CN106440146A - 辐射采暖供冷一体化末端装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辐射采暖供冷一体化末端装置，包括热泵机组、控制器、地板辐射机组、安装于天花板上的风机盘管、以及分别与所述控制器连接的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、湿度传感器和控制面板；所述热泵机组的一端连接所述风机盘管，另一端连接地板辐射机组；所述第一温度传感器位于风机盘管的送风通道内；所述第二温度传感器位于回水干管上；所述第三温度传感器位于供水干管上；所述第四温度传感器和湿度传感器都位于室内。采用本发明，通过辐射散热与周围空气进行热交换，可以在较低温度下供暖，在制冷时，也可以在较高温度下供冷，能效比高、舒适、节能。

Description

辐射采暖供冷一体化末端装置

技术领域

本发明属于暖通空调技术领域，具体涉及一种辐射采暖供冷一体化末端装置。

背景技术

传统的空调系统因使用寿命短、耗能高、运营成本高、气流感强和易产生噪音，已逐渐满足不了日益提高的用户的需求。近年来，一些高档建筑在没有集中供暖的前提下，纷纷自行安装地暖系统。这类地暖系统虽然具有温度分布均匀、热感舒适、安静无声、造价不高的特点，但是这类采暖方式采用锅炉作为高品位的能源、能源利用率低、热惯性差、运行费用高。地暖设施只用于冬季，夏季闲置，初投资较大，利用率不高。

因此，辐射采暖供冷一体化系统便应运而生。作为一种高效节能的辐射采暖供冷一体化末端装置，辐射采暖供冷系统能够满足大部分夏热冬冷并且没有集中供暖的地区。现有技术的辐射供暖，在冬季采用辐射供暖的前提下，夏季采用辐射供冷时，地板易结露，以至于需要另配制冷设备，很多家庭陷入装得起、用不起的尴尬境地。

发明内容

为了解决以上的问题，本发明提供一种辐射采暖供冷一体化末端装置，通过辐射散热与周围空气进行热交换，可以在较低温度下供暖，在制冷时，也可以在较高温度下供冷，能效比高、舒适、节能。

为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现的：

本发明所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，包括热泵机组、控制器、地板辐射机组、安装于天花板上的风机盘管、以及分别与所述控制器连接的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、湿度传感器和控制面板；所述热泵机组的一端连接所述风机盘管，另一端连接地板辐射机组；所述第一温度传感器位于风机盘管的送风通道内；所述第二温度传感器位于回水干管上；所述第三温度传感器位于供水干管上；所述第四温度传感器和湿度传感器都位于室内；所述风机管盘内设有风机；所述控制器内设有用于调整送风温度、回风湿度、回风温度、供水温度、回水温度的信号处理模块；所述第一温度传感器用于采集送风通道内的第一温度信息，第二温度传感器用于采集回水干管内的第二温度信息，所述第三温度传感器用于采集供水干管内的第三温度信息，第四温度传感器用于采集室内的第四温度信息，所述湿度传感器用于采集室内的湿度信息；所述信号处理模块通过第一温度信息与预设温度信息进行比对后的第一温差信息，通过调节风机的转速，实现送风量的自动调节，以调节室内的回风温度和回风湿度；所述信号处理模块通过第二温度信息与预设温度进行比对后的第二温差信息，调整室内的温度；所述信号处理模块通过第三温度信息与预设温度信息进行比对后的第三温差信息后，通过控制热泵机组的启停，实现供水温度的调整；所述信号处理模块通过第四温度信息和湿度信息计算空气绝对含湿量或露点温度，实现自动调节供水温度和送风温度。

进一步地，所述信号处理模块包括PID运算处理单元，通过第一温差信息进行比例调节，以实现控制风机的转速。

进一步地，所述热泵机组包括毛细管、压缩机、制冷剂-空气换热器、制冷剂-水换热器和四通换向阀；所述毛细管的一端与所述风机盘管连接，另一端与所述制冷剂-空气换热器的一端连接；所述制冷剂-空气换热器的另一端、制冷剂-水换热器的一端和压缩机分别与四通换向阀连接；所述制冷剂-水换热器的另一端与所述地板辐射机组连接。

进一步地，所述地板辐射机组包括地板辐射水管、集水器、水泵和分水器；所述地板辐射水管铺设于地板下；所述集水器和分水器分别位于所述地板辐射水管的两端；所述水泵位于所述集水器与所述制冷剂-水换热器之间。

