一种可户外使用辐射供冷系统

1.本发明涉及户外制冷技术领域，具体涉及一种可户外使用的辐射供冷系统。


背景技术：

2.近年来，我国夏季频频出现高温天气，且持续时间较长。随着人们对美好生活的向往和生活质量要求的提高，户外热环境和热舒适要求不断提高。户外空调技术应运而生且发展迅猛。但目前，针对户外的降温问题还没有一种行之有效的解决方法。
3.传统空调系统通过空气循环带走冷量实现整个空间的降温，进而通过室内冷空气给空间中的人体降温，大量冷量消耗在空气中而未被人体有效利用，造成能量浪费。在如走廊、户外餐饮场、户外旅行或宿营、户外亭子、公交站等敞开场所并不适用。即使全天进行空气调节也很难达到热舒适，且空调能耗大，配电成本高，不符合节能环保的设计理念。而辐射供冷空调系统通过辐射换热使冷量直接被人体所利用，不需要中间介质，具有更高的节能性和舒适性，在户外场所也能应用。
4.辐射供冷系统更易出现金属板末端结露和供冷量受限制问题。据统计，夏季全国大部分地区的平均气温均达到了35℃，而部分地区的最高温度甚至达到了40℃以上，户外空气露点温度偏高，由于金属板表面温度低于户外空气露点温度，空气中的水蒸气会凝结成水滴，在高湿度地区更易形成局部“人工降雨”，滋生细菌。水蒸气凝结过程中放出凝结热，造成冷量损失，同时还会影响金属板表面发射层的红外发射性能。因此，亟需发展具有防结露效果的辐射供冷系统。另外传统的辐射供冷系统需根据人员对环境温度的感觉来手动调节供冷量输出，容易造成冷量损失，亟需设计具有克服上述问题的温度控制辐射供冷系统。
5.综上，面向人们对美好生活的向往和生活质量要求的提高，亟需研究可户外使用的具有防结露构件节能低碳型辐射供冷系统。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种可户外使用的辐射供冷系统，以解决户外现有辐射供冷系统中金属板表面结露，供冷能力受限制以及户外环境中冷源输送成本高的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
8.一种辐射供冷系统，其特征在于：包括辐射制冷构件、防结露构件和温度控制装置；防结露构件紧贴于辐射制冷构件的供冷表面，温度控制装置与辐射制冷构件进行电连接。
9.所述辐射制冷构件包括半导体制冷元件、保温隔热层、辐射制冷涂料和金属板；所述辐射制冷构件是由多个半导体制冷元件组合形成的制冷系统，无需使用制冷剂，响应时间短，可实现间断或持续制冷；半导体制冷元件由保温隔热层包裹，整体紧贴于金属板上表面，半导体制冷元件的热端表面涂有辐射制冷涂料作为半导体制冷元件的散热材料，热端散热时，辐射制冷涂料能将热端热量快速散发到周围环境中，节省散热电耗，提高制冷效
率，节能环保；所述防结露构件包括双层中空红外膜及其支撑框架和密闭气体层，双层中空红外膜包括上层的辐射供冷膜和下层的空气接触膜，双层中空红外膜包裹着支撑框架，两层膜之间形成密闭气体层；辐射供冷膜覆盖在所述辐射制冷构件中的金属板下表面，将低温冷源与室内潮湿空气分隔开；所述温度控制装置包括户外环境热参数与人员热需求监测仪、参数设定仪、参数控制仪、温度传感器和半导体制冷元件，参数设定仪与户外环境热参数与人员热需求监测仪连接，参数控制仪与半导体制冷元件的供冷温度控制仪连接，温度传感器分别与半导体制冷元件的供冷温度控制仪、户外环境热参数与人员热需求监测仪连接。
