CN117404796A - 一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及室内热辐射控制技术领域，具体公开了一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，包括辐射板模块，控制模块根据根据运行区域内外温度、太阳辐射强度和太阳照射角度在环境温度没有达到冷水和热水切换标准之前控制辐射板模块供热供冷切换过程中循环水路内冷水和热水之间的切换时间，本发明能够依据太阳辐射强度和太阳照射角度的变化判断是否进行冷水和热水切换，能够解决感应室内温度的调节方式反馈不够及时的问题，同时将冷热水切换供冷供热的方式起效较慢过程中产生的冷热不均匀问题进行削弱甚至消除，以为人居环境提供稳定的室温调节方式。
Description
技术领域
本发明涉及室内热辐射控制技术领域，具体的，涉及一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统。
背景技术
室内温度调节一直以来都是各种生产生活重要的组成部分之一，目前常用的可冷暖调节温度的主要调节方式包括空调调节和辐射板调节，辐射板是将工作元件加热或制冷，达到向周边环境进行热辐射采暖或者冷辐射制冷的目的。热辐射板也称为红外辐射板。冷辐射板也称为负辐射板。用来加热的介质主要有热水、蒸汽、燃气、燃油、电等，用来制冷的介质主要是冷水、蒸发剂(氟利昂、液氨)等。
其中，常见的辐射板是与水路组合通过水路流水的温度传导给热辐射板从而通过热辐射板对覆盖区域进行冷热调节的。辐射板控制的难点主要在于与相同空气温度条件不同朝向及不同太阳辐射影响下的辐射板板温需要不同，同时与空气温度下的关联控制，反馈不够及时，同时通过冷热水切换供冷供热的方式起效较慢，综合下来使用辐射板一方面容易造成无太阳辐射影响下的过冷，另一方面辐射板通过辐射调节温度，其升温降温速度慢，如果反馈不够及时，人居环境下辐射板调节容易使人体感到不适。
鉴于此，本发明提出一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，通过控制辐射板模块的运行，实现温度调节的均匀化，避免无太阳辐射影响下的过冷问题的出现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，解决以下技术问题：
如何通过控制辐射板模块的运行，实现温度调节的均匀化，避免无太阳辐射影响下的过冷问题的出现。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，包括：
新风模块、辐射板模块、数据获取模块、数据分析模块以及控制模块，所述数据获取模块用于获取运行区域的相关数据，相关数据包括环境温度、辐射板板温、太阳辐射强度、太阳照射角度，硬件设备包含存储相关数据的存储设备；
所述辐射板模块包括辐射板和循环水路，以控制通过循环水路的水流在冷水和热水之间切换的方式控制运行区域内的温度升降；
所述控制模块根据根据运行区域内外温度、太阳辐射强度和太阳照射角度在环境温度没有达到冷水和热水切换标准之前控制辐射板模块供热供冷切换过程中循环水路内冷水和热水之间的切换时间。
通过上述技术方案：提供了通过辐射板模块控制供冷供热过程中冷水和热水切换的方案，本发明基于运行区域内外温度、太阳辐射强度和太阳照射角度控制辐射板模块供热供冷切换，相比于通过感应室内温度的调节方式，其调节过程更为灵敏，能够依据太阳辐射强度和太阳照射角度的变化判断是否进行冷水和热水切换，能够解决感应室内温度的调节方式反馈不够及时的问题，同时将冷热水切换供冷供热的方式起效较慢过程中产生的冷热不均匀问题进行削弱甚至消除，以为人居环境提供稳定的室温调节方式。
作为本发明的进一步技术方案：所述控制模块的工作过程包括：
通过数据获取模块获运行区域内外温度、太阳辐射强度以及太阳照射角度，并将获取的数据传输给数据分析模块；
数据分析模块依据运行区域内外温度、太阳辐射强度以及太阳照射角度获取分析结果，分析结果包括是否进行冷水和热水之间的切换：
所述控制模块根据分析结果控制辐射板模块供热供冷切换过程中循环水路内冷水和热水之间的切换。
作为本发明的进一步技术方案：数据分析模块获取分析结果的过程包括：
根据预设间隔，通过公式获得多个连续的预设间隔的切换参照系数ωTemp：
