CN112361477A - 别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统及其控制方法，解决了现有的空调系统耗能高、体感差的技术问题。本发明包括进行冷热交换的土壤源热泵机组和水源热泵机组，水源热泵机组通过一次循环管路连接有热交换器和新风机组，热交换器连接有二次循环单元，二次循环单元包括室内循环泵和若干个设置有独立阀门的毛细管网栅，所述新风机组包括与上位机相连的新风阀、PM2.5浓度控制单元、湿度控制单元、温度控制单元和过滤堵塞监测单元，所述水源热泵机组与所述温度控制单元相连。本发明以人的感受为控制方向、以智能控制为手段，减少初投资，实现低能耗、高舒适的需求，适用于面积小于3000㎡的家居别、墅企业独栋办公楼。

Description

别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统
技术领域
本发明涉及家居别墅、企业独栋办公楼用空调系统的技术领域，特别是指一种别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统及其控制方法。
背景技术
在居家住宅空调领域中，有户式水系统中央空调、氟系统VRV户式多联机、风管机、空气能热泵、壁挂炉、太阳能等多种冷热源形式，末端有风机盘管、暖气片、地暖等形式。在实际应用中都比较单一，且能耗高，舒适度差，健康指标低。现有的空调系统，夏季采用风机盘管+新风（或有或无）运行，冬季采用地暖或风机盘管直接运行供暖。新风系统的处理，可有可无，且空气品质要求低。
现有空调系统的主要问题是夏季空调制冷与除湿同步进行，不仅能耗高，而且舒适度差，出风温度低导致人体长期在此环境中生活容易患空调病；冬季即使采用舒适度较高的地暖，但是只能进行供暖，而其水温不受控，只能通过开或关来调节，室内干燥不适，且能耗高。而且长期居家的绝大多数都是老人和孩子，属于体质敏感且体质较弱的群体，身体抵抗力差，对健康和舒适环境的需求更为迫切。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统及其控制方法，解决了现有的空调系统耗能高、体感差的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统，包括进行冷热交换的土壤源热泵机组和水源热泵机组，水源热泵机组通过一次循环管路连接有热交换器和新风机组，热交换器连接有二次循环单元，二次循环单元包括室内循环泵和若干个设置有独立阀门的毛细管网栅，所述新风机组包括与上位机相连的新风阀、PM2.5浓度控制单元、湿度控制单元、温度控制单元和过滤堵塞监测单元，所述水源热泵机组与所述温度控制单元相连。
进一步地，所述温度控制单元包括设置在新风通道内的换热模块及连接新风通道和排风通道的全热交换模块，水源热泵机组的换热水管穿过换热模块，穿过换热模块的换热水管上设置有温度调节电磁阀，温度调节电磁阀和全热交换模块均与所述上位机相连。
进一步地，所述湿度控制单元包括设置在新风通道内的喷淋模块，喷淋模块通过湿度调节电磁阀与蒸汽生成器相连，湿度调节电磁阀与所述上位机相连。
进一步地，所述新风通道的进风端设置有与上位机相连的新风温湿度监测模块、送风端设置有与上位机相连的送风温湿度监测模块，所述温度控制单元和湿度控制单元设置在新风温湿度监测模块与送风温湿度监测模块之间。
进一步地，所述PM2.5浓度控制单元包括与上位机相连的至少两个PM2.5浓度检测模块和一个静电除尘模块，一个PM2.5浓度检测模块设置在新风通道的进风端，另一个PM2.5浓度检测模块设置在新风通道的送风端，静电除尘模块设置在两个PM2.5浓度检测模块之间，所述过滤堵塞监测单元包括与上位机相连的空气流量检测模块，空气流量检测模块设置在静电除尘模块的前侧。
进一步地，各个毛细管网栅的入口均设置有内循环温度传感器，内循环温度传感器与上位机相连，上位机连接有水源热泵机组的一次循环变频供水泵。
进一步地，所述独立阀门为与上位机相连的电磁阀，各个毛细管网栅处均设置有与上位机相连的露点感应器。
