一种有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统

本发明属于建筑节能与制冷，尤其涉及一种有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统。

背景技术：

1、近年来，节能减排技术越来越受到世界各国的重视。其中，在建筑墙体中应用相变材料以减小建筑制冷或供热所需能耗的技术成为建筑节能领域的焦点。该技术利用相变材料在相变过程中的高能量密度进行日间储热和夜间放热，从而减小室内温度波动，将室内温度波动控制在接近体感舒适温度的范围内，进而达到减小了建筑制冷负荷或供热负荷的目的。但建筑相变材料技术仍存在一定弊端，如：夏季在昼夜温差较小的地区，由于相变材料和夜间环境之间的温差较小，经常会出现相变材料在日间融化吸热之后夜间散热量较小不能完全凝固甚至完全不凝固的情况，从而导致第二天日间相变材料减小室内温度升高的能力受损乃至于完全失效。同时，建筑墙体中的相变材料在夜间凝固放热时不仅向室外排热还会向室内传导一定的热量，而在我国大部分地区夏季夜间室内外温度仍然较高，因此相变材料向室内传导热量的过程不仅损害了夏季夜间室内的热舒适性，还会增大夜间的制冷需求负荷。鉴于上述弊端，发明一种在夏季夜间帮助建筑墙壁内相变材料向室外排热并进一步降低室内温度的建筑排热系统是必要的。

2、针对应用相变材料的各类排热系统，目前的主流技术均采用以水泵或风机等设备作为动力源的传统液冷或风冷方式，虽然能够起到排热冷却的目的，但不可避免地增加了高品位能源的额外消耗，削弱了节能减排装置的节能效果。因此，有必要发明一种自身生产电能为耗电的动力设备提供能量的建筑排热自维持系统。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，包括蒸发器、发电机组、夜间辐射散热装置、工质泵、工质储存装置和电力储存装置；

3、所述蒸发器和工质泵均设置于室内环境与相变材料层之间的墙壁内，且所述蒸发器紧靠相变材料层设置，所述蒸发器包括储液蒸发干管、蒸发支管和压力控制出口阀门；

4、所述发电机组设置于建筑顶部，所述发电机组包括向心式膨胀机、发电机和输电线路；

5、所述夜间辐射散热装置也设置于建筑顶部，所述夜间辐射散热装置的内部设置有散热管路；

6、所述工质储存装置设置于建筑地下，所述工质储存装置包括工质储存罐和抽液泵，且所述系统中的循环载热工质为低沸点有机物；

7、其中，所述蒸发支管设置有多个，且所述蒸发支管的下端与位于建筑墙壁底端的储液蒸发干管的出口连通，所述蒸发支管的上端与位于建筑墙壁顶端的第一干管的入口连通，且所述第一干管的出口与向心式膨胀机的入口连通，所述压力控制出口阀门设置于第一干管的入口端处，用于控制蒸汽达到指定压力后才能从所述蒸发器排出并经由第一干管进入向心式膨胀机，所述向心式膨胀机的排汽口通过第二干管与散热管路的入口相连通，所述散热管路的出口通过第三干管与工质泵的入口相连通，所述向心式膨胀机以机械传动的方式与发电机相连接，所述发电机通过输电线路与电力储存装置的输入接口相连，所述电力储存装置的一个输出接口通过输电线路与工质泵的输电接口相连接，所述电力储存装置的另一个输出接口通过输电线路与抽液泵的输电接口相连接，所述工质泵的出口与储液蒸发干管的入口相连通，所述工质储存罐与储液蒸发干管之间通过储存干管和抽液干管相连通，且所述抽液泵设置在抽液干管的管路上。

