CN102538112A - 一种户式热湿分控辐射空调系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种户式热湿分控辐射空调系统及其控制方法,其经毛细管席吊顶板及地板辐射供冷或供暖过程实现温度独立调节,由本发明包含的新型新风处理机提供湿度独立控制,本发明设置有利用辐射水的可控空气预处理和末级再调温,并采用一级直接蒸发,两级串联可调冷凝的制冷压缩除湿系统,且末级冷凝器兼作热泵蒸发器,整机具备减焓除湿、可变新风换气通风、热回收及热泵等功能;此外还提出了室内蓄湿容量的设计概念,采用间歇除湿运行,具备应对室内散湿负荷变化的较高适应能力和突发高湿负荷的承载能力。本发明有效地同辐射空调系统冷热源进行整合利用,具有良好的空气品质、舒适的热工环境以及较高的节能效益等优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种将中小型传统户式辐射空调系统与温湿度独立控制系统(T&HICS)相结合的一体化新型空调系统,并涉及一种新型多功能新风处理空调设备和户式辐射空调系统的温湿度独立控制方法。
技术背景
目前,采用辐射供冷和供暖技术的全年辐射空气调节系统凭借着其舒适的室内垂直温度分布、较高的系统能效等优势,在相关系统设备及控制策略等技术手段日益成熟完善的背景推动下,辐射空调系统逐渐得到广泛应用。同时,为进一步发掘系统的节能集成优势,营造健康室内空气品质,将应用低品位高温冷源的辐射系统与温湿度独立控制系统(T&HICS)有机结合,实现温度由辐射控制,湿度由空气或溶液调节的新途径。
传统辐射空调系统仅通过辐射壁板对空调区域进行供冷或供暖以达到温度调节的目的,而对于室内的空气湿度控制和换气品质要求相对薄弱,存在新风换气量与除湿容量及辐射壁面露点控制三者间相互矛盾制约的技术难题。
辐射空调系统具有很好的温度独立控制(TIC)特性,但仍缺乏完善有效的湿度独立控制(HIC)方法和与之相应的专用空气处理控制设备。目前就现有湿度调节设备而言,传统新风换气机全年间均可通过新排风间的全热湿交换,利用室内的低温或高温干燥空气完成新风的余湿回收,满足换气品质的同时具有一定有限的湿度调节能力,但仍难以应对夏季尤其是炎热高湿地区的气候工况,且无法实现湿度的主动控制调节;另外,传统新风直流系统的新风处理机,具有可控、大容量的湿度调节能力,但热湿处理耦合,与辐射系统的辐射壁板在显热的消除处理上形成设置冗余、独立控制不便,且无法利用现有的低品位高温冷水(15~20℃)或低温热水(30~40℃),需要采用双水温冷热源机组,系统庞大,整体节能优势下降;而溶液独立除湿设备虽能够较好的移植于辐射空调系统,但设备复杂不利于中小型户式系统,且制造及维护成本较高。
发明内容
本发明的一个目的是提出将广泛推广并应用于如高档单体别墅、低层复式住宅、小型公共办公写字楼等具有户式或中小型空调区域特征建筑的辐射空调系统同温湿度独立控制系统(T&HICS)相结合,并由传统辐射壁板通过对空调区域进行辐射供冷或供暖来实现温度独立调节功能的同时由新、回、排风的联合处理的途径来完成湿度独立控制。
本发明的第二个目的是提供一种应用于T&HIC辐射空调系统,通过对新排风的联合处理,能够实现对室内空调区域空气湿度的独立控制、保证室内空气品质及卫生通风的换气需求,满足系统冬夏季及过度季节的全年运行工况的高集成度、节能,可独立运行及完善自控可调的一体化新风换气机组。其突破在于集成了部分现有各新风处理模式的特点,有效地同辐射空调系统冷热源进行整合利用,较为充分地发挥了T&HIC辐射空调系统所具有的良好的空气品质,舒适的热工环境以及较高的节能效益等优势。
为达到上述发明目的,本发明一种户式辐射空调系统包括:
冷水源及辐射水分配系统,所述冷水源及辐射水分配系统包括末端循环力水泵、分水器、集水器、辐射吊顶支路流量调节阀、辐射地板支路流量调节阀、新风机支路通断阀、动态压差自平衡阀和空气源变频恒温辐射水热泵机组;
