专利名称：远红外线辐射供暖与通风制冷设备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于高大空间的集供暖—通风—制冷功能于一体的高效管式复合空气调节设备及其方法。
背景技术：
对于高大空间的采暖、制冷及通风，目前国内仍多采用暖气片、暖风机及通风管道等传统的传导和对流方式对空气进行混合调节。但它往往存在以下几个问题当空间过高、跨度大、门窗面积大、保温结构传热系数大时，产生的温度梯度大，空气上下严重分层，形成上热下冷的现象，这就造成了高大空间建筑物在冬季采暖时热负荷高、负荷系数大和夏季制冷时冷负荷需求大，门窗等缝隙所渗透的空气也增加了热冷负荷的需求。为了满足高大空间建筑物内的工作环境要求，只能以增加负荷，增多设备等方法来解决，造成了投资增加，能源浪费严重，更不符合环保节能要求。
发明内容
1、发明目的本发明提供一种在高大空间环境下集供暖—通风—自然空气调节—制冷为一体的远红外线辐射供暖与通风制冷设备及其方法，其目的在于通过该设备和方法，既可以保证使用区域的工作温度和空气品质，又可以有效地解决空间上下空气分层，解决了以往传统混合式取暖、制冷、通风方式带来的能源浪费较大、效率低下、维修不便等方面存在的问题。
2、技术方案本发明是通过以下技术方案来实现的一种远红外线辐射供暖与通风制冷设备及其方法，其特征在于该设备主要包括两部分，一部分为远红外线辐射供暖设备，主要由主机连接一个封闭的辐射管组成；主机中设有燃烧机，燃烧机与控制器连接，控制器与温度感应器连接；另一部分为通风制冷设备，在通风制冷设备的进风口处连接有倒吸风机，与倒吸风机相连的是通风管，通风管设置在远红外线辐射供暖设备的上面；与通风管相连的为侧壁管，在侧壁管的末端设有制冷系统及出气口。
该设备的辐射管和通风管都为封闭的管路，它们设置在辐射系统外管壳内，管路上面设有保温棉；管路以压力咬口连接方式螺旋绕制而成，管径在150～390mm之间，单回程管最长为150米；其中辐射管的内壁上均匀密布间距为2mm、φ0.03～0.05×0.03～0.05mm的圆形小坑，外壁表面涂有远红外放射物质。
该设备主机的出气口处为前燃烧室，在主机的回气口处设有倒吸风扇，其与一个电机相连；在倒吸风扇的上部设有排气口。
所述的一种远红外线辐射供暖与通风制冷设备及其方法，其特征在于该方法是将能够发射远红外线辐射供暖与通风制冷的设备固定在房屋的顶部或侧壁，距地面3～50米，并可根据房屋的大小设置多组；将空气输送系统及机械制冷设备的出气口设置在屋内的地面，外面的新鲜空气通过管式空气输送系统及机械制冷设备在距地面3米以内区域投入室内形成空气分层，即下清上浊，再将室内上部的污浊气体通过建筑物顶部的烟窗排出室外。
该方法是加热的空气在管路中形成的旋涡流的形式，流速为20m/s，并在管中循环燃烧利用。
3、优点及效果本发明的特点1)节省能源在冬季，采用辐射原理利用远红外线只加热有用的墙体地面、设备人体等，不加热空气使能源损失最小，即尽量减少由于空气对流所带走的热量；系统采用烟气循环燃烧，降低了排烟温度、减少不必要的热损失，提高燃烧效率，使总的热效率高达93％以上。
2)通风换气高效率工作使用空间内(一般指距地面3米以内)，该系统局部空气交换效率比传统混合空调方式高3倍以上。
3)热舒适性工作使用空间内上下温度差可以控制在2℃以内，能够满足热适性标准限制的要求(ISO7730＜3℃)；PMV、PPD、风速分布等评价指标均基本符合热舒适要求。
4)占用空间少与传统的采暖设备不同的是，该系统装置在屋顶或侧壁，不用特设设备间所占有效空间不大、系统结构简单、且安装吊装方便、灵活，可节约很多使用空间。
