一种快速起效的辐射空调的制作方法

本发明涉及暖通空调领域，尤其涉及一种快速起效的辐射空调。

背景技术：

目前广泛使用的空调系统根据其空调末端散热方式的不同可以分为对流式空调和辐射空调。对流式空调包括常规的家用分体式空调、中央空调、车载/机载空调。这类空调以风机盘管为最终散热装置，具有传热速度快、响应迅速等优点，但存在着诸多缺点，如换热气流吹过人体，影响了人体舒适度，空间内温度不均匀，能耗过高，容易积累灰尘、滋生病菌等。另外一种辐射空调主要以辐射的方式向空间内环境和人体交换热量，这类空调具有节能、无噪音、体感舒适等诸多优点。目前广泛使用的地暖作为冬季采暖方式就是一种辐射空调系统。然而辐射空调一般埋于地板、墙体或吊顶中，冷热量必须通过传输管、地板或墙体才能达到人体，传热热阻大，响应速度非常缓慢。对于常规家庭使用的辐射空调系统，出于节能考虑，当家中无人时系统最好关闭。重新启动时要达到舒适温度需要较长的启动时间。在冬季采暖时一般在2小时以上，夏季制冷时通常需要1.5小时，这样就大大降低了使用者的舒适度。

为了综合两种方式的优点、避免其缺点，CN100543375C提出了一种可同时使用低温辐射和风机盘管的空调系统，系统包括风机盘管空调系统、低温辐射系统、辅助热源系统和新风处理系统，各系统在流量和阻力上相互独立，互不影响，而且各系统可同时运行，快速达到室内舒适条件。发明CN103292398B一种集成吹风型空调与辐射末端复合空调系统，包括空调外机、水箱、热交换器、风机盘管、空调内机、新风送分口、毛细管辐射末端，发明将常规空调的氟利昂系统与辐射末端的水系统集成一体，采用一套制冷机组，可实现吹风型空调和辐射末端系统的独立或联合运行。发明CN102538142B提出了一种辐射与空调冷暖一体化系统，总控制器与中央控制器电连接，中央控制器与各区域的末端控制器构成一个网络自控系统，保留了空调调温速度快，又保留了辐射节能、环保和舒适性。发明CN 102967013A提出了一种快速起效和负荷可变的辐射冷暖一体化空调装置，负荷可以由室内机单独承担，也可以通过室内机和毛细管共同承担，主要以辐射和自然对流的传热方式调节室内温度。上述发明的主要思想都是将对流换热的风机与辐射换热的辐射末端同时设置在空间内，通过管路和控制系统控制其同时或分别单独运行，但这样系统复杂程度明显提高，设备投资也将大幅增加，缺乏实用性。

技术实现要素：

为克服上述缺点，本发明的目的在于克服现有辐射空调系统间歇使用时不能快速启动见效以及负荷相对固定的不足，提供一种简单、可靠、能快速起效和负荷可变的辐射冷暖空调。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种快速起效的辐射空调，包括辐射板、气体通道板、空调回路、调湿回路和对流传热回路，所述辐射板与制冷制热的空调回路相连接，所述辐射板采用多孔介质制成，所述辐射板吸收在其表面的冷凝液，所述气体通道板与所述辐射板紧密接触，所述气体通道板与调湿回路连接，所述气体通道板与对流传热回路连接。

进一步地，所述对流传热回路设置有空气进口栅格、阀门、风机、空气出口栅格。

进一步地，所述辐射板内设置有多个传热孔道，所述传热孔道通过母管与空调系统回路连接。

进一步地，所述气体通道板内设置多个气体流动通道。

进一步地，所述气体流动通道同时或分别与调湿回路和对流传热回路连接。

进一步地，所述辐射板和气体通道板分别设置进口母管和出口母管。

进一步地，所述气体通道板出口母管处设置冷凝水收集槽及外界排放管道和阀门。

进一步地，所述辐射板和所述气体通道板用多孔介质包括烧结砖、青砖、模铸砂型、多孔陶瓷、玻璃纤维、活性炭、木质密度板、水泥、氧化锆陶瓷、硅化物、金属泡沫和岩石类等，优选为硅化物。