进一步地，所述地板辐射水管采用材质为聚丙烯无规共聚物。

进一步地，所述控制器与控制面板通过双绞线无级性的带点通讯接口连接。

进一步地，所述风机为可调速风机。

进一步地，所述可调速风机为直流无刷风机或变频风机。

进一步地，所述控制面板设有显示屏和操作按键。

进一步地，所述控制器通连接有楼宇控制系统BMS。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明利用操作面板作为设定温度输入端，通过第四温度信息(室内温度)和湿度信息，计算空气含湿量或露点温度，在室内湿度过大时，增加风机转速，加速除湿，实现温、湿度独立调节，从而也就保证了室内人员的舒适度。

2、本发明利用操作面板作为设定温度输入端，通过第三温度信息(供水温度)与设定供水温度比较，形成的温差信号，控制压缩机的启停。通过第四温度信息(室内温度)与湿度信息，计算空气含湿量或露点温度，控制供水温度不低于室内空气的露点温度，保持地板辐射水管干燥，避免结露。在供水温度达到设定值时，压缩机停止运转，依靠水的蓄热能力，持续供冷/暖，保证室内温度的恒定，提高空调系统末端的节能效果。

3、本发明末端装置包括地板辐射机组和风机盘管，夏季按供冷工况运行，地板辐射机组的供水水温为20～25℃，当室内热负荷和湿负荷都很大时，风机盘管高速运行，当室内湿负荷较小时，风机转速减小，大部分的显热负荷都由地板辐射机组承担。冬季按制热工况运行，地板辐射水管供水水温为30～35℃，通过换向，改变制冷剂的流向，开始运行时，风机盘管高速运行，达到快速制热的目的。当室内温度达到一定的范围时，风机转速减小，地板辐射承担大部分的热负荷，无吹风感，换热效率增加。地板辐射机组和风机盘管末端装置，实现采暖供冷一体化双工况运行的功能，同时也实现低能耗与高舒适度的完美结合。

4、本发明由于其运行特点是根据室内需求动态调节风量，实现需求与供冷/热量的自动匹配，既能实现温、湿度独立控制，又能保证空调系统的舒适性，提高空调系统末端的节能效果，

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明所述的辐射采暖供冷一体化末端装置的结构示意简图；

图2是本发明所述的辐射采暖供冷一体化末端装置的信号走向图；

图3(a)、(b)是本发明所述的辐射采暖供冷一体化末端装置的蒸气过热循环的温熵图和压焓图。

图中：

1：地板辐射机组 11：地板辐射水管 12：集水器 13：分水器 14：水泵

2：风机盘管

3：热泵机组 31：毛细管 32：压缩机 32：制冷剂-空气换热器

33：制冷剂-水换热器

4：第一温度传感器 5：第二温度传感器 6：第三温度传感器

7：第四温度传感器 8：湿度传感器

9：控制器 91：信号处理模块 911：PID运算处理单元

10：控制面板 101：显示屏 102：操作按键

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，包括热泵机组3、控制器9、铺设于地板下的地板辐射机组1、安装于天花板上的风机盘管2、以及分别与所述控制器9连接的第一温度传感器4、第二温度传感器5、第三温度传感器6、第四温度传感器7、湿度传感器8和控制面板10。

其中，所述热泵机组3的一端能连接所述风机盘管2，另一端连接地板辐射机组1，所述热泵机组3作为夏季供冷、冬季制热的双工况提供者，具体包括毛细管31、压缩机32、制冷剂-空气换热器33、制冷剂-水换热器34和四通换向阀35；所述毛细管31的一端与所述风机盘管2连接，另一端与所述制冷剂-空气换热器33的一端连接；所述制冷剂-空气换热器33的另一端、制冷剂-水换热器34的一端和压缩机32分别与四通换向阀35连接；所述制冷剂-水换热器34的另一端与所述底板辐射机组1连接。

所述毛细管31为一种流量恒定的节流设备，采用的才会为紫铜或不锈钢材质，具有耐腐蚀、导热系数高的特点，安装于制冷剂-空气换热器的入口处，所述压缩机32采用的是定频压缩机，只可以启停。所述制冷剂-空气换热器33即为冷凝器，用于将制冷剂气体冷却液化，以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量。所述制冷剂-水换热器34即为蒸发器，

所述地板辐射机组1包括地板辐射水管11、集水器12、水泵14和分水器13；所述集水器12和分水器13分别位于所述地板辐射水管11的两端；所述水泵14位于所述集水器12与所述制冷剂-水换热器34之间。所述地板辐射水管11采用的是聚丙烯无规共聚物的材质，具有不易腐蚀，使用寿命长，维修方便的特点，所述水泵14为可连续调节流量的变频水泵，可根据实际需求调整水泵的供水量，从而调整室内的温度。

