

為了避開這個問題，CN 102563781 A設計了一種垂直式的輻射金屬板，輻射板與換熱器不接觸，兩者之間形成一個狹窄的風道，利用重力進行對流換熱，換熱器下設置冷凝水托盤收集換熱器上的冷凝水。CN 105627439 A設計了一種吊頂透射式冷熱輻射空調，在輻射板外設置有一個紅外線透射板，在輻射板與紅外透射板之間形成一個空氣層，利用紅外線透射板對紅外線的吸收、折射率低的特點建立輻射板與人體間的紅外輻射熱傳遞。上述這類設計本質上而言都是采用的兩層輻射板設計，僅內層布置冷熱水管。這類設計只是一定程度上緩解凝結水問題，但都需要專門的除濕裝置，而且兩次輻射導致輻射增加一層熱阻，傳熱效率低、響應慢，難以廣泛使用。CN 103982017提出了一種防凝露的金屬輻射板，即將金屬板進行超疏水處理，在潮濕環(huán)境下，低溫冷表面不會出現(xiàn)凝露；但是實際環(huán)境條件下，空氣中灰塵會改變金屬輻射板疏水性，另一方面，當空間內溫度降低時，空氣中的水蒸氣不在金屬板上冷凝，就會在空間內例如地板、家具表面冷凝，因此限制了其廣泛應用。

技術實現(xiàn)要素：

為克服上述缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種多孔介質輻射板，以達到克服現(xiàn)有技術中的凝結水問題，同時不降低輻射面的輻射效率的目的。

為了達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種多孔介質輻射板，包括輻射板本體、傳熱孔道和除濕孔道,所述輻射板本體采用多孔介質材料制成，所述傳熱孔道和所述除濕孔道位于所述輻射板內部。

進一步地，所述輻射板本體的多孔介質應選擇具有高導熱性、高吸濕性，并且具有一定的結構強度的材料，其材料包括燒結磚、青磚、模鑄砂型、多孔陶瓷、玻璃纖維、活性炭、木質密度板、水泥、氧化鋯陶瓷、硅化物、金屬泡沫和巖石類中的一種或多種，以及其他具有上述多孔介質性能的新型材料。

進一步地，所述多孔介質材料的孔隙率為2％-94％。

進一步地，所述傳熱孔道與空調回路相連接，所述除濕孔道與除濕回路相連接。

進一步地，所述輻射板上設置有輻射面，所述輻射面直接與空間內空氣接觸，并通過輻射和對流換熱，將冷熱能量直接傳遞給空間內環(huán)境和人體，不經(jīng)過二次傳熱。

進一步地，所述輻射板可以直接連接空調制冷劑回路，以制冷劑氟利昂及其替代物為工質，也可連接二次傳熱回路，以水或氣體為工質。

進一步地，所述輻射板多孔介質的孔隙率根據(jù)不同區(qū)域特點可合理分布，可按照靠近空間內空氣側孔隙率較高、靠近除濕孔管側的孔隙率較低進行分布，以便利用毛細力驅動多孔介質內液相冷凝水流向除濕孔道。

進一步地，所述傳熱孔道和除濕孔道可以通過合理選擇傳熱和除濕工質合并成在同一個孔道系統(tǒng)內同時完成傳熱和除濕功能，或分開兩個獨立的孔道系統(tǒng)。

進一步地，所述傳熱孔道和除濕孔道的橫截面設置為圓形、橢圓形、方形、梯形或多邊形，其軸向設置為直線、U型、蛇形或同心圓狀。

進一步地，所述傳熱孔道和除濕孔道直接由輻射板的多孔介質模鑄或鉆銑形成，或在孔道內插入相應的專門管道；所述專門管道的壁面設置為鏤空狀或多孔狀，以便讓多孔介質內液相蒸汽進入除濕孔道；所述專門管道的材質為金屬材料或有機材料，金屬材料包括銅、鋁等，有機材料包括PVC等。

