免费制冷 | 夜间辐射散热器用作地源热泵辅助冷源

远离大气层的太空温度约为4K,即使考虑到大气层的保温作用,夜间天空温度也会比空气温度低很多,可以用作辐射制冷的冷源。以热湿气候区香港为例,香港全年的天空温度比空气温度低10℃左右,夜间天空仍是较好的免费冷源。

夜间辐射制冷 天空温度降

图 香港全年天空温度降(5~10℃)
天空温度降 = 空气温度 – 等效天空温度

夜间辐射制冷技术常应用于被动式供冷系统,包括:使用平板太阳能集热器兼作夜间辐射散热器及使用特制夜间辐射散热器的被动式制冷系统。

夜间辐射制冷用于被动式供冷

图:夜间辐射制冷用于被动式供冷

除了被动式应用,夜间辐射制冷也适合作为主动供冷系统的辅助冷源:第一,辐射散热器水平安装于屋面上,不影响建筑外观第二,辐射散热器无转动部件,运行噪声小,操作维护简便,造价低廉,使用寿命长

国内研究人员针对地源热泵技术用于冷负荷占优型建筑物时地下热积累导致的性能下降问题,提出了应用夜间辐射散热器代替传统冷却塔作为辅助散热器的新型地源热泵复合系统。

夜间辐射散热器代替传统冷却塔作为辅助散热器的地源热泵复合系统

图:夜间辐射散热器代替传统冷却塔作为辅助散热器的地源热泵复合系统

该研究设计的辐射散热器由2层厚度为1mm的不锈钢板焊接而成,冷却水在2层钢板间流动。为了加强冷却水与钢板间的对流换热,钢板间距取6mm,以保证冷却水流态处于湍流,并在钢板上均匀压制凹点。选择不锈钢材料是因为其经济性好,易加工,且对8~13微米波长范围内的红外辐射具有较高的发射率[1]。

夜间辐射散热器构造设计

图:夜间辐射散热器构造设计

研究选取位于热湿气候区香港的一栋总空调面积为270㎡的2层住宅作为样本建筑,该建筑属于冷负荷绝对占优型建筑。研究结果表明,与常规地源热泵系统相比,新型复合系统可节省约10%的总成本。

参考资料:
[1] 满意,史盛钰,王泽江,王亮,杨洪兴.夜间辐射制冷在地源热泵中的应用[J].暖通空调,2018,48(02):73-80.

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