专利名称：简易节能空调系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关简易节能空调系统的发明，尤指用水做媒体，利用加热器和毛细蒸发制冷器分别实现加热和制冷，通过辐射换热器与外界换热送出需要的热和冷，毛细蒸发制冷时产生的湿空气通过风管输入空调房间，制冷的同时实现对湿度的调节。
现有的空调系统多以氟利昂为媒体，用压缩机来实现加热和制冷，主要以对流的形式实现换热。因为该系统以氟利昂为媒体，不可避免地使氟利昂造成了对大气臭氧层的破坏;由于压缩机的工作，使得该系统耗能较多，并且噪音不可避免;由于主要以对流的形式换热，舒适感和卫生条件较差;另外该系统的制造工艺复杂，成本高，也不能兼顾温度与湿度的调节。还有其它型式的空调系统，但都不能克服耗能高，复杂等不足，如以深井水做冷源，需要掘深井，工程量大，造价高。
本发明的目的就是要发明一种简易节能空调系统，用水做媒体，利用加热器和毛细蒸发制冷器加热和制冷，通过辐射换热器与外界换热，送出需要的热和冷，并通过风管把毛细蒸发制冷时产生的湿空气输入到空调房间，制冷的同时实现空气湿度的调节。
本发明是这样实现的，用水做媒体，利用毛细蒸发制冷器制冷，通过辐换热器与外界换热，送出需要的冷量;毛细蒸发制冷过程中产生的湿空气经风管送给空调房间，实现湿度的调节;去掉毛细蒸发制冷器，代之以加热器加热水，同样通过辐射换热器辐射送出需要的热量。因为制冷过程耗能极少，因此本空调系统节能，且简单，成本低，无噪音。因为采用辐射换热取代了对流换热，因此这种系统更舒适卫生。
本发明中的毛细蒸发制冷器的制冷是通过毛细管来实现的。由于毛细管具有巨大的蒸发面积，并且毛细管的微孔径极细小，于是在毛细作用下，使毛细管内的一部分水蒸发。蒸发这部分水，即从液态变为汽态的能量主要来自于管内未蒸发的水的内能，于是未被蒸发水的温度降低。毛细管之所以能源源不断地蒸发水降低水温，是因为蒸腾拉力和水的内聚力作用的结果。如
图1所示，微观看当水分子经过毛细管的微孔，到达毛细管外表面时，水分子在外力的作用下，如空气的流动，克服分子间的内聚力被蒸发而出，而微孔管内其它水分子由于分子间的内聚力又往外表面移动，于是最外层的分子又被蒸发而出，如此不停地蒸发水分子。而水分子不停向外层移动消耗的能量正是来源于水分子的内能。又由于毛细管有着极多的微孔，因此有着极大的蒸发面积，所以水分子蒸发量很大，消耗的内能很多。宏观效果就是蒸发了部分水，降低了其余水的温度。实验表明，外径为100毫米，高200毫米，壁厚10毫米的毛细管中充满水，空气流动速度为V＝2米/秒，每小时蒸发水50毫升。因为蒸发1升水消耗的能量为2500000焦，可知该管制冷功率为0.05×2500000/3600＝34.7瓦在此条件下，加气混凝土每平方米蒸发面的制冷功率为34.7/(0.1×0.2π)＝553瓦/米2因为对流，外界空气又传给蒸发面热量，每平方米传递的功率为Q，假定蒸发表面为18℃，外界气温为40℃，则Q＝αd·△tαa′-对流换热系数，瓦/(米2·度);
△t-蒸发表面温度与外界空气温度差，度。
由经验公式得αd＝7.34V0.656+3.78e-1.912＝11.6瓦/(米2·度)则Q＝αd·△t＝255瓦/米2因为此时对流换热为主要换热，传导和辐射换热很少，因此可假定外界传给蒸发面每平方米的功率为300瓦/米2，所以对于此毛细蒸发管，每平方米实际制冷功率为553-300＝253瓦/米2。毛细管的微孔径为5～17微米，以7微米为最优，毛细蒸发制冷的效果最好。现有材料中可选用加气混凝土或其它烧结微孔材料。
为了保证毛细管有足够的蒸发面积，毛细管在制冷过程中应当始终充满水。
为了加快蒸发速度，应当提高毛细管外空气的流动速度，以获得更好的制冷效果。为此可用风机使外界空气流动速度加快。空气流动速度可为0.3～5米/秒，以2米/秒为最佳。
本系统中为使做为媒体的水循环，输出需要的冷热，可采用自然循环的方式，也可采用强制循环的方式。采用自然循环时，当需要制冷时，换热器的中心要比毛细蒸发制冷器的中心低0.5～1.5米，以1米为最佳;当需要加热时，换热器的中心要比加热器的中心高0.5～1.5米，以1米为最佳。当采用强制循环的方式时，可把水泵串在主水管上来实现。