进一步地，所述一次循环管路的空调供水管通过一次循环分水器与热交换器和新风机组进水端相连，热交换器和新风机组的回水端通过一次循环集水器与一次循环管路的空调回水管相连，一次循环集水器连接有空调变频定压补水脱气机组，土壤源热泵机组和水源热泵机组均连接有微泡排气除污装置。
一种别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统的控制方法，包括夏季制冷和冬季制热，夏季制冷时：土壤源热泵机组通过一次循环集水器对水源热泵机组的冷凝器进行降温，水源热泵机组进行冷却循环，水源热泵机组通过热交换器对毛细管网栅中的室内循环水进行降温，室内循环水通过位于房间顶部的毛细管网栅对室内进行降温，同时，新风机组的PM2.5浓度控制单元、全热交换模块、温度控制单元、湿度控制单元依次对新风通道内的空气进行过滤除尘、预冷、温度调节、湿度调节向室内提供新风；
冬季制热时：土壤源热泵机组通过一次循环集水器对水源热泵机组的蒸发器进行升温，水源热泵机组进行制暖循环，水源热泵机组通过热交换器对毛细管网栅中的室内循环水进行升温，室内循环水通过位于墙体和地板中的毛细管网栅对室内进行升温，同时，新风机组的PM2.5浓度控制单元、全热交换模块、温度控制单元、湿度控制单元依次对新风通道内的空气进行过滤除尘、预热、温度调节、湿度调节向室内提供新风。
进一步地，控制室内循环泵使室内循环水在毛细管网栅内恒速循环流动，当内循环温度传感器检测到的温度与设定温度不同时，上位机控制一次循环变频供水泵调节一次循环管路的流量，各个毛细管网栅的设定点温度独立控制或集中控制。
进一步地，当露点感应器检测到有结露危险时，上位机控制对应毛细管网栅的独立阀门关闭，或者根据室内相对湿度或室内空气的焓值逐步提高一次循环管路的供水温度，同时新风机组对室内空气进行除湿，当露点感应器检测到结露危险消除后，整个系统以设定温度正常运行。
本发明是一个有机整体，以辐射冷暖方式为基础，通过多种传感器采集各种环境参数，上位机依据实时监测到的环境参数自主运算，带动对应的执行部件对出相应的动作，通过将物联网大数据与上位机相连，是能够实现自主控制室内环境的智慧系统。辐射空调理论技术是建立在方格人体热舒适的理论基础上，以人体需求为出发点设计的系统。采用体感温度为控制前提，以人体热平衡为控制标志，以空气质量的健康标准为控制标准，实现一套先进的环境系统。不再简单、单一的以空气温度为标准，而是通过体感温度、相对湿度、绝对湿度的统一控制，以达到人体的需求为最终目的，同时控制空气的品质、达到健康水平。
本发明在热泵系统技术应用的基础上，通过利用可再生地源的能量有效降低系统运行能耗；室内环境系统，集供暖、供冷、新风、净化、加湿、除湿于一身，一个系统综合解决上述所有问题。整套系统以水为换热介质，以毛细管网栅为辐射终端，无噪音、无吹风感、无冷热感，使得人在这样的环境中，无论是生活还是工作，精神振奋、神清气爽、呼吸畅快、睡眠质量大幅度提高，特别适合老人、孩子。冬季无地暖的燥热感，温度控制精准。加湿是该系统的另一大亮点，同时新风的作用也会使室内无闷热感，消除异味，尤其是厨房和卫生间。冬季PM2.5的影响较为严重，辐射供暖的方式能够使房间维持在微正压基础上，通过高效过滤装置有效将新风空气品质控制在优的范围内。整个系统，打造以健康舒适为前提，以节能为目标，以人的感受为控制方向、以互联网技术为服务手段的室内环境系统。能够减少初投资，实现家居低能耗，高舒适的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的原理图；
图2为图1中新风机组的控制原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，一种别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统，如图1和图2所示，包括进行冷热交换的土壤源热泵机组1和水源热泵机组2，水源热泵机组2通过一次循环管路连接有热交换器3和新风机组4，热交换器3连接有室内的二次循环单元。土壤源热泵机组1将地源能量输送至水源热泵机组2对其提供冷源或热源，水源热泵机组2通过制冷循环或制热循环对新风机组4进行加热或降温，同时通过热交换器3向室内进行加热或降温。