10.进一步地，所述温度控制装置中，所述户外环境热参数与人员热需求监测仪用于采集户外环境温度和区域内人员的体表参数，作为输入变量；所述参数设定仪包含显示屏，设定环境热参数与人员热需求上下限；所述参数控制仪为控制算法，其根据户外环境热参数与人员热需求监测仪以及参数设定仪的参数运算对半导体制冷元件的供冷温度进行调控；所述温度传感器对半导体制冷元件的供冷温度进行测量作为输出量，及时反馈测量结果，根据环境和人员参数变化需求及时调节冷量。
11.其中优选地，所述保温隔热层由聚氨酯泡沫塑料构成，有良好的保温隔热性能；保温隔热层包裹在温度控制半导体制冷元件辐射供冷装置四周，防止冷热量向周围散失。
12.其中优选地，所述金属板材料可为铝、铝铁等，具有较高导热系数，以实现较高的供冷能力。
13.进一步地，所述密闭气体层为干燥的气体所形成的绝热层。
14.其中优选地，所述密闭气体层为包括干燥空气、氮气或氩气的气体层，形成了一个导热系数十分小的绝热层，封闭的夹层结构内部充满静止的干燥气体层，可有效降低整体导热系数，提升整体的热阻，使双层中空红外膜及其支撑框架整体上具有导热系数低、热阻较高、高红外透过率的特性；并且所述密闭气体层内加入适量的干燥剂，干燥剂吸附层间空气中的水蒸气，使层间空气在被冷却时也可以保持无凝结状态，降低系统结露风险，提高辐射空调系统的供冷能力。
15.其中优选地，所述辐射供冷膜紧贴在金属板下表面，在5～15μm波段的发射率》0.8，膜厚度为10～100μm，其表面温度等于金属板表面温度。其对红外热辐射的高穿透比，可使户外高温热辐射穿透双层中空红外膜被低温冷源带走，从而提升辐射供冷能力。
16.其中优选地，所述空气接触膜在5～15μm波段的透过率》0.7，导热热阻很小，其对热传导的高热阻，将辐射供冷表面与室内湿空气隔离，避免与空气直接接触，间接提升了供冷表面与空气接触的下表面温度，可将户外空气接触表面温度维持在户外空气露点温度以上，防止结露现象发生。
17.进一步地，本发明提供的辐射供冷系统通过光伏板或蓄电池提供动力。
18.本发明提供的辐射供冷系统技术方案，具有以下有益效果：
19.(1)提出将双层中空红外膜覆盖在辐射制冷构件表面，将辐射供冷构件表面与户外空气接触表面分离，作为辐射供冷系统的防结露构件，将环境中的湿空气与低温冷源分隔开，能防止结露现象发生以及显著提升系统供冷能力，能有效减少极端高温天气下对户外人员的热伤害，尽可能提高户外工作者和消费者的热舒适度，营造一个安全良好的户外环境。
20.(2)针对传统户外空调系统能耗高、污染大等问题，本发明提出了一种具有温度控制功能的户外辐射供冷系统。半导体制冷元件无污染、无噪声、安装便捷、寿命长，根据户外环境和人员参数通过温度控制装置对系统的供冷能力及时随时进行调控，更加人性化，达到节能减碳的目的。
附图说明
21.为了更清楚的说明本技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面的描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
22.图1为一种可户外使用的辐射供冷系统示意图。
23.图2为辐射供冷构件与防结露构件的分解示意图。
24.图3为辐射制冷构件与防结露构件的的剖面示意图。
25.图4为辐射供冷系统的温度控制示意图。
26.主要元件及符号说明：
27.1、半导体制冷元件；2、保温隔热层；3、辐射制冷涂料；4、金属板；5、辐射供冷膜；6、支撑框架；7、密闭气体层；8、空气接触膜。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
29.实施例
