CN109028398B - 一种智能居室资源节约系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能居室资源节约系统及方法，包括智能冷量分配系统，在智能冷量分配系统中，由主冷量供应管P为各居室提供冷量，主冷量回管Q回收冷量；智能居室资源节约系统还包括辅助冷量传输管M；每一个居室均设有换热器和设置在换热器处的风机；主冷量供应管P和辅助冷量传输管M均通过流入阀门接换热器的入口；主冷量回管Q和辅助冷量传输管M均通过流出阀门接换热器的出口；相邻的居室的入口与出口之间设有联络管道；所述的连接管道上设有联络阀门；进入阀门、流出阀门和联络阀门均受控于主控中心；居室内设置有受控于主控中心的控制器；该智能居室资源节约系统及方法能充分利用冷量，具有节能环保的突出优势，且易于实施。

Description

一种智能居室资源节约系统及方法

技术领域

本发明涉及一种智能居室资源节约系统及方法。

背景技术

资源节约是现代社会的主旋律之一。如何利用可再生能源，如何节约电能，减低能耗，是现代社会的一个重要课题和研究方向。

而且，随着旅游业的蓬勃发展，现有的酒店业也日趋兴旺繁荣，较为大型的酒店内一般采用中央空调实现供暖或提供冷量，以及采用锅炉为居室提供不间断的热水；因此，总体来说，整个酒店的能耗较高。另外，大型企业的宿舍楼后教学楼也有节约资源的需求。因此，有必要设计一种智能居室资源节约系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能居室资源节约系统及方法，该智能居室资源节约系统及方法能充分利用冷量，具有节能环保的突出优势，且易于实施。

发明的技术解决方案如下：

一种智能居室资源节约系统，包括智能冷量分配系统。

所述的智能冷量分配系统中，由主冷量供应管P为各居室提供冷量，主冷量回管Q回收冷量；智能冷量分配系统还包括辅助冷量传输管M；

每一个居室均设有换热器和设置在换热器处的风机；主冷量供应管P和辅助冷量传输管M均通过流入阀门接换热器的入口；主冷量回管Q和辅助冷量传输管M均通过流出阀门接换热器的出口；相邻的居室的入口与出口之间设有联络管道；所述的连接管道上设有联络阀门；进入阀门、流出阀门和联络阀门均受控于主控中心；居室内设置有受控于主控中心的控制器；

主冷量供应管P、辅助冷量传输管M和主冷量回管Q中的工质温度依次降低；即P中的温度高于M中温度，M中温度高于Q中温度，进入阀门，流出阀门和联络阀门均为气阀或液阀，功能相同，只是名称的不同。控制器可以控制居室空调的打开和调节风量，以及设定温度。控制器与主控中心通信。

智能冷量分配系统控制策略如下：

(1)若t(i+1)-t(i)>t0，t0为设定的阈值(t1可以是1-5度，优选1度或2度)，t(i)、t(i+1)分别为相邻的2个居室中控制器的设定温度；则主控中心通过阀门控制居室i中换热器的入口接通P,出口与居室i+1的入口接通，而居室i+1的换热的出口接通Q；此时2个房间的换热器串联，以充分利用冷量，如图8所示；

(2)若t(k)-t(j)>t1，t1为设定的阈值(t1可以是1-5度，优选1度或2度)，t(k)、t(j)分别为非相邻的2个居室中控制器的设定温度；则主控中心通过阀门控制居室j中换热器的入口接通P,出口与M管相通，M管与Q管分别接居室k的换热的入口和出口；此时2个房间的换热器通过M管串联，以充分利用冷量，如图9所示。

(3)在第(1)和第(2)的基础上级联；如多个连续的居室换热器通过联络管道串联，如图10三个换热器(1#，2#和3#)串联；多个两两不相连的居室换热器通过M管串联，如图11三个不相连的换热器(1#，3#和5#)串联；以及部分居室的换热器通过联络管串联，部分居室的换热器通过M管串联，如图12，居室3#和4#通过联络管串联，居室1#和3#通过M管串联。

P和Q来自于中央空调。

智能居室资源节约系统还包括废水收集循环利用系统，所述的收集循环利用系统包括依次连接的废水收集池、废水净化池和净水池；废水收集池用于收集一次使用废水(如洗手和洗澡用水等)，废水净化池中设有净水设备(如过滤器等)用于将所述的一次使用废水进行净化，净化后的水进入净水池储存，净水池的水进行二次利用；所述的二次利用包括用于冲马桶、用于对绿植浇水以及对室内外的水池进行补水。