辐射毛细管席温度独立控制系统,所述辐射毛细管席温度独立控制系统包括室内温度传感器、辐射吊顶毛细管席和辐射地板毛细管席;
湿度独立控制新风一体机,所述湿度独立控制新风一体机包括制冷剂循环系统、辐射水循环系统和风道系统。
根据本发明实施方式的户式辐射空调系统,进一步地,所述制冷剂循环系统包括压缩机、低压开关、高压开关、多组单向截止阀、换向阀、电磁阀、节流装置、储液罐、直接蒸发换热器、冷凝换热器及热泵直接蒸发换热器,所述压缩机通过所述换向阀与外部的多组换热器连接,所述冷凝换热器与所述热泵直接蒸发换热器串联,经过所述节流装置后与所述直接蒸发换热器连接,所述冷凝换热器设置并联旁通管路并配置反向的第一截止阀,所述冷凝换热器的出口配置顺向的第二截止阀,所述热泵直接蒸发换热器设置并联旁通管路并配置串联同向电磁二通阀及第三截止阀。
进一步地,所述辐射水循环系统包括辐射水预冷换热器、辐射水再冷调温换热器和电动三通比例调节阀,所述辐射水预冷换热器和所述辐射水再冷调温换热器均为整体波纹翅片式内螺纹盘管,依次串联后同所述电动三通比例调节阀并联,并由所述电动三通比例调节阀同外环路辐射水系统连接。
进一步地,所述风道系统包括独立的新回风处理风道、排风热回收风道、送风机、排风机、送风温度传感器、送风湿度传感器、回风湿度传感器及中间露点温度传感器,所述的辐射水预冷换热器、所述直接蒸发换热器、所述冷凝换热器、所述辐射水再冷换热器及所述送风机按新风流向依次串联布置于四周封闭的新回风处理通道内,所述直接蒸发换热器后设置所述露点温度传感器,所述送风机前端设置所述送风温湿度传感器,排风热回收通道内按排风流向依次布置所述排风机、回风分流段及所述热泵直接蒸发换热器,由所述回风分流段引出连接新风段入口端的回风支段,所述回风支段内设置所述回风湿度传感器,所述新回风处理风道及所述排风热回收风道均设置于一个箱体内。
一种控制所述户式辐射空调系统的方法,包括以下步骤:通过实时采集所述送风温度传感器的检测温度与设定环境干球温度值进行对比,采用PID算法反馈调节所述电动三通比例调节阀的阀内旁通开度来控制预定流向的辐射水流量;通过采集所述送风温度传感器与所述送风湿度传感器的检测值,依据湿空气模型计算直接蒸发除湿后的口气露点干球温度并与所述露点温度传感器的测量值进行对比,当所述露点温度传感器的测量值偏离预定范围时,所述电磁二通阀通电截止,所述冷凝换热器与所述热泵直流蒸发换热器串联同时工作,每次系统停机后所述电磁二通阀断电复位;通过所述回风湿度传感器检测回风相对湿度,当所述回风相对湿度连续超出设定时间高于启动阈值时所述压缩机启动,当所述回风相对湿度连续超出设定时间低于停机阈值时所述压缩机停机,所述送风机和所述排风机仍然工作。
本发明所提出的控制所述户式辐射空调系统的方法通过设置室内蓄湿容量的概念,在室内设计点所在等温线的前后分别设置室内环境湿度允许波动范围的上限阈值状态点(其相应空气露点低于辐射壁面温度)和下线阈值状态点,达到上阈值时除湿启动,湿度降低至下阈值时除湿停止,其后为室内散湿的自由累积过程,直至再次达到上阈值。除湿机组实现定频间歇高效运行。
本发明的一体化新风换气机组的技术方案包括夏季及过渡季节制冷和冬季及过渡季节供暖两种模式:
其中所述制冷模式为:新回风首先由辐射冷水预冷除湿,再由直接蒸发进行深度降温除湿获得设计露点状态后经部分或全部冷凝热升温,最后经辐射水再冷完成出风调温处理,实现外部等温除湿效果。此模式下通过可调的双级串联冷凝换热器将多余废热由排风带走,同时制冷循环随换热器容量的变化自行匹配实际的直接蒸发除湿能力,风温调节由辐射水流量控制实现,且随环境负荷波动反馈变化。
其中所述供热模式为:新回风首先由辐射热水预热,再由通过对室内排风进行热回收的热泵得热继续加温,最后由辐射水再热调温,负荷较低时可关停辐射供水优先启用热泵供暖。
由于采用了上述技术特征,所以本发明的有益效果体现在以下方面:
1).制冷模式下通过露点监测控制两级串联冷凝换热器的使用个数,实现制冷循环除湿容量的两级粗调,同时通过实时检测出风状态,辅以两级辐射水换热盘管的连续比例调节,能够较好地适应全年不同的负荷条件;
