一种自动降低高大空间室内采暖温度梯度的设备的制作方法

本实用新型涉及一种采暖通风设备，具体涉及一种自动降低高大空间室内采暖温度梯度的设备及方法

背景技术：

近年来，随着经济的发展和人们对室内环境需求的日益提高，寒冷地区的工业厂房及高大空间采暖需求也日益增大。常见的工业厂房或高大空间的采暖方式有普通散热器采暖、辐射采暖及热风采暖，其中以散热器为主的采暖末端形式最为常见。

在工业厂房及高大空间的采暖过程中，由于热空气的上浮，会造成热空气在高大空间的上部区域堆积，正是由于这种堆积，会造成高大空间沿高度方向产生很大的温度梯度，见图1，图2为某现场实际情况下，某时刻的垂直温度分布(温度梯度)图。

根据公式：

Q＝KF(t-tw) (1)

Q—围护结构的传热量；

K—为传热系数；

F—为传热面积；

t-tw—室内外温差，t为室内某点的温度，tw为室外温度。

此种温度梯度的存在，会造成高大空间上部的围护结构能耗大大增大；

根据公式：

ΔP＝(ρw-ρ)gΔh (2)

ΔP-室内某点和室外的热压差；

(ρw-ρ)-室内某点和室外空气密度差，ρ为室内某点的空气密度，ρw为室外空气密度；

g-重力加速度；

Δh-进风口与出风口的高差。

此种温度梯度的存在，也会造成热压的大大增大。由于高大空间建筑围护结构密闭性较差，存在大量缝隙和开口，根据公式：

ΔP＝1/2ερwv² (3)

ΔP-室内某点和室外的热压差；

ρw-为室外空气密度；

ε-缝隙局部阻力系数；

v-进风风速。

热压的增大，会引起缝隙进风速度的增加，进而会引起冷风渗透负荷的增加，造成建筑能耗的进一步增加。低温辐射采暖不宜在地面情况复杂且荷载较大的工业厂房内，目前的一般的热风采暖方式存在热风难以送到工作区域，也同样温度梯度大，能耗高的特点。

工业厂房或高大空间屋面大都是由钢结构及轻质保温屋面板建造而成，冬季白天由于太阳辐射的作用，会使高大空间上部得到大量的太阳辐射使温度进一步上升，也进一步加剧垂直方向的温度梯度，而到夜晚由于夜空冷辐射的存在，垂直方向的温度梯度会减弱，见图3，此图为某工业厂房现场实际测试图。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种自动降低高大空间室内采暖温度梯度的设备及方法，根据现有工业厂房和高大空间冬季散热器采暖室内温度梯度特点，在高大空间顶部空间安装此设备，联合散热器采暖系统使用，能有效降低热空气上浮而引起的大空间垂直温度梯度增加而引起的围护结构增加的采暖能耗，也能有效降低大空间垂直温度梯度增加而引起的冷风渗透增加的采暖能耗。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种自动降低高大空间室内采暖温度梯度的设备，其特征在于：

所述设备包括柱状的消声外壳，消声外壳上部为圆形进风口，下部为电动旋流风口，内部自上而下依次为初中效过滤器、风机和均流器；

所述设备还包含有温度传感器，温度传感器接入温度采集计算及信号变送器，通过变频器与风机互联。

消声外壳下部的电动旋流风口上方为半双曲型渐缩口。

所述设备安装在高大空间或者工业厂房的顶部，与采暖系统联合使用。

温度传感器包括上部温度传感器和工作区域温度传感器。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型结合现有工业厂房和高大空间冬季散热器采暖室内温度梯度特点，把堆积在上部非工作区域的热量输送的下部工作区域，能够有效降低温度梯度增加而引起的围护结构增加的采暖能耗，也能有效降低大空间垂直温度梯度增加而引起的冷风渗透增加的采暖能耗。本装置无需接入热媒，出风温度略高于工作区温度，避免了送风温度过高而产生的热空气上浮，送风距离过短的问题，且本装置控制原理简单，结构简单，安装使用方便，消耗少量的电能就能达到很好的采暖效果，节能效果显著。