具体地，土壤源热泵机组1通过若干个埋地换热管25冬季吸收地源热量夏季吸收地源冷量，埋地换热管25连接有土壤换热器，土壤换热器连接有循环设置的土壤换热器进水管26和土壤换热器出水管27，土壤换热器进水管26和土壤换热器出水管27内的水源通过外循环变频泵28循环流动。若干个土壤换热器出水管27连接有外循环集水器29，若干个土壤换热器进水管26连接有外循环分水器30，水源热泵机组2连接在外循环集水器29和外循环分水器30之间。外循环集水器29与水源热泵机组2之间设置有外循环微泡排气除污装置23，外循环微泡排气除污装置23与水源热泵机组2之间设置所述外循环变频泵28，外循环变频泵28与上位机相连。
所述一次循环管路包括通过一次循环变频供水泵19循环连通的空调供水管31和空调回水管32，空调供水管31通过一次循环分水器21与若干个热交换器3和新风机组4进水端相连，热交换器3和新风机组4的回水端通过一次循环集水器22与空调回水管32相连。一次循环集水器22连接有空调变频定压补水脱气机组24，一次循环集水器22与水源热泵机组2之间设置所述一次循环变频供水泵19，一次循环变频供水泵19与一次循环集水器22之间设置有内循环微泡排气除污装置33，一次循环变频供水泵19与上位机相连。
所述二次循环单元包括室内循环泵7和若干个设置有独立阀门6的毛细管网栅5，室内循环泵7使毛细管网栅5中的内循环水循环流动并经过热交换器3进行换热。各个毛细管网栅5的入口均设置有内循环温度传感器18，内循环温度传感器18与上位机相连，上位机连接有水源热泵机组2的一次循环变频供水泵19，当内循环温度传感器18监测到的温度与设定温度不同时，上位机控制一次循环变频供水泵19通过改变流量来补偿。
进一步地，所述独立阀门6为与上位机相连的电磁阀，上位机能够控制各个独立阀门6的启闭，进而对各个区域进行独立控温。各个毛细管网栅5处均设置有与上位机相连的露点感应器20，当上位机接收到结露信号后，会控制独立阀门6关闭或一次循环变频供水泵19变频供水，以此来防止结露。
所述新风机组4包括与上位机相连的新风阀16、PM2.5浓度控制单元、湿度控制单元、温度控制单元和过滤堵塞监测单元。上位机通过新风阀16能够控制新风供应的流量，通过PM2.5浓度控制单元对新风进行高效过滤，通过湿度控制单元和温度控制单元调节温湿度并能避免结露，通过过滤堵塞监测单元监测PM2.5浓度控制单元的工作状态。所述水源热泵机组2与所述温度控制单元相连，即水源热泵机组2不仅能够对室内进行辐射供暖和制冷，而且能够对新风机组4的新风温度进行调控。
具体地，新风机组的新风通道的进风端设置有与上位机相连的新风温湿度监测模块12、送风端设置有与上位机相连的送风温湿度监测模块13，所述温度控制单元和湿度控制单元设置在新风温湿度监测模块12与送风温湿度监测模块13之间。所述温度控制单元包括设置在新风通道内的换热模块8及连接新风通道和排风通道的全热交换模块15，全热交换模块15能够利用排风通道内排出的空气对新风通道内的新风进行预热或预冷。水源热泵机组2的换热水管穿过换热模块8，穿过换热模块8的换热水管上设置有温度调节电磁阀9，温度调节电磁阀9和全热交换模块15均与所述上位机相连。所述换热模块8为冷热盘管，上位机根据新风温湿度监测模块12、送风温湿度监测模块13的数据控制温度调节电磁阀9的启闭或开度，进而通过水源热泵机组2与冷热盘管的热交换进行温度调节。
所述湿度控制单元包括设置在新风通道内的喷淋模块10，喷淋模块10通过湿度调节电磁阀11与蒸汽生成器相连，湿度调节电磁阀11与所述上位机相连。上位机根据新风温湿度监测模块12、送风温湿度监测模块13的数据控制湿度调节电磁阀11的启闭或开度，通过向新风通道内输送蒸汽调节室内湿度。
