本發(fā)明涉及工程熱物理，特別涉及一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置。

背景技術：

1、隨著空調技術的普及和人民生活水平的提高，建筑物制冷能耗在逐年增加。截止2020年，我國建筑的能源消耗占全國能源消耗的21.9%，其中40%以上用于空調制冷，輻射制冷技術可以自發(fā)地將熱量以電磁波的形式輸送至零下270攝氏度的外太空，被譽為新一代制冷技術，受益于其被動無能耗制冷的特性，輻射制冷為建筑制冷提供了新的方向。

2、現有技術中輻射制冷雖然實現了部分降溫或節(jié)能功能，但存在如下問題：

3、輻射制冷受制于環(huán)境的波動性，制冷效果不穩(wěn)定，在不適合輻射制冷的環(huán)境條件下，可能會導致輻射制冷器件反向為室內加熱、增加空調負擔。

4、現有建筑物輻射制冷方法受建筑物所處環(huán)境影響較大，如建筑物上方有植物或其他結構覆蓋會大大降低輻射制冷效果，同時也會受到屋頂面積的限制，無法提高制冷功率。

5、直接覆蓋在建筑物屋頂或外表面的輻射制冷涂層雖然可以在高溫時實現一定的降溫效果，但在冬季卻會大大增加建筑制熱耗能。

6、帶有蓄冷裝置的輻射制冷循環(huán)系統(tǒng)結構復雜、成本較高，不能靈活應用在不同的場景，如小型建筑、運輸倉等。

7、現有輻射制冷器件缺少針對性的傳熱學設計，輻射制冷材料大多暴露于空氣中，受到環(huán)境對流換熱的嚴重影響，效率低下；此外，灰塵、雨水等因素也會影響輻射制冷材料的效果和壽命。

技術實現思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題：輻射制冷受制于環(huán)境的波動性，制冷效果不穩(wěn)定，在不適合輻射制冷的環(huán)境條件下，可能會導致輻射制冷器件反向為室內加熱、增加空調負擔的情況。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，包括：室內換熱器，所述室內換熱器通過熱三極管與室外的輻射制冷器連接；

3、所述輻射制冷器包括絕熱保護殼，在絕熱保護殼內由上至下依次設置有覆膜、對流隔絕層、輻射制冷層、換熱層；

4、所述熱三極管由制冷控制開關控制導通。

5、前述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，所述絕熱保護殼包括外部支撐框架，在支撐框架內部布置有內部填充物，內部填充物用于隔絕環(huán)境與所述換熱層、輻射制冷層間的非輻射換熱，材料為隔熱泡沫、隔熱海綿或真空；

6、所述支撐框架材料為不銹鋼、鋁合金或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

7、前述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，所述換熱層選用平板換熱器、微流道換熱器,所述換熱層用于在熱三極管和輻射制冷層之間進行熱量交換，等效對流換熱系數大于3000w/m2-k，選用材料為銅或鋁。

8、前述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，所述換熱層包括并聯設置的多根支管，支管兩端分別連接有主管，工質由一根主管一端分別流入多根支管后匯入另一根主管流出,換熱層的主管和支管的徑向截面為剪切圓，剪切弦位于上表面，換熱層所有主管和支管的最高點處于同一水平高度。

9、前述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，換熱層與輻射制冷層中間填充有導熱膠；

10、輻射制冷層太陽波段加權平均反射率大于0.95，紅外波段在300k（開爾文）下的加權平均輻射率大于0.9，輻射制冷層為雙層膜結構，上層材料為膨體聚四氟乙烯，厚度為0.1-0.3mm，下層為拋光鋁板，厚度為0.1-0.2mm。

11、前述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，所述對流隔絕層是由絕熱保護殼、輻射制冷層和覆膜圍成的腔體，導熱系數小于0.05w/m-k，8-13微米的紅外透過率大于0.95；選用材料為空氣或紅外透明陶瓷。

12、前述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，所述覆膜覆蓋于對流隔絕層與絕熱保護殼上方，對8-13微米的紅外透過率大于0.95，選用材料為聚乙烯薄膜。

13、前述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，室內換熱器以水為傳熱工質，所述室內換熱器可采用柱式換熱器、肋片換熱器、風冷通道或水冷通道，室內換熱器的對流換熱系數大于10?w/(m-k)。

14、前述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，室內換熱器通過循環(huán)管路與待降溫房間外的熱三極管連接；

15、所述熱三極管包括循環(huán)管路以及工質循環(huán)控制系統(tǒng)，所述工質循環(huán)控制系統(tǒng)包括制冷控制開關，制冷控制開關由控制單元進行控制，所述制冷控制開關3為循環(huán)泵，由控制單元來控制循環(huán)泵的啟停。

16、前述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，循環(huán)泵的控制單元分別測量待降溫房間和輻射制冷器的溫度，當待降溫房間溫度高于輻射制冷器溫度時，循環(huán)泵的控制單元控制工質循環(huán)泵開啟，輔助空調為房間降溫；當待降溫房間溫度低于輻射制冷器溫度時，循環(huán)泵的控制單元控制工質循環(huán)泵關閉，循環(huán)系統(tǒng)停止工作，從而防止外界熱流進入房間。