进一步地，所述辐射板和所述气体通道板由金属制成，包括银、铜、铁、铝、钢，优选为铝。

进一步地，所述传热孔道和所述气体流动通道截面为圆形、椭圆形、方形、梯形、多边形等；轴向设置为直线型、S形、U型或同心圆状。

进一步地，所述传热孔道和所述气体流动通道内设置内插管道或防水涂层材料。

进一步地，所述空调回路内工质设置为氟利昂及其替代物、水、空气。

本发明让从封闭空间内吸取的或从外部接入的新风流动通过气体通道板，在气体通道板内被直接加热或冷却，然后返回封闭空间内，与常规空调系统内风机盘管类似的形式，通过对流方式迅速调节封闭空间内的温度，达到迅速起效或者动态调节负载的目的，但是没有改变常规辐射空调的传热特点。另外，在制冷工况下，通过上述方式还可以迅速对封闭空间内的湿度进行调节，缓解辐射板处冷凝水的吸收压力。冬季空气过于干燥情况下，还可以通过在气体通道板内注入湿空气或水，调节封闭空间内的空气湿度。系统结构简单、舒适性强、响应迅速，是一种具有很强应用价值的辐射空调系统。

附图说明

图1为辐射空调系统连接图；

图2为辐射板及气体通道板截面示意图；

图3为辐射板及气体通道板采用相同材料设计实例的截面示意图；

图4为空调回路和调湿回路合并时系统连接图；

图5(a)为调湿回路和对流传热回路同时在线连接的系统连接图；

图5(b)为图5(a)中对应辐射板和气体通道板截面图(一)；

图5(c)为图5(a)中对应辐射板和气体通道板截面图(二)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

附图1所示为本发明的一种快速起效的辐射空调的系统连接图。如图所示，整个系统包括三个回路，(1)空调回路，包括辐射板10、空调系统12、空调回路13。空调回路13将辐射板10与空调系统12连接起来，将空调系统12提供的冷热源导入辐射板10，辐射板10通过对流和辐射将冷量、热量传递给周围环境和人体，因此辐射板10是空调回路13的辐射末端；在制冷工况下，辐射板10还吸收凝结在其辐射面上的冷凝液。(2)调湿回路，包括气体通道板11、调湿系统14、连接回路108。连接回路108将气体通道板11和调湿系统14连接起来，气体通道板11将吸收辐射板10扩散过来的冷凝液，并进一步由连接回路108导入调湿系统14进行干燥除湿。在制暖工况下因为不存在冷凝液，因此不需要对辐射板10进行干燥除湿，调湿系统14及其连接回路108关闭，但是根据需要，可以通过调湿系统14向连接回路108注入高湿气体，甚至根据需要直接注入水，从而可以通过辐射板10反向向空气加湿。(3)对流传热回路，包括空气入口栅格17、风机15、气体通道板11、空气出口栅格16；入口管道110将空气入口栅格17、风机15和气体通道板11连接起来，出口管道109将空气出口栅格16和气体通道板11连接起来，风机15也可以设置在出口管道109上。在进行对流传热情况下，空气由风机15驱动从入口栅格17进入入口通道110，通过气体通道板11时被加热或冷却，然后通过出口通道109和出口栅格16返回空间内。对流传热回路是一个开放式回路。

上述回路的工作方式如下：空调回路13在系统工作状态时都处于运行状态，将冷热源通过辐射板10传递给环境和人体。在整个辐射空调系统刚刚启动阶段，或者需要迅速的调节空间内温度时，对流传热回路109、110投入运行，调湿回路108停止工作。在室内环境温度达到或接近设定值，可以主要由空调回路13通过辐射换热方式来承担空间内负荷时，此时对流传热回路109、110关闭，调湿回路108投入运行，以吸收制冷时产生的冷凝水，或调节制暖时室内湿度。调湿回路108和对流传热回路109、110通过母管系统与气体通道板11连接，并由三通阀106、107控制调湿回路108和对流传热回路109、110的连通状态。