2).供暖模式优先以热泵运行,通过对排风的热回收供暖,尤其是在寒冷地区或冬季极端严寒气象条件下,同室外制取低温辐射热水的热泵机组相比仍具有较高的得热效能以及全天候运行的条件;
3).充分利用低品位辐射冷热水,无需其他冷热源;夏季湿度控制准确,能够实现以室内空调环境温度为基准的等温除湿效果;系统原理简单可靠、设备集成度较高,兼具可控的独立除湿,换气通风以及热泵热回收等功能于一体。
附图说明
图1为本发明户式温湿度独立控制(T&HIC)辐射空调系统的设备组成及其结构示意图。
图1中,1为压缩机,2为低压开关,3为高压开关,4为单相截止阀V1,5为单向截止阀V2,6为单向截止阀V3,7为四通换向阀EV1,8为电磁二通阀EV2,9为储液罐,10为节流装置,11为电磁三通调节阀EV3,12为辐射水预冷换热器,13为直接蒸发换热器,14为冷凝换热器,15为辐射水再冷换热器,16为热泵直接蒸发换热器,17为送风机,18为排风机,19为新回风处理风道,20为排风热回收风道,21为回风调节装置,22为回风湿度传感器S1,23为露点传感器S2,24为送风温度传感器S3,25为送风湿度传感器S4,26为室内温度传感器,27为末端循环动力水泵,28为分水器,29为集水器,30为辐射吊顶支路流量调节阀,31为辐射地板支路流量调节阀,32为新风机支路通断阀,33为动态压差自平衡阀,34为辐射吊顶毛细管席,35为辐射地板毛细管席,36为空气源变频恒温辐射水热泵机组。
图2为本发明户式温湿度独立控制(T&HIC)辐射空调系统夏季空气调节过程原理图。
图2中:W为室外状态点,N-D为室内设计状态点,N-Run为启动除湿回风状态点(湿度上阈值),P为排风状态点,O为新回风混合状态点,L1为预冷除湿露点,L2为直接蒸发除湿露点,M为部分冷凝再热点,S为再冷调温后送风状态点(同为除湿停机回风状态点N-Stop,湿度下阈值);TIC表示温度独立处理过程,HIC表示湿度独立处理过程,T为设计等温线,C Zone为送风状态允许的波动区间,ΔD为室内有效除湿量,ΔD-f为新风额外除湿负荷,同为停机通风新风引入湿负荷。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.湿度独立控制系统(HICS)的具体实施方式
本户式温湿度独立控制(T&HIC)辐射空调系统的湿度独立控制(HIC)由多功能新风一体机完成。参见图1右上部分所示,对辐射空调系统用湿度独立控制(HIC)多功能新风一体机的系统构成及运行原理做进一步描述。
图1中,制冷剂回路中压缩机1高压端与四通换向阀7的a端相连,低压端与四通换向阀7的c端相连,四通换向阀7的b端连接冷凝换热器14的入口段,在冷凝换热器14出口段设置同流向单向截止阀5,冷凝换热器14的进出管路间并联流通方向指向四通换向阀7的b端的单向截止阀4,单向截止阀4的前端同5的末端相连并与热泵直接蒸发换热器16的入口段相连,其出口段上依次设置储液罐9和节流装置10后同直接蒸发换热器13入口端连接,在单向截止阀4和5的连接点后且储液罐9连接点前的热泵直接蒸发换热器16进出管段间并联同流向的依次设置电磁阀8和单向截止阀6的旁通支路,直接蒸发换热器13出口连接至四通换向阀7的d端,形成制冷循环回路。
辐射水回路中电动三通比例调节阀11的主通路入口A端同外部辐射水供水连接,主通路出口B端连接预冷换热器12入口,其出口串接再冷换热器15入口,其出口同电动三通比例调节阀11的旁通支路出口C端连接后接至外部辐射水回水管路。
相应的控制过程和原理如下:
A.湿度独立控制(HIC)逻辑,包括:1)通过实时采集送风温度传感器S3的检测温度与设定环境干球温度值(25℃)进行比对,采用PID算法反馈调节电动三通比例调节阀11的开度以调节A→B流向辐射水流量;2)通过采集送风温湿度传感器24和25检测值,依据湿空气模型计算直接蒸发除湿后的空气露点干球温度并与露点温度传感器23的测量值进行比对,当露点温度传感器23的测量值偏离前者一定范围(例如,在±2℃范围内)时,常开电磁阀8通电截止,冷凝换热器14与热泵直接蒸发换热器16串联同时工作,每次系统停机后电磁阀8断电复位;3)通过回风湿度传感器22检测回风相对湿度,当连续超出设定时间(例如,30s)高于启动阈值(例如,65RH.%)时压缩机启动,当连续超出设定时间(例如,30s)低于停机阈值(例如,50RH.%)时压缩机停机,送排风机仍工作。
