CN114857688A - 一种埋构式地板辐射供冷供热空调系统、调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地板辐射空调技术领域，公开了一种埋构式地板辐射供冷供热空调系统、调控方法。埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法包括：通过独立的低温水系统，冷辐射板以辐射、对流的方式消除室内显热；对没有消除的显热通过除湿后的室外新风引入进行消除，以及进行全部潜热负荷，防止冷辐射板表面结露。采用空调水蓄冷、蓄热，利用波谷电蓄能，在青岛某产业园的实施例中，2020年统计数据显示，园区全年实际移峰填谷用电量858.7万kWh，相比传统空调制冷和市政集中供热，对应减少碳排放达7385.16吨。该埋构式地板辐射供冷供热空调系统可实现冬季供冷、夏季供热，解决地板辐射供冷时表面结露问题，同时不具吹风感。
Description
技术领域
本发明属于地板辐射空调技术领域，尤其设计一种埋构式地板辐射供冷供热空调系统、调控方法。
背景技术
地板辐射空调广泛应用于住宅、办公等民用建筑中，常规地板辐射盘管为防止地板表面结露，多以普通高温热水作为介质，仅能满足供热需求；常规空调系统多具有明显的吹风感，舒适性较低；且地板辐射空调多由中央调控系统统一调节，无法满足所有房间人员对冷热量的不同需求，制约了地板辐射空调的普及发展。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有技术地板辐射供冷供热空调系统冬季供冷、夏季供热效果差，地板辐射供冷时表面易结露。
(2)现有技术没有利用削峰填谷的模式进行蓄冷蓄热的调控，使得成本增加，浪费资源。
发明内容
针对现有技术功能上的缺陷，本发明的目的是提供一种埋构式地板辐射供冷供热空调系统、控制方法及中央空调，以解决当前地板辐射空调在夏季使用时地板表面结露的问题，同时不具吹风感，提高使用人员的舒适性，各房间适用温湿度独立控制系统，满足大部分人员对冷热量的不同需求，采用削峰填谷的模式进行蓄冷蓄热，投资小，运行可靠，适用于办公楼，工业园区等不同建筑类型。
所述技术方案如下：一种埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法包括：通过独立的低温水系统，冷辐射板以辐射、对流的方式消除室内显热；对没有消除的显热通过除湿后的室外新风引入进行消除，以及进行全部潜热负荷，防止冷辐射板表面结露。
在一个实施例中，地板辐射面的温度低于19.9℃，采用置换通风的方式向地板表面输送低露点空气，使地板表面周围空气露点低于地板表面温度。
在一个实施例中，所述埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法具体包括以下步骤：步骤1：由中央处理器监控各个房间，并将各房间人数反馈至中央处理器；
步骤2：各房间温湿度传感器对各个房间进行实时监控，将数据输送至中央处理器；
步骤3：中央处理器对采集到的温湿度数据及员工人数进行智能化分析处理，计算得到各个房间所需的设计负荷；
步骤4：根据各房间所需设计负荷，中央处理器发出指令，通过调控新风系统的空调风机频率及水泵流量，对各个房间所需潜热负荷及温湿度进行调控。
在一个实施例中，在步骤3中所述中央处理器采用以下公式计算各个房间所需的设计负荷；冷辐射板处理显热负荷，辐射面单位面积供冷量或供热量按照如下公式计算：
qf＝5×10-8[(tpj+273)4-(tfj+273)4]；
其中，qf为辐射面单位面积辐射传热量W/m2，tpj为辐射面表面平均温度℃，tfj为室内非加热表面的面积加权平均温度℃。
在一个实施例中，在步骤4中水泵流量按照下面公式计算：
其中，G为盘管流量，qf为辐射面单位面积辐射传热量W/m2，Δt为供回水温差。
在一个实施例中，在步骤4中对各个房间所需潜热负荷计算公式计算为：
W＝L(dW-dL)
其中，W为新风系统处理的潜热负荷KW，L为送风量，dw为室外空气含湿量，dL为露点温度下含湿量。
在一个实施例中，在步骤4中对各个房间湿度进行调控公式计算为：
d为含湿量g/kg干空气，P为湿空气的压力，Pq为水蒸气的分压力，
为相对湿度，pqb为水蒸气饱和分压力。
在一个实施例中，所述埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法还包括以下步骤：夏季，地板辐射盘管内冷源为冷水机组提供冷水，供回水温度为18℃/21℃，冷水与地暖管管壁通过导热和对流换热方式进行热量传递；夏季室内空气温度25～27℃，相对湿度取55％～65％，对应条件下空气的露点温度为15.3～19.9℃；
冬季，地板辐射盘管内热源为电锅炉，供回水温度为35℃/25℃。
