CN104048379B - 一种相变蓄能式辐射采暖供冷末端装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变蓄能式辐射采暖供冷末端装置及控制方法，包括采暖装置和供冷装置以及各自的控制系统，所述采暖装置为设置在地面上的相变蓄能式地板，所述供冷装置为设置在房顶处的相变蓄能式吊顶。相变蓄能式地板和相变蓄能式吊顶内均设有相变材料和毛细管网，从而将辐射采暖空调末端与相变蓄能技术相结合。利用相变材料，可以实现夜间蓄能和白天放能，从而对利用电能转化的用户，节约运行费用，并且可以减少电网峰谷差，保护电网设备；同时采用时间控制和温度控制相结合的方法，采用温度控制可以弥补时间控制的不足，从而将室内温度维持在人体舒适的范围内。

Description

一种相变蓄能式辐射采暖供冷末端装置及控制方法

技术领域

本发明属于建筑采暖空调领域和建筑节能新技术领域，具体涉及一种相变蓄能式建筑采暖供冷两用末端装置及其系统的应用。

背景技术

近年来，辐射采暖供冷技术由于其节能、舒适、卫生等特点逐步受到人们青睐。毛细管网具有换热面积大，换热效率高等特点，毛细管网与辐射采暖供冷相结合是现行的新型辐射空调方式。采用毛细管网辐射系统，室内温度均匀，具有更高的舒适性，且冬(夏)季室内设计温度比其他空调系统室内设计温度低(高)1℃～2℃，更为节能。能源问题日益成为制约社会发展的瓶颈问题，而建筑能耗逐年递增，研究建筑节能新技术是目前的热点问题。为适应社会电力需求，电网容量不断增大，从而造成突出的电力峰谷差问题。传统的空调方式没有蓄能装置，且使用时间大多在电网负荷峰值期，加大电网峰谷差，不能利用夜间的廉价电。目前有部分研究者研究相变蓄能装置的，但是其装置一般只能采用单一相变材料仅用于冬季或者夏季，不能解决冬夏两季的蓄能问题。

发明内容

要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出一种相变蓄能式辐射采暖供冷末端装置及应用系统，解决现有的蓄能装置仅采用单一的相变材料进而无法实现冬夏两季蓄能的技术问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种相变蓄能式辐射采暖供冷末端装置，包括采暖装置和供冷装置以及各自的控制系统，所述采暖装置为设置在地面上的相变蓄能式地板，所述供冷装置为设置在房顶处的相变蓄能式吊顶。

本发明将室内的地板和吊顶用作采暖和供冷，并与相变蓄能技术相结合，热循环系统和冷循环系统单独工作，合理安排采暖装置和供冷装置的位置，实现冬夏两季的室内温度调节作用。

进一步的，在本发明中，相变蓄能式地板的结构从上到下依次为地板层、水泥砂浆找平层、蓄热相变层、反射膜和保温层，所述蓄热相变层包括蓄热相变材料以及埋设在蓄热相变材料中的毛细管网。

与相变蓄能式地板的结构类似，相变蓄能式吊顶的结构从上到下依次为保温层、反射膜、蓄冷相变层、水泥砂浆找平层和吊顶板，所述蓄冷相变层包括蓄冷相变材料以及埋设在蓄冷相变材料中的毛细管网。

相变蓄能式地板与相变蓄能式吊顶的结构基本相同，将传统的毛细管网与相变材料结合，并利用反射膜和保温层减少热(冷)量的散失，通过水泥砂浆找平层和最终铺设的地板或吊顶，实现全封闭式铺设，节省空间；同时毛细管网埋设在相变材料内部，最好是中间，即毛细管网上下均铺设相变材料，充分利用毛细管网中水的热(冷)量与相变材料进行换热，避免相变材料受热不均，提高毛细管网的热利用率，减少热损失，减少相变材料层的蓄能时间，更为高效节能；保温层、反射膜、水泥砂浆找平层等均按照行业内常规的铺设方法进行铺设施工。