在居室内设有用电设备保护系统，用电设备保护系统包括基于继电器的过载保护电路。

居室内设有自动通风系统，自动通风系统包括设置在室内的空气质量传感器、设置在居室的墙壁上的能自动开启的窗户(可以是百叶窗式或推杆式开合的窗户)，还包括设置在室内和室外的温湿度传感器以及设置在室外的雨量传感器，窗户的开合受控于居室内的控制器。优选的居室内墙上设有风机。必要时开启风机使得空气对流，从而调节温度和湿度，以及净化室内空气，雨量传感器、空气质量传感器与温湿度传感器均与控制器连接。当空气质量低于设定值，则打开窗户，启动风机，实施换气。

智能居室资源节约系统还包括设置在墙壁内的循环吸热管网系统；

所述的循环吸热管网系统包括设置在居室外墙内的吸热管网，吸热管网输出的水进入锅炉，锅炉为多间居室提供热水供应；

锅炉中设有锅炉加热装置；

吸热管网由多个蛇形的吸热水管(21)通过串联或并联方式连接而成(实施例中，由6个吸热水管组成3条支路的并联管，每一条支路由2个吸水管通过法兰串接而成)；吸热管网的入口接自来水或接空调系统的冷却水(或冷冻水)；吸热管网具有统一的出水管即汇聚管(30)；汇聚管处设有用于检测吸热管网输出水温的第一温度传感器(T1)；锅炉内设有用于检测锅炉中水温的第二温度传感器(T2)；吸热水管竖直方向或斜向布置(以便冷水能在重力的作用下向下流动)；

第一温度传感器、第二温度传感器和锅炉加热装置均与MCU相连。

工作模式说明：在温度较高的时候，如夏天气温超过30度或35度，此时墙面的温度在太阳的照射下超过50度甚至60度，将冷水注入吸热管网充分吸热后进入锅炉，而居室的热水来自于锅炉，一般客人需要的热水温度在45-55度之间。根据以下情况实施控制：

(a)若吸热管网输出的水温t1在45-55度内，则锅炉无需加热即可直接输出；

(b)若t1大于55度，直接输出热水，或者MCU通知控制冷水加入管往锅炉中加入一些冷水，使之温度在该范围内再输出；锅炉中原本具有冷水阀K1，K1受控于MCU；

(c)若吸热管网输出的水温t1小于45度，则MCU启动锅炉加热装置，将锅炉中的水加热到45-55度再输出。

吸热水管的外部设有多个安装板(24)(等间距设置)，每一个安装板上设有至少一个安装孔(25)，安装孔用于插入螺钉以固定吸热水管。

吸热水管内设有多块挡板(26)(优选等间距设置)，每一块挡板上设有多个用于水流穿过的过孔(27)；过孔为多圈同心圆设置，实施例中，分为三圈，内圈为一个过孔，中间圈为4个过孔，外圈为8个过孔，过水均匀。

在吸热水管的内壁的周向等间距设有多条凹槽(28)。用于增加吸热面积，提高吸热效率。

挡板和过孔用于延缓水流速度，便于水充分吸热。

居室的外墙由外到内依次包括外墙外层(31)、水管安装层(32)、隔热层(33)和外墙内层(34)，吸热管网设置在水管安装层内。外墙外层优选采用导热材料，隔热层采用保温隔热材料。

另外，外墙的部分区域安装太阳能板，用于吸收热能并转化成电能，为居室供电，节能环保，而且作为居室的应急电源。

智能居室资源节约系统及方法还包括综合居住景观一体式系统；

所述的综合居住景观一体式系统采用方形框架式多层居室架构，每一层均采用方形结构，方形结构的中心为中央区，中央区设置电梯；方形结构的四面均为居室区；每一个居室区设有至少一个居室(可以是单间或套间)；居室区与中央区通过过道区相连；

为增加通风效率及采光，相邻的居室区之间具有隔断空间(即并非紧密相连)；

每一个居室至少有两个相对通透的窗户；便于空气对流，以及采光良好。

4个居室区围成的区域由过道区以及中央区分割成4个功能区；

4个功能区为自助服务区(6)、景观区(8)、健身休闲区(14)(健身休闲区中还包括儿童游乐区)以及图书阅览区(16)；

自助服务区中设有自助购物机(7)和智能货柜(5)；智能货柜用于收发快递包裹，自助购物机用于顾客购买食品饮料或日用品(如纸巾、打火机等)；

景观区中设有水池(10)、休闲木椅和观赏用的植物(9)；

健身休闲区设有健身器材和桌椅(15)；

图书阅览区中摆放有自助书架以及便于阅读的桌椅，也还有位于桌椅上方用于遮阳挡雨的顶棚；

每一侧的多个居室并排设置，在居室的外层设有外侧过道(3)，外侧过道的外侧设有绿化带(4)；绿化带中种植有观赏植物；绿化带外侧设有护栏(优选隐形防护网，起安全作用，且不影响视野)。

