CN109282404B - 一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统及方法,该系统包括辐射供冷末端机构、除湿通风机构、冷热源换热机构和控制模块,所述冷热源换热机构包括冷热源单元与换热机构所述换热机构包括板式换热器、电磁三通阀、第一循环水泵和第二循环水泵,所述房间内设置有室内湿度传感器、室内干球温度传感器、露点温度传感器、风速传感器、黑球温度传感器和表面温度传感器;该方法包括以下步骤:一、参数设置;二、信号实时采集及同步上传;三、辐射末端供冷水温的调节;四、热舒适指标PMV值的调节。本发明适应于室外温度变化和室内温湿度变化,以使室内热环境满足室内人员热舒适需求并节约能耗。

Description

一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统及方法
技术领域
本发明属于内嵌管式围护结构辐射末端供冷控制技术领域,尤其是涉及一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统及方法。
背景技术
内嵌管式围护结构辐射供冷系统又称为混凝土辐射供冷系统,供水管道埋设于围护结构中,如混凝土楼板中,通过管道内水的流动来转移热量,以达到供冷效果。由于采用埋管式的冷顶(地)板本身热惰性大,对于该系统的控制不同于常规空调。当辐射供冷构件表面温度低于室内空气露点温度时,就可能产生结露现象,影响室内空气品质。另外,目前辐射供冷系统多采用定水温、间歇调节的供冷方式。由于部分地区供冷季较长,室外温度在供冷季内波动较大,室内内部负荷在供冷季也可能发生变化,若采用辐射供冷系统定辐射末端供水温度的供冷方式,势必造成室内热环境偏离热舒适需求。前人研究表明控制内嵌管式辐射末端供水温度比控制供水流量更易于实现对室温的调节。传统的水温控制方法通常采用室外温度补偿控制辐射末端供水温度的方法,没有考虑室温。这种控制方法简单易行,但单一的室外温度补偿控制方法无法预测其他设备的得热以及日射得热等因素的影响,难以实现对室内温度的准确调节。
因此,需要一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统,在间歇供冷的基础上,供冷时段通过调节辐射末端供水温度随室外温度变化以及室内温度变化来调节室内热环境来满足室内人员热舒适需求并节约能耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统,其设计合理且成本低,调节辐射末端供水温度和热舒适指标PMV值,适应于室外温度变化和室内温湿度变化,以使室内热环境满足室内人员热舒适需求,并节约能耗,实用性强。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统,其特征在于:包括设置在房间室内的辐射供冷末端机构和除湿通风机构、设置在房间外且为所述辐射供冷末端机构和所述除湿通风机构供水的冷热源换热机构和对所述冷热源换热机构与所述除湿通风机构进行控制的控制模块,所述冷热源换热机构包括冷热源单元和与所述冷热源单元连接的换热机构,所述冷热源单元包括空气源热泵冷水机组,所述换热机构包括板式换热器、电磁三通阀、第一循环水泵和第二循环水泵,所述板式换热器的一次侧出口与电磁三通阀的第一进口端连接,所述第一循环水泵的出口与空气源热泵冷水机组的入口连接;
所述辐射供冷末端机构为设置在房间内且嵌入供冷盘管的辐射供冷地板,所述供冷盘管的入口与板式换热器的二次侧出口连接,所述供冷盘管的出口与第二循环水泵的入口连接,所述第二循环水泵的出口与板式换热器的二次侧入口相接;所述除湿通风机构包括新风机组,所述新风机组的回水口设置有电动二通阀,所述电磁三通阀的第二进口端、板式换热器的一次侧入口和新风机组的供水口均与空气源热泵冷水机组的出水口连接,所述电磁三通阀的出口端和新风机组的回水口均与第一循环水泵的入口连接,所述板式换热器的二次侧出口与供冷盘管的入口之间设置有辐射末端供水温度传感器;
所述房间内设置有室内湿度传感器、室内干球温度传感器、露点温度传感器、风速传感器、黑球温度传感器和设置在房间地板表面的表面温度传感器,所述房间外设置有室外干球温度传感器;
所述控制模块包括主控制器以及与主控制器相接的数据采集单元,所述辐射末端供水温度传感器、室内湿度传感器、室内干球温度传感器、露点温度传感器、风速传感器、黑球温度传感器、表面温度传感器和室外干球温度传感器的输出端均与数据采集单元的输入端相接,所述电磁三通阀和电动二通阀均由主控制器进行控制。
上述的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统,其特征在于:所述空气源热泵冷水机组出水口设置有第一供水管,所述第一供水管上设置有冷热源阀门和冷热源供水温度传感器;
所述板式换热器的一次侧进口设置有第一进水管,所述电磁三通阀的第二进口端设置有第二进水管,所述新风机组的供水口设置有第三进水管,所述第一进水管、第二进水管和第三进水管均与第一供水管连接;
所述空气源热泵冷水机组内设置有热泵机组排气温度传感器,所述第一进水管上设置有一次侧进水温度传感器,所述供冷盘管的出口与第二循环水泵的入口设置有辐射末端回水温度传感器,所述新风机组的供水口设置有新风侧供水温度传感器,所述新风机组的回水口设置有新风侧回水温度传感器,所述热泵机组排气温度传感器、冷热源供水温度传感器、一次侧进水温度传感器、辐射末端回水温度传感器、新风侧供水温度传感器和新风侧回水温度传感器的输出端均与数据采集单元的输入端相接。