进一步的，在本发明中，所述控制系统包括通过水路连接的能量源、循环泵、电磁阀、温度传感器、压力传感器、温控器、流量计、计时控制器、集水器和分水器，所述集水器和分水器分别将毛细管网连通到控制系统所在的水路中形成回路。能量源通过循环泵将冷水或热水经分水器输送至毛细管网，毛细管网中的水沿自身流道流动的过程与相变材料进行热(冷)量交换，从而将能量传递到室内空间实现调温，最后水经集水器流回能量源形成循环，流动过程中电磁阀、温度传感器、压力传感器、温控器、流量计、计时控制器等均是必要的控制元件。

作为优选的，在本发明中，所述蓄热相变材料和蓄冷相变材料均采用金属定型封装的固-液有机相变材料。有效的解决实际运行过程中的泄露、腐蚀、挥发问题提高材料的稳定性，避免由于相变材料所带来的健康问题。

进一步的，在本发明中，所述蓄热相变材料的相变温度范围为29℃～36℃，所述蓄冷相变材料的相变温度范围为16℃～20℃。

进一步的，在本发明中，所述能量源分为热源和冷源，所述热源为相变蓄热式地板的能量源，所述冷源为相变蓄冷式吊顶的能量源；所述热源采用燃气、电能、太阳能、地源热泵中的一种或任意几种的组合形式，所述冷源采用制冷机组。根据用户需求以及当地能源状况，选择合适的能量源。

本发明装置的控制方法，根据时令分别控制运行采暖装置和供冷装置；

冬季仅控制运行采暖装置，包含以下步骤：

(1)、夜间24:00～次日8:00，热源开启，进行蓄热工况，当室内空气温度高于22℃或者地板层表面温度高于26℃时，设置温控器断开，热循环系统停止工作；

(2)、日间8:00～24:00，热源关停，进行放热工况，当室内空气温度低于18℃或者地板层表面温度低于20℃时，设置温控器导通，热循环系统开始工作；夏季仅控制运行供冷装置，包含以下步骤：

(1)、夜间24:00～次日8:00，冷源开启，进行蓄冷工况，当室内空气温度低于22℃或吊顶板表面温度低于19℃时，设置温控器断开，冷循环系统停止工作；

(2)、日间8:00～24:00，冷源关停，进行放冷工况，当室内空气温度高于26℃或者吊顶板表面温度高于24℃时，设置温控器导通，冷循环系统开始工作。

设置冬季和夏季分别单独运行，并在晚间进行蓄能，在白天进行释放，尤其是对于利用电能的用户，在晚间谷电价时充分进行蓄能保留到白天使用，对用户来说节约运行费用，对电网来说，减小了电网峰谷差，一定程度上提高了电网设备的利用率。

有益效果：

本发明将辐射采暖空调末端与相变蓄能技术相结合，充分利用相变材料的高储能密度进行室内调温，减小室内温度波动和热流波动，同时辐射末端均采用毛细管网与传统辐射水管相比，具有换热面积大，换热均匀，供水温度要求低的优点，舒适安全，高效节能；

针对夏季蓄冷和冬季蓄热所采用的相变材料不一致问题，采用吊顶蓄冷和地板蓄热分开工作，满足冬夏两季的采暖供冷需要，并且避免一体化末端装置两季工况的交叉影响，减少了热量损失，提高热利用率，减小了放能时的传热热阻；

本装置同时可以利用峰谷电价政策，在夜间蓄能，白天放能，对用户来说节约运行费用，对电网来说，减小了电网峰谷差，一定程度上提高了电网设备的利用率；

系统在运行过程中采用时间控制和温度控制相结合的方法，采用温度控制可以弥补时间控制的不足，一方面当热(冷)负荷较低时，夜间蓄能时歇运行可以节约能源和运行费用，另一方面，当热(冷)负荷较高，放能时其夜间蓄存能量不足时，温度控制可以使系统在白天运行，弥补单一时间控制的缺陷，从而可以保持室内温度、吊顶表面温度和地板表面温度维持在人体所要求的舒适温度范围内波动。与传统控制方式相比，时间控制和温度控制相结合，可以使系统在整个冬夏季运行时实现了较全面的自动控制，克服了整个季节室内热(冷)负荷不同从而所需的热(冷)量不同的难题，运行操作方便并且温度控制灵活，温度控制测量部件采用室内温度和地板层(吊顶板)表面温度共同控制，一方面可以强化了温度控制的可靠性，另一方面更精确灵敏的调节室内温度，增强人体舒适性。