采用这种方式，人民群众可以在每一层可以享受通透的室内环境，而且，在各功能区能享用健身器材，图书，购物和休闲，在外侧的绿化带可以种植花草，采用通风良好，环境优美，是一种新型的智能的居住休闲一体化解决方案。

一种智能居室资源节约方法，采用前述的智能居室资源节约系统实现资源节约；

通过智能冷量分配系统节约冷量；

通过设置在墙壁内的循环吸热管网系统降低室内温度以节约能耗；

通过废水收集循环利用系统节约水资源。

有益效果：

本发明的智能居室资源节约系统及方法，通过多种方式实现能耗的减低，以及充分利用可再生的能源；具体的：

(1)采用设置在墙壁内的循环吸热管网系统

蛇形的吸热水管能吸收外墙的大量热量，第一，能充分利用热量加热冷水，再经锅炉的必要加热为居室提供热水供应，第二，吸收外墙的热量后，能大量减少进入居室内部的热量，使得室内更加凉爽怡人。

(2)采用独特的智能冷量分配系统，具有独特的官网设计方案，基于不同居室的位置以及冷量需求的不同，将冷量的利用最大化和智能化，从而提高冷量的利用效率，达到节能降耗的目的。

(3)在居室内设置有独特的废水收集循环利用系统

该废水收集循环利用系统能充分利用一次废水，即将一次废水进一步净化后用于冲洗马桶，补充池水，为植物浇水等，能显著节约水资源。

(4)设计了综合居住景观一体式系统；

整个家居体现实现了采光与通风的优化配置，还融合了休闲、购物、景观、健身、阅览等城市功能，结构巧妙，功能完善。而且，建筑的外侧设有过道以及种植有绿植，环境优美，设施齐备，能为人民群众创造一个舒适宜居优雅的家居环境。

另外，本发明还具有以下特征：

(1)基于移动检测终端的植株直径检测；

智能作业车采集植株直径数据，将获取的直径数据返回到数据监控平台，具体的，后台工作人员基于移动检测终端上的定位装置以及相机为辅助，基于无线智能作业车行走，并在车载相机的辅助下，准确夹住植株的茎杆部，以获取直径数据；并将数据与具体的植株ID关联。实现植物的生长监控。

(2)充电控制。

采用恒流充电电路为室内的锂电池充电。

(3)监控系统采用多子镜头的复合式相机，可以自动切换子镜头以调节焦距，灵活性好。

(4)具有独特的基于热动力机的空调系统，节能环保，操作灵活。

(5)居室中具有继电保护系统，能为用电设备实施过流保护，有效防止火灾发生。

综上所述，本发明的智能居室资源节约系统及方法功能丰富，设计巧妙，易于实施，且节能环保，有利于构建绿色生态系统，适合推广实施，具有显著的社会效益。

附图说明

图1为循环吸热管网系统示意图；

图2为吸热管网结构示意图；

图3为吸热水管的结构示意图；

图4为吸热水管内部结构示意图；

图5为吸热水管内壁凹槽示意图；

图6为吸热水管中挡板上的过孔分布示意图；

图7为外墙分层结构示意图；

图8为2个相邻换热器通过联络管道串接示意图；

图9为2个不相邻换热器通过M管串接示意图；

图10为3个相邻换热器通过联络管道串接示意图；

图11为3个不相邻换热器通过M管串接示意图；

图12为3个换热器级联示意图；

图13为净化水系统的示意图；

图14为综合居住景观一体式系统的结构示意图；

图15为复合式镜头及相机的连接示意图；

图16为显示屏调光示意图；

图17为恒流充电原理图；

图18为用电设备电流检测及继电器控制电路图；

图19为放大倍数可调放大器原理图；

图20为热动力驱动发电模式示意图

图21为电机单元的定子处于反重力模块控制的示意图；

图22为夹头式直径检测机构结构示意图。

图23为活动端、固定端与凹槽相对位置示意图；

标号说明：1-中央区，2-过道区，3-外侧过道，4-绿化带，5-智能货柜，6-自助服务区，7-自助购物机，8-景观区，9-植物，10-水池，11-房间，12-窗户，13-门，14-健身休闲区，15-座椅；16-图书阅览区。

21-吸热水管，22-水管入口，23-水管出口，24-安装板，25-安装孔，26-挡板，27-过孔，28-凹槽，29-凸条；

30-汇聚管，31-外墙外层，32-水管安装层，33-隔热层，34-外墙内层。

305-被测植株，306-静臂，307-动臂，308-拉绳固定件，309-安装座，310-滑轮，311-拉绳，312-动臂驱动装置，313-活动端，314-凹槽，315-固定端。c为单个夹臂固定宽度；

