CN116804468A - 用于加热及/或冷却至少一个空间的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于加热及/或冷却至少一个空间的系统和方法。所述系统和方法的特征在于,使用第二传热流体,该第二传热流体包括水、至少一种第一包封相变材料和至少一种第二包封相变材料或由其组成,其中所述第一相变材料的相变温度低于所述第二相变材料的相变温度。采用至少两个室内热交换器,其中该至少两个室内热交换器中的每一个都具有温度传感器,该温度传感器构成为确定所述室内热交换器所在的室内空间的温度信息。采用控制器,该控制器接收来自所述温度传感器的温度信息并基于所述温度信息控制所述系统。所述系统和方法与已知的系统和方法相比提高了加热及/或冷却至少一个空间的效率。
Description
技术领域
本发明提供了一种用于加热及/或冷却至少一个空间的系统和方法。所述系统和方法的特征在于,使用第二传热流体,所述第二传热流体包括水、至少一种第一包封相变材料和至少一种第二包封相变材料或由其组成,其中所述第一相变材料的相变温度低于所述第二相变材料的相变温度。采用至少两个室内热交换器,其中所述至少两个室内热交换器中的每一个都具有温度传感器,所述温度传感器构成为确定所述室内热交换器所在的所述室内空间的温度信息。采用控制器,所述控制器接收来自所述温度传感器的温度信息,并基于所述温度信息控制所述系统。所述系统和方法与已知的系统和方法相比提高了加热及/或冷却至少一个空间的效率。
背景技术
对于维持建筑环境中的热舒适性,加热和冷却是重要的。混合可变制冷剂流量(HVRF)具有减少氟气(F气体)和提高系统效率的可能性。通过引入相变材料(PCM)浆体作为传热流体,可以降低泵送功率,并且可以潜在地增强传热。
EP2667107A1公开了一种空调装置,所述空调装置包括制冷剂循环回路和热介质循环回路,所述热介质循环回路输送热量进出所述制冷剂循环回路。所述热介质循环回路是闭合回路,所述热介质循环回路的泵的最大泵压为150kPa或更大,并且至少所述泵的吸入侧附近的压力被设定为在所述泵运行期间保持等于或高于大气压力的封入压力。
JP2000161724A公开了一种系统,其中采用了通过将加热/冷却微胶囊混合到水中而产生的浆状载热介质。所述加热微胶囊填充有用于加热的储热材料,所述储热材料在输送热能热量时改变相态,所述冷却微胶囊填充有用于冷却的储热材料,所述储热材料在输送冷能热量时改变相态。利用所述储热材料的潜热来输送热能热量和冷能热量,用于加热和冷却。这种系统的缺点是至少一个空间的加热及/或冷却并不是很高效。
发明内容
由此看出,本申请的目的是提供一种没有了现有技术的系统和方法的缺点的系统和方法。具体而言,应该可以利用所述系统和方法来提高加热及/或冷却至少一个空间的效率。
所述目的通过具有技术方案1的特征的装置和具有技术方案8的特征的方法来实现。从属技术方案对本发明的有利实施例进行了描述。
根据本发明,提供了一种用于加热及/或冷却至少一个空间的系统,其特征在于,所述系统包括:
a)制冷回路,所述制冷回路包括:
第一传热流体,所述第一传热流体包括制冷剂或由制冷剂组成,
压缩机,
至少一个膨胀装置,
四通换向阀,以及
室外热交换器,所述室外热交换器适于在所述第一传热流体与外部空气之间传热;
b)热介质回路,所述热介质回路包括:
第二传热流体,所述第二传热流体包括水、至少一种第一相变材料和至少一种第二相变材料或由水、至少一种第一相变材料和至少一种第二相变材料组成,其中,所述第一相变材料和所述第二相变材料被包封,并且其中,所述第一相变材料的相变温度低于所述第二相变材料的相变温度,
第一室内热交换器,所述第一室内热交换器位于第一室内空间中并适于在所述第二传热流体与所述第一室内空间之间传热,以及第一温度传感器,所述第一温度传感器构成为确定所述第一室内热交换器所在的所述第一室内空间的温度信息,
第二室内热交换器,所述第二室内热交换器位于第二室内空间中并适于在所述第二传热流体与所述第二室内空间之间传热,以及第二温度传感器,所述第二温度传感器构成为确定所述第二室内热交换器所在的所述第二室内空间的温度信息,以及
至少一个输送机构,所述输送机构用于使所述第二传热流体循环经过所述第一热介质热交换器和所述第二热介质热交换器;
c)至少一个热交换器,所述热交换器由所述制冷回路和所述热介质回路这两者构成,并适于在所述第一传热流体与所述第二传热流体之间传热;以及
d)控制器,所述控制器构成为从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收温度信息,其中,所述控制器构成为基于从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收的温度信息来控制所述系统。
鉴于所述控制器从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收温度信息并基于从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收的温度信息控制所述系统的构成,与使用包括水、至少一种第一相变材料和至少一种第二相变材料或由其组成的第二传热流体的现有技术的系统相比,提高了加热及/或冷却至少一个空间的效率。
所述第二传热流体可以包括浆体或由其组成。
所述至少一个输送机构可以是至少两个输送机构。此外,所述至少一个输送机构及/或所述至少一个另外的输送机构可以包括泵及/或压力装置,或者由其组成。压力装置可以有利于避免损坏包封的所述第一相变材料和存在于第二传热流体中的包封的所述第二相变材料。
所述第一相变材料的相变温度可以处在5℃至15℃的范围内,优选处在8℃至12℃的范围内,尤其是10℃。所述第一相变材料可以包括选自石蜡、糖、笼型水合物及其组合的材料或由其组成。
所述第二相变材料的相变温度可以处在35℃到45℃的范围内,优选在38℃到42℃的范围内,尤其是40℃。所述第二相变材料可以包括选自石蜡、糖、笼型水合物及其组合的材料或由其组成。
所述第一相变材料及/或所述第二相变材料的包封可以包括选自无机材料、聚合树脂、金属、金属合金及其组合的材料或由其组成。
