[发明专利]用于在非限制环境中对主动调节空气流和返回空气流进行流体动力学隔离的系统和方法

说明书

本文公开了用于在非限制环境中对主动调节空气流和返回空气流进行流体动力学隔离的系统和方法。在一些实施方案中，一种用于在非限制环境中对主动调节空气流和返回空气流进行流体动力学隔离的系统包括：热泵子系统，该热泵子系统被配置成产生调节空气回路；以及空气幕子系统，该空气幕子系统被配置成产生空气幕空气回路，该空气幕空气回路将该调节空气回路与该系统外部的环境隔离。这样，可在以前不切实际的空间中提供调节空气。此外，这可以有效的方式进行。

技术领域

本发明涉及主动调节空间。

背景技术

全世界对开放的室外空间中的工程微气候的需求正在增加。传统的HVAC解决方案依赖于墙壁和窗户来容纳空气并隔离空间。室外没有墙壁和窗户意味着需要新的解决方案(参见例如图1)。工程师或建筑师必须采用几种技术来既有效又经济地维持室外空间中的热舒适性。考虑居住者的能量平衡。辐射传热和对流传热占主导地位，而第三模式的传热即传导可被忽略。图1示出了室外气候控制应用的实例。

风扇通常用于通过减小流体动力学和热边界层的厚度来增加居住者周围的对流冷却，以增加居住者表面处的热量和质量传递。在温和条件下，风扇是最成本有效的。随着环境温度升高，居住者将开始出汗，这增强了质量传递和蒸发冷却。随着温度和/或湿度进一步升高，居住者感觉到增加的不适并且需要主动冷却系统。主动冷却极限取决于若干因素，出于说明的目的，它已在焓湿图上被任意定义在21℃的露点温度处，以及用于HVAC应用的传统人体舒适区(参见例如图2)。使用对流HVAC装备的主动冷却是笨重的，并且在室外环境中是低效的。图2A和图2B示出了指示露点温度(21摄氏度)的任意极限的焓湿图，在该温度之上需要主动冷却以提供舒适条件和具有人体舒适性的传统方法。

辐射传热通过遮挡太阳(用于冷却)或夜空(用于加热)并将低辐射率涂层施加到与居住者具有大视角系数(立体角)的表面来控制。

发明内容

本文公开了用于在非限制环境中对主动调节空气流和返回空气流进行流体动力学隔离的系统和方法。在一些实施方案中，一种用于在非限制环境中对主动调节空气流和返回空气流进行流体动力学隔离的系统包括：热泵子系统，该热泵子系统被配置成产生调节空气回路；以及空气幕子系统，该空气幕子系统被配置成产生空气幕空气回路，该空气幕空气回路将该调节空气回路与该系统外部的环境隔离。这样，可在以前不切实际的空间中提供调节空气。此外，这可以有效的方式进行。

在一些实施方案中，流动通过由热泵子系统产生的调节空气回路的调节空气在内部再循环并通过由空气幕子系统产生的空气幕空气回路防止与环境空气混合。

在一些实施方案中，该系统还包括环境空气进气/排气子系统，该环境空气进气/排气子系统被配置成将空气从热泵子系统排放到系统外部的环境和/或将空气从环境抽吸到热泵子系统中以进行调节。

在一些实施方案中，该系统还包括电力/能量子系统，该电力/能量子系统包括用于向该系统供电的一个或多个光伏发电或能量存储部件。

在一些实施方案中，该热泵子系统包括热电冷却器。

在一些实施方案中，空气幕空气回路包括关于旋转轴线轴对称的再循环单元。

在一些实施方案中，空气幕空气回路包括关于系统的镜像线对称的再循环单元。

在一些实施方案中，热泵子系统和空气幕空气回路中的一者或多者包括至少一个风扇。在一些实施方案中，该至少一个风扇包括在特定方向上的叶轮和/或风扇。

在一些实施方案中，热泵子系统包括具有蒸发冷却器和热电冷却器的混合系统。

在一些实施方案中，一种操作用于在非限制环境中对主动调节空气流和返回空气流进行流体动力学隔离的系统的方法，该方法包括：使用该系统的热泵子系统产生调节空气回路；以及使用该系统的空气幕子系统产生空气幕空气回路，该空气幕空气回路将该调节空气回路与该系统外部的环境隔离。