B.制冷模式原理:低温低压的制冷剂蒸气经压缩机1压缩成高温高压蒸气,经四通换向阀7的a端导入b端(四通换向阀未通电)由单向截止阀4阻止,进入冷凝换热器14,在翅片盘管内冷凝成两相气液混合物,通过单向截止阀5进入热泵直接蒸发换热器16完全冷凝并过冷成高温高压液体,此时电磁二通阀8应通电截止制冷剂未旁通,经过节流装置10节流后变成低温低压液体进入直接蒸发换热器13,在翅片盘管内重新蒸发过热为低温低压气体,循环工作。辐射冷水供水由电动三通阀11的A端进入,在阀内开度控制下部分旁通经C端返回,其余由其B端进去预冷换热器12,串流进入再冷调温换热器15,最后汇同电动三通阀11的旁通支路C端返回辐射冷水系统。
C.制热模式原理:低温低压的制冷剂蒸气经压缩机1压缩成高温高压蒸气,经四通换向阀7的a端导入d端(四通换向阀7通电)进入直接蒸发换热器13,在其内冷凝为高温高压液体,经由节流装置10节流后变成低温低压液体,经储液罐9后在截止阀6的阻止下进入热泵直接蒸发换热器16,此时电磁阀8通电(与四通换向阀7通电联锁)截止,在热泵直接蒸发换热器16内重新蒸发过热为低温低压气体,在单向截止阀5阻止且单向截止阀4导通的作用下经四通换向阀7的b端返回压缩机,循环工作。辐射热水供水由电动三通阀11的A端进入,在阀内开度控制下部分旁通经C端返回,其余由其B端进去预热换热器12,串流进入再热调温换热器15,最后汇同电动三通阀11的旁通支路C端返回辐射热水系统。
2.温度独立控制系统(HICS)的具体实施方式
本户式温湿度独立控制(T&HIC)辐射空调系统的温度独立控制(TIC)由毛细管辐射板完成。
参见附图1的下部,温度独立控制(TIC)辐射系统包括辐射吊顶34和辐射地板35,其通过独立供回水分支管路同分集水器28,、29连接,且在分水器各支路出口设置电动流量控制阀31、32,为避免在各辐射水环路进行流量调节时发生水力失调,于分集水器28,、29间设置维持恒定供回管设计压差的动态自平衡阀33。
A.供冷模式原理:优先开启吊顶辐射板34,根据室内干球温度传感器26检测值同设定温度比较,经PID算法反馈控制该回路流量比例调节阀31,在0~100%范围内可调;仍不满足负荷时,开启地板辐射板回路。
B.供热模式原理:优先开启地板辐射板35,根据室内干球温度传感器26检测值同设定温度比较,经PID算法反馈控制该回路流量比例调节阀32,在0~100%范围内可调;仍不满足负荷时,开启吊顶辐射板回路。
3.温湿度独立控制系统(T&HICS)联合运行的具体实施方式
本户式温湿度独立控制(T&HIC)辐射空调系统的多功能新风一体机及辐射毛细管席板共用同一温度辐射水,由分集水器统一输配控制,冷热源为室外空气热泵变频恒温水机组。
A.开停顺序:夏季及供冷过度季,变频恒温高温水机组36开启,新风机支路通断阀32通电导通,新风机启动(先启动送排风机17、18,后启动压缩机1),当室内空气露点达到N-Run对应露点后(由传感器22、26检测计算),开启辐射系统依照供冷模式运行。冬季由于无湿度控制要求,变频恒温低温水机组36开机后,新风机及辐射毛细管席可同步开启,新风机优先满足负荷。
B.间歇控制:参见附图2,由于室内设计状态点N-D位于实际室内状态控制范围(N-Run点与S点间的等温线T段)内,按照间歇两位运行的设计思路,当全系统开启一段时间进入稳定工况运行后(TIC降温处理已将室温降至设计等温线T上),经检测由N-Run点进入除湿运行,以ΔD(送风承载)的速率(逐渐减小)进行HIC除湿处理,当检测回风达到S点(或进入允许的波动区间C Zone)后,除湿压缩机停机进入间歇,维持送排风运行,此时由室内蓄湿容量ΔD(房间承载)以ΔD-f(新风承担)的消除速率承担新风引入湿负荷,直至室内状态再次达到N-Run点,完成一次启停循环。