包封的所述第一相变材料及/或所述第二相变材料可以形成直径处在1至20μm的范围内、优选处在1.5至10μm的范围内、更优选处在2至5μm的范围内的胶囊。所述直径可以指通过激光衍射、动态光散射、光学显微镜及/或电子显微镜确定的直径。
相对于所述第二传热流体的总重量,所述第二传热流体可以包括10至25wt%(重量百分比)的所述第一相变材料。此外,相对于所述第二传热流体的总重量,所述第二传热流体可以包括10至25wt%的第二相变材料。所述第二传热流体的剩余重量可以由水构成。
所述第一室内热交换器及/或所述第二室内热交换器可以包括风扇。
所述系统的所述热介质回路、优选所述第一室内热交换器及/或所述第二室内热交换器的流体回路可以包括至少一个电动阀。
在优选实施例中,所述控制器构成为在所述系统的冷却运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收的温度信息来确定哪个室内热交换器具有最高冷却负荷,其中,所述控制器构成为:
i)控制具有最高冷却负荷的所述室内热交换器的风扇总是以固定速度运转,其中,所述固定速度优选能由所述室内热交换器的用户选择;
ii)控制所述压缩机的速度以在被确定为具有最高冷却负荷的所述室内热交换器所在的室内空间中实现所述第一相变材料的目标温度,其中,所述第一相变材料的所述目标温度根据被确定为具有最高冷却负荷的所述室内热交换器所在的室内空间的目标温度与(由所述室内空间中的温度传感器确定的)所述室内空间的实际温度之间的温度差来设定;
iii)控制位于具有最高冷却负荷的所述室内热交换器的流体回路中的至少一个电动阀的开度,以在所述室内热交换器处实现所述第一相变材料的目标温度,其中,所述目标温度是由所述第一相变材料的所述相变温度±所述第一相变材料的预定目标温度差确定的范围内的温度,其中,所述第一相变材料的所述预定目标温度差优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内;并且
iv)将所述第一相变材料的目标温度设定为所述第一相变材料的所述相变温度减去所述第一相变材料的所述预定目标温度差的温度。
所述系统可以包括控制所述第一室内热交换器的恒温器。此外,所述系统可以包括控制所述第二室内热交换器的恒温器。
此外,所述控制器可构成为在所述系统的冷却运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收的温度信息来确定哪个室内热交换器具有低于最高冷却负荷的冷却负荷,其中,所述控制器构成为:
i)基于控制所述室内热交换器的恒温器的设定来控制冷却负荷低于最高冷却负荷的所述室内热交换器的风扇打开或关闭,以将所述室内热交换器所处的室内空间的温度保持在死区内;并且
ii)控制位于加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器的流体回路中的电动阀的开度,以在冷却负荷低于最高冷却负荷的所述室内热交换器处实现所述第一相变材料的预定目标温度差,其中,所述第一相变材料的所述预定目标温度差优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内。
在另一个优选实施例中,所述控制器构成为在所述系统的加热运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收的温度信息来确定哪个室内热交换器具有最高加热负荷,其中,所述控制器构成为:
i)控制具有最高加热负荷的所述室内热交换器的风扇总是以固定速度运转,其中,所述固定速度优选能由所述室内热交换器的用户选择;
ii)控制所述压缩机的速度,以在被确定为具有最高加热负荷的所述室内热交换器所在的室内空间中实现所述第二相变材料的目标温度,其中,所述第二相变材料的所述目标温度根据被确定为具有最高加热负荷的所述室内热交换器所在的室内空间的目标温度与(由所述室内空间中的温度传感器确定的)所述室内空间的实际温度之间的温度差来设定;
iii)控制位于具有最高加热负荷的所述室内热交换器的流体回路中的至少一个电动阀的开度,以在所述室内热交换器处实现所述第二相变材料的目标温度,其中,所述目标温度是由所述第二相变材料的所述相变温度±所述第二相变材料的预定目标温度差确定的范围内的温度,其中,所述第二相变材料的所述预定目标温度差优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内;并且
iv)将所述第二相变材料的目标温度设定为所述第二相变材料的所述相变温度加上所述第一相变材料的所述预定目标温度差的温度。
而且,所述控制器可构成为在所述系统的加热运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收的温度信息来确定哪个室内热交换器的加热负荷低于最高加热负荷,其中,所述控制器构成为:
i)基于控制所述室内热交换器的恒温器的设定,控制加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器的风扇打开或关闭,以将所述室内热交换器所处的室内空间的温度保持在死区内;并且
ii)控制位于加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器的流体回路中的电动阀的开度,以在加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器处实现所述第二相变材料的预定目标温度差,其中,所述第二相变材料的所述预定目标温度差优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内。
此外,所述控制器可构成为在所述系统的冷却运转及/或在所述系统的加热运转模式中,
i)控制所述至少一个输送机构的速度,以实现所述第一室内热交换器中及/或第二室内热交换器中的所述第二传热流体的目标流速;并且
ii)控制所述至少一个膨胀装置的开度,以实现所述制冷回路中的目标过热。
所述系统的所述制冷回路可以包括储液器。所述系统的所述热介质回路可以包括至少一个、优选至少两个用于储存所述第二传热流体的储存装置。
根据本发明,提供了一种用于加热及/或冷却至少一个空间的方法,所述方法包括以下步骤:
