一种带有干燥空气中空结构的制冷剂直接辐射供冷/供热装置及设计计算方法

本发明涉及供能，具体是一种带有干燥空气中空结构的制冷剂直接辐射供冷/供热装置及设计计算方法。

背景技术：

1、辐射供冷/供热系统，尤其是辐射供冷系统，在室内环境营造设备中扮演着重要角色。这种系统以其节能性和舒适度高的特点，逐渐得到了广泛应用。辐射供热系统较为成熟，最常用水作为加热介质，也可以用发热电缆或电热膜作为发热元件。然而，辐射供冷系统面临着一些挑战和问题。

2、首先，辐射供冷系统存在表面结露的风险。这是因为当辐射表面的温度过低时，空气中的水蒸气会在表面凝结，形成结露。这不仅会影响系统的运行效果，还可能对室内环境造成不良影响。为了防止表面结露，通常需要保持辐射表面的温度高于室内空气的露点温度。然而，这会导致辐射供冷末端的单位面积供冷量偏低，从而限制了系统的性能。

3、为了解决这个问题，一种方法是增加对流末端，对空气进行除湿，并承担剩余的大部分负荷。然而，这种做法虽然可以在一定程度上缓解表面结露的问题，但也会带来额外的能耗和成本。同时，对流末端的增加也会降低辐射系统的优势，使其在单位面积供冷量方面难以充分发挥潜力。

4、另一种解决方法是通过表面温度控制来防止结露。然而，这种方法在实际应用中存在一定的困难，因为辐射末端的结露和供冷都是在辐射表面上发生的，通过表面温度控制来解决这两个问题的措施是互相矛盾的。如果过分追求表面温度的控制，可能会导致供冷量的牺牲，从而影响系统的整体性能。

5、只有将表面结露控制和辐射量控制两种措施分离开，才有可能从根本上解决辐射供冷系统面临的问题。传统的辐射供冷系统辐射面直接与空气接触是导致这一问题的根源，因此亟需一种装置能够有效解决该技术问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提供一种带有干燥空气中空结构的制冷剂直接辐射供冷/供热装置及设计计算方法，通过装置中的干燥空气中空结构和高红外透过面板，将传热过程中的辐射传热和对流传热解耦，将辐射换热的表面与对流换热的表面分离，供冷时使得室内空气不与低温的辐射表面直接接触，两者之间没有对流传热，以便在供冷时保持较低的温度，提高供冷量。

2、本发明为实现上述目的，采用以下方案：

3、根据本发明的一方面，提供一种制冷剂直接辐射供冷装置，包括间隔平行设置的制冷剂管道，所述制冷剂管道上方设置均热板，所述均热板上方设置高红外透过饰面板，所述均热板和高红外透过饰面板之间设置干燥空气中空结构，所述制冷剂管道之间及下方设置保温层。

4、所述均热板外表面进行高发射率处理。

5、干燥空气中空结构内为干燥且不含co2的空气。

6、根据本发明的另一方面，提供一种制冷剂直接辐射供冷装置的设计计算方法，

7、s1、根据已知室内设计参数，确定辐射装置的参数；

8、s2、对高红外透过饰面板建立热平衡，具体为：

9、高红外透过饰面板与均热板的辐射换热量q1+高红外透过饰面板与均热板通过空气夹层的导热量q2＝高红外透过饰面板与室内墙面的辐射换热量q3+高红外透过饰面板与室内空气的对流换热量q4，即q1+q2＝q3+q4。

10、进一步的，辐射装置的参数包括高红外透过饰面板的红外透射率ζ和发射率ε，空气层厚度δ，均热板温度和发射率；

11、其中，发射率ε+透射率ζ＝1

12、室内壁面发射率ε2和均热板发射率ε1根据材料直接确定；

13、高红外透过饰面板发射率需结合其透射率来确定，可建立其他未知参数的关系式：

14、f(δ,t1,t3)＝c

15、式中c是常数；f代表函数；其中t3为高红外透过饰面板温度，其需要满足防结露条件，且可根据室内空气参数的露点温度确定其下限；t1为均热板温度，根据不同的均热板温度t1，可得到不同的空气层厚度δ，均热板温度越低，空气层越厚；