上述辐射空调系统中各主要设备如下。

空调系统12负责提供冷源和热源，可采用的设备有常规空调、热泵、锅炉、太阳能等提供冷源和热源的设备和系统，以及上述这些系统设备的组合。根据设备选择不同，当直接与空调系统连接时，空调回路13内流动工质为氟利昂或者其环保替代物R134a、R407c、R600、R410A等等，此时辐射板10为空调系统的蒸发器或者冷凝器。空调回路也可以是二次传热回路，空调回路13内流动工质一般为水，此时辐射板10等效于常规水空调系统的空间内风机盘管散热器。或者空调回路13内也可以是采用气体为传热工质，如空气，氮气、氧气、二氧化碳等。

调湿系统14的干燥除湿方式可以采用常规的吸附式和冷冻式。吸附式干燥是利用吸附原理，湿空气通过吸附剂(干燥剂)时，水份被吸附，得到干空气，如氯化钙、二氧化硅、凹土干燥剂、高分子树脂凝胶等等；冷冻式干燥是利用冷却空气，降低空气温度的原理，将湿空气中的水份通过冷凝后从空气中析出，得到干空气。

辐射板10通过进出口母管102、103分别与空调回路13连接。气体通道板11通过进出口母管101、104，并通过三通控制阀106、107分别与调湿回路108和对流传热回路109、110连接。在气体通道板11的出口端母管104下部设置有冷凝水收集槽19，用于在制冷工况下空气流过气体通道板11时水蒸气冷凝形成冷凝水的收集，冷凝水收集槽19外连排放管道及阀门18，用于冷凝水的排放。此管道及阀门18仅在制冷工况下对流传热回路运行时打开，其余时间均保持关闭。

辐射板10和气体通道板11的截面图如图2所示。辐射板10内包含多个传热孔道21，传热孔道21通过母管102、103与空调回路13连接，将热量或冷量通过辐射面20传给环境和人体。气体通道板11内包含多个气体流动通道24。在辐射空调系统启动阶段，气体流动通道24内流过由风机15送入的空气，空气在气体流动通道24内被加热或冷却后进入空间内。在转入调湿回路运行后，由调湿系统14干燥过的气体流过气体流动通道24，对气体通道板11进行干燥除湿。

辐射板10和气体通道板11由多孔介质制成。辐射板10用多孔介质22和气体通道板11用多孔介质23应具备高导热性、高渗透率以及恰当的孔隙率等特性。可选的多孔介质包括但不限于烧结砖、青砖、模铸砂型、多孔陶瓷、玻璃纤维、活性炭、木质密度板、水泥、氧化锆陶瓷、硅化物、金属泡沫和岩石类等，以及其他具有上述多孔介质性能的新型材料。优选为硅化合物，如二氧化硅、沸石、多孔质玻璃、磷灰石、硅藻土、高岭石、海泡石、水铝英石、伊毛缟石、活性白土、二氧化硅-氧化铝复合氧化物、二氧化硅-二氧化钛复合氧化物、二氧化硅-氧化锆、二氧化硅-氧化铝复合氧化物、二氧化硅-二氧化钛复合氧化物、二氧化硅-氧化锆、二氧化硅-氧化镁、二氧化硅-氧化镧、二氧化硅-氧化钡、二氧化硅-氧化锶等复合金属氧化物等。其中作为硅化合物优选二氧化硅、海泡石、沸石等。也可以采用上述材料的一种或多种的组合。

为了提高辐射板10内传热孔道21和气体通道板11内气体流动通道24的结构强度或便于安装，在传热孔道21和气体流动通道24内可以插入相应的内插管子，内插管子可以采用金属如铜、铁、钢、铝，也可以采用PEC、PVC、PPP等材料。气体流动通道24的内插管道应镂空或多孔，以便与对气体通道板11进行除湿。也可以在传热孔道21内壁粘覆防水涂层和材料如铝箔等，防止制冷剂或制冷工质渗透进入辐射板10的多孔介质22内。