以上对本发明系统及控制方法进行了详细具体的介绍,并且通过具体的实施例进一步阐述了本发明的原理及实施方式,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想,而不是对其发明进行限制,任何在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明做出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种户式热湿分控辐射空调系统,其特征在于包括:
冷水源及辐射水分配系统,所述冷水源及辐射水分配系统包括末端循环力水泵、分水器、集水器、辐射吊顶支路流量调节阀、辐射地板支路流量调节阀、新风机支路通断阀、动态压差自平衡阀和空气源变频恒温辐射水热泵机组;
辐射毛细管席温度独立控制系统,所述辐射毛细管席温度独立控制系统包括室内温度传感器、辐射吊顶毛细管席和辐射地板毛细管席;
湿度独立控制新风一体机,所述湿度独立控制新风一体机包括制冷剂循环系统、辐射水循环系统和风道系统。
2.根据权利要求1所述的户式热湿分控辐射空调系统,其特征在于:所述制冷剂循环系统包括压缩机、低压开关、高压开关、多组单向截止阀、换向阀、电磁阀、节流装置、储液罐、直接蒸发换热器、冷凝换热器及热泵直接蒸发换热器,所述压缩机通过所述换向阀与外部的多组换热器连接,所述冷凝换热器与所述热泵直接蒸发换热器串联,经过所述节流装置后与所述直接蒸发换热器连接,所述冷凝换热器设置并联旁通管路并配置反向的第一截止阀,所述冷凝换热器的出口配置顺向的第二截止阀,所述热泵直接蒸发换热器设置并联旁通管路并配置串联同向电磁二通阀及第三截止阀。
3.根据权利要求1或2所述的户式热湿分控辐射空调系统,其特征在于:所述辐射水循环系统包括辐射水预冷换热器、辐射水再冷调温换热器和电动三通比例调节阀,所述辐射水预冷换热器和所述辐射水再冷调温换热器均为整体波纹翅片式内螺纹盘管,依次串联后同所述电动三通比例调节阀并联,并由所述电动三通比例调节阀同外环路辐射水系统连接。
4.根据权利要求3所述的户式热湿分控辐射空调系统,其特征在于:所述风道系统包括独立的新回风处理风道、排风热回收风道、送风机、排风机、送风温度传感器、送风湿度传感器、回风湿度传感器及中间露点温度传感器,所述的辐射水预冷换热器、所述直接蒸发换热器、所述冷凝换热器、所述辐射水再冷换热器及所述送风机按新风流向依次串联布置于四周封闭的新回风处理通道内,所述直接蒸发换热器后设置所述露点温度传感器,所述送风机前端设置所述送风温湿度传感器,排风热回收通道内按排风流向依次布置所述排风机、回风分流段及所述热泵直接蒸发换热器,由所述回风分流段引出连接新风段入口端的回风支段,所述回风支段内设置所述回风湿度传感器,所述新回风处理风道及所述排风热回收风道均设置于一个箱体内。
5.一种控制如权利要求4所述户式热湿分控辐射空调系统的方法,其特征在于:通过实时采集所述送风温度传感器的检测温度与设定环境干球温度值进行对比,采用PID算法反馈调节所述电动三通比例调节阀的阀内旁通开度来控制预定流向的辐射水流量;通过采集所述送风温度传感器与所述送风湿度传感器的检测值,依据湿空气模型计算直接蒸发除湿后的口气露点干球温度并与所述露点温度传感器的测量值进行对比,当所述露点温度传感器的测量值偏离预定范围时,所述电磁二通阀通电截止,所述冷凝换热器与所述热泵直流蒸发换热器串联同时工作,每次系统停机后所述电磁二通阀断电复位;通过所述回风湿度传感器检测回风相对湿度,当所述回风相对湿度连续超出设定时间高于启动阈值时所述压缩机启动,当所述回风相对湿度连续超出设定时间低于停机阈值时所述压缩机停机,所述送风机和所述排风机仍然工作。
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