a)设置系统,所述系统包括:
i)制冷回路,所述制冷回路包括:
第一传热流体,所述第一传热流体包括制冷剂或由制冷剂组成,压缩机,
至少一个膨胀装置,
四通换向阀,以及
室外热交换器,所述室外热交换器适于在所述第一传热流体与
外部空气之间传热;
ii)热介质回路,所述热介质回路包括:
第二传热流体,所述第二传热流体包括水、至少一种第一相变材料和至少一种第二相变材料或由水、至少一种第一相变材料和至少一种第二相变材料组成,其中,所述第一相变材料和所述第二相变材料被包封,并且其中,所述第一相变材料的相变温度低于所述第二相变材料的相变温度,
第一室内热交换器,所述第一室内热交换器位于第一室内空间中并适于在所述第二传热流体与所述第一室内空间之间传热,以及
第一温度传感器,所述第一温度传感器构成为确定所述第一室内热交换器所在的所述第一室内空间的温度信息;
第二室内热交换器,所述第二室内热交换器位于第二室内空间中并适于在所述第二传热流体与所述第二室内空间之间传热,以及
第二温度传感器,所述第二温度传感器构成为确定所述第二室内热交换器所在的所述第二室内空间的温度信息;以及
至少一个输送机构,所述输送机构构成为使所述第二传热流体循环经过所述第一热介质热交换器和所述第二热介质热交换器;
iii)至少一个热交换器,所述热交换器由所述制冷回路和所述热介质回路这两者构成,并且适于在所述第一传热流体与所述第二传热流体之间传热;并且
iv)控制器,所述控制器构成为从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收温度信息,以及
b)基于从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收的温度信息来控制所述系统。
鉴于从至少第一温度传感器和第二温度传感器接收温度信息的控制器的构成以及基于从至少第一温度传感器和第二温度传感器接收的温度信息对系统的控制,与使用包括水、至少一种第一相变材料和至少一种第二相变材料或由其组成的第二传热流体的现有技术的方法相比,提高了加热及/或冷却至少一个空间的效率。
在根据本发明的方法中,可以在步骤a)中设置根据本发明的所述系统。而且,在根据本发明的方法中,在所述方法中执行的控制及/或每个设定可以由所述系统的控制器实现,优选地由根据本发明的所述系统的控制器实现。
在所述方法的优选实施例中,在所述系统的冷却运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收的温度信息来确定哪个室内热交换器具有最高冷却负荷,其中,
i)将具有最高冷却负荷的所述室内热交换器的风扇设定成总是以固定速度运转,其中,所述固定速度优选能由所述室内热交换器的用户选择;
ii)将所述压缩机的速度设定成以在被确定为具有最高冷却负荷的所述室内热交换器所在的室内空间中实现所述第一相变材料的目标温度,其中,根据被确定为具有最高冷却负荷的所述室内热交换器所在的室内空间的目标温度与(由所述室内空间中的温度传感器确定的)所述室内空间的实际温度之间的温度差来设定所述第一相变材料的所述目标温度;
iii)将位于具有最高冷却负荷的所述室内热交换器的流体回路中的至少一个电动阀的开度设定成在所述室内热交换器处实现所述第一相变材料的目标温度,其中,所述目标温度是由所述第一相变材料的所述相变温度±所述第一相变材料的预定目标温度差确定的范围内的温度,其中,所述第一相变材料的所述预定目标温度差优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内;并且
iv)将所述第一相变材料的目标温度设定为所述第一相变材料的所述相变温度减去所述第一相变材料的所述预定目标温度差的温度。
在所述系统的冷却运转模式中,可基于从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收的温度信息来确定哪个室内热交换器具有低于最高冷却负荷的冷却负荷,其中,
i)基于控制所述室内热交换器的恒温器的设定来将冷却负荷低于最高冷却负荷的所述室内热交换器的风扇设定成打开或关闭,以将所述室内热交换器所处的室内空间的温度保持在死区内;并且
ii)将位于加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器的流体回路中的电动阀的开度设定成在冷却负荷低于最高冷却负荷的所述室内热交换器处实现所述第一相变材料的预定目标温度差,其中,所述第一相变材料的所述预定目标温度差优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内。
在所述方法的另一个优选实施例中,在所述系统的加热运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收的温度信息来确定哪个室内热交换器具有最高加热负荷,其中,
i)将具有最高加热负荷的所述室内热交换器的风扇设定成总是以固定速度运转,其中,所述固定速度优选能由所述室内热交换器的用户选择;
ii)将所述压缩机的速度设定成在被确定为具有最高加热负荷的所述室内热交换器所在的室内空间中实现所述第二相变材料的目标温度,其中,根据被确定为具有最高加热负荷的所述室内热交换器所在的室内空间的目标温度与(由所述室内空间中的温度传感器确定的)所述室内空间的实际温度之间的温度差来设定所述第二相变材料的所述目标温度;
iii)将位于具有最高加热负荷的所述室内热交换器的流体回路中的至少一个电动阀的开度设定成在所述室内热交换器处实现所述第二相变材料的目标温度,其中,所述目标温度是由所述第二相变材料的所述相变温度±所述第二相变材料的预定目标温度差确定的范围内的温度,其中,所述第二相变材料的所述预定目标温度差优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内;并且
iv)将所述第二相变材料的目标温度设定为所述第二相变材料的所述相变温度加上所述第一相变材料的所述预定目标温度差的温度。
在所述方法中,可在所述系统的加热运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器和所述第二温度传感器接收的温度信息来确定哪个室内热交换器的加热负荷低于最高加热负荷,其中,