上述的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统,其特征在于:所述板式换热器的一次侧出口通过第一循环管与电磁三通阀的第一进口端连接,所述板式换热器的二次侧出口通过第二供水管与供冷盘管的入口连接,所述电磁三通阀的出口端设置有第二循环管,所述供冷盘管的出口通过第三循环管与第二循环水泵的入口连接,所述第二循环水泵的出口通过第四循环管与板式换热器的二次侧入口连接,所述新风机组的回水口设置第五循环管,所述第二循环管和第五循环管均与第一循环水泵的入口连接,所述电动二通阀位于第五循环管上。
上述的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统,其特征在于:所述空气源热泵冷水机组为YCAC06PACK空气源热泵冷水机组,所述板式换热器为BR-005板式换热器,所述供冷盘管为内嵌管往复排列形成,所述新风机组为K04DM新风机组。
上述的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统,其特征在于:所述主控制器为单片机、DSP微控制器或者ARM微控制器。
同时,本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、准确性高、使用效果好的内嵌管式围护结构辐射末端供冷控制方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、参数设置:
通过参数输入按键预先设置室内的操作温度设定值tos和热舒适指标PMVs设定值;
步骤二、信号实时采集及同步上传:
在供冷盘管供冷的过程中,风速传感器对房间室内的空气流速进行检测,并将检测到的室内的空气流速发送至数据采集单元,黑球温度传感器对房间室内的黑球温度进行检测,并将检测到的黑球温度发送至数据采集单元,室内干球温度传感器为房间室内的空气干球温度进行检测,室内湿度传感器对房间室内的空气相对湿度进行检测,并将检测到室内的空气相对湿度发送至数据采集单元,表面温度传感器对房间地板表面的温度进行检测,并将检测到的地板表面的温度发送至数据采集单元,露点温度传感器对房间的室内空气露点温度进行检测,并将检测到的室内空气露点温度发送至数据采集单元,室外干球温度传感器对房间室外的空气干球温度进行检测,并将检测到的室外的空气干球温度发送至数据采集单元,辐射末端供水温度传感器对板式换热器的二次侧出口的辐射末端供水温度进行检测,并将检测到的辐射末端供水温度发送至数据采集单元,数据采集单元按照预先设定的采样时间对室内的空气流速、黑球温度、室内的空气干球温度、室内的空气相对湿度、地板表面的温度、室内空气露点温度、辐射末端供水温度和室外的空气干球温度进行采集,且将所采集的室内的空气流速、黑球温度、室内的空气干球温度、室内的空气相对湿度、地板表面的温度、室内空气露点温度、辐射末端供水温度和室外的空气干球温度同步传送至主控制器;其中,采样时间为0.1min~1min;
步骤三、辐射末端供冷水温的调节:
步骤301、主控制器根据公式ts,c=0.52(20-tw)-1.6(tos-22)+26.5,得到辐射末端供冷水温设定值ts,c;其中tw表示室外的空气干球温度,tos表示室内的操作温度设定值;
步骤302、主控制器将辐射末端供冷水温设定值ts,c和主控制器接收到的辐射末端供水温度ts进行比较,当ts=ts,c,返回步骤二执行;否则ts≠ts,c时,执行步骤303;
步骤303、当ts>ts,c时,主控制器调节电磁三通阀的开度减少,使得板式换热器一次侧的供水流量增加,板式换热器换热量增大,板式换热器二次水侧出口的辐射末端供水温度降低,以使主控制器接收到的辐射末端供水温度ts与辐射末端供冷水温设定值ts,c偏差值趋于零;
当ts<ts,c时,主控制器调节电磁三通阀的开度增大,使得板式换热器一次侧的供水流量减少,板式换热器换热量减少,板式换热器二次水侧出口的辐射末端供水温度升高,以使主控制器接收到的辐射末端供水温度ts与辐射末端供冷水温设定值ts,c偏差值趋于零;
步骤四、热舒适指标PMV值的调节:
步骤401、主控制器根据公式得到平均辐射温度其中V表示室内的空气流速,tg表示黑球温度,ta表示室内的空气干球温度;
步骤402、主控制器根据公式Pa=φa×exp[16.6536-4030.183/(ta+235)],得到人体周围空气的水蒸汽分压力Pa;其中,φa表示室内的空气相对湿度;
步骤403、主控制器根据公式得到穿衣面积系数fcl;其中,Icl表示服装热阻;
步骤404、主控制器根据如下公式
得到衣服外表面温度tcl和对流换热系数hc;其中,M表示人体新陈代谢的产热量;
步骤405、主控制器根据公式
得到人体热负荷率L;
步骤406、主控制器根据公式PMV=[0.303exp(-0.036M)+0.028]L,得到热舒适指标PMV实际值;
步骤407、主控制器将热舒适指标PMVs设定值和热舒适指标PMV实际值进行比较,当PWVs=PWV,返回步骤二执行;否则PWVs≠PWV时,执行步骤408;
步骤408、当PWVs<PWV时,主控制器调节电磁三通阀的开度减少,使得板式换热器一次侧的供水流量增加,板式换热器换热量增大,板式换热器二次水侧出口的辐射末端供水温度降低,以使热舒适指标PMV实际值与热舒适指标PMVs设定值的偏差趋于零;
当PWVs>PWV时,主控制器调节电磁三通阀的开度增大,使得板式换热器一次侧的供水流量减少,板式换热器换热量减少,板式换热器二次水侧出口的辐射末端供水温度升高,以使热舒适指标PMV实际值与热舒适指标PMVs设定值的偏差趋于零。
上述的方法,其特征在于:M表示人体新陈代谢的产热量,单位为W/㎡,且人体新陈代谢的产热量M的取值如下:
当人体睡眠时,M=34;
当人体躺着时,M=46;
当人体静坐时,M=58.2;
当人体站立时,M=70。
上述的方法,其特征在于:在调节辐射末端供冷水温和热舒适指标PMV值的过程中,对除湿通风机构的控制具体过程如下:
步骤501、主控制器根据公式得到室内的操作温度实际值to