71-子镜头，72-复合式镜头，73-转轴，74-光反射片，75-光电发射与接收装置，76-CCD传感器，77-机身。

41-前级连轴装置，42-后级连轴装置，111-热动力机，222-电机单元，330-压缩机，331-冷凝器，301-压缩机传动轴，333-节流装置，332-蒸发器。101-热力机传动轴。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：如图1-14，一种智能居室资源节约系统，包括设置在墙壁内的循环吸热管网系统；所述的循环吸热管网系统包括设置在居室外墙内的吸热管网，吸热管网输出的水进入锅炉，锅炉为多间居室提供热水供应；锅炉中设有锅炉加热装置；

所述的智能居室资源节约系统及方法还包括智能冷量分配系统；

智能居室资源节约系统及方法还包括废水收集循环利用系统。

在居室内设有用电设备保护系统，用电设备保护系统包括基于继电器的过载保护电路。

居室内设有自动通风系统。

智能居室资源节约系统及方法还包括综合居住景观一体式系统；

一种智能居室资源节约方法，采用智能居室资源节约系统实现资源节约；

通过智能冷量分配系统节约冷量；

通过设置在墙壁内的循环吸热管网系统降低室内温度以节约能耗；

通过废水收集循环利用系统节约水资源。

另外，本发明的系统还包括以下几个部分：

(一)夹头式茎干直径检测机构

如图22-23，所述的夹头包括静臂306、动臂307以及用于驱动动臂的动臂驱动装置；静臂的前端与动臂的前端平行；夹头上设有用于测量静臂与动臂之间间距的位移检测装置；

位移检测装置和车载相机检测的数据发送到MCU；通信模块和存储模块均与MCU相连。

支撑平台上设有竖直伸缩杆，竖直伸缩杆上设有水平伸缩杆，水平伸缩杆的前端部设有夹头，而且，竖直伸缩杆和水平伸缩杆均为电动机构，因此，夹头能上下和前后运动，加之行走机构为履带式行走机构，因此，夹头能在三维空间自由活动，便于检测植株的直径。

植株的直径D＝L+2*c；c为单个夹臂固定宽度，L为传感器检测得到的长度。

位移检测装置为滑轮-拉绳式位移检测装置。或者磁感应位移检测装置。

滑轮-拉绳式位移检测装置包括码盘、滑轮310和拉绳311；码盘设置在滑轮上，能随码盘同轴同步旋转；码盘输出的脉冲信号与MCU的输入端相连；

滑轮设置在静臂上，拉绳的一端绕装在滑轮上，拉神的另一端固定的动臂上；

或者，滑轮设置在动臂上，拉绳的一端绕装在滑轮上，拉神的另一端固定的静臂上。优选的，拉绳的另一端接在拉绳固定件上。拉绳固定件固定在动臂或静臂上。

滑轮上设有扭簧，以保持拉绳的一定的张力，从而提高测量的准确度。

滑轨中设有与动臂相连的活动端，静臂与滑轨固定连接；活动端设置在凹槽中，能沿滑轨滑动。设置滑轨的作用是用于保障动臂开合顺畅。

动臂驱动装置为电动推拉杆或气缸。电动推拉杆优选为齿轮-齿条机构。电机带动齿轮旋转，带动齿条运动，齿条与动臂相连。

植株的直径D＝L+2*c；c为单个夹臂固定宽度，L为传感器检测得到的长度。

动臂驱动装置为电动推拉杆或气缸。电动推拉杆优选为齿轮-齿条机构。电机带动齿轮旋转，带动齿条运动，齿条与动臂相连。

(二)如图16，该充电系统还包括用于调节居室控制面板显示屏发光亮度的亮度调节电路；所述的亮度调节电路包括MCU、LED灯串、三极管、电位器Rx和A/D转换器；三极管为NPN型三极管；显示屏的固定架上海设有旋钮开关与电位器Rx同轴相连；

电位器Rx和第一电阻R1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极Vcc，分压支路的另一端接地；电位器Rx和第一电阻R1的连接点接A/D转换器的输入端；A/D转换器的输出端接MCU的数据输入端口；

LED灯串包括多个串接的LED灯；LED灯串的正极接电源正极Vcc；LED灯串的负极接三极管的C极，三极管的E极经第二电阻R2接地；三极管的B极的接MCU的输出端。电源正极Vcc为5V，A/D转换器为8位串行输出型转换器。

(三)如图17，用于太阳能电池板为居室内锂电池充电的恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；