i)基于控制所述室内热交换器的恒温器的设定来将加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器的风扇设定成打开或关闭,以将所述室内热交换器所处的室内空间的温度保持在死区内;并且
ii)将位于加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器的流体回路中的电动阀的开度设定成在加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器处实现所述第二相变材料的预定目标温度差,其中,所述第二相变材料的所述预定目标温度差优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内。
此外,在所述方法的优选实施例中,在所述系统的冷却运转及/或所述系统的加热运转模式中,
i)将所述至少一个输送机构的速度设定成实现所述第一室内热交换器中及/或第二室内热交换器中的所述第二传热流体的目标流速;并且
ii)将所述至少一个膨胀装置的开度设定成实现所述制冷回路中的目标过热。
在所述方法中,所述系统的所述制冷回路可以包括储液器。此外,在所述方法中,所述系统的所述热介质回路可以包括至少一个、优选至少两个用于储存所述第二传热流体的储存装置。
附图说明
图1示出了显示第一相变材料和第二相变材料的焓与温度的相关性的曲线图。
图2示出了根据本发明的基于多PCM浆体的HVAC系统。
图3示意性地示出了图2所示的根据本发明的基于多PCM浆体的HVAC系统。
图4示意性地示出了根据本发明的所述系统的运转模式。
图5示意性地示出了关于具有最高冷却负荷的室内热交换器的制冷回路的压缩机和制冷回路的电动阀的控制图。
图6示意性地示出了关于冷却负荷低于最高冷却负荷的室内热交换器的热介质回路的风扇和制冷回路的电动阀的控制图。
图7示意性地示出了关于所有具有冷却负荷的室内热交换器的作为热介质回路的至少一个输送机构的泵和制冷回路的膨胀阀的控制图。
图8示意性地示出了关于具有最高加热负荷的室内热交换器的制冷回路的压缩机和制冷回路的电动阀的控制图。
图9示意性地示出了关于加热负荷低于最高加热负荷的室内热交换器的热介质回路的风扇和制冷回路的电动阀的控制图。
图10示意性地示出了关于具有加热负荷的本发明系统的所有室内热交换器的作为热介质回路的至少一个输送机构的泵和制冷回路的膨胀阀的控制图。
具体实施方式
参照下面的附图和实施例,旨在对根据本发明的主题进行更详细地说明,而不希望将所述主题限制于这里所示的具体实施例。
图1示出了显示第一相变材料和第二相变材料的焓与温度的相关性的曲线图。例如,可用于冷却运转模式的第一相变材料具有10℃的相变温度(PCT1),可用于加热运转模式的第二相变材料PCM2具有40℃的相变温度(PCT2)。对于每种相变材料,可以表征具有相变温度带的平衡温度,其中,所述相变温度带由相应的相变温度PCT1、PCT2±相应的相变材料的预定目标温度差Δ_PCM1、Δ_PCM2而形成。所述预定目标温度差Δ_PCM1、Δ_PCM2可以作为默认值预先得到,并在实际系统中进一步调整。例如,第一相变材料具有2K的预定目标温度差Δ_PCM1,第二相变材料具有3K的预定目标温度差Δ_PCM2。由此得出,第一相变材料的相变温度带为10℃±2K,第二相变材料的相变温度带为40℃±3K。
图2示出了根据本发明的基于多PCM(相变材料)浆体的HVAC系统。
图3示意性地示出了图2所示的根据本发明的基于多PCM浆体的HVAC系统。所述系统包括制冷回路,所述制冷回路包括:第一传热流体,所述第一传热流体包括制冷剂或由其组成;压缩机1;至少一个膨胀装置2、2’;四通换向阀3;以及室外热交换器,所述室外热交换器适于在所述第一传热流体与外部空气之间传热。所述系统还包括热介质回路,所述热介质回路包括第二传热流体,所述第二传热流体包括水、至少一种第一相变材料PCM1和至少一种第二相变材料PCM2或由其组成,其中,所述第一相变材料和所述第二相变材料被包封,并且其中,所述第一相变材料PCM1的相变温度PCM1低于所述第二相变材料PCM2的相变温度。而且,所述热介质回路包括:第一室内热交换器7,所述第一室内热交换器7位于第一室内空间中并适于在所述第二传热流体与所述第一室内空间之间传热;以及第一温度传感器5,所述第一温度传感器5构成为确定所述第一室内热交换器7所在的所述第一室内空间的温度信息。此外,所述热介质回路包括:第二室内热交换器7’,所述第二室内热交换器7’位于第二室内空间中并适于在所述第二传热流体与所述第二室内空间之间传热;以及第二温度传感器5’,所述第二温度传感器5’构成为确定所述第二室内热交换器7’所在的所述第二室内空间的温度信息。另外,所述系统包括:作为输送机构的两个泵6、6’,所述两个泵6、6’用于使所述第二传热流体循环经过所述第一热介质热交换器7和所述第二热介质热交换器7’;以及两个热交换器8、8’,所述两个热交换器8、8’由所述制冷回路和所述热介质回路这两者构成,并且适于在所述第一传热流体与所述第二传热流体之间传热。所述系统还包括控制器(未示出),所述控制器构成为从至少所述第一温度传感器5和所述第二温度传感器5’接收温度信息,其中,所述控制器构成为基于从至少所述第一温度传感器5和所述第二温度传感器5’接收的温度信息来控制所述系统。
图4示意性地示出了根据本发明的所述系统的运转模式。冷却运转模式细分为单冷却模式和主冷却模式,加热运转模式细分为单加热模式和主加热模式。在主冷却模式和主加热模式之间,示出了总热回收模式。
图5示意性地示出了关于具有最高冷却负荷的室内热交换器的制冷回路的压缩机和制冷回路的电动阀的控制图。
图6示意性地示出了关于冷却负荷低于最高冷却负荷的室内热交换器的热介质回路的风扇和制冷回路的电动阀的控制图。
图7示意性地示出了关于所有具有冷却负荷的室内热交换器的作为热介质回路的至少一个输送机构的泵和制冷回路的膨胀阀的控制图。
图8示意性地示出了关于具有最高加热负荷的室内热交换器的制冷回路的压缩机和制冷回路的电动阀的控制图。
图9示意性地示出了关于加热负荷低于最高加热负荷的室内热交换器的热介质回路的风扇和制冷回路的电动阀的控制图。