在制冷工况下，如果辐射板10的辐射面20附近空气温度低于对应的露点温度，空气中的水蒸气就会在辐射面20上冷凝形成冷凝水。冷凝水被辐射板10的多孔介质材料22吸收，并通过渗流在多孔介质内向气体通道板11扩散，气体流动通道24内的干燥空气不断吸收气体通道板11内多孔介质材料23内的水分，因此可以在辐射板10和气体通道板11内形成稳定的渗流，使得辐射面20上的冷凝水不断穿过辐射板10，被气体通道板11内干燥气体带走。在对流传热回路运行情况下，由于气体流动通道24内空气为对流传热，传热速度快，能带走更多的辐射板10传递的冷量，空气中的水蒸气就会在气体流动通道24内冷凝，冷凝水会进一步被空气或重力驱动沿着气体流动通道24向前移动，直至在出口母管104处汇集，并最终通过冷凝水收集槽19和外连排放管道及阀门18排放。

如图2所示，实际效果上气体通道板11内的气体流动通道24之间形成了翅片形式，翅片增加了气体通道板11内气体与辐射板10的接触面积，有助于提高辐射板10与气体通道板11之间水分的质量传递和温度传递。

传热孔道21和气体流动通道24的截面形式可以多样，包括但不限于圆形、椭圆形、方形、梯形、多边形等；轴向形状也可以根据需要灵活设计，包括直线型、蛇形、U型、同心圆状等。此外传热孔道21和气体流动通道24的相对位置、孔道大小、孔道数量及其分布也可以根据实际需要灵活设计。

空气入口栅格17处空气可以直接从空间内部抽取，经过气体通道板11加热、冷却后返回空间，也可以是直接从空间外部引入新风，或者是在从外部引入新风并经过除尘、过滤后导入，以进一步提高空气质量。

以下是本发明的另外一种实例。

通过合理选择加工材料，辐射板10与气体通道板11可以采用统一的材料加工制造，即辐射板10与气体通道板11为一个整体，实现辐射传热、吸收冷凝液和快速对流传热的一体化，图3所示为一体化设计的实例。优选的材料为二氧化硅。

其它方面设计特征与上述实例一致。

以下是本发明的另外一种实例。

通过合理选择工质，空调回路13和调湿回路108可以合并为一个回路，如图4所示。当空调回路13内流动工质为气体时，在制冷工况下，工作气体由空调系统12冷却，同时也会因为冷却而被干燥。当工作气体流过辐射板10时，气体一方面会冷却辐射板10，另一方面也会对辐射板10的多孔介质材料22进行除湿。因此，空调回路13同时顺便完成了调湿回路108的功能。

此时气体通道板11不需要除湿，而只需要实施对流传热功能，此时气体通道板11的材料23可以选择具有更好传热性能的材料，如金属：银、铜、铁、铝等，优选的是铜。

如果本发明所使用的空间内有独立的除湿系统，如通过新风系统对空间内空气湿度进行控制，防止空气中水蒸气在辐射板10的表面形成冷凝水，那么与上述实例一样，气体通道板11也不需要除湿，而只需要实施对流传热功能，而且此时传热板10也可以选择具有更好的传热性能的材料，如金属：银、铜、铁、铝等，优选的是铜。

其它方面设计特征与上述实例一致。

以下是本发明的另外一种实例。

上述实例中，调湿回路108和对流传热回路109、110只能交替运行，本实例中，调湿回路108和对流传热回路109、110可以保持同时在线运行，如图5(a)所示。如图所示，调湿回路108通过进出口母管51、52与气体通道体11连接，对流传热回路109、110通过进出口母管53、54与气体通道板11连接。由于持续的进行除湿，就可以确保辐射体10保持干燥，防止辐射面20上形成可见的冷凝水液滴，影响辐射传热效率和空间内卫生，同时由于传热回路保持在线连接，就可以实现可变负荷的迅速响应。

与图5(a)所示系统连接图的气体通道板11内除湿气体通道和对流传热气体通道配备方案可以灵活设置，其中除湿气体通道与调湿回路108连接，对流传热气体通道与对流传热回路109、110连接。如图5(b)-(c)所示，除湿气体通道和对流传热气体通道61、62可以并列排布，也可以是除湿气体通道和对流传热气体通道63、64上下排布。除湿气体通道和传热气体通道的大小、相互位置等均可以根据实际使用环境和设计要求进行灵活设计。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。