8、进一步的技术方案，所述储存干管的管路上设置有储液阀门，所述抽液干管的管路上设置有抽液阀门。

9、进一步的技术方案，所述工质储存罐设置在地下深度10-20米的位置。

10、进一步的技术方案，所述蒸发支管在储液蒸发干管和第一干管之间以密集并联的形式分布。

11、进一步的技术方案，所述散热管路以蛇形管的管路形式设置。

12、进一步的技术方案，所述第一干管、第二干管和第三干管均采用绝热性能良好的材料。

13、进一步的技术方案，所述压力控制出口阀门的阀门孔径为可变孔径，且孔径可由温度智能控制。

14、进一步的技术方案，所述循环载热工质在标准大气压下的沸点应低于0℃且高于-30℃。

15、进一步的技术方案，所述循环载热工质应选取零臭氧消耗潜值和低全球变暖潜能值的环保型工质，如r600a和hfe-143a(三氟甲基甲醚)等。

16、本发明实施例提供的一种有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，其有益效果如下：

17、(1)该系统能够吸收相变材料层在夏季夜间向室内侧传递的热量，并通过夜间天空辐射制冷技术将热量以热辐射的形式散失到低温的外部环境中，实现了夏季夜间对相变材料层的冷却，保证了相变材料日间减小室内温度升高的效果，同时维护了夜间室内的热舒适度，减小了夜间的制冷需求负荷，有效完善了在墙体中应用相变材料的建筑节能技术；

18、(2)通过设置有机朗肯循环实现了利用低温热源做功发电的目的，充分利用了相变材料层的余热，提高了系统的能源利用率，实现了系统的自维持运转，避免了对外界高品位能源的额外消耗，有助于实现节约能源的目的；

19、(3)通过以夜间辐射散热装置代替有机朗肯循环中传统冷凝器的方式创新性地将动力循环与制冷技术相结合，以一套系统同时实现了生产电能和生产冷量的双重目的，节约了系统布置空间，具有灵活性强、安全性高和维护要求低的优点；

20、(4)通过设置电力储存装置的方式，实现了储存多余电能、平衡调配电力和稳定输出电压的功能，使系统工作具有良好的稳定性和连续性；

21、(5)通过在蒸发器中设置密集并联式的蒸发支管，极大地提高了蒸发器与相变材料层之间的热流量，使蒸发器能够充分吸收相变材料层向室内侧传递的热量，进一步保证了室内的热舒适性，其结构简单，效果明显；

22、(6)通过压力控制出口阀门控制通入向心式膨胀机的高压蒸汽的压力，通过抽液阀门、抽液泵和储液阀门控制夏季开始时循环载热工质的抽取和夏季结束时循环载热工质的储存，控制简单且高效。

技术特征：

1.一种有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，其特征在于，包括蒸发器、发电机组、夜间辐射散热装置、工质泵、工质储存装置和电力储存装置；

2.根据权利要求1所述的有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，其特征在于，所述储存干管的管路上设置有储液阀门，所述抽液干管的管路上设置有抽液阀门。

3.根据权利要求1所述的有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，其特征在于，所述工质储存罐设置在地下深度10-20米的位置。

4.根据权利要求1所述的有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，其特征在于，所述蒸发支管在储液蒸发干管和第一干管之间以密集并联的形式分布。

5.根据权利要求4所述的有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，其特征在于，所述散热管路以蛇形管的管路形式设置。

6.根据权利要求1所述的有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，其特征在于，所述第一干管、第二干管和第三干管均采用绝热材料制成。

7.根据权利要求1所述的有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，其特征在于，所述压力控制出口阀门的阀门孔径为可变孔径，且孔径由温度智能控制。

8.根据权利要求1所述的有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，其特征在于，所述循环载热工质在标准大气压下的沸点应低于0℃且高于-30℃。

9.根据权利要求8所述的有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，其特征在于，所述循环载热工质为r600a或hfe-143a。

技术总结
本发明适用于建筑节能与制冷技术领域，提供了一种有机朗肯循环与夜间辐射散热相结合的建筑排热系统，包括蒸发器、发电机组、夜间辐射散热装置、工质泵、工质储存装置和电力储存装置。该系统可以吸收相变材料层在夏季夜间向室内侧传递的热量，并将热量以热辐射的形式散失到外部环境中，实现了夏季夜间对相变材料层的冷却，保证了相变材料日间减小室内温度升高的效果，同时维护了夜间室内的热舒适度，通过有机朗肯循环实现了利用低温热源做功发电的目的，充分利用了相变材料层的余热，提高了系统的能源利用率，实现了系统的自维持运转，且系统运行具有良好的稳定性，有效完善了在墙体中应用相变材料的建筑节能技术，有助于实现节约能源的目的。

技术研发人员：金英爱,解博文,蒋志鹏,马纯强
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15