附图说明

图1为高大空间室内温度分布示意图。

图2为垂直方向温度分布。

图3为某高大空间室内温度随时间的变化图。

图4为本设备结构图(1—1剖面图)。

图5为本设备俯视图。

图6为采用本设备的垂直温度梯度。

图7为采用本装置的压力对比(注：压差为室外压力-室内压力)。

图中，(1)为消声外壳、(2)为圆形进风口、(3)为初中效过滤器、(4)为风机、(5)为均流器、(6)为半双曲型渐缩口、(7)为电动旋流风口、(8)为变频器、(9)为温度采集计算及信号变送器、(10-1)为上部温度传感器、(10-2)为工作区域温度传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型涉及一种自动降低高大空间室内采暖温度梯度的设备，所述设备包括柱状的消声外壳1，消声外壳1上部为圆形进风口2，下部为电动旋流风口7，内部自上而下依次为初中效过滤器3、风机4和均流器5。消声外壳1下部的电动旋流风口7上方为半双曲型渐缩口6。初中效过滤器4可方便拆卸、清洗更换。

所述设备还包含有温度传感器，温度传感器接入温度采集计算及信号变送器9，通过变频器8与风机4互联。温度传感器包括上部温度传感器10-1和工作区域温度传感器10-2。

消声外壳1内设置的风机4固定在消声外壳1上，其特点为大风量、小风压，风机的转速受变频器8控制。风机出口设置的均流器5，使风机出风后的气流紊流度变低，出风气流变得均匀。半双曲型渐缩口6能使出风的静压转换为动压，加大出风速度，扩大本装置覆盖的范围。

所述设备安装在高大空间或者工业厂房的顶部，与采暖系统联合使用。

基于上述设备的自动降低高大空间室内采暖温度梯度方法，包括以下步骤：

于高大空间设置上部温度传感器10-1和工作区域温度传感器10-2，分别采集高大空间顶部温度和工作区域的温度，然后用温度采集计算及信号变送器9计算二者温差，将计算出来的温差Δt转换成电流或者电压信号；

通过变频器8控制风机转速，当温差Δt变大时，电流或者电压也变大，控制风机转速变大，当温差Δt变小时，电流或者电压也变小，控制风机转速变小，当温差小于1度以下时，风机停止运行。

上部设置有圆形进风口2，圆形进风口的有效面积保证吸风速度不大于3m/s。

电动旋流风口7在电动执行器的控制下，根据顶部送风温度对送风角度进行调节，以控制送风距离和送风覆盖范围，并控制工作区域内的气流速度不大于0.3m/s。

本实用新型的具体工作原理为：

(1)高大空间建筑在采暖过程中由于热空气的上浮，造成热空气在高大空间的上部区域堆积，沿高度方向上产生很大的温度梯度，通过温度传感器采集高大空间上部和工作区域的温度，然后应用温度采集计算及信号变送器9计算高大空间上部和工作区域温差，并将此温差信号转变为电流或者电压信号，通过变频器8控制风机转速，当温差Δt变大时，电流或者电压也变大，控制风机转速变大，当温差Δt变小时，电流或者电压也变小，控制风机转速变小，当温差小于1度以下时，风机停止运行。自动将上部略高于工作区域的热空气输送到工作区域，不但有效的降低空间内温度梯度，还能降低室内与室外的压差，阻止热空气的上浮。

(2)高大空间上部的热空气经过此装置的上部的圆形进风口2，流经初中效过滤器3，进行过滤，通过大风量、小压差风机的加压作用，此部分热空气获得动能后，经过均流器5，使风机出风后的气流紊流度变低，出风气流变得均匀，在经过半双曲型渐缩口6能使出风的静压转换为动压，加大出风速度，电动旋流风口7在电动执行器的控制下，根据顶部送风温度对送风角度进行调节，以控制送风距离和送风覆盖范围，并控制工作区域内的气流速度不大于0.3m/s，满足工作区域的舒适度。

以下涉及具体实施例，详细说明本实用新型所等达到的技术效果：

实验在一个空间为长×宽×高＝38×42.5×20m的大空间进行，该大空间四周设置散热器采暖系统，本实用新型风量为8700m³/h，安装在该大空间中部，安装高度为16m。

1、采用本装置时，该装置覆盖范围内采暖温度平均为16.8℃，比单独采用散热器系统13.8℃提高3℃，显著提高人员工作区域温度。

2、采用本装置时，该装置覆盖范围内，垂直温度梯度为2～3℃，垂直温度梯度比单独采用散热器采暖系统降低5℃左右(见图6)，由公式(1)Q＝KF(t-tW)可知，有效降低了该围护结构上部空间向室外的传热量。

3、采用本装置时，该高大空间室内外的压差比单独采用散热器采暖系统减少5Pa左右(见图7)，由公式(2)ΔP＝(ρw-ρ)gΔh和公式(3)ΔP＝1/2ερwv²，大大减少了室外的冷风渗透量，进一步降低了采暖能耗。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。