16、此时，辐射板与室内壁面之间的辐射换热量为加上q3则为辐射装置与室内总的辐射换热量。

17、进一步的，由于高红外透过饰面板与均热板距离很近，二者面积相同，均为a，辐射换热量q1简化为：

18、式中，称为系统发射率；t1为均热板表面温度；t3为高红外透过饰面板表面温度。

19、进一步的，高红外透过饰面板与均热板通过空气夹层的导热量

20、

21、式中：λ为空气层导热系数；δ为空气层厚度；a3高红外透过饰面板面积；t1为均热板温度；t3为高红外透过饰面板温度；

22、进一步的，高红外透过饰面板与室内墙面的辐射换热量

23、

24、式中：eb2为室内墙面或物体表面辐射力；eb3为高红外透过饰面板表面辐射力；ε2为室内墙面或物体发射率；ε3为高红外透过高红外透过饰面板发射率；a2为墙面面积；x2,3是角系数，表示离开墙面辐射能量中落到高红外透过饰面板面上的百分数；

25、其中，表面辐射力由斯蒂芬-玻尔兹曼定律得：

26、

27、式中，σb＝5.67×10-8w/(m2·k4)，为黑体辐射常数；cb＝5.67w/(m2·k4)，称为黑体辐射系数；t为表面温度，t＝t+273.15。

28、进一步的，高红外透过饰面板与室内空气的对流换热量q4＝h×a×(ta-t3)

29、式中：h为对流换热系数，a为换热面积，ta-t3为空气和高红外透过饰面板之间的温差。

30、对比现有技术，本发明的有益效果在于：

31、1、本发明通过干燥空气中空结构和高红外透过饰面板可实现辐射换热和对流换热过程的分离，避免造成高红外透过饰面板温度低，有效防止结露。

32、2、中空结构中的空气层为干燥且不含co2的空气，内部没有结露风险，表面可低至制冷剂蒸发温度，可直接采用制冷剂进行供冷，而不需要采用其他中间介质；利用制冷剂进行热量输送，充分利用相变潜热，系统流量远小于水系统，输配能耗低，管道尺寸小。

33、3、本装置支持更高的均热板温度，辐射供热量可进一步提升，可用作局部加热装置，或者用于理疗等方面，既可以满足高温辐射需求，又可以防止表面温度过高带来的烫伤风险以及对流热损失的增加。

34、4、现有辐射系统供冷量远小于供热量，而本装置单位面积供冷量与供热量相当，一套系统即可满足冬夏季需求。

技术特征：

1.一种带有干燥空气中空结构的制冷剂直接辐射供冷/供热装置，其特征在于：包括间隔平行设置的制冷剂管道，所述制冷剂管道上方设置均热板，所述均热板上方设置高红外透过饰面板，所述均热板和高红外透过饰面板之间设置干燥空气中空结构，所述制冷剂管道之间及下方设置保温层。

2.根据权利要求1所述一种带有干燥空气中空结构的制冷剂直接辐射供冷/供热装置，其特征在于：所述均热板外表面进行高发射率处理。

3.根据权利要求1所述的一种带有干燥空气中空结构的制冷剂直接辐射供冷/供热装置，其特征在于：干燥空气中空结构内为干燥且不含co2的空气。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的带有干燥空气中空结构的制冷剂直接辐射供冷/供热装置的设计计算方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种设计计算方法，其特征在于：

6.根据权利要求4所述一种设计计算方法，其特征在于：

7.根据权利要求4所述一种设计计算方法，其特征在于：

8.根据权利要求6所述一种设计计算方法，其特征在于：

9.根据权利要求4所述一种设计计算方法，其特征在于：

技术总结本发明涉及供能技术领域，公开了一种带有干燥空气中空结构的制冷剂直接辐射供冷/供热装置及设计计算方法，包括间隔平行设置的制冷剂管道，所述制冷剂管道上方设置均热板，所述均热板上方设置高红外透过饰面板，所述均热板和高红外透过饰面板之间设置干燥空气中空结构，所述制冷剂管道之间及下方设置保温层。通过装置中的干燥空气中空结构和高红外透过饰面板，将传热过程中的辐射传热和对流传热解耦，将辐射换热的表面与对流换热的表面分离，供冷时使得室内空气不与低温的辐射表面直接接触，两者之间没有对流传热，以便在供冷时保持较低的温度，提高供冷量。技术研发人员：王刚,杜雨,梁士民,张晓霞,刘国丹,胡松涛受保护的技术使用者：青岛理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16