步骤502、主控制器根据公式eto=to-tos,得到操作温度偏差信号eto
步骤503、主控制器根据判断条件eto>0.5℃进行判断,当eto>0.5成立时,执行步骤504;否则,执行步骤505;
步骤504、主控制器控制电动二通阀打开,空气源热泵冷水机组为新风机组提供冷水,新风机组运行辅助供冷;
步骤505、主控制器控制电动二通阀关闭,空气源热泵冷水机组停止为新风机组提供冷水,新风机组停止供冷,仅有新风机组风机运行提供新风;
步骤506、主控制器根据公式etb=tb-tl,得到除湿判断温度差值etb;其中,tb表示地板表面的温度,tl表示室内空气露点温度;
步骤507、主控制器根据判断条件etb<2℃进行判断,当etb<2成立时,执行步骤508;否则,执行步骤509;
步骤508、主控制器控制电动二通阀打开,空气源热泵冷水机组为新风机组提供冷水,新风机组运行进行除湿;
步骤509、主控制器控制电动二通阀关闭,空气源热泵冷水机组停止为新风机组提供冷水,新风机组仅风机运行提供新风。
上述的方法,其特征在于:步骤一中所述室内的操作温度设定值tos的取值范围为24.5±1.5,所述热舒适指标PMVs设定值的取值范围为-0.5≤PMVs≤0.5。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、结构简单、设计合理且安装布设简便,投入成本较低。
2、所采用的室外干球温度传感器对室外的空气干球温度进行检测,并结合室内的操作温度设定值,得到辐射末端供冷水温设定值;同时,通过对辐射末端供水温度传感器对板式换热器的二次侧出口的辐射末端供水温度进行检测,得到测量的辐射末端供水温度,并将辐射末端供冷水温设定值和测量的辐射末端供水温度进行比较判断,进而控制电磁三通阀的开度减少或者增大,调节辐射末端供水温度的降低或者升高,以使辐射末端供冷水温设定值和测量的辐射末端供水温度的偏差趋于零,使室内温度保持在一定的舒适范围并减少能耗。
3、所采用的黑球温度传感器对房间的黑球温度进行检测,风速传感器对房间室内的空气流速进行检测,室内湿度传感器对房间室内的湿度进行检测,从而得到热舒适指标PMV实际值,对热舒适指标PMV实际值与热舒适指标PMVs设定值进行比较判断,进而控制电磁三通阀的开度减少或者增大,调节辐射末端供水温度的降低或者升高,以使热舒适指标PMV实际值与热舒适指标PMVs的偏差趋于零,使室内温度保持在一定的热舒适指标PMV值而保持热环境的舒适度。
4、所采用的除湿通风机构是为了满足室内人员的卫生需求,室内需要新风供应。因此内嵌管式围护结构辐射供冷系统设置新风机组。新风机组主要作用是提供新风,承担室内全部湿负荷,还承担部分显热负荷,以满足室内人员热舒适需求。
5、所采用的内嵌管式围护结构辐射末端供冷控制方法步骤简单、实现方便且操作简便,确保室内的操作温度和热舒适指标PMV值保持在一定的舒适范围内并减少能耗。
6、所采用的内嵌管式围护结构辐射末端供冷控制方法操作简便且使用效果好,采用微控制器先进行辐射末端供冷水温设定值的计算,并将辐射末端供冷水温设定值与检测到的辐射末端供水温度进行比较,完成辐射末端供冷水温的调节;然后进行热舒适指标PMV实际值的计算,热舒适指标PMVs设定值和热舒适指标PMV实际值进行比较,完成热舒适指标PMV值的调节,保证室内热环境的舒适度满足要求。
7、所采用的辐射末端供冷水温设定值的计算,综合考虑了室外的空气干球温度和室内的操作温度设定值,使得辐射末端供冷水温能适应室外空气干球温度的变化和室内操作温度的变化,且避免辐射末端表面温度低于室内空气露点温度引起结露。
8、所采用的供冷控制既调节辐射末端供冷水温,又调节热舒适指标PMV值,满足热舒适度与降低能耗的双目标需求,应用范围广。
综上所述,本发明设计合理且成本低,调节辐射末端供水温度和热舒适指标PMV值,适应于室外温度变化和室内温湿度变化,以使室内热环境满足室内人员热舒适需求,并节约能耗,实用性强。
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。
附图说明
图1为本发明内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统的结构示意图。
图2为本发明内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统的电路原理框图。
图3为本发明内嵌管式围护结构辐射末端供冷控制方法的流程框图。附图标记说明:
1—空气源热泵冷水机组; 2—第一供水管;
3—冷热源阀门; 4—冷热源供水温度传感器;
5—板式换热器; 6—电磁三通阀;
7—第一循环水泵; 8—第二循环水泵;
9—第一进水管; 10—一次侧进水温度传感器;
11—第一循环管; 12—第二进水管;
13—新风侧供水温度传感器; 14—供冷盘管;
15—新风机组; 16—第三进水管; 17—第二供水管;
18—电动二通阀; 19—新风侧回水温度传感器;
20—辐射末端供水温度传感器; 21—辐射末端回水温度传感器;
22—室内湿度传感器; 23—露点温度传感器;
24—表面温度传感器; 25—室外干球温度传感器;
26—第三循环管; 27—第四循环管;
28—室内干球温度传感器; 29—主控制器;
30—房间; 31—数据采集单元;
32—风速传感器; 33—黑球温度传感器;
34—参数输入按键; 35—第二循环管;
36—第五循环管; 37—热泵机组排气温度传感器。
具体实施方式
如图1和图2所示的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制系统,包括设置在房间30室内的辐射供冷末端机构和除湿通风机构、设置在房间30外且为所述辐射供冷末端机构和所述除湿通风机构供水的冷热源换热机构和对所述冷热源换热机构与所述除湿通风机构进行控制的控制模块,所述冷热源换热机构包括冷热源单元和与所述冷热源单元连接的换热机构,所述冷热源单元包括空气源热泵冷水机组1,所述换热机构包括板式换热器5、电磁三通阀6、第一循环水泵7和第二循环水泵8,所述板式换热器5的一次侧出口与电磁三通阀6的第一进口端连接,所述第一循环水泵7的出口与空气源热泵冷水机组1的入口连接;
