CN104930653A - 一种全屋空气环境系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及户式化空调系统技术领域，具体涉及一种全屋空气环境系统及其控制方法。包括变频热泵机组、板式换热器、循环水泵、分水器、集水器、定压罐、新风管道、回风管道、风机盘管、地板采暖、新风机组和空气净化器；其中变频热泵机组、板式换热器、循环水泵设置在室外，分水器、集水器、定压罐、新风管道、回风管道、风机盘管、地板采暖、新风机组和空气净化器设置在室内；新风管道一端与所述新风机组相连，另一端与回风管道相连。本发明克服了地源热泵系统安装维修的不便性和土地资源的有限性、多联机系统在人体舒适感方面较差的体验性、风管式空调系统在层高方面的限制性。

Description

一种全屋空气环境系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及户式化空调系统技术领域，具体涉及一种全屋空气环境系统及其控制方法。

背景技术

     随着我国国民经济的持续增长，人均生活水平不断提高，人们对生活的质量、居住的环境、室内热舒适性程度、空气品质等的要求越来越高。而传统的家用分体式空调或窗式空调则由于热舒适性较差、无新风供给，室内空气品质很难得到保证、室外机安装在一定程度上影响大楼建筑外立面美观等多种因素已渐渐成为一种季节性商品越来越难以适应环境要求。因此，全屋空气环境系统的设计理念越来越广泛地在高级公寓、高级住宅、别墅等场所并作为一种整体化空调系统形式被接纳和采用，它的出现符合了现代人的需求；同时创造一套带有排风热回收和空气处理净化功能的全屋空气环境系统对降低空调总能耗和改善室内空气品质有着十分重要的意义。

家庭中央空调系统具有节省空间、保持家居环境美观、根据家装风格灵活变化、环保节能、噪声低等其他空调无法比拟的优势，成为未来家庭空调发展的趋势；空调行业技术的不断创新以及对空调外观的人性化设计为营造一个更加舒适的生活环境、更加和谐的家具装潢、更环保的智能空调系统提供了更多的可能性。现有的运用于公寓、别墅的户式中央空调系统也种类繁多，主流的系统有以下几类。

地源热泵系统方案：以地源热泵作为空调系统的冷热源，利用地埋管封闭回路中的水的循环，进行空调系统与外界土壤之间的冷热交换，室内空调末端部分以一台或多台整体直接送风、分体一拖一到一拖多送风、冷媒水加风机盘管等多种形式通过冷却水系统形成水网环路。该空调系统方案利用清洁的可再生能源，实现了稳定、高效的能源利用，与传统空调相比在运行效率上高出40%，尤其在采暖模式上优势明显，但是地埋管冷热源安装工程复杂、维修不便，且因需要土地进行埋管所以能得以推广应用的住宅有限。

多联机空调系统：以制冷剂为输送介质，室外主机由室外侧换热器、压缩机和其他制冷附件组成，末端装置由直接蒸发式换热器和风机组成的室内机。一台风冷热泵型室外机通过管路向着若干台室内机输送制冷剂。新风处理则采用新风处理机全热交换器来送新风。该户式空调系统对排风热量进行回收，减少了空调负荷并降低了运行费用；且室外机的输出可根据室内负荷的大小自动调节，在部分负荷时能耗比相当高；另外，当系统仅一台室内机开启时，室外压缩机能相应调节转速或者卸载，合理输出室内机所需的能量，从而避免了传统空调“一开全开”的不必要的能源浪费，因此是当前空调家用中央空调领域，尤其是高档住宅中的使用最佳空调方式之一。但是该系统冬夏季负荷处理都由室内机吹出的冷热空气对室内进行制冷制热，吹风感造成人的舒适感较差，尤其冬季制热时不仅房间气流组织不合理，且热风循环易造成房间过分干燥。

风管式空调系统：每套系统由一台风冷热泵型室外机和一台室内机组成。室内机和室外机通过冷媒管连接，由从室外机接出的风管对房间进行送回风。室内机可方便地引入室外新风，从而改善房间空气品质，房间室温由设于各送风口与室内温度传感器连锁的变风量调节装置调节，并利用变风量中央控制自动控制室内机总风量处于在高、中、抵三档中的任一档位置。该套系统的优点在于各房间采用风管集中送回风，室内噪音低；且具有室温波动小舒适度高、易于施工、工程造价低等特点。但是这样的户式中央空调系统对于房间的层高有一定的要求，因此采用此系统局限性大，一般仅适用于别墅住宅。