5)可用双燃料，能源选择方便灵活本辐射采暖管系统不仅可以选择气体做能源，也可使用轻油，而其它的辐射采暖系统只能燃烧气体，这使很多无气源的用户受到限制，也是其它辐射采暖设备所无法实现的。
6)安全性高由于辐射管单管最长可达150米的跨度，因此安装场所内部的配管和配线较少，没有错综复杂的管道；主机亦可布置在安装场所的外部，高温烟气在密闭的管道中，故系统具有防爆性，安全系数高；由于在安装场所没有废弃的烟气及未燃烧的燃料气体、燃烧后的水汽，所以设备及制品不会腐蚀生锈；又因为是低温辐射，所以会使精密仪器和器具保证精度不会发生形变。
7)提高生产效率，降低不合格产品率由于采用辐射原理，较其它采暖方式(对流、传导)相比本系统的预热时间较短、很容易在工作前使设备等工作区域达到和维持适当的温度、设备启闭灵活、不会发生由于温度偏差引起的不良影响、也不会使工人受到人身伤害、一年四季通过提供适当的设备运作条件，保证工作环境，从而可以大大提高工作和生产效率、降低不合格产品率。
8)环保、健康在采暖时，由于采用烟气再循环，降低了烟气中可燃物含量，同时可避免灰尘的产生，无污染并且由于辐射的远外线波长长达8～14μm可帮助室内人员促进血液循环，增进健康。
9)自动控制、分区控温、调风采用智能人工控制系统，可以调整热量、风量(温度)的供应，即使是在同一空间内也可以依照工作设备和环境的差别，使部分区域按需求调整温度，即节约了能源，又提供了一个最佳的工作环境。
10)智能化、使用寿命长、节省能源由于系统采用人工智能控制，可无人职守，使用寿命可达15年以上，维护简单、故障率低、运行费用低，与传统的空气对流传导方式相比节能60～70％，故具有很高的经济性，如以锅炉供暖为例仅冬季运行，设备利用率低、锅炉房占地面积大、需囤积原煤(油)及炉渣排放，为使冬季管路不冻裂在不供暖时也得低温运行，这样浪费了大量的能源。
四
附图1为本发明的主要结构示意图；
附图2为本发明远红外线辐射供暖设备的结构示意图；附图3为本发明附图1中辐射管的9处放大后的连接方式示意图；附图4为本发明在建筑物中布置的结构示意图；附图5为本发明辐射管在辐射系统外管壳16的横截面结构图；附图6为本发明通风管路的主要结构示意图；附图7为没有使用本发明的技术方案时建筑物内的效果图；附图8为使用本发明的技术方案时建筑物内的效果图。
五具体实施例方式本发明主要由两部分构成，一部分为远红外线辐射供暖设备，在图1中的下部分；另一部分为通风制冷设备，在图1中的上部分。远红外线辐射供暖设备主要由主机20连接一个封闭的辐射管18组成；主机20中设有燃烧机2、前燃烧室3、再循环装置6和与电机21相连的倒吸风扇7，如图2所示。燃烧机2与控制器23连接，控制器23与温度感应器24连接；从温度感应器24中了解建筑物中的温度，通过调节控制器23，实现对燃烧机2燃烧量的控制，从而实现对建筑物温度的控制。燃烧机2燃烧轻油或气体，在前燃烧室3加热空气，从辐射管18的4处开始以螺旋形式高速旋转流动(见附图1、2)。在附图2中，主机20工作时由于与其它辐射类产品不同的是，为减少管道各段温度偏差，确保燃烧系统的稳定性，用倒吸风扇7将燃烧空气从主机20的进风口5吸入，吸入过程中，大部分气体在管道中循环燃烧利用，极少部分剩余尾气从排气口8通过烟囱排入大气中。
从附图1中我们可以看出，供暖用的辐射管18上层设有通风管25，通风管25也是一个封闭循环管道，但它通过风箱直接与屋顶的倒吸风扇11及制冷机组连接。这层管道内壁是平滑的、螺旋形压力咬口连接的管道。在下层辐射管18供暖时，可将一部分热量传递给上层，加热其中通过倒吸风扇11吸进的新鲜空气并通过侧壁管13、经过地面的出气口17投入到地面3米以内区域，实现通风及供暖效果。在夏、秋季，当通风和制冷时，下层的辐射管18停止工作。新鲜(冷)空气通过倒吸风扇11经过上层通风管25从侧壁管13、经节气阀20(如图4所示)和制冷系统21，从出气口17中水平缓速投入地面3米以内区域。
