一种基于分形理论的防结露换热辐射板及辐射单元

技术领域

本发明属于辐射换热技术领域，涉及换热辐射板，具体涉及一种基于分形理论的防结露换热辐射板及辐射单元。

背景技术

辐射单元作为节能、舒适、健康的绿色空调系统，符合节能减排发展理念和绿色建筑理念。相对于传统的空调系统，辐射单元具有良好的经济性、热舒适性、室内空气品质质量高等优点，然而，易结露、供冷能力低是限制辐射单元发展的主要问题。辐射单元通常通过降低或升高室内围护结构内表面中多个或一个表面的温度形成冷辐射面或热辐射面，依靠冷辐射面或热辐射面与家具、人体、室内围护结构的其余表面进行辐射换热交换热量，从而对室内进行供冷或供暖。当室内空气的露点温度高于辐射单元换热末端(辐射板)的表面温度时，辐射板的供冷表面就会出现结露现象，影响辐射板的供冷能力，亟需改进。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种基于分形理论的防结露换热辐射板及辐射单元，以解决现有技术中存在的辐射板的供冷表面容易结露而影响辐射板供冷能力的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于分形理论的防结露换热辐射板，包括上表面设置有分形辐射面的隔热板本体，所述隔热板本体与分形辐射面之间形成安装腔体，所述安装腔体内的隔热板本体表面上开设有凹槽，所述凹槽内设置有流体管道；

所述隔热板本体上表面还设置有框架，所述框架上覆盖有选择性透过辐射膜层，所述选择性透过辐射膜层与隔热板本体之间形成导热腔，所述导热腔内填充有气体介质。

本发明还具有以下技术特征：

更进一步的，所述分形辐射面的横截面形状为标准科赫曲线或其变形曲线。

更进一步的，所述标准科赫曲线为为2阶至6阶科赫曲线。

更进一步的，所述气体介质包括空气和氮气。

更进一步的，所述选择性透过辐射膜层由至少两层选择性透过辐射膜叠加而成，且每层选择性透过辐射膜的厚度为50μm。

本发明还提供一种辐射单元，包括连接件和弯头，还包括若干如上所述的基于分形理论的防结露换热辐射板，若干辐射板通过所述连接件依次连接形成整体；若干所述辐射板内的流体管道通过所述弯头依次联通，形成换热通道。

更进一步的，所述辐射单元上还开设有流体入口和流体出口，所述换热通道的进水端和出水端分别经流体入口和流体出口穿出辐射单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的辐射板利用分形理论设计辐射面，即在相同的通道流通截面积的情况下，大大增加了辐射板的换热面积，换热性能极大提升，由此可达到强化传热的目的，进一步提高的冷却效果,有效降低工作温度、提高工作效率；本发明还利用选择性透过辐射膜实现辐射换热与对流换热分离，隔绝热湿空气达到防结露的效果，从而能够有效解决现有辐射空调系统面临的易结露、供冷能力低的问题。

本发明其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为辐射板的内部结构示意图；

图2为辐射板的侧视图；

图3为辐射单元结构示意图；

图4为辐射单元立体图；

图4为辐射单元立体图，其中，x，y，z代表坐标轴方向；

图5为设置平板型辐射板的建筑空间内，在0.5m、0.8m、1.1m、1.5m、1.8m、2.1m、2.4m、2.7m高度的温度云图；

图6为设置平板型辐射板的建筑空间内，在宽度方向z＝0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m、3m截面的温度云图，

图7为设置本发明的辐射板的建筑空间内，在0.5m、0.8m、1.1m、1.5m、1.8m、2.1m、2.4m、2.7m高度的温度云图；

图8为设置本发明的辐射板的建筑空间内，在宽度方向z＝0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m、3m处截面的温度云图；

图9为两种辐射板沿建筑空间长度方向在1m、2m、2.5m、3m、4m处的垂直方向温度变化曲线图。

图中各标号表示为：

1-隔热板本体，2-分形辐射面，3-流体管道，4-框架，5-选择性透过辐射膜层，6-连接件，7-弯头，8-进水端，9-出水端，11-凹槽。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，本发明中的所有零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。例如，本发明中的立柱可以采用现有的液压支柱。