目前为止，能够对室内空气环境实现制冷、制热、过滤、净化、能量回收、引入新风的户式中央空调系统在市场上已经较为成熟，但是在不用考虑建筑层高、土地资源有限等问题的情况下，在冬夏还能够实现房间良好气流组织并且冬季采用低温热源对房间进行采暖的户式空气环境系统还没有相应的设计发明创造。

发明内容

本发明公开了基于变频热泵机组的全屋空气环境系统及其控制方法，目的在于克服地源热泵系统安装维修的不便性和土地资源的有限性、多联机系统在人体舒适感方面较差的体验性、风管式空调系统在层高方面的限制性。

为达到上述发明目的，本发明一种全屋空气环境系统，包括变频热泵机组、板式换热器、循环水泵、分水器、集水器、定压罐、新风管道、回风管道、风机盘管、地板采暖、新风机组和空气净化器；其中所述变频热泵机组、板式换热器、循环水泵、分水器、集水器、定压罐设置在室外，所述新风管道、回风管道、风机盘管、地板采暖、新风机组和空气净化器设置在室内；所述新风管道一端与所述新风机组相连，另一端与所述回风管道相连。

进一步地，该系统夏季提供给所述风机盘管制冷的冷源、冬季提供给所述地板采暖的热源均为所述变频热泵机组这一套系统。

上述系统的制冷剂侧连接顺序为：所述变频热泵机组的第一端与所述板式换热器的第一端相连，而后经所述板式换热器的第二端接回至所述变频热泵机组的第二端；

上述系统的水侧连接顺序为：由所述板式换热器的第三端接第一三通阀，而后分成两路，一路经所述第一三通阀连接到第一截止阀，再接所述风机盘管，后经回水管道上的第二截止阀接至第二三通阀；另一路经所述第一三通阀连接到第三截止阀，再接所述分水器与第四截止阀，而后与所述地板采暖相连接，之后依次经过第五截止阀、所述集水器、第六截止阀、Y型过滤器至所述第二三通阀；上述两路汇合后接所述循环水泵，最后与所述板式换热器相连；

上述系统的新风系统侧连接顺序为：室外环境与所述新风机组的新风入口连接，在与排风进行热交换后依次连接至送风风机、所述新风机组的新风出口、所述送风管道，最后与所述回风管道相连；

上述系统的排风系统侧连接顺序为：室内环境与所述新风机组的排风入口连接，在与新风进行热交换后依次连接至排风风机、所述新风机组的排风出口，最后与室外环境相通；

上述系统的补水系统连接顺序为：补水管经单向阀接至回水管道，并通过所述回水管道接至所述储水罐。

一种全屋空气环境系统的控制方法，包括上述全屋空气环境系统，该系统夏季提供给所述风机盘管制冷的冷源、冬季提供给所述地板采暖的热源均为所述变频热泵机组这一套系统。

进一步地，所述系统有四种控制运行模式，分别是制冷运行模式、制热运行模式、带排风热回收的全新风运行模式、风机盘管加地板采暖运行模式。

优选地，所述的风机盘管加地板采暖控制运行模式根据风机盘管送风风量大小又分为三种运行模式，分别是风机盘管高速风量运行模式、风机盘管中速风量运行模式、风机盘管低速风量运行模式。

优选地，所述空气净化器能对PM10、PM2.5、SO₂、NO₂进行过滤、吸附处理。

优选地，所述系统夏季房间拥有自上而下的气流组织，冬季房间拥有自下而上的气流组织。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有的户式空调系统相比有如下优点：

1）单台变频热泵机组作为夏季风机盘管制冷和冬季地板采暖的冷热源独立运行 。

2）冬夏季采用不同形式进行全屋空气环境的处理，房间具有良好的气流组织。夏季采用风机盘管进行制冷，冷空气自上而下的气流组织使全部房间内的热负荷得到处理，并且当冷空气由上而下到达人体体表时人体具有很强的舒适感；冬季采用地板采暖对房间进行制热，这种辐射供暖的方式既无吹风感又是一种自下而上对人体提供热量的方式，人体的舒适感相比夏季对流供冷时更为舒适。