所述辐射供冷末端机构为设置在房间30内且嵌入供冷盘管14的辐射供冷地板,所述供冷盘管14的入口与板式换热器5的二次侧出口连接,所述供冷盘管14的出口与第二循环水泵8的入口连接,所述第二循环水泵8的出口与板式换热器5的二次侧入口相接;所述除湿通风机构包括新风机组15,所述新风机组15的回水口设置有电动二通阀18,所述电磁三通阀6的第二进口端、板式换热器5的一次侧入口和新风机组15的供水口均与空气源热泵冷水机组1的出水口连接,所述电磁三通阀6的出口端和新风机组15的回水口均与第一循环水泵7的入口连接,所述板式换热器5的二次侧出口与供冷盘管14的入口之间设置有辐射末端供水温度传感器20;
所述房间30内设置有室内湿度传感器22、室内干球温度传感器28、露点温度传感器23、风速传感器32、黑球温度传感器33和设置在房间30地板表面的表面温度传感器24,所述房间30外设置有室外干球温度传感器25;
所述控制模块包括主控制器29以及与主控制器29相接的数据采集单元31,所述辐射末端供水温度传感器20、室内湿度传感器22、室内干球温度传感器28、露点温度传感器23、风速传感器32、黑球温度传感器33、表面温度传感器24和室外干球温度传感器25的输出端均与数据采集单元31的输入端相接,所述电磁三通阀6和电动二通阀18均由主控制器29进行控制。
本实施例中,所述空气源热泵冷水机组1出水口设置有第一供水管2,所述第一供水管2上设置有冷热源阀门3和冷热源供水温度传感器4;
所述板式换热器5的一次侧进口设置有第一进水管9,所述电磁三通阀6的第二进口端设置有第二进水管12,所述新风机组15的供水口设置有第三进水管16,所述第一进水管9、第二进水管12和第三进水管16均与第一供水管2连接;
所述空气源热泵冷水机组1内设置有热泵机组排气温度传感器37,所述第一进水管9上设置有一次侧进水温度传感器10,所述供冷盘管14的出口与第二循环水泵8的入口设置有辐射末端回水温度传感器21,所述新风机组15的供水口设置有新风侧供水温度传感器13,所述新风机组15的回水口设置有新风侧回水温度传感器19,所述热泵机组排气温度传感器37、冷热源供水温度传感器4、一次侧进水温度传感器10、辐射末端回水温度传感器21、新风侧供水温度传感器13和新风侧回水温度传感器19的输出端均与数据采集单元31的输入端相接。
本实施例中,所述板式换热器5的一次侧出口通过第一循环管11与电磁三通阀6的第一进口端连接,所述板式换热器5的二次侧出口通过第二供水管17与供冷盘管14的入口连接,所述电磁三通阀6的出口端设置有第二循环管35,所述供冷盘管14的出口通过第三循环管26与第二循环水泵8的入口连接,所述第二循环水泵8的出口通过第四循环管27与板式换热器5的二次侧入口连接,所述新风机组15的回水口设置第五循环管36,所述第二循环管35和第五循环管36均与第一循环水泵7的入口连接,所述电动二通阀18位于第五循环管36上。
本实施例中,所述空气源热泵冷水机组1为YCAC06PACK空气源热泵冷水机组,所述板式换热器5为BR-005板式换热器,所述供冷盘管14为内嵌管往复排列形成,所述新风机组15为K04DM新风机组。
本实施例中,所述主控制器29为单片机、DSP微控制器或者ARM微控制器。
本实施例中,所述露点温度传感器23为KZWS/LD露点温度传感器;
所述风速传感器32为SY-FS2风速传感器,所述黑球温度传感器33为BYTSD-4黑球温度传感器,所述室内干球温度传感器28和室外干球温度传感器25均为T型热电偶。
本实施例中,所述供冷盘管14为内嵌水管往复排列形成,内嵌水管的管间距为150mm,内嵌水管为交联聚乙烯管,内嵌水管管外径为20mm,内嵌水管的管壁厚为2mm。
本实施例中,空气源热泵冷水机组1常规的供水温度为7℃,而对于内嵌管式围护结构供冷系统由于辐射供冷末端机构防结露的需求,辐射末端供水温度通常要求在16℃以上。如何实现高温冷水的制备是内嵌管式围护结构供冷系统水系统设计中的关键问题。因此,设置板式换热器5实现高温冷水的制备,板式换热器5将水系统分成两个闭式循环环路。一次侧水循环环路由空气源热泵冷水机组1、第一循环水泵7、板式换热器5的一次侧管路组成的低温冷水循环环路,二次水侧循环环路为包括板式换热器5的二次侧管路、第二循环水泵8、供冷盘管14组成的高温冷水循环环路。
本实施例中,主控制器20控制空气源热泵冷水机组1工作,在空气源热泵冷水机组1工作提供低温冷水的过程中,热泵机组排气温度传感器37对空气源热泵冷水机组1的压缩机排气温度进行检测,目的是对空气源热泵冷水机组1中压缩机进行高温保护,防止空气源热泵冷水机组1中压缩机排气温度过高而造成空气源热泵冷水机组1中压缩机故障。
本实施例中,冷热源供水温度传感器4是为了对空气源热泵冷水机组1出水口的水温进行检测,一次侧进水温度传感器10对板式换热器5的一次侧进口的水温进行检测,以使板式换热器5的一次侧进口的水温与空气源热泵冷水机组1出水口的水温满足低温供冷要求,保证低温冷水循环环路提供7℃低温冷水。
本实施例中,辐射末端回水温度传感器21对供冷盘管14的出口的水温进行检测,辐射末端供水温度传感器20对供冷盘管14的的供水水温进行检测,辐射末端回水温度传感器21配合辐射末端供水温度传感器20以判断供冷盘管14的运行性能,进行故障排除。
本实施例中,新风侧供水温度传感器13对新风机组15的供水口的温度进行检测,新风侧回水温度传感器19对新风机组15的回水口温度进行检测,保证新风机组15在供冷除湿时能正常运行,进行故障排除。