将附图2中9处放大后形成附图3的效果图，辐射管18内均匀密布间距为2mm、φ0.03～0.05×0.03～0.05mm的圆形小坑10，连接处12以压力咬口连接方式螺旋绕制而成(见图3中圆圈内部分)，从而使热空气通过表面涂有远红外放射物质19的管道内部时，均匀地涡流状加热管道，并使热空气有充足的时间和面积换热，使其将热能充分转化成高能远红外线辐射出来，波长为8～14μm。
在冬春季，当辐射供暖时，将主机20和辐射管18部分用吊链14悬挂于距地面3～50米高的屋顶或侧壁，或以其它方式固定在建筑物内上方。如图4所示，通过电脑控制器23就可实现冬季供暖。在附图4中，左侧为供暖的示意图，右侧为制冷和通风的示意图。
在附图5中，辐射管18和通风管25设置在一个辐射系统外管壳16内，辐射系统外管壳16由吊链14吊在建筑物内的顶部，通风管25的上面设有保温棉15。辐射管18的外壁表面涂有远红外放射物质19。
附图6为通风制冷设备的主要结构示意图。设置的倒吸风扇11与屋顶上设置的通风管25连接，通过侧壁管13与室内地面处设置的出气口17连接。
在没有本发明提供的技术方案之前，如果建筑物内过高，空间过大，物内的冷热空气是杂乱无章地运动，如附图7所示；利用本发明所提供的技术方案以后，适宜的温度都在物内的3米以下的低部，效果如图8所示。
主机20即可设置于室内，也可用于防暴场所而将其设置于室外。辐射管18管径在150mm至390mm之间，单回程管长最长可达150米。附图1中温度感应器24通常挂在一人高处，通过它对四周环境温度的感应，将信号传至电脑控制器23内，再由电脑控制器23控制主机20的工作。
用以下公式计算 (A)的效率是(B)的三倍。传统的换气系统(B)如果要达到管式空调系统(A)同样的通风效果，则投入3倍的通风量。所以新通风系统可减少能耗和投资。
本发明涉及一种适用于高大空间的集供暖—通风—制冷功能于一体的高效管式复合空气调节设备及其使用方法。该方法使所覆盖区域的器具和设备的表面温度上升，同时排除余热以及污浊的空气，一年四季均可按季节气候，获得适宜的温度和新鲜空气并获得良好的通风条件，达到环保节能的目的。本发明是通过以下技术方案来加以实现的，管道形复合式空气调节方法是通过在高大空间顶部吊装可燃油或燃气的远红外线辐射管采暖系统(含换热器)与在地面设置的管式空气输送系统及机械制冷设备联合使用，形成四季空气调节系统。外面的新鲜空气通过管式热交换器在地面3米以内区域投入室内形成空气分层(即下清上浊)，再将室内上部的污浊气体排出室外。冬季可辐射、暖风单独或同时使用、春秋两季可只使用暖风或换气，夏季可使用换气或加制冷装置。
本发明是一种利用辐射原理、空气分层原理、空气置换原理，采用双燃料(轻油/气体)在圆型螺旋压力咬口方式连接的管道中释放远红外线，辐射供暖，并利用辐射管内的余热加热新鲜空气，或利用制冷机产生的冷空气在圆形高速通风管道中通过风箱、倒吸风机和设置在地面三米以内高度的出气口来通风和制冷的，集供暖-通风-制冷为一体的适合高大空间的复合管式空调方式。它包括有管式供暖系统和管式空气输送系统两大部分。其中供暖系统是由主机(制热和循环装置)，辐射管(产生远红外线)，控制器等组成。空气输送系统是由新鲜空气入口(包括风扇)、风箱、空气供应管道、出气口、节气阀、制冷交换器(可选配)组成。其特征为供暖是通过双燃料方式(燃轻油或燃气体)在直径150mm至390mm的单管长为150m以内的管道中放射出8～14μm的远红外线进行供暖。加热的烟气在管中采用空气流动和换热效果最佳的旋涡流的形式流速为20m/s，并在管中循环利用。通风是冬春季利用辐射管中剩余热量经对被吸入的新鲜空气加热，缓速投入到地面3米以内的空间。在夏秋季利用制冷空气或外界风利用其高流速特点，将新鲜空气投入到地面3米以内空间。制冷是通过管式空气输送道，将制冷机产生的冷气，通过与地面垂直的出气口在节气阀的控制下缓速投入到地面3米以内的空间形成局部空气置换。