所述PM2.5浓度控制单元包括与上位机相连的两个PM2.5浓度检测模块14和一个静电除尘模块16。其中一个PM2.5浓度检测模块14设置在新风通道的进风端，另一个PM2.5浓度检测模块14设置在新风通道的送风端，静电除尘模块16设置在两个PM2.5浓度检测模块14之间，上位机通过两个PM2.5浓度检测模块14采集到的数据控制静电除尘模块16的工作状态。所述过滤堵塞监测单元包括与上位机相连的空气流量检测模块17，空气流量检测模块17设置在静电除尘模块16的前侧，通过监测新风通道内的空气流量获得新风机组4的工作状态。
实施例2，一种别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统的控制方法，包括夏季制冷和冬季制热，夏季制冷时：土壤源热泵机组1通过一次循环集水器22对水源热泵机组2的冷凝器进行降温，水源热泵机组2进行冷却循环，水源热泵机组2通过热交换器3对毛细管网栅5中的室内循环水进行降温，室内循环水通过位于房间顶部的毛细管网栅5对室内进行降温，同时，新风机组4的PM2.5浓度控制单元、全热交换模块15、温度控制单元、湿度控制单元依次对新风通道内的空气进行过滤除尘、预冷、温度调节、湿度调节向室内提供新风；
冬季制热时：土壤源热泵机组1通过一次循环集水器22对水源热泵机组2的蒸发器进行升温，水源热泵机组2进行制暖循环，水源热泵机组2通过热交换器3对毛细管网栅5中的室内循环水进行升温，室内循环水通过位于墙体和地板中的毛细管网栅5对室内进行升温，同时，新风机组4的PM2.5浓度控制单元、全热交换模块15、温度控制单元、湿度控制单元依次对新风通道内的空气进行过滤除尘、预热、温度调节、湿度调节向室内提供新风。
进一步地，控制室内循环泵7使室内循环水在毛细管网栅5内恒速循环流动，当内循环温度传感器18检测到的温度与设定温度不同时，上位机控制一次循环变频供水泵19调节一次循环管路的流量，各个毛细管网栅5的设定点温度独立控制或集中控制。
进一步地，当露点感应器20检测到有结露危险时，上位机控制对应毛细管网栅5的独立阀门6关闭，或者根据室内相对湿度或室内空气的焓值逐步提高一次循环管路的供水温度，同时新风机组4对室内空气进行除湿，当露点感应器20检测到结露危险消除后，整个系统以设定温度正常运行。
本实施例中涉及到的结构与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统，其特征在于：包括进行冷热交换的土壤源热泵机组（1）和水源热泵机组（2），水源热泵机组（2）通过一次循环管路连接有热交换器（3）和新风机组（4），热交换器（3）连接有二次循环单元，二次循环单元包括室内循环泵（7）和若干个设置有独立阀门（6）的毛细管网栅（5），所述新风机组（4）包括与上位机相连的新风阀（16）、PM2.5浓度控制单元、湿度控制单元、温度控制单元和过滤堵塞监测单元，所述水源热泵机组（2）与所述温度控制单元相连。
2.根据权利要求1所述的别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统，其特征在于：所述温度控制单元包括设置在新风通道内的换热模块（8）及连接新风通道和排风通道的全热交换模块（15），水源热泵机组（2）的换热水管穿过换热模块（8），穿过换热模块（8）的换热水管上设置有温度调节电磁阀（9），温度调节电磁阀（9）和全热交换模块（15）均与所述上位机相连。
3.根据权利要求2所述的别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统，其特征在于：所述湿度控制单元包括设置在新风通道内的喷淋模块（10），喷淋模块（10）通过湿度调节电磁阀（11）与蒸汽生成器相连，湿度调节电磁阀（11）与所述上位机相连。
4.根据权利要求2或3所述的别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统，其特征在于：所述新风通道的进风端设置有与上位机相连的新风温湿度监测模块（12）、送风端设置有与上位机相连的送风温湿度监测模块（13），所述温度控制单元和湿度控制单元设置在新风温湿度监测模块（12）与送风温湿度监测模块（13）之间。