综上所述，本发明将毛细管网辐射吊顶技术和辐射地板技术与相变蓄能技术相结合，利用国家出台的“峰谷电价”政策，一方面可以满足人们日益增长的生活品质要求，冬夏季皆可享用其优越性能节约运行费用，另一方面，可以利用夜间的低谷电价进行蓄能，运行费用降低，还可以提高电力设备的利用率。因此，本发明对建筑节能领域的推广应用具有重要意义。

附图说明

图1为本发明控制系统的示意图；

图2为相变蓄能式吊顶的结构图；

图3为相变蓄能式地板的结构图；

图4为本发明的夏季夜间蓄能示意图；

图5为本发明的夏季日间放能示意图；

图6为本发明的冬季夜间蓄能示意图；

图7为本发明的冬季日间放能示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种相变蓄能式辐射采暖供冷末端装置的结构如图1所示，包括热源13和冷源1，热源13和冷源1分别各自设置有一组循环泵2、电磁阀3、温度传感器5、压力传感器6、温控器11、流量计4、计时控制器10、集水器9和分水器7共同作为控制系统，冷源1最终与相变蓄能式吊顶8形成回路，热源13最终和相变蓄能式地板12形成回路。相变蓄能式吊顶8的结构如图附图2所示，从上至下依次为保温层19、反射膜18、蓄冷相变材料20、水泥砂浆找平层15和吊顶板21，蓄冷相变材料20中敷设毛细管网17，用于夏季通冷水蓄冷。相变蓄能式地板12的结构如图附图3所示，从上至下依次为地板层14、水泥砂浆找平层15、蓄热相变材料16、反射膜18和保温层19，蓄热相变材料16中敷设毛细管网17，用于冬季通热水蓄热。

毛细管网17均敷设在定型封装的相变材料的中间层，上下均敷设有定型相变材料模块，由此提高毛细管网17的热利用率，减少热损失，减少相变材料的蓄能时间，更为高效节能。相变蓄能式吊顶8所采用的相变材料的相变温度在16～20℃，相变蓄能式地板12所采用的相变材料的相变温度在29～36℃。冬夏季工况分开工作，独立运行控制，避免两季工况的交叉影响，减少了热量损失，提高热利用率，减小了放能时的传热热阻。

两季工况均采用时间控制和温度控制相结合的方法，采用温度控制可以弥补时间控制的不足，一方面当热(冷)负荷较低时，夜间蓄能时歇运行可以节约能源和运行费用，另一方面，当热(冷)负荷较高，放能时其夜间蓄存能量不足时，温度控制可以使系统在白天运行，弥补单一时间控制的缺陷，从而可以保持室内温度、吊顶表面温度和地板表面温度维持在人体所要求的舒适温度范围内波动。

夏季运行工况及流程如下：

夜间，制冷机组的循环系统开启，冷水经循环水泵2加压由分水器7进入相变蓄能式吊顶8进行蓄能过程，期间蓄冷相变材料20吸收冷水冷量由液态转变为固态，将冷量存储在蓄冷相变材料20中，冷水再由集水器9回流至制冷机组，蓄冷结束关闭机组；白天蓄冷相变材料20吸热由固态转变为液态将冷量从上至下释放在房间中，由于冷空气密度受温度影响变大，冷空气更容易向下流动，使室内温度逐渐下降。

冬季运行工况及流程如下：

夜间，热水循环系统开启，热水经循环水泵2加压由分水器7进入相变蓄能式地板12进行蓄热过程，期间蓄热相变材料16吸收热水热量由固态转变为液态，将热量存储在蓄热相变材料16中，热水经集水器9回流至热水箱进行循环，蓄热结束后关闭机组；白天蓄热相变材料16由液态转变为固态将热量从下至上释放在房间中，由于热空气密度小，更容易向上流动，使室内空气温度逐渐升高。