本系统中的主要换热是采用辐射换热器通过辐射的形式进行的。任何物体都能产生辐射线，因为物体均由带电粒子组成，当带电粒子振动或激动时，能辐射出电磁波向空间传播。辐射热交换过程是两次能量转化的过程，即物体的一部分内能传化为电磁波能发射出去，当此电磁波射到另一物体表面而被吸收时，电磁波能又转换为物体的内能，而使物体产生的热效应。因而也可以说热射线是产生于物体内部电子振动或激动的结果，而电子振动或激动又取决于物体的温度，当两个物体温度不同时，高低温物体都在不停地发射电磁波，而高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量，结果是高温物体向低温物体传递能量。在主要以辐射的方式换热的本空调系统中，当需要加热时，辐射换热器内通有由加热器加热产生的热水，水温在30～80℃之间，以40℃为最佳，这时人体和物体直接受到辐射热，使人体获得温暖的感受。因为辐射换热不是靠空气作为介质来加热周围的空气，而是将热量直接送到需要供暖的地方，所以尽管人体周围空气温度比对流供暖时的温度低，也会感到舒适，同时因为辐射换热以电磁波的方式传递，所以不会产生对流，也不易扬尘，卫生条件较对流换热好。同样道理，当需要制冷时，辐射换热器内通有由毛细蒸发制冷器制冷产生的凉水，水温在14℃～20℃之间，以16℃为最优。这时人体和室内温度相对高的物体，向辐射换热器内的凉水辐射能量，从而使人体感到凉爽舒适。
本系统中的辐射换热器可以与装饰用的壁板、壁毯等做成一体，制做时可用扁塑料管或尼龙管做水管，用胶粘、线缝或其它方式固定在壁毯后面。也可以把塑料壁板直接注出中空的水管道。辐射换热器与毛细蒸发制冷器或加热器之间由水管相联，水管可用塑料管也可用其它材料的管子。
本系统中的加热器可是燃煤、燃油等炉具，也可以采用电加热器。为使水温稳定，以电加热器为宜，水中可有温度传感器，当水温低于某一给定温度，如35℃时，电热器加热;当水温高于某一给定温度，如45℃时，电热器停止加热。
本系统中毛细蒸发制冷产生的湿空气，可通过风管输到空调房间，在制冷的同时实现对湿度的调节。因为制冷是利用水的蒸发降温，所以蒸发水的空气湿度很大，因此可把一部分湿空气通过风管引到空调房中，通过节门改变输入的湿空气量来调节湿度。相对湿度采取40～65%，以50%为最佳。
由上述可知，在本发明的空调系统中，由于用水做媒体，避免了用氟利昂做媒体造成的对大气臭氧层的破坏，由于用毛细管毛细蒸发制冷代替了压缩机制冷，因此耗能量下降，且无噪音;由于采用辐热换热，舒适度和卫生条件更好;本系统结构、工艺等都较简单，材料来源广泛，因此成本低，使用维修都方便。
附图1，毛细蒸发制冷原理示意图，其中1-毛细管2-毛细管的微孔3-水分子附图2，本空调系统示意图，其中1-毛细蒸发制冷器2-加热器3-冷水出水节门4-热水出水节门5-冷水回水节门6-热水回水节门7-主水管8-辐射换热器9-循环水泵10-风管11-风机12-引到室外的风管13-室外风管上的风门14-引到室内的风管15-水附图3，本空调系统中毛细蒸发制冷器的结构示意图，其中1-毛细管2-水3-出水口4-回水口5-补水口6-风管7-壳体8-进风孔附图4，本空调系统中加热器结构示意图，其中
1-电加热器2-温度控制器3-出水口4-回水口5-补水口6-水7-水箱外壳附图5，壁板式辐射换热器的主剖视图。
附图6，壁板式辐射换热器的左剖视图。
本发明可有多种实施方案，下面是其中一种。
本实施例中，毛细管的材料用加气混凝土，加热器采用电加热的方式，辐射换热器采用塑料壁板的形式。空调过程是这样实现的，如图2，当需要制冷时，打开塑料节门3、5，关闭塑料节门4、6，打开风机11，空气经进风孔流过毛细蒸发管表面由排风扇排出风管，水被毛细蒸发管制冷降温，打开循环水泵9，使冷水经水管不停到达塑料壁板式辐射换热器8，与人体及室内物体进行换热后回到毛细蒸发制冷器1中再降温循环。毛细蒸发时产生的湿空气，一部分排入大气，一部分通入室内，通过排入大气的气管上的风门13，控制进入室内的湿空气的量，从而调节室内湿度至舒适湿度。当需要加热时，打开塑料节门4、6，关闭塑料节门3、5，通电使加热器加热水。打开循环水泵9，使热水不停地进入塑料壁板式辐射换热器8，热水将热能辐射给人体和室内物体，回到加热器2中再加热循环。