本实施例中,所述热泵机组排气温度传感器37、表面温度传感器24、冷热源供水温度传感器4、一次侧进水温度传感器10、辐射末端回水温度传感器21、新风侧供水温度传感器13和新风侧回水温度传感器19均为T型热电偶。
本实施例中,所述电磁三通阀6为ZCS水用三通电磁阀适用于以水或液体为运行介质,可自动化控制或远程控制水、油、液体等运行介质管路的通断。由于本阀采用橡胶密封,故对运行介质的清洁度大大减低,适应于长时间供冷需求,可靠性能高。
本实施例中,电动二通阀18为VG-7000电动二通阀,体积小,重量轻,功耗低,且采用金属齿轮,使用寿命长,满足节能需求。
本实施例中,第一循环水泵7的设置,是为了对低温冷水循环环路的低温冷水进行输送增压,克服管路系统阻力,保证低温冷水能够送入板式换热器5及新风机组15,回水能够进入空气源热泵冷水机组1,起到输送流体的功能。
本实施例中,第二循环水泵7的设置,是为了对高温冷水循环环路输送高温冷水,克服管道系统阻力,保证板式换热器5二次侧高温冷水的循环。
本实施例中,第一循环水泵7和第二循环水泵8均为BYR20-125循环水泵,耐老化性较强。
本实施例中,所述电磁三通阀6和电动二通阀18均安装在回水路上,因为回水管压力相对较小,可减少流体对阀门的冲击,阀门承压小,且便于使电磁三通阀6和电动二通阀18调节更加平稳,延长阀门的使用寿命。
本实施例中,需要说明的是,电磁三通阀6关闭,空气源热泵冷水机组1提供的低温冷水全部通过第一供水管2、第一进水管9、板式换热器5的一次侧、第一循环管11、电磁三通阀6、第二循环管35、第一循环水泵7回入空气源热泵冷水机组1,即空气源热泵冷水机组1提供的低温冷水全部进入板式换热器5;
本实施例中,实际使用过程中,在供冷盘管供冷14的过程中,电磁三通阀6处于打开状态,当电磁三通阀6打开时,空气源热泵冷水机组1提供的低温冷水一部分通过第一供水管2、第一进水管10进入板式换热器5的一次侧入口,并通过板式换热器5的一次侧出口通过第一循环管11进入电磁三通阀6的第一进口端;同时另一部分低温冷水通过第二进水管12进入电磁三通阀6的第二进口端;最后低温冷水通过电磁三通阀6的出口端、第二循环管35、第一循环水泵7回入空气源热泵冷水机组1,这样一部分低温冷水进入板式换热器5,就可以通过调节电磁三通阀6的开度增大或者减少,从而使进入板式换热器5的供水流量减少或者增大,进而调节板式换热器5的二次侧出口温度即辐射末端供水温度的增大或者降低。
如图3所示的一种内嵌管式围护结构辐射末端供冷控制方法,包括以下步骤:
步骤一、参数设置:
通过参数输入按键34预先设置室内的操作温度设定值tos和热舒适指标PMVs设定值;
步骤二、信号实时采集及同步上传:
在供冷盘管14供冷的过程中,风速传感器32对房间30室内的空气流速进行检测,并将检测到的室内的空气流速发送至数据采集单元31,黑球温度传感器33对房间30室内的黑球温度进行检测,并将检测到的黑球温度发送至数据采集单元31,室内干球温度传感器28为房间30室内的空气干球温度进行检测,室内湿度传感器22对房间30室内的空气相对湿度进行检测,并将检测到室内的空气相对湿度发送至数据采集单元31,表面温度传感器24对房间30地板表面的温度进行检测,并将检测到的地板表面的温度发送至数据采集单元31,露点温度传感器23对房间30的室内空气露点温度进行检测,并将检测到的室内空气露点温度发送至数据采集单元31,室外干球温度传感器25对房间30室外的空气干球温度进行检测,并将检测到的室外的空气干球温度发送至数据采集单元31,辐射末端供水温度传感器20对板式换热器5的二次侧出口的辐射末端供水温度进行检测,并将检测到的辐射末端供水温度发送至数据采集单元31,数据采集单元31按照预先设定的采样时间对室内的空气流速、黑球温度、室内的空气干球温度、室内的空气相对湿度、地板表面的温度、室内空气露点温度、辐射末端供水温度和室外的空气干球温度进行采集,且将所采集的室内的空气流速、黑球温度、室内的空气干球温度、室内的空气相对湿度、地板表面的温度、室内空气露点温度、辐射末端供水温度和室外的空气干球温度同步传送至主控制器29;其中,采样时间为0.1min~1min;
步骤三、辐射末端供冷水温的调节:
步骤301、主控制器29根据公式ts,c=0.52(20-tw)-1.6(tos-22)+26.5,得到辐射末端供冷水温设定值ts,c;其中tw表示室外的空气干球温度,tos表示室内的操作温度设定值;
步骤302、主控制器29将辐射末端供冷水温设定值ts,c和主控制器29接收到的辐射末端供水温度ts进行比较,当ts=ts,c,返回步骤二执行;否则ts≠ts,c时,执行步骤303;
步骤303、当ts>ts,c时,主控制器29调节电磁三通阀6的开度减少,使得板式换热器5一次侧的供水流量增加,板式换热器5换热量增大,板式换热器5二次水侧出口的辐射末端供水温度降低,以使主控制器29接收到的辐射末端供水温度ts与辐射末端供冷水温设定值ts,c偏差值趋于零;
当ts<ts,c时,主控制器29调节电磁三通阀6的开度增大,使得板式换热器5一次侧的供水流量减少,板式换热器5换热量减少,板式换热器5二次水侧出口的辐射末端供水温度升高,以使主控制器29接收到的辐射末端供水温度ts与辐射末端供冷水温设定值ts,c偏差值趋于零;
步骤四、热舒适指标PMV值的调节:
步骤401、主控制器29根据公式得到平均辐射温度其中V表示室内的空气流速,tg表示黑球温度,ta表示室内的空气干球温度;
步骤402、主控制器29根据公式Pa=φa×exp[16.6536-4030.183/(ta+235)],得到人体周围空气的水蒸汽分压力Pa;其中,φa表示室内的空气相对湿度;
步骤403、主控制器29根据公式得到穿衣面积系数fcl;其中,Icl表示服装热阻;
步骤404、主控制器29根据如下公式
得到衣服外表面温度tcl和对流换热系数hc;其中,M表示人体新陈代谢的产热量;