30.参照图1～4，一种辐射供冷系统，其特征在于：包括辐射制冷构件、防结露构件和温度控制装置；防结露构件紧贴于辐射制冷构件的供冷表面，温度控制装置与辐射制冷构件进行电连接。所述辐射制冷构件包括半导体制冷元件1、保温隔热层2、辐射制冷涂料3和金属板4；所述辐射制冷构件是由多个半导体制冷元件组合形成的制冷系统，无需使用制冷剂，响应时间短，可实现间断或持续制冷；半导体制冷元件由保温隔热层包裹，整体紧贴于金属板上表面，半导体制冷元件1的热端表面涂有辐射制冷涂料3作为半导体制冷元件的散热材料，热端散热时，辐射制冷涂料3能将热端热量快速散发到周围环境中，可在白天太阳直射下将热端温度冷却至比环境温度低5-～10℃左右；所述防结露构件包括双层中空红外膜及其支撑框架6和密闭气体层，双层中空红外膜包括上层的辐射供冷膜5和下层的空气接触膜8，双层中空红外膜包裹着支撑框架6，两层膜之间形成密闭气体层7；辐射供冷膜覆5盖在所述辐射制冷构件中的金属板4下表面，将低温冷源与室内潮湿空气分隔开；所述温度控制装置包括户外环境热参数与人员热需求监测仪、参数设定仪、参数控制仪、温度传感器和半导体制冷元件，参数设定仪与户外环境热参数与人员热需求监测仪连接，参数控制仪与半导体制冷元件1的供冷温度控制仪连接，温度传感器分别与半导体制冷元件1的供冷温度控制仪、户外环境热参数与人员热需求监测仪连接。
31.参照图4，所述辐射供冷系统的户外环境热参数与人员热需求监测仪用于采集户外环境温度和区域内人员的体表参数，作为输入变量；所述参数设定仪包含显示屏，设定环
境热参数与人员热需求上下限；所述参数控制仪为控制算法，其根据户外环境热参数与人员热需求监测仪以及参数设定仪的参数运算对半导体制冷元件1的供冷温度进行调控；所述温度传感器对半导体制冷元件1的供冷温度进行测量，测出的供冷温度作为输出量，及时反馈测量结果，根据环境和人员参数变化需求及时调节冷量。
32.所述半导体制冷元件1在安装前要在冷热端表面涂上导热硅脂，涂抹均匀，半导体制冷元件1冷端紧贴金属板4上表面，给半导体制冷元件1接通电源后辐射制冷构件即可开始制冷与调节。
33.所述保温隔热层2采用市面上现货售卖聚氨酯泡沫塑料，包裹在半导体制冷元件1的周围，减少冷热量损失。
34.所述金属板4为铝板或铝铁板，金属导热系数大，增大传热效率。
35.所述辐射供冷膜5(上层膜)选用红外高发射率材料，在5～15μm波段的发射率》0.8，紧贴金属板下表面，膜厚度为10～100μm，导热热阻很小，其表面温度等于金属板表面温度，用于吸收来自热源的红外辐射能量。
36.所述空气接触膜8(下层膜)选用红外高透过率材料，在5～15μm波段的透过率率》0.7，与户外空气直接接触，同时隔绝户外空气与金属板表面之间的换热，间接提高与空气接触面的表面温度，大大降低结露风险与减少冷量损失，显著提升供冷能力。
37.所述支撑框架6为木材框架，尽可能降低导热系数。所述辐射供冷膜5(上层红外膜)与空气接触膜8(下层红外膜)选取市面上现售的高发射率与高透过率的红外膜材料，借助粘合剂将木材框架上层用辐射供冷膜和下层空气接触膜用密封包裹起来，制备成具有双层薄膜夹层中空结构。
38.所述密闭气体层7为干燥空气、氮气或氩气等气体层，密闭气体层内加入适量的干燥剂。
39.所述可户外使用的辐射供冷系统可通过光伏板或蓄电池提供动力。
40.在本实施例中，所述可户外使用的辐射供冷系统具有显著降低辐射末端结露风险，显著提升系统供冷能力，节能环保、自动控制等特点，尤其适用于高湿度地区的户外场所，可实现节能减碳。