17、本發(fā)明達到的有益效果：本發(fā)明的利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，利用熱三極管避免了輻射制冷裝置在輻射制冷效果較差時反向阻礙空調制冷，大幅提高節(jié)能效果。可為建筑物提供約150w/m2(即3.6kwh/m2/天)的制冷功耗，既可以單獨為目標物提供降溫效果，也可以輔助空調進行大功耗制冷的節(jié)能。

18、現有技術中，直接覆蓋在建筑物屋頂或外表面的輻射制冷涂層雖然可以在高溫時實現一定的降溫效果，但在冬季卻會大大增加建筑制熱耗能，本發(fā)明的利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置通過可主動控制的熱三極管，可滿足冬季保暖需求。

19、與帶有蓄冷裝置的輻射制冷循環(huán)系統(tǒng)相比，本發(fā)明的利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置結構簡單，成本更低，適合多種不同場景的靈活使用。

20、與對空調室內或室外機進行控制的方法相比，本發(fā)明的節(jié)能裝置在空調的基礎上引入輻射制冷循環(huán)，在增強降溫性能的同時節(jié)約空調能耗。此外，本發(fā)明中的控制系統(tǒng)針對輻射制冷循環(huán)，結構簡單成本低廉，無需對商品空調的結構與控制系統(tǒng)進行大幅修改。

21、與利用空調輻射板進行室內換熱的空調相比，本發(fā)明節(jié)能裝置中的輻射制冷板位于室外而非室內，室內空調輻射板用于空調與房間的換熱，而本發(fā)明中的輻射制冷板用于將熱量以熱輻射的方式排散到外太空，強化制冷能力并降低空調能耗。

22、本發(fā)明針對輻射制冷器進行了傳熱學設計，換熱層四周用隔熱材料包裹降低其與周圍環(huán)境的熱傳導；輻射制冷器頂部的覆膜，能夠在輻射制冷層上方建立對流隔絕層，降低輻射制冷層與環(huán)境對流換熱的同時防止灰塵與雨水侵蝕輻射制冷層，提高輻射制冷材料的使用壽命。

技術特征：

1.一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，其特征在于，包括：室內換熱器（1），所述室內換熱器（1）通過熱三極管（2）與室外的輻射制冷器（9）連接；

2.根據權利要求1所述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，其特征在于，所述絕熱保護殼（4）包括外部支撐框架，在支撐框架內部布置有內部填充物，內部填充物用于隔絕環(huán)境與所述換熱層（5）、輻射制冷層（6）間的非輻射換熱，材料為隔熱泡沫、隔熱海綿或真空；

3.根據權利要求1所述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，其特征在于，所述換熱層（5）選用平板換熱器或微流道換熱器，用于在熱三極管（2）和輻射制冷層（6）之間進行熱量交換，等效對流換熱系數大于3000w/m2-k，

4.根據權利要求5所述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，其特征在于，所述換熱層（5）包括并聯設置的多根支管，支管兩端分別連接有主管，工質由一根主管一端分別流入多根支管后匯入另一根主管流出,換熱層（5）的主管和支管的徑向截面為剪切圓，剪切弦位于上表面，換熱層（5）所有主管和支管的最高點處于同一水平高度。

5.根據權利要求1所述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，其特征在于，換熱層（5）與輻射制冷層（6）中間填充有導熱膠；

6.根據權利要求1所述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，其特征在于，所述對流隔絕層（7）是由絕熱保護殼（4）、輻射制冷層（6）和覆膜（8）圍成的腔體，導熱系數小于0.05w/m-k，8-13微米的紅外透過率大于0.95；選用材料為空氣或紅外透明陶瓷。

7.根據權利要求1所述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，其特征在于，所述覆膜（8）覆蓋于對流隔絕層（7）與絕熱保護殼（4）上方，對8-13微米的紅外透過率大于0.95，選用材料為聚乙烯薄膜。

8.根據權利要求1所述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，其特征在于，所述室內換熱器（1）以水為傳熱工質，室內換熱器（1）采用柱式換熱器、肋片換熱器、風冷通道或水冷通道，室內換熱器（1）的對流換熱系數大于10?w/(m-k)。

9.根據權利要求1所述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，其特征在于，室內換熱器（1）通過循環(huán)管路與待降溫房間（10）外的熱三極管（2）連接；

10.根據權利要求9所述的一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，其特征在于，循環(huán)泵的控制單元分別測量待降溫房間和輻射制冷器的溫度，當待降溫房間溫度高于輻射制冷器溫度時，循環(huán)泵的控制單元控制工質循環(huán)泵開啟，輔助空調為房間降溫；當待降溫房間溫度低于輻射制冷器溫度時，循環(huán)泵的控制單元控制工質循環(huán)泵關閉，循環(huán)系統(tǒng)停止工作，從而防止外界熱流進入房間。

技術總結
本發(fā)明公開了一種利用輻射制冷的輔助空調節(jié)能裝置，包括：室內換熱器，所述室內換熱器通過熱三極管與室外的輻射制冷器連接；所述輻射制冷器包括絕熱保護殼，在絕熱保護殼內由上至下依次設置有覆膜、對流隔絕層、輻射制冷層、換熱層；所述熱三極管由制冷控制開關控制導通。本發(fā)明的輔助空調節(jié)能裝置利用熱三極管裝置，避免了裝置在輻射制冷效果較差時反向阻礙空調制冷，大幅提高節(jié)能效果，且結構簡單，成本低，適合多種不同場景使用。

技術研發(fā)人員：陳震,趙曉冬,張政,房安之
受保護的技術使用者：東南大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10