本发明的另一目的在于提供一种埋构式地板辐射供冷供热空调系统包括：夏季运行设备和冬季运行设备；
所述夏季运行设备包括冷却塔、冷却水泵、离心式冷水机组、集水器、蓄冷水泵、蓄冷水池、放冷水泵、分水器；
离心式冷水机组通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水通过蓄冷水泵送至蓄冷水池蓄冷；经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量成气态，冷却水泵将冷却水送到冷却塔上由水塔风机对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去；
冷冻水通过放冷水泵由蓄冷水池送至各末端房间的分水器，由地板辐射供冷盘管为各个末端房间供冷后经集水器重新送至制冷机组进行循环制冷；
冬季运行设备包括集水器、热水循环泵、电锅炉、蓄热水池、放热水泵、板式换热器、分水器、蓄热水泵；
电锅炉加热水经蓄热水泵送至蓄热水池储存；
热水通过放热水泵送至板式换热器换热后送至末端房间分水器，由地板辐射供热盘管为各个末端房间供热后，经集水器通过热水循环泵重新送至电锅炉进行循环制热。
在一个实施例中，所述埋构式地板辐射供冷供热空调系统还包括：
中央处理器，用于对夏季运行设备和冬季运行设备进行运行状态调控；
温湿度传感器，安装在室内，用于实时检测室内的温湿度；
露点传感器，设置在室内，用于检测室内露点温度。
本发明的另一目的在于提供一种用于住宅、办公民用建筑中的中央空调，所述中央空调实施所述埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法，所述埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法包括：通过独立的低温水系统，冷辐射板以辐射、对流的方式消除室内显热；对没有消除的显热通过除湿后的室外新风引入进行消除，以及进行全部潜热负荷，防止冷辐射板表面结露
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
第一、采用空调水蓄冷、蓄热，利用波谷电蓄能，在青岛某产业园的实施例中，2020年统计数据显示，园区全年实际移峰填谷用电量858.7万kWh，相比传统空调制冷和市政集中供热，对应减少碳排放达7385.16吨。
第二、该埋构式地板辐射供冷供热空调系统可实现冬季供冷、夏季供热，解决地板辐射供冷时表面结露问题，同时不具吹风感。该系统配有相应的舒适性调控系统，满足各房间人员对舒适性的需求。采用削峰填谷的模式进行蓄冷蓄热，投资小，运行可靠，适用于办公楼，工业园区等不同建筑类型。
第三、作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：在某市某产业园的实施例中，整体运行由中央监控系统控制，利用波谷电蓄能，在波峰时段释能，相当于城市用电紧张时的自有电站，既不加剧城市用电高峰负荷量，又保障了工业园区的舒适度。经过四年的运行调试，现每年节省运行成本约600万，园区的生产环境同行业幸福指数稳居前列。
(2)实现埋构式地板辐射供冷供热空调系统在冬夏两季的正常运行，提高室内舒适度，缩减空调系统末端设备的使用，以最低成本将电能转换并利用，减少投资与运行成本。
(3)解决夏季采用埋构式地板辐射供冷时，地表结露的问题，同时满足各房间人员对温湿度的要求。
当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明实施例提供的埋构式地板辐射供冷供热空调系统示意图；
图2是本发明实施例提供的埋构式地板辐射供冷供热空调系统中央处理器原理图。
图3是本发明实施例提供的埋构式地板辐射供冷供热空调系统的控制方法流程图；
图中：1、冷却塔；2、冷却水泵；3、离心式冷水机组；4、集水器；5、热水循环泵；6、电锅炉；7、蓄冷水泵；8、蓄冷水池；9、蓄热水池；10、放热水泵；11、放冷水泵；12、板式换热器；13、分水器；14、蓄热水泵；15、中央处理器；16、温湿度传感器；17、露点传感器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1
本发明提供的埋构式地板辐射供冷供热空调系统，可同时供冷、供热，满足不同季节的使用需求。具体实施方式如下：
夏季时，地板辐射盘管内冷源可为冷水机组等提供冷水，供回水温度为18℃/21℃，冷水与地暖管管壁通过导热和对流换热方式进行热量传递；按照舒适性空调系统的设计标准，夏季室内空气温度一般取25～27℃，相对湿度取55％～65％，据焓湿图分析，对应条件下空气的露点温度为15.3～19.9℃。