所述四通换向阀35作为调整不同工况的开关阀，在供冷工况下，其制冷剂的循环模式为：制冷剂-空气换热器33→风机盘管2→制冷剂-水换热器34→压缩机32→制冷剂-空气换热器33；其水循环模式为：制冷剂-水换热器34→分水器13→地板辐射水管11→集水器12→水泵14→制冷剂-水换热器34。

在制热工况下，制冷剂流向正好与以上循环相反，具体是：其制冷剂的循环模式为：制冷剂-空气换热器33←风机盘管2←制冷剂-水换热器34←压缩机32←制冷剂-空气换热器33；其水循环模式不变，也为：制冷剂-水换热器34→分水器13→地板辐射水管11→集水器12→水泵14→制冷剂-水换热器34。

所述第一温度传感器4位于风机盘管2的送风通道内；所述第二温度传感器5位于回水干管上；所述第三温度传感器6位于供水干管上；所述第四温度传感器7和湿度传感器8都位于室内；所述风机管盘2内设有风机；所述风机为可调速风机，可以是直流无刷风机或变频风机，静压一般为10-50Pa，不超过80Pa。所述控制器9内设有用于调整送风温度、回风湿度、回风温度、供水温度、回水温度的信号处理模块91。

所述第一温度传感器4用于采集送风通道内的第一温度信息，第二温度传感器5用于采集回水干管内的第二温度信息，所述第三温度传感器6用于采集供水干管内的第三温度信息，第四温度传感器7用于采集室内的第四温度信息，所述湿度传感器8用于采集室内的湿度信息。

所述信号处理模块91通过第一温度信息与预设温度信息进行比对后的第一温差信息，通过调节风机的转速，实现送风量的自动调节，以调节室内的回风温度和回风湿度；具体地，所述信号处理模块91内设有PID运算处理单元911，通过第一温差信息进行比例调节，以实现控制风机的转速。所述信号处理模块91通过第二温度信息与第三温度信息的差值与预设温差值进行比对，调整室内的温度；所述信号处理模块91通过第三温度信息与预设温度信息进行比对后的第三温差信息后，通过控制热泵机组1的启停，实现供水温度的调整；所述信号处理模块91通过第四温度信息和湿度信息计算空气绝对含湿量或露点温度，实现自动调节供水温度和送风温度。

所述控制器9与控制面板10之间采用双绞线无级性的带点通讯接口连接，在实际现场过程中安装更为简单、方便。所述控制面板10包括显示屏101和操作按键102，通过显示屏101与操作按键102的配合，能够输入房间的温度设定值、送风量大小、供水温度设定值至控制器9的存储单元，显示屏101安装在室内空间距地1.0-1.3米高，无阳光直射和明显热源的位置，可以显示当前室内温度、湿度、风机盘管启停状态、风机转速、供水温度、压缩机启停状态、水泵启停状态、水泵转速等信息。

所述控制器9设有多个I/O端口，其中，模拟量输入端口AI可以接入包括第一温度传感器4、第二温度传感器5、第三温度传感器6、第四温度传感器7和湿度传感器8的信号输入端，数字量输出端DO包括风机启停信号输出端、压缩机启停输出端、水泵启停输出端以及联动输出端。

所述控制器9内的信号处理模块91与内部存储单元信号连接，信号处理模块91导入内部存储单元的温度信号，处理后得出露点温度；信号处理模块91具有PID运算处理单元911，该PID运算处理单元911对第一温度传感器4和设定温度信号进行处理形成第一温差信号，控制器9通过第一温差信号，通过比例调节控制风机转速。所述第三温度传感器6与设定温度信号处理形成温差信号，控制器9通过温差信号，控制压缩机32的启停。

同时所述控制器9通过现场总线接口与楼宇控制系统BMS网络连接，实现远程自动控制与整个系统的平衡控制。

本发明所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，采用的地板辐射散热面积大，室内温度场分布均匀，垂直温差小，通常在3℃左右，且低温辐射对人体作用轻柔温和。辐射采暖供冷一体化系统夏季室温可比传统空调高1-2℃，冬季低1-3℃而有同样的舒适性，并且采暖供冷能耗较大幅度降低。

室内只有少量的送风，送风速度低，吹风感不明显，不会造成温度剧烈波动。夏季制冷时地板辐射供冷围护结构温度在22-24℃，不像风冷式空调存在过冷表面致空气中的水蒸气不断脱失，室内相对湿度可以控制在40％-60％，人体感觉舒服。