(1)恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端VOUT+；恒压驱动芯片的负输出端接地；

恒压驱动芯片由直流电压供电端VIN+和VIN-供电；

(2)所述的电流反馈电路包括电阻R1、R2和R5和参考电压端VREF+；

参考电压端VREF+通过依次串联的电阻R1、R2和R5接地；

电阻R5与R2的连接点为恒流充电电路的负输出端VOUT-；

电阻R1与R2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端FB。

恒流充电电路还包括电压反馈电路；

电压反馈电路包括电阻R3和R4以及二极管D1；

电阻R3和R4串联后接在恒流充电电路的正输出端VOUT+与地之间；电阻R3和R4的连接点接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端FB。

(四)如图15，监控相机采用复合式镜头，复合式镜头上设有转轴73；复合式镜头内集成有4个子镜头71；子镜头沿复合式镜头的周向均匀布置；复合式镜头的后端还设有与所述光电发射与接收装置适配的光反射片74；机身内还设有用于驱动镜头旋转的步进电机。光电发射与接收装置和光反射片可以是多套，优选2套，呈轴线对称，对准效果更好，只有2套光电发射与接收装置和光反射片都对准后，才认为镜头与CCD传感器对准了，这样对准精度更高。

(五)，如图18-19，居室内用电设备电流检测及继电器控制电路(也称为过流检测及保护电路)的说明如下：

工作原理：通过现场交流电线插入电流互感器(或线圈)中，使电流互感器产生互感电流，现场用电功率越大，互感电流也就越大，现场用电功率越小，互感电流也就越小，因此利用电压比较器，可以输出一个信号波形，主控制器(MCU)通过自带的AD采集就可得到现场的电流大小信息，从而达到检测作用。在电路设计上，通过四个整流二极管将交流互感电流转换成直流电流，输出信号则有两种，一种为模拟量，由VOUT输出，输出到MCU；还有一种为TTL高低电平，直接控制继电器用于切断和接通主电源的供电。

电路描述：

电流互感器的输出信号经桥式整流器得到Vin；比较器比较Vin和参考电压Vref，若Vin＞Vref，则比较器输出低电平，控制继电器断开。

另外，Vin经放大器放大后进入MCU的ADC端口(即具有A/D转换功能的端口)；

由于信号可能较为微弱，因此，设计了可调放大倍数的放大器；具体电路连接及工作原理如下：

桥式整流器的输出端Vin为信号端，所述的信号端经电阻R0的接运算放大器LM393的反相输入端，运算放大器LM393的同向输入端经电阻R0接地，运算放大器LM393的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接4选一选择器的4个输入通道，4选一选择器的输出通道接运算放大器LM393的输出端Vout，Vout接MCU的ADC端；

另外MCU的2个输出端口分别接4选一选择器的通道选端A和B；

Vout与Vin的计算公式：

Vout＝Vin*(Rx+R0)/R0；其中，Rx＝R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同；优选的R04＝5*R03＝25*R02＝100*R01；R01＝5*R0.可以方便地实现量程和精度切换。

(六)发电与压缩机制热联合输出+可选的余热锅炉

参照图20，同时接通电机单元222与热动力机111和压缩机330之间的前后级连轴装置41和42，电机单元222接入发电模块，电机处于发电模式，通过发电模块，向外部用电负荷输送电。运行热动力机111，驱动压缩式机330，热泵机组运行在制热工况，通过冷凝器331向外部输出热水。

该模式下，还可选择增加余热锅炉，采用热动力机的排烟驱动余热锅炉。余热锅炉内的气-水换热器，输入热动力机排出的高温烟气；余热锅炉的水-水换热器，输入热动力机的冷却水，输出热水，并可与冷凝器的热水混合；余热锅炉内还设有二次气-水换热，输入前级排除的低温烟气，输出温度较低的热水，与热泵机组的蒸发器水路接通，用于提高冷冻水温度，同时低温的冷冻水可进一步降低排烟温度,利于节能和环保。

如图21，当电机仅作传动轴和惯性飞轮时，由于转子重量较重，会产生一定的摩擦能耗，而由于在电机中采用反重力励磁绕组的结构，不仅不会增加摩擦力，反而还会减少整个系统的摩擦阻力。此时通过在电机定子中增加引出导线，在定子绕组上部中分离出一组或多组绕组，作为反重力励磁绕组，并对其单独通电，采用定子铁芯和转子铁芯，形成一个能将转子往上吸引的电磁铁结构，通过控制电流，使电磁吸引力大小能让电机单元传动轴的水平支撑轴承或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的径向竖直向下压力减小或为零。由于发动机、电机和压缩机均为卧式安装，而且在三者中的运动部件，电机转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，驱动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直径向压力有关，而与压缩机负荷和驱动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音。

