基本信息
- 项目名称：
- 建筑用热泵空调系统毛细吸液芯式辐射换热板新型末端装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 该作品目的在于取代现有传统空调和辐射空调末端。其结构包括进水管、出水管、石膏和柠檬酸钾配制而成的毛细吸液芯、背板、侧壁板、横壁板、辐射换热板和用于填充毛细吸液芯材料的通道等。空调载冷剂或制冷剂经进水管送入填充毛细吸液芯材料的通道内。载冷剂或制冷剂由于毛细吸液芯的毛细力作用，自动流向出水管并流回系统。空调系统的载冷剂或制冷剂带入毛细吸液芯式辐射换热板的能量以辐射为主的传热方式传给室内空间。
- 详细介绍：
- 建筑用热泵空调系统毛细吸液芯式辐射换热板新型末端装置是在绿色节能建筑、降低设备成本、运行高效节能、健康舒适生活的四大背景下研发出拥有自主知识产权的具有节能、环保、舒适、健康、经济五大特点的新型空调末端。其紧紧跟随绿色节能建筑的发展趋势，目的在于取代现有传统空调和辐射空调末端。该作品包括进水管、出水管、石膏和柠檬酸钾配制而成具有毛细通道的毛细吸液芯、背板、侧壁板、横壁板、辐射换热板及用于填充吸液芯材料的通道等。空调载冷剂或制冷剂经进水管送入由背板、侧壁板及辐射换热板组成的内填毛细吸液芯夹层的通道内。载冷剂或制冷剂由于毛细吸液芯的毛细力作用，自动流向出水管并流回系统。空调系统的载冷剂或制冷剂带入毛细吸液芯式辐射换热板的能量以辐射为主的传热方式传给室内空间。达到室内环境低噪、舒适、健康和空调系统节能、环保的效果。该作品作为空调末端装置用于绿色节能建筑中直接蒸发式分体型热泵空调器系统和地热水环式热泵空调系统中，并且采用绿色环保R600a作为制冷剂，是建筑暖通空调领域具有潜力的发展方向。并且该作品打破了欧美对毛细管辐射空调的知识产权的垄断。其节能效益极佳，在毛细辐射管节能的基础上，换热量提高了30%以上，并且其市场价约为毛细辐射管的1/2。优异的性能带来乐观的经济与社会效益，是未来绿色节能建筑暖通空调的重要选择。 本作品已公开实审2项国家发明专利。该团队关于该作品与美的集团、中国农业机械设计院——中机远雄蓄能科技有限公司，四川省广元市第四建筑工程有限公司等知名企业达成初步合作意向。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 2011年第一季度我国全社会用电量10911亿千瓦时，同比增长12.7%，全国大部分地区出现用电荒。而空调系统的能耗大约占建筑总能耗的47%，在绿色节能建筑、降低设备成本、运行高效节能、健康舒适生活的大背景下，针对风机盘管空调有风感，温差大，噪音强，耗能高等缺陷和蛇形管辐射空调缺乏自主知识产权，成本高的缺陷，发明该作品。 基本思路：航天航空中的热管技术。 创新点： 1.首次将航天热管技术中的吸液芯移植到空调系统末端换热器中，并与热泵空调系统结合使用； 2.率先提出用多孔介质毛细吸液芯式辐射换热板作空调末端换热器,创新地使用CaSO4+H2O+柠檬酸钾的孔隙率与强度同时提高的新配方； 3.开发出ABS塑料夹心板并向板内灌注多孔介质石膏的工业化生产工艺； 4.开发出“平行流毛细吸液芯板分体型热泵空调系统”，绿色环保工质R600a在该作品中直接蒸发与凝结； 5.开发出“平行流毛细吸液芯板地热水循环型热泵空调系统”，R600a作为制冷剂、水作为载冷剂。 技术指标： 1.毛细吸液芯式辐射换热板制冷与采暖室内温度均匀，舒适性好，噪声低于20dB； 2.毛细吸液芯式辐射换热板的市场价只有蛇形管的1/2； 3.单位面积的毛细吸液芯式辐射换热板与蛇形管相比，载冷水换热量提高约30%，直接蒸发式提高约 80%； 4.毛细吸液芯式辐射换热板的使用寿命大于50年。
科学性、先进性