其中，热泵机组3和风机盘管2中采用制冷剂，通过热泵机组3中的四通换向阀35，改变制冷剂流向，实现夏季供冷和冬季采暖双工况运行。蒸气制冷循环如图3所示，3(a)为温熵图；3(b)为压焓图。在制冷循环中，蒸气理论循环1-2-3-4-5-1，其中：1：表示制冷剂在蒸发器出口和进入压缩机的状态；2：表示制冷剂进入冷凝器的状态；4：表示制冷剂出冷凝器的状态；5表示制冷剂出毛细管；进入蒸发器的状态；1-2：表示制冷剂在压缩机中压缩；2-3-4：表示制冷剂在冷凝器中冷凝；4-5：表示制冷剂在毛细管中节流；5-1：制冷剂在蒸发器中蒸发。本发明制冷剂蒸气在蒸发器内已经过热，蒸气过热的制冷循环1、-2、-3-4-5-1、，在过热循环中，单位质量的制冷量增加，单位压缩功不变，故制冷装置的制冷系数增加，系统高效节能。

建筑热环境的舒适度取决于空气的温度、湿度、温差大小、气流速度和室内平均辐射温度等因素。在正常情况下，人体的核心温度在37.5℃左右，人体产生的热量约45％以辐射方式散发，对流散热占30％，蒸发散热25％，辐射换热对人体的舒适感影响较大。与传统风冷对流换热空调相比，辐射采暖供冷一体化末端装置增大了人体的瞬时辐射换热，更利于营造舒适度较高的建筑热环境。

本发明通过送风温度信号与设定送风温度信号控制风机盘管2的送风量，同时第三温度信号(供水温度)与设定温度信号控制压缩机32的启停；根据室内需求换热量动态调节风量，实现需求与供冷量的自动匹配，既能适应不同工况的要求，又能实现温湿度独立控制，保证系统的舒适性，提高空调系统末端的节能效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种辐射采暖供冷一体化末端装置，其特征在于：

包括热泵机组、控制器、地板辐射机组、安装于天花板上的风机盘管、以及分别与所述控制器连接的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、湿度传感器和控制面板；

所述热泵机组的一端连接所述风机盘管，另一端连接地板辐射机组；

所述第一温度传感器位于风机盘管的送风通道内；

所述第二温度传感器位于回水干管上；

所述第三温度传感器位于供水干管上；

所述第四温度传感器和湿度传感器都位于室内；

所述风机管盘内设有风机；

所述控制器内设有用于调整送风温度、回风湿度、回风温度、供水温度、回水温度的信号处理模块；

所述第一温度传感器用于采集送风通道内的第一温度信息，第二温度传感器用于采集回水干管内的第二温度信息，所述第三温度传感器用于采集供水干管内的第三温度信息，第四温度传感器用于采集室内的第四温度信息，所述湿度传感器用于采集室内的湿度信息；

所述信号处理模块通过第一温度信息与预设温度信息进行比对后的第一温差信息，通过调节风机的转速，实现送风量的自动调节，以调节室内的回风温度和回风湿度；

所述信号处理模块通过第二温度信息与预设温度进行比对后的第二温差信息，调整室内的温度；

所述信号处理模块通过第三温度信息与预设温度信息进行比对后的第三温差信息后，通过控制热泵机组的启停，实现供水温度的调整；

所述信号处理模块通过第四温度信息和湿度信息计算空气绝对含湿量或露点温度，实现自动调节供水温度和送风湿度。

2.根据权利要求1所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，其特征在于：

所述信号处理模块包括PID运算处理单元，通过第一温差信息进行比例调节，以实现控制风机的转速。

3.根据权利要求1所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，其特征在于：

所述热泵机组包括毛细管、压缩机、制冷剂-空气换热器、制冷剂-水换热器和四通换向阀；

所述毛细管的一端与所述风机盘管连接，另一端与所述制冷剂-空气换热器的一端连接；

所述制冷剂-空气换热器的另一端、制冷剂-水换热器的一端和压缩机分别与四通换向阀连接；

所述制冷剂-水换热器的另一端与所述地板辐射机组连接。

4.根据权利要求3所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，其特征在于：

所述地板辐射机组包括地板辐射水管、集水器、水泵和分水器；

所述地板辐射水管铺设于地板下；

所述集水器和分水器分别位于所述地板辐射水管的两端；

所述水泵位于所述集水器与所述制冷剂-水换热器之间。

5.根据权利要求4所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，其特征在于：

所述地板辐射水管采用材质为聚丙烯无规共聚物。

6.根据权利要求1所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，其特征在于：

所述控制器与控制面板通过双绞线无级性的带点通讯接口连接。

7.根据权利要求1所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，其特征在于：

所述风机为可调速风机。

8.根据权利要求7所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，其特征在于：

所述可调速风机为直流无刷风机或变频风机。

9.根据权利要求1或6所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，其特征在于：

所述控制面板设有显示屏和操作按键。

10.根据权利要求1所述的辐射采暖供冷一体化末端装置，其特征在于：

所述控制器通连接有楼宇控制系统BMS。