步骤405、主控制器29根据公式
得到人体热负荷率L;
步骤406、主控制器29根据公式PMV=[0.303exp(-0.036M)+0.028]L,得到热舒适指标PMV实际值;
步骤407、主控制器29将热舒适指标PMVs设定值和热舒适指标PMV实际值进行比较,当PWVs=PWV,返回步骤二执行;否则PWVs≠PWV时,执行步骤408;
步骤408、当PWVs<PWV时,主控制器29调节电磁三通阀6的开度减少,使得板式换热器5一次侧的供水流量增加,板式换热器5换热量增大,板式换热器5二次水侧出口的辐射末端供水温度降低,以使热舒适指标PMV实际值与热舒适指标PMVs设定值的偏差趋于零;
当PWVs>PWV时,主控制器29调节电磁三通阀6的开度增大,使得板式换热器5一次侧的供水流量减少,板式换热器5换热量减少,板式换热器5二次水侧出口的辐射末端供水温度升高,以使热舒适指标PMV实际值与热舒适指标PMVs设定值的偏差趋于零。
本实施例中,M表示人体新陈代谢的产热量,单位为W/㎡,且人体新陈代谢的产热量M的取值如下:
当人体睡眠时,M=34;
当人体躺着时,M=46;
当人体静坐时,M=58.2;
当人体站立时,M=70。
本实施例中,在调节辐射末端供冷水温和热舒适指标PMV值的过程中,对除湿通风机构的控制具体过程如下:
步骤501、主控制器29根据公式得到室内的操作温度实际值to
步骤502、主控制器29根据公式eto=to-tos,得到操作温度偏差信号eto
步骤503、主控制器29根据判断条件eto>0.5℃进行判断,当eto>0.5成立时,执行步骤504;否则,执行步骤505;
步骤504、主控制器29控制电动二通阀18打开,空气源热泵冷水机组1为新风机组15提供冷水,新风机组15运行辅助供冷;
步骤505、主控制器29控制电动二通阀18关闭,空气源热泵冷水机组1停止为新风机组15提供冷水,新风机组停止供冷,仅有新风机组15风机运行提供新风;
步骤506、主控制器29根据公式etb=tb-tl,得到除湿判断温度差值etb;其中,tb表示地板表面的温度,tl表示室内空气露点温度;
步骤507、主控制器29根据判断条件etb<2℃进行判断,当etb<2成立时,执行步骤508;否则,执行步骤509;
步骤508、主控制器29控制电动二通阀18打开,空气源热泵冷水机组1为新风机组15提供冷水,新风机组15运行进行除湿;
步骤509、主控制器29控制电动二通阀18关闭,空气源热泵冷水机组1停止为新风机组15提供冷水,新风机组15仅风机运行提供新风。
本实施例中,步骤一中所述室内的操作温度设定值tos的取值范围为24.5±1.5,所述热舒适指标PMVs设定值的取值范围为-0.5≤PMVs≤0.5。
本实施例中,对热舒适指标PMV值进行调节,是因为在房间30室内的操作温度一定时,由于室内相对湿度、人的活动状态和衣服热阻不同时而给人的热舒适度不同。操作温度并没有考虑这三个因素的影响。因此,综合考虑人体的人体新陈代谢的产热量、人的服装热阻和室内的空气相对湿度,在满足热舒适指标PMV值的同时尽可能地减少能源的消耗。
本实施例中,表面温度传感器24对房间30地板表面的温度进行检测,得到供冷围护结构表面温度,为了防止结露和保证人体舒适,供冷表面的温度不能低于室内空气露点温度。
本实施例中,平均辐射温度是一个假想的等温围合面的温度,该假想等温围合面与人体间的辐射换热量等于人体周围实际的非等温围合面与人体换热量,平均辐射温度是反映室内人员热舒适性的重要指标。平均辐射温度与人员活动、设备灯光等内部得热及太阳辐射与室外空气干球温度等外部因素的影响,温度逐渐上升,而随着室内内部得热的消失及室外空气干球温度降低和太阳辐射的减少温度逐渐下降。
本实施例中,除湿通风机构的设置,是为了为房间30室内提供新风量和室内除湿以防结露,同时承担了一小部分室内显热负荷,且除湿通风机构采用定风量的供冷方式。
本实施例中,传统的辐射末端供冷控制方法通常采用室外温度补偿控制供水温度的方法,没有考虑室内操作温度。这种控制方法简单易行,但单一的室外温度补偿控制方法无法预测室内得热和日射得热等其它室外因素的影响,难以实行对室内温度的准确调节;另外采用公式ts,c=0.52(20-tw)-1.6(tos-22)+26.5,得到辐射末端供冷水温设定值,以适应于寒冷地区常规办公建筑热工特性,提高了适应性。
本实施例中,考虑室内操作温度,是因为传统对流空调下室内环境接近于均匀环境,认为室内空气干球温度等于平均辐射温度,因此我国相关空调设计规范中关于室内设计温度的规定也仅仅是以空气干球温度为基础。而在以辐射换热为主的辐射供冷环境中,壁面温度较低使得平均辐射温度低,平均辐射温度对人体热舒适的影响应重新加以审视。为综合考虑壁面温度对人体热舒适的影响,在辐射供冷系统设计中采用操作温度来代替目前所采用的空气干球温度。辐射供冷空调对室内热环境的调控机理有别于传统对流空调,以辐射换热为主,对壁面温度的影响较大,实际测试表明平均辐射温度低于室内空气温度,若仍将对流空调的室内热环境控制目标作为辐射供冷空调的控制目标,势必会造成一定的偏差,另外室内热扰的影响比如人员多少、日射得热量大小都会影响操作温度使得其升高或降低。因此加入室内操作温度保证辐射末端供冷水温设定值获取的准确性。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制方法,该方法采用的系统包括设置在房间(30)室内的辐射供冷末端机构和除湿通风机构、设置在房间(30)外且为所述辐射供冷末端机构和所述除湿通风机构供水的冷热源换热机构和对所述冷热源换热机构与所述除湿通风机构进行控制的控制模块,所述冷热源换热机构包括冷热源单元和与所述冷热源单元连接的换热机构,所述冷热源单元包括空气源热泵冷水机组(1),所述换热机构包括板式换热器(5)、电磁三通阀(6)、第一循环水泵(7)和第二循环水泵(8),所述板式换热器(5)的一次侧出口与电磁三通阀(6)的第一进口端连接,所述第一循环水泵(7)的出口与空气源热泵冷水机组(1)的入口连接;