实施例1

遵从上述技术方案，如图1和图2所示，本发明公开了一种基于分形理论设计的防结露换热辐射板，包括上表面设置有分形辐射面2的隔热板本体1，所述隔热板本体1与分形辐射面2之间形成安装腔体，所述安装腔体内的隔热板本体1表面上开设有凹槽11，所述凹槽11内设置有流体管道3；其中，分形辐射面2与隔热板本体1为可拆卸连接，凹槽11可以根据流体管道3进行设置。

所述隔热板本体1上表面还设置有框架4，所述框架4上覆盖有选择性透过辐射膜层5，所述选择性透过辐射膜层5与隔热板本体1之间形成导热腔，所述导热腔内填充有气体介质。

本实施例中，框架4采用轻型金属框架。选择性透过辐射膜层5与所述隔热板本体1相连设置，确保分形辐射面2与室内空气完全隔离，选择性透过辐射膜层5允许热辐射通过，但不允许空气和湿度通过。选择性透过辐射膜的存在，使分形辐射面2透过膜与室内环境进行辐射换热，换热后选择性透过辐射膜层5再与室内空气进行对流换热，从而避免分形辐射面2表面结露现象的发生。

作为本实施例的一种优选方案，所述分形辐射面2的横截面形状为标准科赫曲线或其变形曲线，利用科赫曲线的面积一定、周长无限长的性质来增大冷却流体与气体介质的接触面积，从而可在传热系数和传热温差不变的情况大增大冷却流体与气体介质间的传热功率。

在其他实施例中，也可以选用其他能够实现传热面积增加的、具有其他横截面形状的分形辐射面。分形辐射面2相比传统的平板型辐射面，极大增加了传热面积，可有效提升辐射板的换热性能。

作为本实施例的一种优选方案，所述标准科赫曲线为为2阶至6阶科赫曲线。具体阶数可根据导热腔内的流动特性确定。

作为本实施例的一种优选方案，所述气体介质包括空气和氮气。

作为本实施例的一种优选方案，所述选择性透过辐射膜层5由至少两层选择性透过辐射膜叠加而成，且每层选择性透过辐射膜的厚度为50μm。

实施例2

遵从上述技术方案，如图3至图9所示，本实施例提供一种辐射单元，包括连接件6和弯头7，还包括若干实施例1提供的基于分形理论的防结露换热辐射板，若干辐射板通过所述连接件6依次连接形成整体，本实施例中的连接件6采用卯榫结构设计，可以自由拆装，方便维修。多块辐射板采用串联的方式连接，保证了辐射单元内部各处流量相等，从而保证换热量尽量均匀；若干所述辐射板内的流体管道3通过所述弯头7依次联通，形成换热通道。

作为本实施例的一种优选方案，所述辐射单元上还开设有流体入口和流体出口，所述换热通道的进水端8和出水端9分别经流体入口和流体出口穿出辐射单元。

辐射单元在使用时，可根据设计需要选择多块辐射板，在与换热通道的进水端和出水端相对应的辐射板侧壁设置流体入口和流体出口，设置在辐射板内的流体管道通过弯头依次联通，辐射板通过所述连接件依次连接形成整体通过连接构件与其他设备固定安装。

以一个5m×4m×3m(长×宽×高)的的建筑空间为研究对象，在建筑空间内的屋顶设置本发明由四块本发明提供的辐射板组装得到的辐射单元(记为C1)，在另一相同建筑空间内的屋顶设置平板型辐射板作为对比(记为C2)，测试结果如图5至图9所示。

从图5可以看出，从云图分布可以看出，随着高度增加，空气温度波动越大。从图6可以看出，在建筑空间中间的区域温度波动较大。从图7、图8和图9可以看出，在设置本发明的辐射板的建筑空间内温度更均匀。

上述对比结果说明：本发明提供的辐射板由于利用了分形理论设计辐射面，大大增加了辐射板的换热面积，所以使换热性能极大提升，同时，由于利用选择性透过辐射膜实现辐射换热与对流换热分离，建筑空间内的温度更佳均匀。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。