- 与传统空调末端相比，优点如下： ①健康：温度均匀，无风管没有病菌繁衍； ②舒适：无风感、低噪音、符合人体舒适温度场分布； ③节约：安装在地板下、天花板上不占空间，无需维护、使用寿命长； ④节能：“毛细吸液芯式辐射换热板板分体型热泵空调系统，制冷剂直接蒸发与凝结。“毛细吸液芯式辐射换热板地热水循环热泵空调系统”，充分利用低品位能源； ⑤环保：采用绿色环保工质R600a，对臭氧层无破坏，温室效应指数仅为0.1。 与蛇形管相比，优点如下： ①低成本：毛细吸液芯式辐射换热板的市场价约为蛇形管的1/2。 ②温度更均匀：借助航天热管技术中毛细吸液芯材料优越的传热传质性能，整个板面温度十分均匀。 ③高效：在蛇形管换热量比传统空调末端大大提高的基础上，其循环水换热量再提高约30%，直接蒸发式更可观。 作品拥有科技查新报告，公开实审2项国家发明专利。基于该作品的论文被SCI收录一篇，复审SCI、EI各一篇，外审EI一篇。作品得到该领域9名专家的推荐。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示 样品 参展名称为：重庆大学毛细吸液芯式辐射换热板体验中心
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 毛细液芯式辐射换热板可代替现有空调末端，广泛应用于空调领域。 其具有以下优势： ①经济实惠 ②极强的舒适性与健康性 ③高效节能 ④安装方便、节约建筑空间 ⑤使用寿命长 毛细吸液芯式辐射换热板热泵空调系统可进入高档别墅、酒店、办公楼、商厦等节能建筑市场及汽车空调市场，在中后期随着生产的基地化与规模化后成本可进一步降低，将进入普通居民家庭市场。采用成本加成定价法，将毛细吸液芯式辐射换热板定价为98元/m2 ,市场采购率初步定为20%。得出2012年，国内辐射换热板总销售量为0.556亿平方米，销售额54.488亿元，并保持销售额年增长20%。作为低碳节能的新一代空调器，可望代替目前广泛使用的分体式空调，具有广阔的市场前景，对推进低碳经济、促进节能减排具有重大意义。
同类课题研究水平概述
- 建筑辐射式空调起源于欧洲，其研究发展已经经历了长达一个多世纪，上个世纪初英国的巴克尔教授就率先申请了辐射采暖的技术专利，从此就拉开了对辐射空调理论技术研究的大序幕。 T.Imanari比较了辐射冷却空调和对流空调系统的热舒适性，能耗，成本。自然对流供冷方式在供冷过程中平均流速为0.05m/s，充分满足ASHRAE(1992)及ISO(1994)制定的舒适度标准(小于0.25m/s)，没有发生“吹风感”、噪音及扬尘等现象，分体空调系统在供冷过程中的平均气流速度为0.32m/s，发生了“吹风感”及噪音等现象，对舒适度产生了不利的影响，由此可知，自然对流供冷方式的舒适性优于分体式空调，由于小的平均风速，人体在辐射空调中感觉更加舒适，不过他同时也指出尽管辐射空调可以降低10%运行的成本，但是初投资高，根据辐射空调的市场价格需要1-17年才能回收。美国学者Hannay和Lebrun等对不同的采暖系统的热舒适性和能量消耗进行了对比研究，研究发现：当人们使用不同的采暖系统达到相同的热舒适性时，各个空调系统的能量消耗有着显著的不同，地板辐射采暖系统可节能10%～40%。 国内越来越多的专家学者也对其进行了深入的理论研究，为国内辐射空调的发展应用做了许多宝贵的理论基础。天津地热研究培训中心的宗立华对均密度螺旋型布置低温热水交联聚乙烯辐射地板采暖系统进行研究，建立了稳态传热模型，通过试验验证，对换热机理进行理论分析，提出了设计计算的热性能组合特性曲线。2005年山东建筑大学李常河等在分析地板辐射供冷系统地面温度传热规律的基础上，建立了地板辐射供冷系统的二维稳态传热数学模型；2007年赵蕾等以办公室为研究对象，采用数值仿真的方法，研究了置换通风、顶板辐射供冷及其复合系统在不同复合条件下的室内热环境，给出不同负荷条件下，室内的垂直温度及流场分布。高攀、赵力等通过建立模型对辐射空调空间内的温度场和速度场进行了仿真计算，通过对比不同换热形式的计算结果，验证了辐射空调温度分布更为均匀，舒适度更好早在上个世纪初期，俄国人就已经采用了辐射采暖系统，欧美发达国家已经大面积使用这种空调系统，特别是地板采暖系统在德国居民住宅的采暖面积中已达到70%，加拿大使用辐射地板采暖面积也已达到80%。 并且通过科技查新，国内外未见与该作品类似的报道。