图10示意性地示出了关于具有加热负荷的本发明系统的所有室内热交换器的作为热介质回路的至少一个输送机构的泵和制冷回路的膨胀阀的控制图。
示例1—(单)冷却运转模式中的控制器的构成(图5~7)
例如,图3所示的区域1和区域2均需要冷却。
对于所述系统的所有室内热交换器之中的具有最高冷却负荷的室内热交换器,下面在图5中作为示例性控制机制通过使用PI对主要算法进行说明:
·室内机风扇总是以固定的速度运转(由住户选择)。
·压缩机速度自动调节,以达到目标T_PCM1。根据房间设定点与实际室温之间的ΔT来设定目标T_PCM1。
·根据支管的目标流速,设定室内机支管上的阀位置(分流/旁通阀或是调节球阀)。设定室内机的目标流速,以达到目标ΔT_PCM1。
·目标温度T_PCM1应设定在(第一相变材料的)PCM-ΔT_PCM1。这样,相变的潜能将被充分利用。
对于所述系统的所有室内热交换器之中的冷却负荷低于最高冷却负荷的室内热交换器,下面在图6中作为示例性控制机制通过使用PI对主要算法进行说明:
·室内机风扇根据恒温器而打开或关闭,以将室温保持在死区。
·根据具有最高冷却负荷的区域,固定室内机的T_PCM1(见上文)。
·根据支管的目标流速,设定室内机支管上的阀位置。设定室内机的目标流速,以达到目标ΔT_PCM1。
对于所述系统的所有室内热交换器,下面在图7中对热介质回路的泵(液体循环箱的泵)和制冷回路的膨胀阀(室外机的膨胀阀)的控制机制进行说明:
·设定泵速,以实现室内热交换器中的目标浆体流速;
·设定膨胀阀开度,以实现制冷剂侧的目标过热。
示例2—(单)加热运转模式中的控制器的构成(图8~10)
例如,图3所示的区域1和区域2均需要加热。
对于所述系统的所有室内热交换器之中的具有最高加热负荷的室内热交换器,下面在图8中作为示例性控制机制通过使用PI对主要算法进行说明:
·室内机风扇总是以固定的速度运转(由住户选择)。
·压缩机速度自动调整以达到目标T_PCM2。根据房间设定点与实际室温之间的ΔT来设定目标T_PCM2。
·根据支管的目标流速,设定室内机支管上的阀位置(分流/旁通阀或是调节球阀)。设定室内机的目标流速,以达到目标ΔT_PCM2。
·目标温度T_PCM2应设定为(第二相变材料的)PCM+ΔT_PCM2。这样,相变的潜能将被充分利用。
对于所述系统的所有室内热交换器之中的加热负荷低于最高加热负荷的室内热交换器,下面在图8中作为示例性控制机制通过使用PI对主要算法进行说明:
·室内机风扇根据恒温器而打开或关闭,以将室温保持在死区。
·根据具有最高冷却负荷的区域,固定室内机的T_PCM2(见上文)。
·根据支管的目标流速,设定室内机支管上的阀位置。设定室内机的目标流速,以达到目标ΔT_PCM2。
对于所述系统的所有室内热交换器,下面在图10中对热介质回路的泵(液体循环箱的泵)和制冷回路的膨胀阀(室外机的膨胀阀)的控制机制进行说明:
·设定泵速,以实现室内热交换器中的目标浆体流速;
·设定膨胀阀开度,以实现制冷剂侧的目标过热。
附图标记和缩写列表
1:压缩机,
2、2’:膨胀装置,
3:四通换向阀;
4:室外热交换器;
5、5’:温度传感器;
6、6’:泵,
7:第一室内热交换器;
7’:第二室内热交换器;
8、8’:制冷回路和热介质回路之间的热交换器;
9:储液器;
10、10’:第一室内热交换器回路中的电动阀;
11、11’:第二室内热交换器回路中的电动阀;
12:第一室内热交换器的风扇;
12’:第二室内热交换器的风扇;
SP:设置点;
Tindoor:第一室内空间及/或第二室内空间的温度;
e(t):定义为期望的设置点与测量的过程变量之间的差值的误差值;
PI:比例积分控制器;
PCM1:第一相变材料;
PCM2:第二相变材料;
T_PCM1:第一相变材料的目标温度;
T_PCM2:第二相变材料的目标温度;
ΔT:室内热交换器所在的室内空间的目标温度与所述室内空间的实际温度之间的温差;
ΔT_PCM1:第一相变材料的预定目标温度差;
ΔT_PCM2:第二相变材料的预定目标温度差;
浆体回路:第二传热介质的回路;
V_flow:第二传热流体的流速;
Super_Heat:制冷回路中的过热;
LEV:膨胀装置2、2’;
PCT:相变温度。
Claims (14)
1.一种用于加热及/或冷却至少一个空间的系统,其特征在于,所述系统包括:
a)制冷回路,所述制冷回路包括:
第一传热流体,所述第一传热流体包括制冷剂或由制冷剂组成,
压缩机(1),
至少一个膨胀装置(2、2’),
四通换向阀(3),以及
室外热交换器(4),所述室外热交换器适于在所述第一传热流体与外部空气之间传热;
b)热介质回路,所述热介质回路包括:
第二传热流体,所述第二传热流体包括水、至少一种第一相变材料(PCM1)和至少一种第二相变材料(PCM2)或由水、至少一种第一相变材料(PCM1)和至少一种第二相变材料(PCM2)组成,其中,所述第一相变材料和所述第二相变材料被包封,并且其中,所述第一相变材料(PCM1)的相变温度(PCM)低于所述第二相变材料(PCM2)的相变温度,
第一室内热交换器(7),所述第一室内热交换器位于第一室内空间中并适于在所述第二传热流体与所述第一室内空间之间传热,以及第一温度传感器(5),所述第一温度传感器构成为确定所述第一室内热交换器(7)所在的所述第一室内空间的温度信息,
第二室内热交换器(7’),所述第二室内热交换器位于第二室内空间中并适于在所述第二传热流体与所述第二室内空间之间传热,以及第二温度传感器(5’),所述第二温度传感器构成为确定所述第二室内热交换器(7’)所在的所述第二室内空间的温度信息,以及
至少一个输送机构(6、6’),所述输送机构用于使所述第二传热流体循环经过所述第一热介质热交换器(7)和所述第二热介质热交换器(7’);
c)至少一个热交换器(8、8’),所述热交换器由所述制冷回路和所述热介质回路这两者构成,并适于在所述第一传热流体与所述第二传热流体之间传热;以及
d)控制器,所述控制器构成为从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收温度信息,其中,所述控制器构成为基于从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收的温度信息来控制所述系统。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,