冬季时，地板辐射盘管内热源为电锅炉等，供回水温度为35℃/25℃，热量传递方式与夏季相同。
如图1所示，本发明提供一种埋构式地板辐射供冷供热空调系统，采用全负荷蓄冷蓄热模式，采用削峰填谷的模式进行蓄冷蓄热。
夏季运行设备包括冷却塔1、冷却水泵2、离心式冷水机组3、集水器4、蓄冷水泵7、蓄冷水池8、放冷水泵11、分水器13。夏季具体实施方式如下：
夏季晚上23时至早晨7时，离心式冷水机组3通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水通过蓄冷水泵7送至蓄冷水池8蓄冷。经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量成气态，冷却水泵2将冷却水送到冷却塔1上由水塔风机对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。白天7时至晚上23时，冷冻水通过放冷水泵11由蓄冷水池8送至各末端房间的分水器13，由地板辐射供冷盘管为各个末端房间供冷后经集水器4重新送至制冷机组3实现循环制冷。
冬季运行设备包括集水器4、热水循环泵5、电锅炉6、蓄热水池9、放热水泵10、板式换热器12、分水器13、蓄热水泵14。冬季具体实施方式如下：
冬季晚上23时至早晨7时，电锅炉6加热水经蓄热水泵14送至蓄热水池9储存，白天7时至晚上23时，热水通过放热水泵10送至板式换热器12换热后送至末端房间分水器13，由地板辐射供热盘管为各个末端房间供热后，经集水器4通过热水循环泵5重新送至电锅炉6进行循环制热。
如2所示所述埋构式地板辐射供冷供热空调系统还包括：
中央处理器15，用于对夏季运行设备和冬季运行设备进行运行状态调控；
温湿度传感器16，安装在室内，用于实时检测室内的温湿度；
露点传感器17，设置在室内，用于检测室内露点温度。
如图2所示，各房间配有温湿度传感器16，由中央处理器15集中调控，具体实施方式如下：冷辐射板只用于处理显热负荷，潜热负荷由独立新风系统处理，也即温湿度独立控制。
辐射供冷系统的温湿度独立控制方式为：一方面，通过独立的低温水系统，冷辐射板以辐射为主、对流为辅的方式消除室内大部分的显热；另一方面，将室外新风除湿后送入室内，用于消除室内剩余少部分的显热负荷和全部潜热负荷并防止冷辐射板表面结露，同时能满足室内人员对新鲜空气的需求。对于舒适性地板辐射供冷系统来说，在满足设计条件的情况下，若地板辐射面的温度低于19.9℃，将存在产生凝露现象的可能性。本发明则采用置换通风的方式防止结露的产生，向地板表面不断输送低露点空气，使地板表面附近空气露点低于地板表面温度，避免结露。
如图2所示，具体功能实现原理包括：由中央处理器15进行分房间控制，通过打卡方式进行人员统计，进入温湿度反馈系统。温湿度反馈系统分为辐射供冷系统和置换通风。辐射供冷系统分为冷辐射板和新风系统，冷辐射板用于处理显热负荷，新风系统用于处理潜热负荷，置换通风通过检测地板表面温度是否满足设定值防止地表结露。待显热负荷、潜热负荷处理完成，且地板辐射面温度满足设定值，则进行室内空气优化，直至室内空气质量检测满足洁净度为止。
实施例2
本发明实施例提供一种埋构式地板辐射供冷供热空调系统的控制方法如下：
步骤1：由中央处理器15监控各个房间，员工通过上班打卡将各房间人数反馈至中央处理器15；
步骤2：各房间温湿度传感器16对各个房间进行实时监控，将数据输送至中央处理器15；
步骤3：中央处理器15对采集到的温湿度数据及员工人数进行智能化分析处理，计算得到各个房间所需的设计负荷。
步骤4：根据各房间所需设计负荷，中央处理器15发出指令，通过调控空调风机频率及水泵流量，对各个房间所需潜热负荷及温湿度进行精准调控。
所述中央处理器15采用如下公式计算系统所需负荷：
(1)冷辐射板处理显热负荷，辐射面单位面积供冷量或供热量按照如下公式计算：
qf＝5×10-8[(tpj+273)4-(tfj+273)4]
(2)水泵流量按照如下公式计算：
(3)新风系统处理潜热负荷按照如下公式计算：
W＝L(dW-dL)
(4)含湿量按照如下公式计算
qf为辐射面单位面积辐射传热量W/m2，tpj为辐射面表面平均温度℃，tfj为室内非加热表面的面积加权平均温度℃，G为盘管流量，W为新风系统处理的潜热负荷KW，L为送风量,d为含湿量g/kg干空气，P为湿空气的压力，Pq为水蒸气的分压力，
为相对湿度。
二、应用实施例：
在某市某园区的实施例中，以空调水蓄冷、水蓄热作为冷热源，空调末端采用埋构式地板辐射空调，冬季供热，夏季供冷。同时采用移峰填谷的方式在电价低谷段蓄冷、蓄热，电价高峰段利用储存的冷量或热量为房间供冷、供热。某市峰谷电价如表1所示。
表1某市峰谷电价表
所需电费为：电费＝谷段电价×用电量。