这种普通轴承加转子和反重力励磁绕组的结构方式，与磁悬浮轴承结构类似，能使轴承径向方向承受的重力减小甚至到零，相当于处于失重环境下，获得近似于磁悬浮轴承的效果。

由于采用电机与发动机和压缩机直接串联结构，此时整个电机不仅成了连接发动机与压缩机的传动轴和飞轮，当连轴装置采用刚性连接时，还成为能支撑发动机和压缩机自身传动轴的反重力轴承，因而将这种产生反重力效果整体命名为反重力轴承。

电机变轴承，反重力励磁绕组结构看似很复杂，但其实并不需要在电机本体上再额外增加部件，轴承、转子和定子都是电机本身已有的，只是通过优化定子绕组，增加引出导线，产生出独特反重力励磁绕组结构，使已有电机成为一个庞大的反重力轴承，和一个更优质的零重力惯性飞轮，而成本却只有磁悬浮轴承的千分之几，这正是本发明巧妙之处。

当电机需要作在电动机模式或发电机模式时，通过反重力控制模块中的切换单元，对反重力励磁绕组的引线进行切换，将反重力励磁绕组立即恢复到电动机或发电机的定子绕组中。

1.电机转子当传动飞轮，系统简化。

当只用发动机驱动压缩机时，现有技术认为此时电机完全无用，一般都采用复杂的装置将电机与发动机和压缩机脱离，而在本发明中却将发动机、电机和压缩机三者传动轴直接串联，当单独采用燃气制冷或制热时，发动机必须先驱动电机，再驱动压缩机，此时电机既不产生动力也不发电，看似多余，完全超出了电机的常规用法，然而通过对发动机、电机和压缩机的各自特点做了深入分析后发现：

热泵空调压缩机，尤其是大功率热泵机组都采用离心压缩机，离心压缩机内的叶轮转速高达一万多转，内部结构配合十分精密，对传动轴的平稳性，即轴向震动和径向震动要求很高。发动机较常用的有内燃机、燃气轮机、汽轮机，其中内燃机转速较低,由多个活塞气缸交替推动，和电动机驱动相比，其输出力矩有一定的脉动性，存在一定量的轴向和径向震动，有时甚至会出现爆震；燃气轮机和汽轮机转速较高，但在运行中负荷变化时很难避免有现喘震现象，其输出轴必然会也有剧烈震动。

因此若用发动机直接驱动离心压缩机，现有工艺下，由于发动机无法达到与电动机一样的平稳性，空调离心压缩机内高速叶轮、高速轴承等部件将无法承受发动机的震动，而且空调离心压缩机本身在低负荷下也会出现喘震，会反过来也影响发动机的安全运行，这也是该技术目前没有真正应用的原因之一。

然而本发明中在空调压缩机和发动机之间增加一个同等功率的电机，由于电机定子绕组开路、无电流，定子对转子无转矩，转子处于自由状态，受发动机驱动时，仅只有少量的转子轴承摩擦力。同时电机转子被动高速转动时，相当于在空调压缩机与发动机之间增加一个惯性飞轮，而且通过电机单元前后的两组轴承，可牢牢锁定转子的轴向位移动和径向位移，正好可充分吸收发动机的震动，保证输入给压缩机的扭矩在轴向和径向的平稳，从而在压缩机与发动机形成良好的缓冲隔离，其平稳性可达到与电动机直驱动空调压缩机同等效果。

因此看似不合常理的做法，其实是建立在真正了解离心压缩机、发动机、电机的工作特点基础之上所采用的最佳技术方案，是本发明的创新所在。此时虽没有用到电机常规的电气特性，却巧妙的采用了电机的机械结构，让电机转子被动空转，在发动机与离心压缩机之间充当具有缓冲、稳定的惯性飞轮。

相对于其他采用发动机与电机并联的系统，发动机驱动压缩机时将电机分离，虽然可减少电机空转的摩擦，但是结构复杂，实用性差。而采用机械串联的布局结构实现发动机直驱压缩机载，传动效率高，不仅便于电机单独驱动压缩机，也便于发动机独立发电，使整个装置结构简单可靠，同时可方便嫁接现有且十分成熟的燃料发电机和压缩机载技术，使本发明具有很好的实用性。