所述控制器构成为在所述系统的冷却运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收的温度信息来确定哪个室内热交换器(7、7’)具有最高冷却负荷,其中,所述控制器构成为:
i)控制具有最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)的风扇(12、12’)总是以固定速度运转,其中,所述固定速度优选能由所述室内热交换器(7、7’)的用户选择;
ii)控制所述压缩机(1)的速度以在被确定为具有最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)所在的室内空间中实现所述第一相变材料(PCM1)的目标温度(T_PCM1),其中,所述第一相变材料(PCM1)的所述目标温度(T_PCM1)根据被确定为具有最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)所在的室内空间的目标温度与所述室内空间的实际温度之间的温度差(ΔT)来设定;
iii)控制位于具有最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)的流体回路中的至少一个电动阀(10、10’、11、11’)的开度,以在所述室内热交换器(7、7’)处实现所述第一相变材料(PCM1)的目标温度(T_PCM1),其中,所述目标温度(T_PCM1)是由所述第一相变材料(PCM1)的所述相变温度(PCT)±所述第一相变材料(PCM1)的预定目标温度差(ΔT_PCM1)确定的范围内的温度,其中,所述第一相变材料(PCM1)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM1)优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内;并且
iv)将所述第一相变材料(PCM1)的目标温度(T_PCM1)设定为所述第一相变材料(PCM1)的所述相变温度减去所述第一相变材料(PCM1)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM1)的温度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其特征在于,
所述控制器构成为在所述系统的冷却运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收的温度信息来确定哪个室内热交换器(7、7’)具有低于最高冷却负荷的冷却负荷,其中,所述控制器构成为:
i)基于控制所述室内热交换器(7、7’)的恒温器的设定来控制冷却负荷低于最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)的风扇(12、12’)打开或关闭,以将所述室内热交换器所处的室内空间的温度保持在死区内;并且
ii)控制位于加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)的流体回路中的电动阀(10、10’、11、11’)的开度,以在冷却负荷低于最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)处实现所述第一相变材料(PCM1)的预定目标温度差(ΔT_PCM1),其中,所述第一相变材料(PCM1)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM1)优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其特征在于,
所述控制器构成为在所述系统的加热运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收的温度信息来确定哪个室内热交换器(7、7’)具有最高加热负荷,其中,所述控制器构成为:
i)控制具有最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)的风扇(12、12’)总是以固定速度运转,其中,所述固定速度优选能由所述室内热交换器(7、7’)的用户选择;
ii)控制所述压缩机(1)的速度,以在被确定为具有最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)所在的室内空间中实现所述第二相变材料(PCM2)的目标温度(T_PCM2),其中,所述第二相变材料(PCM2)的所述目标温度(T_PCM2)根据被确定为具有最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)所在的室内空间的目标温度与所述室内空间的实际温度之间的温度差(ΔT)来设定;
iii)控制位于具有最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)的流体回路中的至少一个电动阀(10、10’、11、11’)的开度,以在所述室内热交换器(7、7’)处实现所述第二相变材料(PCM2)的目标温度(T_PCM2),其中,所述目标温度(T_PCM2)是由所述第二相变材料(PCM2)的所述相变温度(PCT)±所述第二相变材料(PCM1)的预定目标温度差(ΔT_PCM2)确定的范围内的温度,其中,所述第二相变材料(PCM2)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM2)优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内;并且
iv)将所述第二相变材料(PCM2)的目标温度(T_PCM2)设定为所述第二相变材料(PCM2)的所述相变温度(PCM)加上所述第一相变材料(PCM2)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM2)的温度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其特征在于,