园区整个蓄能系统采用水蓄能方式，水蓄能系统在晚上11点到早上7点及中午12点到1点的两个谷电时段，使用6.0MW制冷制热设备，进行冷热蓄能。通过空调系统解决整个园区空调冷热问题。
根据湿空气的物理性质分析，冷却表面的温度若持续低于近表面的湿空气露点温度，则冷却表面将会产生凝露。按照舒适性空调系统的设计标准，夏季室内空气温度一般取25℃-27℃，相对湿度取55％-65％，据焓湿·图分析，对应条件下空气的露点温度为15.3℃-19.9℃。因此，对于舒适性地板辐射供冷系统来说，在满足设计条件的情况下，若地板辐射面的温度低于19.9℃，将存在产生凝露现象的可能性。在具体的实施例中，我们采用置换通风的方式防止结露的产生，向地板表面不断输送低露点空气，使地板表面附近空气露点低于地板表面温度，则可避免结露。
在具体实施例中，由中央处理器15接受各房间室内温度、湿度，户外温湿度，统一调度各房间所需显热负荷、潜热负荷及温湿度。
三、实施例相关效果的证据：
在某市某园区的实施例中，空调终端蓄能，园区整体采用地盘管供冷供热，比常规空调系统节能约为1/3。按照供暖季分析，园区供暖面积约为33.28万平方米，若按照某市政供热收费保准33.06元/平方米核算，园区冬季总供暖费用约为1100万元。而园区目前才用的蓄能系统，经统计，2020年园区供暖季实际用能费用约为331.44万元，约为市政供暖的30.13％，供暖季节约费用约为768万元。该系统自投入使用以来，运行顺利，其中2020年统计数据显示，园区全年实际移峰填谷用电量858.7万kWh，相比传统空调制冷和市政集中供热，对应减少碳排放达7385.16吨，比常规工厂整体节能50％以上。
采用蓄能系统产生了显著的经济效益，若该蓄能系统广泛采用，会明显缓解国家电网及发电厂总装机容量压力，6MW水蓄能系统增量投资整体为600万元，若某区域有100个工业园区采用这种蓄能模式，相当于只花费6亿元就建成了一个60万千瓦的“虚拟电厂”。另外，给高端制造业提供了一个良好工作环境，提高生产效率，从而为社会创造更多价值。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法，其特征在于，所述埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法包括以下步骤：通过独立的低温水系统，冷辐射板以辐射、对流的方式消除室内显热；对未消除的显热通过除湿后的室外新风引入进行消除，进行全部潜热负荷，阻止冷辐射板表面结露。
2.根据权利要求1所述的埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法，其特征在于，所述埋构式地板辐射的表面温度低于19.9℃，采用置换通风的方式向地板表面输送低露点空气，使地板表面周围空气露点低于地板表面温度。
3.根据权利要求1所述的埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法，其特征在于，所述埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法具体包括以下步骤：
步骤1：由中央处理器(15)监控各个房间，并将各房间人数反馈至中央处理器(15)；
步骤2：多个温湿度传感器(16)对各个房间进行实时监控，将数据输送至中央处理器(15)；
步骤3：中央处理器(15)对采集到的温湿度数据及员工人数进行智能化分析处理，计算得到各个房间所需的设计负荷；
步骤4：根据各房间所需设计负荷，中央处理器(15)发出指令，通过调控新风系统的空调风机频率及水泵流量，对各个房间所需潜热负荷及温湿度进行调控。
4.根据权利要求3所述的埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法，其特征在于，在步骤3中，所述中央处理器(15)采用以下公式计算各个房间所需的设计负荷、冷辐射板处理显热负荷、辐射面单位面积供冷量或供热量：
qf＝5×10-8[(tpj+273)4-(tfj+273)4]；
其中，qf为辐射面单位面积辐射传热量W/m2，tpj为辐射面表面平均温度℃，tfj为室内非加热表面的面积加权平均温度℃。
5.根据权利要求3所述的埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法，其特征在于，在步骤4中，水泵流量按照下面公式计算：
其中，G为盘管流量，qf为辐射面单位面积辐射传热量W/m2，Δt为供回水温差。
6.根据权利要求3所述的埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法，其特征在于，在步骤4中，对各个房间所需潜热负荷计算公式计算为：
W＝L(dW-dL)