所述辐射供冷末端机构为设置在房间(30)内且嵌入供冷盘管(14)的辐射供冷地板,所述供冷盘管(14)的入口与板式换热器(5)的二次侧出口连接,所述供冷盘管(14)的出口与第二循环水泵(8)的入口连接,所述第二循环水泵(8)的出口与板式换热器(5)的二次侧入口相接;所述除湿通风机构包括新风机组(15),所述新风机组(15)的回水口设置有电动二通阀(18),所述电磁三通阀(6)的第二进口端、板式换热器(5)的一次侧入口和新风机组(15)的供水口均与空气源热泵冷水机组(1)的出水口连接,所述电磁三通阀(6)的出口端和新风机组(15)的回水口均与第一循环水泵(7)的入口连接,所述板式换热器(5)的二次侧出口与供冷盘管(14)的入口之间设置有辐射末端供水温度传感器(20);
所述房间(30)内设置有室内湿度传感器(22)、室内干球温度传感器(28)、露点温度传感器(23)、风速传感器(32)、黑球温度传感器(33)和设置在房间(30)地板表面的表面温度传感器(24),所述房间(30)外设置有室外干球温度传感器(25);
所述控制模块包括主控制器(29)以及与主控制器(29)相接的数据采集单元(31),所述辐射末端供水温度传感器(20)、室内湿度传感器(22)、室内干球温度传感器(28)、露点温度传感器(23)、风速传感器(32)、黑球温度传感器(33)、表面温度传感器(24)和室外干球温度传感器(25)的输出端均与数据采集单元(31)的输入端相接,所述电磁三通阀(6)和电动二通阀(18)均由主控制器(29)进行控制,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、参数设置:
通过参数输入按键(34)预先设置室内的操作温度设定值tos和热舒适指标PMVs设定值;
步骤二、信号实时采集及同步上传:
在供冷盘管(14)供冷的过程中,风速传感器(32)对房间(30)室内的空气流速进行检测,并将检测到的室内的空气流速发送至数据采集单元(31),黑球温度传感器(33)对房间(30)室内的黑球温度进行检测,并将检测到的黑球温度发送至数据采集单元(31),室内干球温度传感器(28)为房间(30)室内的空气干球温度进行检测,室内湿度传感器(22)对房间(30)室内的空气相对湿度进行检测,并将检测到室内的空气相对湿度发送至数据采集单元(31),表面温度传感器(24)对房间(30)地板表面的温度进行检测,并将检测到的地板表面的温度发送至数据采集单元(31),露点温度传感器(23)对房间(30)的室内空气露点温度进行检测,并将检测到的室内空气露点温度发送至数据采集单元(31),室外干球温度传感器(25)对房间(30)室外的空气干球温度进行检测,并将检测到的室外的空气干球温度发送至数据采集单元(31),辐射末端供水温度传感器(20)对板式换热器(5)的二次侧出口的辐射末端供水温度进行检测,并将检测到的辐射末端供水温度发送至数据采集单元(31),数据采集单元(31)按照预先设定的采样时间对室内的空气流速、黑球温度、室内的空气干球温度、室内的空气相对湿度、地板表面的温度、室内空气露点温度、辐射末端供水温度和室外的空气干球温度进行采集,且将所采集的室内的空气流速、黑球温度、室内的空气干球温度、室内的空气相对湿度、地板表面的温度、室内空气露点温度、辐射末端供水温度和室外的空气干球温度同步传送至主控制器(29);其中,采样时间为0.1min~1min;
步骤三、辐射末端供冷水温的调节:
步骤301、主控制器(29)根据公式ts,c=0.52(20-tw)-1.6(tos-22)+26.5,得到辐射末端供冷水温设定值ts,c;其中tw表示室外的空气干球温度,tos表示室内的操作温度设定值;
步骤302、主控制器(29)将辐射末端供冷水温设定值ts,c和主控制器(29)接收到的辐射末端供水温度ts进行比较,当ts=ts,c,返回步骤二执行;否则ts≠ts,c时,执行步骤303;
步骤303、当ts>ts,c时,主控制器(29)调节电磁三通阀(6)的开度减少,使得板式换热器(5)一次侧的供水流量增加,板式换热器(5)换热量增大,板式换热器(5)二次水侧出口的辐射末端供水温度降低,以使主控制器(29)接收到的辐射末端供水温度ts与辐射末端供冷水温设定值ts,c偏差值趋于零;
当ts<ts,c时,主控制器(29)调节电磁三通阀(6)的开度增大,使得板式换热器(5)一次侧的供水流量减少,板式换热器(5)换热量减少,板式换热器(5)二次水侧出口的辐射末端供水温度升高,以使主控制器(29)接收到的辐射末端供水温度ts与辐射末端供冷水温设定值ts,c偏差值趋于零;
步骤四、热舒适指标PMV值的调节:
步骤401、主控制器(29)根据公式得到平均辐射温度其中V表示室内的空气流速,tg表示黑球温度,ta表示室内的空气干球温度;
步骤402、主控制器(29)根据公式Pa=φa×exp[16.6536-4030.183/(ta+235)],得到人体周围空气的水蒸汽分压力Pa;其中,φa表示室内的空气相对湿度;
步骤403、主控制器(29)根据公式得到穿衣面积系数fcl;其中,Icl表示服装热阻;
步骤404、主控制器(29)根据如下公式
得到衣服外表面温度tcl和对流换热系数hc;其中,M表示人体新陈代谢的产热量;
步骤405、主控制器(29)根据公式得到人体热负荷率L;
步骤406、主控制器(29)根据公式PMV=[0.303exp(-0.036M)+0.028]L,得到热舒适指标PMV实际值;
步骤407、主控制器(29)将热舒适指标PMVs设定值和热舒适指标PMV实际值进行比较,当PWVs=PWV,返回步骤二执行;否则PWVs≠PWV时,执行步骤408;