2·本发明创新之二:电机转变成反重力轴承，系统高效。

当电机仅作传动轴和惯性飞轮时，由于转子重量较重，会产生一定的摩擦能耗，而由于在电机中采用反重力励磁绕组的结构，不仅不会增加摩擦力，反而还会减少整个系统的摩擦阻力。此时通过在电机定子中增加引出导线，在定子绕组上部中分离出一组或多组绕组，作为反重力励磁绕组，并对其单独通电，采用定子铁芯和转子铁芯，形成一个能将转子往上吸引的电磁铁结构，通过控制电流，使电磁吸引力大小能让电机单元传动轴的水平支撑轴承或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的径向竖直向下压力减小或为零。由于发动机、电机和压缩机均为卧式安装，而且在三者中的运动部件，电机转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，驱动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直径向压力有关，而与压缩机负荷和驱动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音。

这种普通轴承加转子和反重力励磁绕组的结构方式，与磁悬浮轴承结构类似，能使轴承径向方向承受的重力减小甚至到零，相当于处于失重环境下，获得近似于磁悬浮轴承的效果。

由于采用电机与发动机和压缩机直接串联结构，此时整个电机不仅成了连接发动机与压缩机的传动轴和飞轮，当连轴装置采用刚性连接时，还成为能支撑发动机和压缩机自身传动轴的反重力轴承，因而将这种产生反重力效果整体命名为反重力轴承。

电机变轴承，反重力励磁绕组结构看似很复杂，但其实并不需要在电机本体上再额外增加部件，轴承、转子和定子都是电机本身已有的，只是通过优化定子绕组，增加引出导线，产生出独特反重力励磁绕组结构，使已有电机成为一个庞大的反重力轴承，和一个更优质的零重力惯性飞轮，而成本却只有磁悬浮轴承的千分之几，这正是本发明巧妙之处。

当电机需要作在电动机模式或发电机模式时，通过反重力控制模块中的切换单元，对反重力励磁绕组的引线进行切换，将反重力励磁绕组立即恢复到电动机或发电机的定子绕组中。

Claims (2)

1.一种智能居室资源节约系统，其特征在于，包括智能冷量分配系统，在智能冷量分配系统中，由主冷量供应管P为各居室提供冷量，主冷量回管Q回收冷量；智能居室资源节约系统还包括辅助冷量传输管M；

每一个居室均设有换热器和设置在换热器处的风机；主冷量供应管P和辅助冷量传输管M均通过流入阀门接换热器的入口；主冷量回管Q和辅助冷量传输管M均通过流出阀门接换热器的出口；相邻的居室的入口与出口之间设有联络管道；所述的联络 管道上设有联络阀门；进入阀门、流出阀门和联络阀门均受控于主控中心；居室内设置有受控于主控中心的控制器；

主冷量供应管P、辅助冷量传输管M和主冷量回管Q中的工质温度依次升高；

智能冷量分配系统的控制策略如下：

（1）若t（i+1）-t（i）>t0，t0为设定的阈值，t（i）、t（i+1）分别为相邻的2个居室中控制器的设定温度；则主控中心通过阀门控制居室i中换热器的入口接通P,出口与居室i+1的入口接通，而居室i+1的换热的出口接通Q；

（2）若t（k）-t（j）>t1，t1为设定的阈值，t（k）、t（j）分别为非相邻的2个居室中控制器的设定温度；则主控中心通过阀门控制居室j中换热器的入口接通P,出口与M管相通，M管与Q管分别接居室k的换热的入口和出口；

（3）在第（1）和第（2）的基础上级联；如多个连续的居室换热器通过联络管道串联；多个两两不相连的居室换热器通过M管串联；以及部分居室的换热器通过联络管串联，部分居室的换热器通过M管串联；

还包括废水收集循环利用系统，所述的收集循环利用系统包括依次连接的废水收集池、废水净化池和净水池；废水收集池用于收集一次使用废水，废水净化池中设有净水设备用于将所述的一次使用废水进行净化，净化后的水进入净水池储存，净水池的水进行二次利用；所述的二次利用包括用于冲马桶、用于对绿植浇水以及对室内外的水池进行补水；

在居室内设有用电设备保护系统，用电设备保护系统包括基于继电器的过载保护电路；

居室内设有自动通风系统，自动通风系统包括设置在室内的空气质量传感器、设置在居室的墙壁上的能自动开启的窗户，还包括设置在室内和室外的温湿度传感器以及设置在室外的雨量传感器，窗户的开合受控于居室内的控制器；

还包括综合居住景观一体式系统；

所述的综合居住景观一体式系统采用方形框架式多层居室架构，每一层均采用方形结构，方形结构的中心为中央区，中央区设置电梯；方形结构的四面均为居室区；每一个居室区设有至少一个居室；居室区与中央区通过过道区相连；