其中，W为新风系统处理的潜热负荷KW，L为送风量,dw为室外空气含湿量，dL为露点温度下含湿量。
7.根据权利要求3所述的埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法，其特征在于，在步骤4中，对各个房间湿度进行调控公式计算为：
d为含湿量g/kg干空气，P为湿空气的压力，Pq为水蒸气的分压力，
为相对湿度，pqb为水蒸气饱和分压力。
8.根据权利要求1所述的埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法，其特征在于，所述埋构式地板辐射供冷供热空调系统的调控方法还包括以下步骤：
夏季，地板辐射盘管内冷源为冷水机组提供冷水，供回水温度为18℃/21℃，冷水与地暖管管壁通过导热和对流换热方式进行热量传递；夏季室内空气温度25～27℃，相对湿度取55％～65％，对应条件下空气的露点温度为15.3～19.9℃；
冬季，地板辐射盘管内热源为电锅炉(6)，供回水温度为35℃/25℃。
9.一种实施权利要求1～8任意一项所述调控方法的埋构式地板辐射供冷供热空调系统，其特征在于，所述埋构式地板辐射供冷供热空调系统包括：夏季运行设备和冬季运行设备；
所述夏季运行设备包括冷却塔(1)、冷却水泵(2)、离心式冷水机组(3)、集水器(4)、蓄冷水泵(7)、蓄冷水池(8)、放冷水泵(11)、分水器(13)；离心式冷水机组(3)通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水通过蓄冷水泵(7)送至蓄冷水池(8)蓄冷；经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量成气态，冷却水泵(2)将冷却水送到冷却塔(1)上由水塔风机对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去；冷冻水通过放冷水泵(11)由蓄冷水池(8)送至各末端房间的分水器(13)，由地板辐射供冷盘管为各个末端房间供冷后经集水器(4)重新送至制冷机组(3)进行循环制冷；
冬季运行设备包括集水器(4)、热水循环泵(5)、电锅炉(6)、蓄热水池(9)、放热水泵(10)、板式换热器(12)、分水器(13)、蓄热水泵(14)；电锅炉(6)加热水经蓄热水泵(14)送至蓄热水池(9)储存；热水通过放热水泵(10)送至板式换热器(12)换热后送至末端房间分水器(13)，由地板辐射供热盘管为各个末端房间供热后，经集水器(4)通过热水循环泵(5)重新送至电锅炉(6)进行循环制热。
10.根据权利要求9所述的埋构式地板辐射供冷供热空调系统，其特征在于，所述埋构式地板辐射供冷供热空调系统还包括：
中央处理器(15)，用于对夏季运行设备和冬季运行设备进行运行状态调控；
温湿度传感器(16)，安装在室内，用于实时检测室内的温湿度；露点传感器(17)，设置在室内，用于检测室内露点温度。
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|---|---|---|---|
| CN202210422877.4A CN114857688A (zh) | 2022-04-21 | 2022-04-21 | 一种埋构式地板辐射供冷供热空调系统、调控方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117404796A (zh) * | 2023-11-24 | 2024-01-16 | 珠海横琴超元科技有限公司 | 一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统 |
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2022
- 2022-04-21 CN CN202210422877.4A patent/CN114857688A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117404796A (zh) * | 2023-11-24 | 2024-01-16 | 珠海横琴超元科技有限公司 | 一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统 |
| CN117404796B (zh) * | 2023-11-24 | 2024-05-14 | 珠海横琴超元科技有限公司 | 一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统 |
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