進一步地，所述輻射板上的多孔介質設置為翅片狀，翅片狀頂端相互封閉后形成除濕孔道，以增加多孔介質除濕傳質接觸面，加速除濕。

進一步地，所述輻射板的大小可以靈活設置，可以以整面吊頂、墻壁、地面為一個換熱單元，設置一個輻射板；也可以設計成小的輻射板，輻射板相互拼接，形成大的輻射板，采用類似鋁扣板吊頂形式拼接填滿整個換熱面積，拼接單元之間可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明的輻射板屬于暖通系統(tǒng)中的制冷或制熱末端。本發(fā)明可以使用輻射板直接向人體和空間內環(huán)境傳遞熱量，傳熱效率高，制冷制熱響應速度快，人體舒適感強，節(jié)能效果明顯。本發(fā)明使空氣中的水蒸氣直接凝結在輻射面上，并被輻射板的多孔介質吸收，多孔介質則由輻射板內除濕工質除濕，由此帶走空間內的冷凝水。系統(tǒng)能自動調節(jié)空間內濕度，不需額外的除濕裝置，也不需要相應的濕度監(jiān)控設備。本發(fā)明利用空氣結露來自動調節(jié)空間內濕度，不會導致空間內濕度過高致使水蒸氣在空間內家具表面凝結，也不會有常規(guī)空調使用后的干燥感。本發(fā)明輻射板采用多孔介質組成，表面硬度較高，可以進行正常清潔，不會發(fā)生吸附灰塵等因素導致輻射和除濕性能退化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明應用的輻射空調系統(tǒng)連接圖；

圖2(a)是本發(fā)明的輻射板示意圖；

圖2(b)是本發(fā)明的輻射板截面圖；

圖3是本發(fā)明多孔或鏤空的傳熱和除濕孔道內插管示意圖；

圖4是本發(fā)明多孔介質內液相冷凝水傳質示意圖；

圖5(a)是本發(fā)明輻射板內傳熱孔道與除濕孔道合并的系統(tǒng)連接圖；

圖5(b)是本發(fā)明輻射板內傳熱孔道與除濕孔道合并的輻射板截面示意圖；

圖6是本發(fā)明翅片形式除濕孔道示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。

附圖1所示為本發(fā)明的一種多孔介質輻射板應用于輻射空調的系統(tǒng)連接圖，如圖所示，包括輻射板系統(tǒng)10，輻射板系統(tǒng)10與制冷制熱的空調系統(tǒng)11相連接，形成空調回路13，同時與用于排出冷凝液的除濕系統(tǒng)12相連接，形成除濕回路14。輻射板系統(tǒng)10是空調回路13的傳熱末端，用于將冷量和熱量通過對流和輻射傳遞給空間內環(huán)境和人體，傳熱系數(shù)h_h；同時，輻射板系統(tǒng)10也是空間內空氣中水蒸氣冷凝后冷凝液的吸收裝置，冷凝液在輻射板系統(tǒng)10表面冷凝后，被輻射板系統(tǒng)10吸收并傳遞到除濕回路14，傳質系數(shù)h_m。冷凝液通過除濕回路14傳遞給除濕系統(tǒng)12，在除濕系統(tǒng)12干燥后返回輻射板系統(tǒng)10，如此循環(huán)。在加熱工況下，因不會形成冷凝液，系統(tǒng)不需除濕，但是可以相反通過除濕回路14向空間內空氣增加濕度。

如圖2(a)-(b)所示，輻射板系統(tǒng)10包含一個輻射板21，傳熱孔道61和除濕孔道62，保溫板23，進出口總管27、28；輻射板21設置有外表面24和內表面25；外表面24是輻射板的輻射面，與空間內空氣直接接觸，通過對流和輻射的方式將熱量傳遞給人體和空間內環(huán)境；內表面25與保溫板23緊密接觸。傳熱孔道61、除濕孔道62分別與進出口總管27、28連接。保溫板23下面與輻射板21的內表面25接觸，上部表面與空氣或墻體接觸。保溫板23用于將輻射板21與其它環(huán)境隔離，減少能量損失。

輻射板21內的傳熱孔道61內有傳統(tǒng)空調、熱泵、鍋爐等冷熱源冷卻或加熱過的流體在其中流動，將熱量/冷量傳遞給輻射板21，然后進一步傳遞到空間內環(huán)境和人體；除濕孔道62內流通除濕用的氣體，由除濕系統(tǒng)12干燥，除濕干燥方式可以采用常規(guī)的吸附式和冷凍式，吸附式干燥是利用吸附原理，濕空氣通過干燥劑時，水份被吸附，得到干空氣，常用干燥劑有氯化鈣、氫氧化鈉、堿石灰、高分子樹脂、二氧化硅等等；冷凍式干燥是利用冷卻空氣，降低空氣溫度的原理，將濕空氣中的水份通過冷凝后從空氣中析出，得到干空氣。也可以直接通過回路14導入室外相對干燥的氣體直接干燥。在冬季空間內濕度過低時,可以在除濕孔道62內通入高濕度空氣或者直接導入水,通過逆向滲流向空間內空氣增加濕度。傳熱孔道61、除濕孔道62的截面形狀可以根據(jù)需要靈活設計，包括但不限于圓形、橢圓形、方形、梯形、多邊形等；軸向形狀也可以根據(jù)需要靈活設計，包括直線型、蛇形、U型、同心圓狀等。傳熱孔道61、除濕孔道62的相對位置、孔道大小、孔道數(shù)量、分布也可以根據(jù)實際需要靈活設計。