3) 新风机全年对房间提供适当新风，保障了房间的空气品质；并且新风机自带排风热回收功能，节省了建筑新风处理能耗。

4）在特殊的天气环境（如雾霾天）或者室内遇到空气质量下降的情况，配备的空气净化器对室内空气进行过滤净化处理。

5）基于变频热泵的全屋空气环境系统主要为水系统，安装不受建筑层高限制，用途广泛。

附图说明

图 1为本发明的系统原理图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明进行详细说明。

如图1所示，全屋空气环境系统包括：一台变频热泵机组1、一台板式换热器2、一台循环水泵7、一台分水器3、一台集水器5、一个定压罐9，并根据需求选择若干台风机盘管10、若干块地板采暖4、若干新风管道14、若干回风管道15、若干台新风机组13和若干台空气净化器12。其中变频热泵机组1、板式换热器2、循环水泵7、分水器3、集水器5、定压罐9设置在室外，新风管道14、回风管道15、风机盘管10、地板采暖4、新风机组13和空气净化器12设置在室内；新风管道14一端与新风机组13相连，另一端与回风管道15相连。

该系统有四种控制运行模式，分别是制冷运行模式、制热运行模式、带排风热回收的全新风运行模式、风机盘管加地板采暖运行模式。

其中，风机盘管加地板采暖控制运行模式根据风机盘管送风风量大小又分为三种运行模式，分别是风机盘管高速风量运行模式、风机盘管中速风量运行模式、风机盘管低速风量运行模式。

1）制冷模式运行

夏季采用风机盘管对室内进行制冷，新风机开启，地板采暖不启用，三通阀V1的g端关，三通阀V4的j端关。

系统制冷剂侧运行方式：变频热泵机组1的1a端→板式换热器的2a端→板式换热器的2b端→变频热泵机组1的1b端。

系统水侧运行方式：板式换热器2的2C端→三通阀V1的e端→三通阀V1的f端→截止阀V2→风机盘管10→截止阀V3→三通阀V4的i端→三通阀V4的h端→循环水泵7→板式换热器2的2d端。

新风系统运行方式：室外环境→新风机组13的新风入口13a→新排风进行热交换→送风风机17→新风机组13的新风出口13C→送风管道14→室内回风管道15→风机盘管10→室内环境。

排风系统运行方式：室内环境→新风机组13的排风入口13d→新排风进行热交换→排风风机18→新风机组13的排风出口13b→室外环境。

空气净化器视室外环境状况或室内空气品质情况进行启用。

2）制热模式运行

冬季采用地板采暖对房间进行制热，新风机开启，风机盘管不开启，三通阀V1的f端关，三通阀V4的i端关。

系统制冷剂侧运行方式：变频热泵机组1的1a端→板式换热器的2a端→板式换热器的2b端→变频热泵机组1的1b端。

系统水侧运行方式：板式换热器2的2C端→三通阀V1的e端→三通阀V1的g端→截止阀V5→分水器3→电磁阀V6→地板采暖4→截止阀V7→集水器5→截止阀V8→Y型过滤器6→三通阀V4的j端→三通阀V4的h端→循环水泵7→板式换热器2的2d端。

新风系统运行方式：室外环境→新风机组13的新风入口13a→新排风进行热交换→送风风机17→新风机组13的新风出口13C→送风管道14→室内回风管道15→风机盘管10→室内环境。

排风系统运行方式：室内环境→新风机组13的排风入口13d→新排风进行热交换→排风风机18→新风机组13的排风出口13b→室外环境。

空气净化器视室外环境状况或室内空气品质情况进行启用。

3）风机盘管加地板采暖运行

冬季采用地板采暖对房间进行制热，新风机开启，当出现特殊状况即新风与排风进行热交换后依然温度过低影响室内空气环境的舒适性时，风机盘管开启，风机盘管内仍通热水对新风进行再加热，根据新风温度和风机盘管出风口温度条件自动控制送风量，即在风机盘管高、中、低三档风量之中选择一档对室内进行高速或者中速或者低速送风。

系统制冷剂侧运行方式、新排风系统运行方式均不变，而系统水侧运行方式分为两路：

系统水侧运行方式：板式换热器2的2C端→三通阀V1的e端，而后分成两路，一路至三通阀V1的f端→截止阀V2→风机盘管10→截止阀V3→三通阀V4的i端；另一路至三通阀V1的g端→截止阀V5→分水器3→电磁阀V6→地板采暖4→截止阀V7→集水器5→截止阀V8→Y型过滤器6→三通阀V4的j端；两路于三通阀V4的h端汇合后经循环水泵7回到板式换热器2的2d端。