本发明的目的是解决目前在大型空间环境下，采用传统的传导或对流方式进行采暖—通风—制冷所存在的供暖与通风效果不理想，能源浪费巨大的问题。
后面有表1和表2对本发明创造性进行的说明。
附表(一)辐射供暖系统与其它系统的比较
附表(二)120m长辐射(250mm)管燃气各段温度测试表
权利要求
1.一种远红外线辐射供暖与通风制冷设备及其方法，其特征在于该设备主要包括两部分，一部分为远红外线辐射供暖设备，主要由主机(20)连接一个封闭的辐射管(18)组成；主机(20)中设有燃烧机(2)，燃烧机(2)与控制器(23)连接，控制器(23)与温度感应器(24)连接；另一部分为通风制冷设备，在通风制冷设备的进风口(26)处连接有倒吸风机(11)，与倒吸风机(11)相连的是通风管(25)，通风管(25)设置在远红外线辐射供暖设备的上面；与通风管(25)相连的为侧壁管(13)，在侧壁管(13)的末端设有制冷系统(21)和出气口(17)。
2.根据权利要求1所述的一种远红外线辐射供暖与通风制冷设备及其方法，其特征在于该设备的辐射管(18)和通风管(25)都为封闭的管路，它们设置在辐射系统外管壳(16)内，管路上面设有保温棉(15)；管路以压力咬口连接方式螺旋绕制而成，管径在150～390mm之间，单回程管最长为150米；其中辐射管(18)的内壁上均匀密布间距为2mm、φ 0.03～0.05×0.03～0.05mm的圆形小坑(10)，外壁表面涂有远红外放射物质(19)。
3.根据权利要求1所述的一种远红外线辐射供暖与通风制冷设备及其方法，其特征在于该设备在主机的出气口处为前燃烧室(3)，在主机的回气口处设有倒吸风扇(7)，其与一个电机(1)相连；在倒吸风扇(7)的上部设有排气口(8)。
4.根据权利要求1所述的一种远红外线辐射供暖与通风制冷设备及其方法，其特征在于该方法是将能够发射远红外线辐射供暖与通风制冷的设备固定在房屋的顶部或侧壁，距地面3～50米，并可根据房屋的大小设置多组；将空气输送系统及机械制冷设备的出气口设置在屋内的地面，外面的新鲜空气通过管式空气输送系统及机械制冷设备在地面3米以内区域投入室内形成空气分层，即下清上浊，再将室内上部的污浊气体通过建筑物顶部的烟窗排出室外。
5.根据权利要求4所述的一种远红外线辐射供暖与通风制冷设备及其方法，其特征在于加热的空气在管路中形成的旋涡流的形式，流速为20m/s，并在管中循环燃烧利用。
全文摘要
本发明涉及一种适用于高大空间的集供暖—通风—制冷功能于一体的高效管式复合空气调节设备及其方法。该设备主要包括远红外线辐射供暖设备和通风制冷设备。它是将能够发射远红外线辐射供暖与通风制冷的设备固定在房屋的顶部，将空气输送系统及制冷设备的出口设置在屋内的地面，外面的新鲜空气可以在距地面3米左右的区域投入室内形成空气分层，即下清上浊，再将室内上部的污浊气体通过建筑物顶部的烟窗排出室外。本发明的目的在于通过该设备和方法，既可以保证使用区域的工作温度和空气品质，又可以有效地解决空间上下空气分层下冷上热和以往传统混合式取暖、制冷、通风方式带来的能源浪费、效率低下、通风品质差等方面存在的问题。
文档编号F24D5/08GK1514172SQ0313366
公开日2004年7月21日 申请日期2003年8月11日 优先权日2003年8月11日
发明者何恩民, 钟智立, 张守忠, 张凤武, 张伟, 邱喜峰, 杨威, 张立新 申请人:张守忠