冬夏两季工况运行时均采用时间控制和温度控制相结合的方法，夏季仅运行供冷装置，运行控制方法如下：

(1)夜间24:00～次日8:00，制冷机组开启，进行蓄冷工况，在此期间仅当室内空气温度低于22℃或吊顶板21的表面温度低于19℃时，温控器11断开，冷循环系统停止工作。

(2)日间8:00～24:00，制冷机组关停，进行放冷工况，在此期间仅当室内空气温度高于26℃或者吊顶板21的表面温度高于24℃时，温控器11导通，冷循环系统开始工作。

冬季仅运行采暖装置，运行控制方法如下：

(1)夜间24:00～次日8:00，热源开启，进行蓄热工况，在此期间仅当室内空气温度高于22℃或者地板层14的表面温度高于26℃时，温控器11断开，热循环系统停止工作。

(2)日间8:00～24:00，热源关停，进行放热工况，在此期间仅当室内空气温度低于18℃或者地板层14的表面温度低于20℃时，温控器11导通，热循环系统开始工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种相变蓄能式辐射采暖供冷末端装置，其特征在于：包括采暖装置和供冷装置以及各自的控制系统，所述采暖装置为设置在地面上的相变蓄能式地板，所述供冷装置为设置在房顶处的相变蓄能式吊顶；相变蓄能式地板的结构从上到下依次为地板层、水泥砂浆找平层、蓄热相变层、反射膜和保温层，所述蓄热相变层包括蓄热相变材料以及埋设在蓄热相变材料中的毛细管网；所述蓄热相变材料为固-液有机相变材料，并采用金属定型封装；相变蓄能式吊顶的结构从上到下依次为保温层、反射膜、蓄冷相变层、水泥砂浆找平层和吊顶板，所述蓄冷相变层包括蓄冷相变材料以及埋设在蓄冷相变材料中的毛细管网；所述蓄冷相变材料为固-液有机相变材料，并采用金属定型封装。

2.根据权利要求1所述的相变蓄能式辐射采暖供冷末端装置，其特征在于：所述控制系统包括通过水路连接的能量源、循环泵、电磁阀、流量计、温度传感器、压力传感器、温控器、计时控制器、集水器和分水器，所述集水器和分水器分别将毛细管网连通到控制系统所在的水路中形成回路。

3.根据权利要求2所述的相变蓄能式辐射采暖供冷末端装置，其特征在于：所述蓄热相变材料的相变温度范围为29℃～36℃；所述蓄冷相变材料的相变温度范围为16℃～20℃。

4.根据权利要求3所述的相变蓄能式辐射采暖供冷末端装置，其特征在于：所述能量源分为热源和冷源，所述热源为相变蓄热式地板的能量源，所述冷源为相变蓄冷式吊顶的能量源；所述热源采用燃气、电能、太阳能、地源热泵中的一种或任意几种的组合形式，所述冷源采用制冷机组。

5.权利要求1所述的一种相变蓄能式辐射采暖供冷末端装置的控制方法，其特征在于：根据时令分别控制运行采暖装置和供冷装置；

冬季仅控制运行采暖装置，包含以下步骤：

(1)、夜间24:00～次日8:00，热源开启，进行蓄热工况，当室内空气温度高于22℃或者地板层表面温度高于26℃时，设置温控器断开，热循环系统停止工作；

(2)、日间8:00～24:00，热源关停，进行放热工况，当室内空气温度低于18℃或者地板层表面温度低于20℃时，设置温控器导通，热循环系统开始工作；

夏季仅控制运行供冷装置，包含以下步骤：

(1)、夜间24:00～次日8:00，冷源开启，进行蓄冷工况，当室内空气温度低于22℃或吊顶板表面温度低于19℃时，设置温控器断开，冷循环系统停止工作；

(2)、日间8:00～24:00，冷源关停，进行放冷工况，当室内空气温度高于26℃或者吊顶板表面温度高于24℃时，设置温控器导通，冷循环系统开始工作。