为增加通风效率及采光，相邻的居室区之间具有隔断空间；

每一个居室至少有两个相对通透的窗户；

4个居室区围成的区域由过道区以及中央区分割成4个功能区；

4个功能区为自助服务区（6）、景观区（8）、健身休闲区（14）以及图书阅览区（16）；

自助服务区中设有自助购物机（7）和智能货柜（5）；智能货柜用于收发快递包裹，自助购物机用于顾客购买食品饮料或日用品；

景观区中设有水池（10）、休闲木椅和观赏用的植物（9）；

健身休闲区设有健身器材和桌椅（15）；

图书阅览区中摆放有自助书架以及便于阅读的桌椅，也还有位于桌椅上方用于遮阳挡雨的顶棚；

每一侧的多个居室并排设置，在居室的外层设有外侧过道（3），外侧过道的外侧设有绿化带（4）；绿化带中种植有观赏植物；绿化带外侧设有护栏；

包括设置在墙壁内的循环吸热管网系统；

所述的循环吸热管网系统包括设置在居室外墙内的吸热管网，吸热管网输出的水进入锅炉，锅炉为多间居室提供热水供应；

锅炉中设有锅炉加热装置；

吸热管网由多个蛇形的吸热水管（21）通过串联或并联方式连接而成；吸热管网的入口接自来水或接空调系统的冷却水；吸热管网具有统一的出水管即汇聚管（30）；汇聚管处设有用于检测吸热管网输出水温的第一温度传感器（T1）；锅炉内设有用于检测锅炉中水温的第二温度传感器（T2）；吸热水管竖直方向或斜向布置，以便冷水能在重力的作用下向下流动；

第一温度传感器、第二温度传感器和锅炉加热装置均与MCU相连；

根据以下情况实施控制：

（a）若吸热管网输出的水温t1在45-55度内，则锅炉无需加热即可直接输出；

（b）若t1大于55度，直接输出热水，或者MCU通知控制冷水加入管往锅炉中加入一些冷水，使之温度在该范围内再输出；锅炉中原本具有冷水阀K1，K1受控于MCU；

（c）若吸热管网输出的水温t1小于45度，则MCU启动锅炉加热装置，将锅炉中的水加热到45-55度再输出；

吸热水管的外部设有多个安装板（24）等间距设置，每一个安装板上设有至少一个安装孔（25）；

吸热水管内设有多块挡板（26），每一块挡板上设有多个用于水流穿过的过孔（27）；

在吸热水管的内壁的周向等间距设有多条凹槽（28）；

居室的外墙由外到内依次包括外墙外层（31）、水管安装层（32）、隔热层（33）和外墙内层（34），吸热管网设置在水管安装层内；

同时接通电机单元与热动力机和压缩机之间的前后级连轴装置，电机单元接入发电模块，电机处于发电模式，通过发电模块，向外部用电负荷输送电；运行热动力机，驱动压缩式机，热泵机组运行在制热工况，通过冷凝器向外部输出热水；

该模式下，增加余热锅炉，采用热动力机的排烟驱动余热锅炉；余热锅炉内的气-水换热器，输入热动力机排出的高温烟气；余热锅炉的水-水换热器，输入热动力机的冷却水，输出热水，并可与冷凝器的热水混合；余热锅炉内还设有二次气-水换热，输入前级排除的低温烟气，输出温度较低的热水，与热泵机组的蒸发器水路接通，用于提高冷冻水温度，同时低温的冷冻水可进一步降低排烟温度；

当电机仅作传动轴和惯性飞轮时，由于转子重量较重，会产生一定的摩擦能耗，而由于在电机中采用反重力励磁绕组的结构，不仅不会增加摩擦力，反而还会减少整个系统的摩擦阻力；此时通过在电机定子中增加引出导线，在定子绕组上部中分离出一组或多组绕组，作为反重力励磁绕组，并对其单独通电，采用定子铁芯和转子铁芯，形成一个能将转子往上吸引的电磁铁结构，通过控制电流，使电磁吸引力大小能让电机单元传动轴的水平支撑轴承或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的径向竖直向下压力减小或为零；由于发动机、电机和压缩机均为卧式安装，而且在三者中的运动部件，电机转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，驱动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直径向压力有关，而与压缩机负荷和驱动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音；

当电机需要作在电动机模式或发电机模式时，通过反重力控制模块中的切换单元，对反重力励磁绕组的引线进行切换，将反重力励磁绕组立即恢复到电动机或发电机的定子绕组中。

2.一种智能居室资源节约方法，其特征在于，采用权利要求1所述的智能居室资源节约系统实现资源节约；

通过智能冷量分配系统节约冷量；

通过设置在墙壁内的循环吸热管网系统降低室内温度以节约能耗；

通过废水收集循环利用系统节约水资源。

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