所述控制器构成为在所述系统的加热运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收的温度信息来确定哪个室内热交换器(7、7’)的加热负荷低于最高加热负荷,其中,所述控制器构成为:
i)基于控制所述室内热交换器(7、7’)的恒温器的设定,控制加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)的风扇(12、12’)打开或关闭,以将所述室内热交换器所处的室内空间的温度保持在死区内;并且
ii)控制位于加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)的流体回路中的电动阀(10、10’、11、11’)的开度,以在加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)处实现所述第二相变材料(PCM2)的预定目标温度差(ΔT_PCM2),其中,所述第二相变材料(PCM2)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM2)优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其特征在于,
所述控制器构成为在所述系统的冷却运转及/或在所述系统的加热运转模式中,
i)控制所述至少一个输送机构(6、6’)的速度,以实现所述第一室内热交换器(7)中及/或第二室内热交换器(7’)中的所述第二传热流体的目标流速(V_flow);并且
ii)控制所述至少一个膨胀装置(2、2’)的开度,以实现所述制冷回路中的目标过热(Super_Heat)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其特征在于,
所述制冷回路包括储液器(9),并且/或者所述热介质回路包括至少一个、优选至少两个用于储存所述第二传热流体的储存装置。
8.一种用于加热及/或冷却至少一个空间的方法,所述方法包括以下步骤:
a)设置系统,所述系统包括:
i)制冷回路,所述制冷回路包括:
第一传热流体,所述第一传热流体包括制冷剂或由制冷剂组成,
压缩机(1),
至少一个膨胀装置(2、2’),
四通换向阀(3),以及
室外热交换器(4),所述室外热交换器适于在所述第一传热流体与外部空气之间传热;
ii)热介质回路,所述热介质回路包括:
第二传热流体,所述第二传热流体包括水、至少一种第一相变材料(PCM1)和至少一种第二相变材料(PCM2)或由水、至少一种第一相变材料(PCM1)和至少一种第二相变材料(PCM2)组成,
其中,所述第一相变材料和所述第二相变材料被包封,并且其中,
所述第一相变材料(PCM1)的相变温度低于所述第二相变材料(PCM2)的相变温度,
第一室内热交换器(7),所述第一室内热交换器位于第一室内空间中并适于在所述第二传热流体与所述第一室内空间之间传热,以及第一温度传感器(5),所述第一温度传感器构成为确定所述第一室内热交换器(7)所在的所述第一室内空间的温度信息;
第二室内热交换器(7’),所述第二室内热交换器位于第二室内空间中并适于在所述第二传热流体与所述第二室内空间之间传热,以及第二温度传感器(5’),所述第二温度传感器构成为确定所述第二室内热交换器(7’)所在的所述第二室内空间的温度信息;以及
至少一个输送机构(6、6’),所述输送机构构成为使所述第二传热流体循环经过所述第一热介质热交换器(7)和所述第二热介质热交换器(7’);
iii)至少一个热交换器(8、8’),所述热交换器由所述制冷回路和所述热介质回路这两者构成,并且适于在所述第一传热流体与所述第二传热流体之间传热;并且
iv)控制器,所述控制器构成为从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收温度信息;以及
b)基于从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收的温度信息来控制所述系统。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,
在所述系统的冷却运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收的温度信息来确定哪个室内热交换器(7、7’)具有最高冷却负荷,其中,
i)将具有最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)的风扇(12、12’)设定成总是以固定速度运转,其中,所述固定速度优选能由所述室内热交换器(7、7’)的用户选择;
ii)将所述压缩机(1)的速度设定成以在被确定为具有最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)所在的室内空间中实现所述第一相变材料(PCM1)的目标温度(T_PCM1),其中,根据被确定为具有最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)所在的室内空间的目标温度与所述室内空间的实际温度之间的温度差(ΔT)来设定所述第一相变材料(PCM1)的所述目标温度(T_PCM1);
iii)将位于具有最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)的流体回路中的至少一个电动阀(10、10’、11、11’)的开度设定成在所述室内热交换器(7、7’)处实现所述第一相变材料(PCM1)的目标温度(T_PCM1),其中,所述目标温度(T_PCM1)是由所述第一相变材料(PCM1)的所述相变温度(PCT)±所述第一相变材料(PCM1)的预定目标温度差(ΔT_PCM1)确定的范围内的温度,其中,所述第一相变材料(PCM1)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM1)优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内;并且