5.根据权利要求4所述的别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统，其特征在于：所述PM2.5浓度控制单元包括与上位机相连的至少两个PM2.5浓度检测模块（14）和一个静电除尘模块（16），一个PM2.5浓度检测模块（14）设置在新风通道的进风端，另一个PM2.5浓度检测模块（14）设置在新风通道的送风端，静电除尘模块（16）设置在两个PM2.5浓度检测模块（14）之间，所述过滤堵塞监测单元包括与上位机相连的空气流量检测模块（17），空气流量检测模块（17）设置在静电除尘模块（16）的前侧。
6.根据权利要求1-3、5任一项所述的别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统，其特征在于：各个毛细管网栅（5）的入口均设置有内循环温度传感器（18），内循环温度传感器（18）与上位机相连，上位机连接有水源热泵机组（2）的一次循环变频供水泵（19）。
7.根据权利要求6所述的别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统，其特征在于：所述独立阀门（6）为与上位机相连的电磁阀，各个毛细管网栅（5）处均设置有与上位机相连的露点感应器（20）。
8.根据权利要求7所述的别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统，其特征在于：所述一次循环管路的空调供水管（31）通过一次循环分水器（21）与热交换器（3）和新风机组（4）进水端相连，热交换器（3）和新风机组（4）的回水端通过一次循环集水器（22）与一次循环管路的空调回水管（32）相连，一次循环集水器（22）连接有空调变频定压补水脱气机组（24），土壤源热泵机组（1）和水源热泵机组（2）均连接有微泡排气除污装置。
9.根据权利要求8所述的别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统的控制方法，其特征在于：包括夏季制冷和冬季制热，夏季制冷时：土壤源热泵机组（1）通过一次循环集水器（22）对水源热泵机组（2）的冷凝器进行降温，水源热泵机组（2）进行冷却循环，水源热泵机组（2）通过热交换器（3）对毛细管网栅（5）中的室内循环水进行降温，室内循环水通过位于房间顶部的毛细管网栅（5）对室内进行降温，同时，新风机组（4）的PM2.5浓度控制单元、全热交换模块（15）、温度控制单元、湿度控制单元依次对新风通道内的空气进行过滤除尘、预冷、温度调节、湿度调节向室内提供新风；
冬季制热时：土壤源热泵机组（1）通过一次循环集水器（22）对水源热泵机组（2）的蒸发器进行升温，水源热泵机组（2）进行制暖循环，水源热泵机组（2）通过热交换器（3）对毛细管网栅（5）中的室内循环水进行升温，室内循环水通过位于墙体和地板中的毛细管网栅（5）对室内进行升温，同时，新风机组（4）的PM2.5浓度控制单元、全热交换模块（15）、温度控制单元、湿度控制单元依次对新风通道内的空气进行过滤除尘、预热、温度调节、湿度调节向室内提供新风。
10.根据权利要求9所述的别墅专用土壤源热泵洁净无风空调系统的控制方法，其特征在于：控制室内循环泵（7）使室内循环水在毛细管网栅（5）内恒速循环流动，当内循环温度传感器（18）检测到的温度与设定温度不同时，上位机控制一次循环变频供水泵（19）调节一次循环管路的流量，各个毛细管网栅（5）的设定点温度独立控制或集中控制；当露点感应器（20）检测到有结露危险时，上位机控制对应毛细管网栅（5）的独立阀门（6）关闭，或者根据室内相对湿度或室内空气的焓值逐步提高一次循环管路的供水温度，同时新风机组（4）对室内空气进行除湿，当露点感应器（20）检测到结露危险消除后，整个系统以设定温度正常运行。
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