輻射板21本體采用多孔介質加工而成，選用的多孔介質應具備高導熱性、高滲透率以及恰當?shù)目紫堵?；可選的輻射板21用多孔介質包括但不限于燒結磚、青磚、模鑄砂型、多孔陶瓷、玻璃纖維、活性炭、木質密度板、水泥、氧化鋯陶瓷、硅化物、金屬泡沫和巖石類等中的一種或多種，以及其他具有上述多孔介質性能的新型材料。優(yōu)選為硅化合物，如二氧化硅、沸石、多孔質玻璃、磷灰石、硅藻土、高嶺石、海泡石、水鋁英石、伊毛縞石、活性白土、二氧化硅-氧化鋁復合氧化物、二氧化硅-二氧化鈦復合氧化物、二氧化硅-氧化鋯、二氧化硅-氧化鋁復合氧化物、二氧化硅-二氧化鈦復合氧化物、二氧化硅-氧化鋯、二氧化硅-氧化鎂、二氧化硅-氧化鑭、二氧化硅-氧化鋇、二氧化硅-氧化鍶等復合金屬氧化物等。其中作為硅化合物優(yōu)選二氧化硅、海泡石、沸石等。也可以采用上述材料的一種或多種的組合。

多孔介質材料內孔隙的多少是影響其性質的重要因素之一。多孔介質材料的孔隙率定義為：多孔介質內的微小空隙的總體積與該多孔介質的總體積的比值?？紫堵逝c多孔介質固體顆粒的形狀、結構和排列有關。在常見的非生物多孔介質中，玻璃纖維等的孔隙率最大達83％～94％，混凝土水泥、石灰石、白云石等孔隙率最低可達2％～4％，地下砂巖的孔隙率大多為4％～30％，磚的孔隙率為12％～34％。本發(fā)明的輻射板本體用多孔介質孔隙率范圍為2％～94％。

圖2(b)所示的是輻射板21內多孔介質密度和硬度相對較高的情況，此時可以直接在輻射板21上通過模鑄、鉆銑等方式形成傳熱孔道61、除濕孔道62。對于玻璃纖維、活性炭、密度板等密度和硬度較低的情況，或水泥、巖石等韌性較低的情況，可在孔道內插入專門的內插管道，內插管道與傳熱孔道61、除濕孔道62緊密接觸。內插管道可以采用金屬，如銅、鐵、鋼、銀、鋁等材質，也可以采用PVC、PPP、PEC等有機材質。如圖3所示，對于除濕孔道62內的內插管道，管道壁面40應設置成多孔或鏤空41，以利于除濕。

在制冷工況下，當輻射板21附近溫度低于空氣中水蒸氣露點溫度時，水蒸氣將會在輻射板21外表面24上凝結，冷凝液被輻射板21的多孔介質吸附，形成多孔介質內液相，然后在多孔介質內傳遞到除濕孔道62，并由除濕孔道62內除濕工質帶出輻射板21。多孔介質中液相傳質機理如圖4所示，在輻射板21內液相傳遞的機理主要包括以下三種：

(1)液相濃度梯度驅動：靠近輻射板21外表面24處，多孔介質內液相濃度相對較高，靠近除濕孔道62附近，液相濃度相對較低。存在濃度梯度時，由于擴散作用物質總是趨向于從高濃度向低濃度處轉移。其控制方程為Fick定律：

這里q_m質量流量，D為傳質系數(shù)，ρ_L為多孔介質中液相的質量濃度。

(2)毛細力驅動：多孔介質內不同區(qū)域特征孔隙率不同，靠近外表面24處多孔介質孔隙較大，特征尺寸r₁相對較大；靠近除濕孔道62處多孔介質孔隙較小，特征尺寸r₂相對較小。根據(jù)毛細驅動原理，由界面力引起的毛細流驅動力為不同界面力差：

這里σ為表面張力，θ為接觸角。ΔP驅動多孔介質內液相從r₁流向r₂。

(3)對流傳質：在除濕孔道62處，管內流體工質流動引起的對流表面?zhèn)髻|，將多孔介質內的液相冷凝水帶走：

q_m＝h_m(ρ_L，w-ρ_L，f) (3)