步骤408、当PWVs<PWV时,主控制器(29)调节电磁三通阀(6)的开度减少,使得板式换热器(5)一次侧的供水流量增加,板式换热器(5)换热量增大,板式换热器(5)二次水侧出口的辐射末端供水温度降低,以使热舒适指标PMV实际值与热舒适指标PMVs设定值的偏差趋于零;
当PWVs>PWV时,主控制器(29)调节电磁三通阀(6)的开度增大,使得板式换热器(5)一次侧的供水流量减少,板式换热器(5)换热量减少,板式换热器(5)二次水侧出口的辐射末端供水温度升高,以使热舒适指标PMV实际值与热舒适指标PMVs设定值的偏差趋于零。
2.按照权利要求1所述的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制方法,其特征在于:所述空气源热泵冷水机组(1)出水口设置有第一供水管(2),所述第一供水管(2)上设置有冷热源阀门(3)和冷热源供水温度传感器(4);
所述板式换热器(5)的一次侧进口设置有第一进水管(9),所述电磁三通阀(6)的第二进口端设置有第二进水管(12),所述新风机组(15)的供水口设置有第三进水管(16),所述第一进水管(9)、第二进水管(12)和第三进水管(16)均与第一供水管(2)连接;
所述空气源热泵冷水机组(1)内设置有热泵机组排气温度传感器(37),所述第一进水管(9)上设置有一次侧进水温度传感器(10),所述供冷盘管(14)的出口与第二循环水泵(8)的入口设置有辐射末端回水温度传感器(21),所述新风机组(15)的供水口设置有新风侧供水温度传感器(13),所述新风机组(15)的回水口设置有新风侧回水温度传感器(19),所述热泵机组排气温度传感器(37)、冷热源供水温度传感器(4)、一次侧进水温度传感器(10)、辐射末端回水温度传感器(21)、新风侧供水温度传感器(13)和新风侧回水温度传感器(19)的输出端均与数据采集单元(31)的输入端相接。
3.按照权利要求1所述的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制方法,其特征在于:所述板式换热器(5)的一次侧出口通过第一循环管(11)与电磁三通阀(6)的第一进口端连接,所述板式换热器(5)的二次侧出口通过第二供水管(17)与供冷盘管(14)的入口连接,所述电磁三通阀(6)的出口端设置有第二循环管(35),所述供冷盘管(14)的出口通过第三循环管(26)与第二循环水泵(8)的入口连接,所述第二循环水泵(8)的出口通过第四循环管(27)与板式换热器(5)的二次侧入口连接,所述新风机组(15)的回水口设置第五循环管(36),所述第二循环管(35)和第五循环管(36)均与第一循环水泵(7)的入口连接,所述电动二通阀(18)位于第五循环管(36)上。
4.按照权利要求1所述的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制方法,其特征在于:所述空气源热泵冷水机组(1)为YCAC06PACK空气源热泵冷水机组,所述板式换热器(5)为BR-005板式换热器,所述供冷盘管(14)为内嵌管往复排列形成,所述新风机组(15)为K04DM新风机组。
5.按照权利要求1所述的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制方法,其特征在于:所述主控制器(29)为单片机、DSP微控制器或者ARM微控制器。
6.按照权利要求1所述的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制方法,其特征在于:M表示人体新陈代谢的产热量,单位为W/㎡,且人体新陈代谢的产热量M的取值如下:
当人体睡眠时,M=34;
当人体躺着时,M=46;
当人体静坐时,M=58.2;
当人体站立时,M=70。
7.按照权利要求1所述的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制方法,其特征在于:在调节辐射末端供冷水温和热舒适指标PMV值的过程中,对除湿通风机构的控制具体过程如下:
步骤501、主控制器(29)根据公式得到室内的操作温度实际值to
步骤502、主控制器(29)根据公式eto=to-tos,得到操作温度偏差信号eto
步骤503、主控制器(29)根据判断条件eto>0.5℃进行判断,当eto>0.5成立时,执行步骤504;否则,执行步骤505;
步骤504、主控制器(29)控制电动二通阀(18)打开,空气源热泵冷水机组(1)为新风机组(15)提供冷水,新风机组(15)运行辅助供冷;
步骤505、主控制器(29)控制电动二通阀(18)关闭,空气源热泵冷水机组(1)停止为新风机组(15)提供冷水,新风机组停止供冷,仅有新风机组(15)风机运行提供新风;
步骤506、主控制器(29)根据公式etb=tb-tl,得到除湿判断温度差值etb;其中,tb表示地板表面的温度,tl表示室内空气露点温度;
步骤507、主控制器(29)根据判断条件etb<2℃进行判断,当etb<2成立时,执行步骤508;否则,执行步骤509;
步骤508、主控制器(29)控制电动二通阀(18)打开,空气源热泵冷水机组(1)为新风机组(15)提供冷水,新风机组(15)运行进行除湿;
步骤509、主控制器(29)控制电动二通阀(18)关闭,空气源热泵冷水机组(1)停止为新风机组(15)提供冷水,新风机组(15)仅风机运行提供新风。
8.按照权利要求1所述的一种内嵌管式围护结构辐射供冷控制方法,其特征在于:步骤一中所述室内的操作温度设定值tos的取值范围为24.5±1.5,所述热舒适指标PMVs设定值的取值范围为-0.5≤PMVs≤0.5。
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