4）带排风热回收的全新风运行模式

过渡季节，仅启动新排风系统对房间进行置换通风改善室内环境。

新风系统运行方式：室外环境→新风机组13的新风入口13a→新排风进行热交换→送风风机17→新风机组13的新风出口13C→送风管道14→室内回风管道15→风机盘管10→室内环境。

排风系统运行方式：室内环境→新风机组13的排风入口13d→新排风进行热交换→排风风机18→新风机组13的排风出口13b→室外环境。

本发明系统形式简单、设备易于安装，既实现了全屋环境的制冷、制热、过滤、净化、能量回收及新风引入，又不受建筑层高限制并实现了全屋冬夏季良好的气流组织，该系统功能多样，用途广泛，绿色健康、人体舒适感强。

Claims (8)

1.一种全屋空气环境系统，其特征在于包括变频热泵机组、板式换热器、循环水泵、分水器、集水器、定压罐、新风管道、回风管道、风机盘管、地板采暖、新风机组和空气净化器；其中所述变频热泵机组、板式换热器、循环水泵设置在室外，所述分水器、集水器、定压罐、新风管道、回风管道、风机盘管、地板采暖、新风机组和空气净化器设置在室内；所述新风管道一端与所述新风机组相连，另一端与所述回风管道相连。

2.根据权利要求1所述的全屋空气环境系统，其特征在于该系统夏季提供给所述风机盘管制冷的冷源、冬季提供给所述地板采暖的热源均为所述变频热泵机组这一套系统。

3.根据权利要求1所述的全屋空气环境系统，其特征在于：

所述系统的制冷剂侧连接顺序为：所述变频热泵机组的第一端与所述板式换热器的第一端相连，而后经所述板式换热器的第二端接回至所述变频热泵机组的第二端；

所述系统的水侧连接顺序为：由所述板式换热器的第三端接第一三通阀，而后分成两路，一路经所述第一三通阀连接到第一截止阀，再接所述风机盘管，后经回水管道上的第二截止阀接至第二三通阀；另一路经所述第一三通阀连接到第三截止阀，再接所述分水器与第四截止阀，而后与所述地板采暖相连接，之后依次经过第五截止阀、所述集水器、第六截止阀、Y型过滤器至所述第二三通阀；上述两路汇合后接所述循环水泵，最后与所述板式换热器相连；

所述系统的新风系统侧连接顺序为：室外环境与所述新风机组的新风入口连接，在与排风进行热交换后依次连接至送风风机、所述新风机组的新风出口、所述送风管道，最后与所述回风管道相连；

所述系统的排风系统侧连接顺序为：室内环境与所述新风机组的排风入口连接，在与新风进行热交换后依次连接至排风风机、所述新风机组的排风出口，最后与室外环境相通；

所述系统的补水系统连接顺序为：补水管经单向阀接至回水管道，并通过所述回水管道接至所述储水罐。

4.根据权利要求1所述的全屋空气环境系统的控制方法，其特征在于该系统夏季提供给所述风机盘管制冷的冷源、冬季提供给所述地板采暖的热源均为所述变频热泵机组这一套系统。

5.根据权利要求4所述的全屋空气环境系统的控制方法，其特征在于所述系统有四种控制运行模式，分别是制冷运行模式、制热运行模式、带排风热回收的全新风运行模式、风机盘管加地板采暖运行模式。

6.根据权利要求5所述的全屋空气环境系统的控制方法，其特征在于所述的风机盘管加地板采暖控制运行模式根据风机盘管送风风量大小又分为三种运行模式，分别是风机盘管高速风量运行模式、风机盘管中速风量运行模式、风机盘管低速风量运行模式。

7.根据权利要求4-6中任一项权利要求所述的全屋空气环境系统的控制方法，其特征在于：所述空气净化器能对PM10、PM2.5、SO₂、NO₂进行过滤、吸附处理。

8.根据权利要求4-6中任一项权利要求所述的全屋空气环境系统的控制方法，其特征在于：所述系统夏季房间拥有自上而下的气流组织，冬季房间拥有自下而上的气流组织。