這里h_m是表面?zhèn)髻|系數(shù)，ρ_L，w，ρ_L，f分別為多孔介質和除濕工質管道62內液相質量濃度。

基于上述三種多孔介質內傳質機理，所述輻射板21的多孔介質孔隙可以詳細設計，包括輻射板21中多孔介質的孔隙率分布(即r₁、r₂的相對大小和絕對大小)、除濕孔道62的大小、間距，以及除濕孔道62上內插管上多孔或鏤空41的形式和大小。

由于多孔介質內孔隙尺寸非常小，一般都在毫米、微米甚至納米級，在這種情況下，流體的粘性力和表面張力的作用遠遠大于重力影響，此時多孔介質內傳質機理均與重力方向無關，因此本發(fā)明的輻射空調系統(tǒng)可以以任意角度安裝，既可水平安裝于吊頂、地板，也可安裝豎直、傾斜墻面上。

根據(jù)安裝設計的實際需要，所述輻射板21的大小可以靈活設計：可以以一整個頂部、一個面墻壁、一個地面為一個換熱單元，僅設有一個進口和出口；也可以設計成小的輻射板，多個輻射板21之間相互拼接形成一個大的輻射板，類似鋁扣板吊頂形式拼接填滿整個換熱面積，輻射板之間的傳熱孔道、除濕孔道可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)。

保溫板23用于將輻射板21與周圍環(huán)境隔離，減少能散失；保溫板23材料采用導熱系數(shù)小的保溫材料，如擠塑板EPS或XPS、聚苯板、聚氨酯、酚醛樹脂、聚苯乙烯、玻璃纖維、巖棉、羊毛、海綿、橡膠。保溫板23與輻射板21接觸的上部表面26上貼有錫箔，以降低輻射傳熱。保溫板23還將輻射板21內的冷凝水與外界隔離，防止水蒸氣再次進入空間內空氣中，降低輻射系統(tǒng)的除濕效果。

下面是本發(fā)明的另一種形式。

通過合理選擇空調回路13的傳熱工質和除濕回路14的除濕工質，除濕回路14的功能可以合并到空調回路13中。如圖5(a)-(b)所示，輻射板系統(tǒng)10用于傳熱和吸收冷凝液，回路16連接到空調及除濕系統(tǒng)15，回路16內流動工質為氣體，如空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、惰性氣體等，優(yōu)選為空氣。如圖5(a)所示，制冷工況下，空調及除濕系統(tǒng)15對工質氣體進行冷卻，并同時進行干燥除濕，然后低溫干燥氣體通過回路16流入輻射板系統(tǒng)10，將冷量傳遞給輻射板10，并同時吸收其中的濕氣，然后返回空調及除濕系統(tǒng)15，如此循環(huán)。在這種情況下，輻射板21內的傳熱孔道61和除濕孔道62功能合二為一，圖示為傳熱、除濕孔道22，如圖5(b)所示。其它方面的設計與上述發(fā)明示例一致。

下面是本發(fā)明的另一種形式。

本發(fā)明的另外一種優(yōu)化方式如圖6所示，包含一個輻射板21和保溫板23，這些設計特征與上述發(fā)明示例說明一致。主要差異在于輻射板21的傳熱和除濕功能分開，并且設置有傳熱孔道61、除濕孔道80。

輻射板21包括下面平板部分82和上面翅片部分83；平板部分82與翅片部分83緊密接觸，或者兩者為一個整體，其材料為上述相同或不同的多孔介質材質。平板部分82內布置的孔道全部為傳熱孔道61，傳熱孔道61用于將熱量、冷量傳遞給輻射板21內的多孔介質。輻射板21上部的翅片部分83包含有多個翅片突起84，翅片84上面由平板81封閉，翅片84與翅片84之間形成除濕孔道80。除濕氣體在除濕孔道80內流動，帶走翅片部分83多孔介質內的液相冷凝液。根據(jù)傳熱傳質原理，翅片84增加了除濕孔道80與平板部分82的接觸面積，有助于強化多孔介質內的液相質量傳遞，增加除濕速度。進一步地，除濕氣體的除濕孔道80可以根據(jù)實際設計進行優(yōu)化設計，結合翅片84形狀，其截面可以為方形、圓形、橢圓形、多邊形等。

對于本領域的技術人員而言，可根據(jù)以上描述的技術方案及構思，進一步增加多孔隔板、毛氈、纖維氈、海綿等，以進一步降低管道內流動噪音，增強保溫，而所有的這些改變以及變形都應該屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。

以上實施方式只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人了解本發(fā)明的內容并加以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所做的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。