[發明專利]基于輻射制冷和相變儲能的復合節能裝置及其方法

有效

• 申請號: 201711081381.0
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107975895B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 龔佳康;鄭夢蓮;鐘升楷;范利武;張良;俞自濤;胡亞才
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F24F5/00
• 分類號: F24F5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種基于輻射制冷和相變儲能的復合節能裝置及其方法，屬于輻射制冷領域。復合節能裝置由輻射制冷膜和相變材料層組成，輻射制冷膜和相變材料層之間存在熱交換接觸面；輻射制冷膜通過向裝置外部不斷輻射制冷從而持續產生冷量，該冷量存儲于相變材料層中。裝置結構簡單、成本低廉。本發明有益效果包括：夏季通過全天候的輻射制冷帶走房屋的熱量。夜間的制冷量將相變材料凝固，該材料于白天緩慢融化吸收熱量，控制室內溫度。冬季整個裝置憑借較低的導熱系數，有效減少屋內熱量的逸散。總體來說，減少甚至免去了房屋的空調用電，做到了節能減排。

技術領域

本發明屬于輻射制冷領域，具體涉及一種基于輻射制冷和相變儲能的復合節能裝置及其方法。

背景技術

隨著全球變暖加劇和人們對生活品質越來越高的要求，制冷的需求增加明顯。近年來，不需要消耗能源的被動制冷技術受到了越來越多的關注。

輻射制冷時一種典型的被動制冷方式。其原理是通過在大氣的透明窗口波段(8-13微米)進行輻射，將熱量傳遞給溫度極低的外太空。為了達到更好的制冷效果，需要盡可能提高物體在8-13微米的發射率以及可見光波段的反射率。

隨著不斷發射紅外波，輻射制冷膜的制冷功率相對穩定。但由于白天環境溫度較高且太陽輻射十分劇烈，此時輻射制冷量往往不足，難以控制房屋內的溫度。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中輻射制冷設施難以在太陽輻射強烈的情況下控制室內溫度的缺陷，并提供一種輻射制冷和相變儲能的復合節能裝置。

本發明所采用的具體技術方案如下：

基于輻射制冷和相變儲能的復合節能裝置，由輻射制冷膜和相變材料層組成，輻射制冷膜和相變材料層之間存在熱交換接觸面；輻射制冷膜通過向裝置外部不斷輻射制冷從而持續產生冷量，該冷量存儲于相變材料層中。

本發明通過使輻射制冷膜和相變材料層結合，使得夜間的冷量能夠存儲于相變材料中，供白天吸熱。本發明可以有效降低室內溫度，大幅度減少主動制冷的耗電量。以白天38℃、夜間28℃、白天平均太陽輻射650W/㎡為例，夜間輻射制冷量120W/㎡，十小時共輻射熱量4320KJ，足以使12mm厚的石蠟降溫并冷凝，儲存2400KJ的冷量。白天制冷膜反射80％的太陽能并且繼續以100W/㎡的功率制冷，14小時共吸收6552KJ太陽輻射。加上空氣對流換熱的約504KJ熱量，共計吸熱7056KJ，減去5040KJ的輻射制冷量后，剩余的2026KJ熱量全部被石蠟層吸收，溫度控制在其熔點附近，始終不超過30℃。因此，本發明達到了良好的制冷效果。

本發明中，熱交換接觸面可以通過輻射制冷膜貼在相變材料層上實現，也可以通過間接換熱方式實現。作為優選，輻射制冷膜和相變材料層之間設有強化傳熱結構。強化傳熱結構可選擇翅片等形式。強化傳熱結構可通過嵌入相變材料層，增加熱交換接觸面，加快熱傳遞。

本發明的輻射制冷膜可以采用現有技術中的各種形式只要能向外部不斷發射紅外波，實現被動制冷即可。作為優選，輻射制冷膜由發射顆粒層和反射膜層組成；反射膜層位于發射顆粒層和相變材料層之間，用于將從外部透過發射顆粒層的光(主要是可見光)反射回裝置外部；發射顆粒層由透明基材和包裹于透明基材中的微粒組成，微粒的材質需要具有輻射制冷功能，優選為SiO₂、SiC、BN或TiN中的一種或多種。透明基材需保持對可見光較低的吸收率，使其能夠盡可能被反射膜層反射回外界環境中。

作為優選，發射顆粒層厚度為50-200μm，微粒的粒徑為1-20μm，反射膜層厚度為100-300μm，該比例下整體性能較好。

作為優選，相變材料層外部包覆有隔熱材料層，可選用導熱系數較低的保溫材料，以減少相變材料的冷量損失。

作為優選，相變材料層的材料為石蠟等有機物，熔點為常溫范圍。