系统中毛细蒸发管根数根据房屋冷负荷确定，冷负荷由房屋面积、高度、朝向、防护结构、外界气温等综合因素确定。塑料壁板式换热器的面积与换热量相匹配确定。假定某房间14平方米，根据综合因素，确定了冷负荷为70瓦/米2。则该房间的冷负荷为70×14＝980瓦。本实施例中采用长0.5米，高0.5米，宽0.03米，壁厚10毫米的方形加气混凝土管做毛细管。由前述可知，风速为2米/秒时，每平方米这种节发面的制冷功率为253瓦。对于该房间需要的毛细蒸发管蒸发面积为980/253＝3.87平方米。每根毛细管蒸发面积为2×0.5×0.5+2×0.5×0.03＝0.53平方米。所以共需3.87/0.53即8根这种毛细蒸发管。换热器的面积S可根据公式法计算得出S＝Q/qf，米2Q-房间需要的冷负荷，瓦;
qf-每平方米辐射板制冷量，瓦/米2;
qf＝a｛[(tb+273)/100]4-[(tfgp+273)/100]4｝a-换热系数，瓦/度·米2;
tfgp-房间围护结构非放热内表面的平均辐射温度，度;
tb-辐射板表面温度，度。
也可根据辐射换热线标图查得，如上述房间需要的换热面积，查图可知为18平方米，可做成如图4、5的换热器，高1.5米，长度12米。同样的方法可得冷负荷及其换热面积。风机功率以空气流动速度为2米/秒确定。循环水泵的功率以出水、回水温差为5℃来确定。其它如水管径、节门亦可根据换热量确定。
本实施例中的毛细蒸发制冷器如附图3，壳体注塑而成，同时注出补水口，回水口，进风孔，风管，毛细管与壳体的联接孔。毛细管的安装采用粘结剂粘接。
本实施例中的加热器如附图4，水箱注塑而成，同时注出补水口，回水口，出水口。电加热器用管状加热器。温度由温度控制器控制。
本实施例中的塑料壁板式辐射换热器如图5、6，采用注塑方式加工，板厚度5毫米。
本发明还可有多种实施方案，如用其它烧结微孔材料做毛细管，壁毯式辐射换热器等，原理相同，不另赘述。
权利要求
1.一种简易节能空调系统，由毛细蒸发制冷器，加热器，水管，风管，辐射换热器，节门，水组成，其特征在于，水做媒体，由加热器和毛细蒸发制冷器分别加热和制冷，通过辐射换热器与外界辐射换热送出需要的热和冷，毛细蒸发制冷产生的湿空气通过风管输入需要调节的地方，制冷的同时实现湿度的调节。
2.根据权利要求1所述的简易节能空调系统，其特征在于，毛细蒸发制冷器对水的制冷是由毛细管实现的，由于毛细管有很大的蒸发面积和它的微孔的毛细作用，蒸发一部分水，从而降低其余水的温度。
3.根据权利要求1、2所述的简易节能空调系统，其特征在于，毛细管内始终充满水。
4.根据权利要求1所述的简易节能空调系统，其特征在于，为增加水的蒸发速度，可用风机使空气流动速度加快，从而使蒸发速度增大，降低水温。
5.根据权利要求1所述的简易节能空调系统，其特征在于，系统内做为媒体的水的循环可以是自然循环，也可以是强制循环。
6.根据权利要求1所述的简易节能空调系统，其特征在于，辐射换热器与外界的主要换热是辐射的形式。
7.根据权利要求1所述的简易节能空调系统，其特征在于，辐射换热器与壁板或壁毯做成一体。
8.根据权利要求1所述的简易节能空调系统，其特征在于，加热器可以是燃煤、燃油的炉具，也可以是电加热器。
9.根据权利要求1、3所述的简易节能空调系统，其特征在于，毛细蒸发制冷产生的湿空气，可通过风管输给需要湿度调节的地方，制冷的同时实现湿度的调节。
全文摘要
简易节能空调系统是用水做媒体，毛细蒸发制冷器制冷，加热器加热，通过辐射换热器换热，利用蒸发制冷时产生的湿空气，制冷的同时实现湿度的调节。因为这种系统不用氟利昂和压缩机，因此没有氟对臭氧层的破坏，且简单节能，无噪音，舒适卫生。
文档编号F24F5/00GK1075540SQ92114028
公开日1993年8月25日 申请日期1992年12月12日 优先权日1992年12月12日
发明者王俊明, 徐德勋 申请人:王俊明