iv)将所述第一相变材料(PCM1)的目标温度(T_PCM1)设定为所述第一相变材料(PCM1)的所述相变温度减去所述第一相变材料(PCM1)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM1)的温度。
10.根据权利要求8或9所述的方法,其特征在于,
在所述系统的冷却运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收的温度信息来确定哪个室内热交换器(7、7’)具有低于最高冷却负荷的冷却负荷,其中,
i)基于控制所述室内热交换器(7、7’)的恒温器的设定来将冷却负荷低于最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)的风扇(12、12’)设定成打开或关闭,以将所述室内热交换器所处的室内空间的温度保持在死区内;并且
ii)将位于加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)的流体回路中的电动阀(10、10’、11、11’)的开度设定成在冷却负荷低于最高冷却负荷的所述室内热交换器(7、7’)处实现所述第一相变材料(PCM1)的预定目标温度差(ΔT_PCM1),其中,所述第一相变材料(PCM1)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM1)优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至5K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法,其特征在于,
在所述系统的加热运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收的温度信息来确定哪个室内热交换器(7、7’)具有最高加热负荷,其中,
i)将具有最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)的风扇(12、12’)设定成总是以固定速度运转,其中,所述固定速度优选能由所述室内热交换器(7、7’)的用户选择;
ii)将所述压缩机(1)的速度设定成在被确定为具有最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)所在的室内空间中实现所述第二相变材料(PCM2)的目标温度(T_PCM2),其中,根据被确定为具有最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)所在的室内空间的目标温度与所述室内空间的实际温度之间的温度差(ΔT)来设定所述第二相变材料(PCM2)的所述目标温度(T_PCM2);
iii)将位于具有最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)的流体回路中的至少一个电动阀(10、10’、11、11’)的开度设定成在所述室内热交换器(7、7’)处实现所述第二相变材料(PCM2)的目标温度(T_PCM2),其中,所述目标温度(T_PCM2)是由所述第二相变材料(PCM2)的所述相变温度(PCT)±所述第二相变材料(PCM2)的预定目标温度差(ΔT_PCM2)确定的范围内的温度,其中,所述第二相变材料(PCM2)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM2)优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内;并且
iv)将所述第二相变材料(PCM2)的目标温度(T_PCM2)设定为所述第二相变材料(PCM2)的所述相变温度(PCM)加上所述第一相变材料(PCM2)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM2)的温度。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法,其特征在于,
在所述系统的加热运转模式中,基于从至少所述第一温度传感器(5)和所述第二温度传感器(5’)接收的温度信息来确定哪个室内热交换器(7、7’)的加热负荷低于最高加热负荷,其中,
i)基于控制所述室内热交换器(7、7’)的恒温器的设定来将加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)的风扇(12、12’)设定成打开或关闭,以将所述室内热交换器所处的室内空间的温度保持在死区内;并且
ii)将位于加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)的流体回路中的电动阀(10、10’、11、11’)的开度设定成在加热负荷低于最高加热负荷的所述室内热交换器(7、7’)处实现所述第二相变材料(PCM2)的预定目标温度差(ΔT_PCM2),其中,所述第二相变材料(PCM2)的所述预定目标温度差(ΔT_PCM2)优选处在>0K至10K的范围内,更优选处在0.5K至10K的范围内,特别优选处在1K至5K的范围内。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法,其特征在于,
在所述系统的冷却运转及/或所述系统的加热运转模式中,
i)将所述至少一个输送机构(6、6’)的速度设定成实现所述第一室内热交换器(7)中及/或第二室内热交换器(7’)中的所述第二传热流体的目标流速(V_flow);并且
ii)将所述至少一个膨胀装置(2、2’)的开度设定成实现所述制冷回路中的目标过热(Super_Heat)。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法,其特征在于,
所述制冷回路包括储液器(9),并且/或者所述热介质回路包括至少一个、优选至少两个用于储存所述第二传热流体的储存装置。
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