获取切换参照系数ωTemp，其中n是连续的预设间隔的个数，ΔTi是每个预设间隔内运行区域内温度的变化量，S(t)是太阳辐射强度随时间的变化曲线，ti是第i个预设区间的时间起点，ti+1是第i+1个预设区间的时间起点也是第i个预设区间的时间终点，θ0和θm分别是当前太阳照射角度和依据历史数据获取的单位时间太阳辐射强度最大的太阳照射角度，f是修正系数转化函数，c是补充常数。
对切换参照系数进行分析，获取分析结果。
作为本发明的进一步技术方案：对切换参照系数进行分析的过程包括：
将当前运行区域检测获取的室温与切换温度区间进行比较，若当前运行区域检测获取的室温落入切换温度区间内，则将多个切换参照系数通过线性回归的方式获取回归线以及回归线的斜率；
将回归线的斜率与标准值进行比对，若回归线的斜率大于等于标准值则进行切换，切换冷热水时，冷热水的水温根据经验数据获取，作为示例，辐射板制冷控制逻辑以设置空气温度为比较，辐射板开启比露点高1℃调节；达到之后以辐射板与空气温度比较低4℃，正1℃调节；以及辐射板采暖控制逻辑以设置空气温度为比较，辐射板开启；达到之后以辐射板与空气温度比较高6℃，负1℃调节；
当前运行区域检测获取的室温落入切换温度区间外以及回归线的斜率小于标准值则不进行切换。
通过上述技术方案：提供了控制模块的工作过程，具体的，先获得多个连续的预设间隔的切换参照系数，并对多个切换参照系数进行分析，根据分析结果控制冷热水的切换，本发明提供的切换参照系数与太阳辐射强度以及太阳照射角度均呈正相关，也就是随着太阳辐射强度以及太阳照射角度的增加而增加，以多个切换参照系数的变化趋势反应当前太阳对辐射板模块的影响，相比于采用传统室温的反馈控制方式，更为精确化，数据化，并且在太阳辐射不足或者持续为零时，最终获取的回归线斜率为0，这种情况下可以在环境温度比较稳定的冬季和夏季，避免切换过程误启动的问题。
作为本发明的进一步技术方案：预设间隔的获取过程包括：
将每日环境温度变化曲线图输入训练好的神经网络模型，由神经网络模型输出识别结果，识别结果包括需要切换和不需要切换，并对两种识别结果进行赋值；
将赋值后距离当前日期最接近的若干日期的识别结果进行加权求和并将和值归一化获取状态参数，其中权重值依据日期距离当日的时间远近确定；
根据状态参数从预设的对照表内获取预设间隔的长度。
作为本发明的进一步技术方案：获取状态参数的过程包括：
通过公式：
获取状态参数Sta，其中m是判断结果的个数，μj是第j个判断结果的权重系数，Xj是第j个判断结果的赋值。
通过上述技术方案：提供了预设间隔的获取过程，本发明通过状态参数从预设的对照表内获取预设间隔的长度，能够根据最近的温度变化对当日的温度提供状态参考，也就是最近几日温度变化越剧烈，预设间隔的长度越短，而温度变化越小，则预设间隔的长度越长，这种方式可以依据近期环境温度对辐射板进行控制，如此，当在温度连续平稳的天气中突然出现温度多变且需要进行冷热水切换的天气时，当日的预设间隔会比较大，也就是说其控制切换的时间点会相对的延后，从而在忽冷忽热的情况下避免出现冷热水反复切换的情况，维持系统稳定运行。
作为本发明的进一步技术方案：所述辐射板模块的循环水路设置于铜铝传热芯上，铜铝传热芯上由下而上的依次覆盖有气凝胶保温板和密封外壳，所述铜铝传热芯下方设有石墨烯膜均温板，所述石墨烯膜均温板外包裹有无纺布消音，所述石墨烯膜均温板上设置有检测其温度的温度传感器，辐射板模块设置于装饰装修板材下方。
作为本发明的进一步技术方案：所述新风模块采用二级表冷深度除湿和直膨式新风机组，处理送风露点12-16℃/95％可调，所述新风模块设置有独立除湿单元，并设三级调节电加热段。
作为本发明的进一步技术方案：所述新风模块在辐射板模块制冷效果不足时提供辅助制冷以及促进空气流通以提升辐射板模块对运行区域温度进行调节的速度。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过基于运行区域内外温度、太阳辐射强度和太阳照射角度控制辐射板模块供热供冷切换，相比于通过感应室内温度的调节方式，其调节过程更为灵敏，能够依据太阳辐射强度和太阳照射角度的变化判断是否进行冷水和热水切换，能够解决感应室内温度的调节方式反馈不够及时的问题，同时将冷热水切换供冷供热的方式起效较慢过程中产生的冷热不均匀问题进行削弱甚至消除，以为人居环境提供稳定的室温调节方式。
(2)本发明以多个切换参照系数的变化趋势反应当前太阳对辐射板模块的影响，相比于采用传统室温的反馈控制方式，更为精确化，数据化，并且在太阳辐射不足或者持续为零时，最终获取的回归线斜率为0，这种情况下可以在环境温度比较稳定的冬季和夏季，避免切换过程误启动的问题。
(3)本发明通过状态参数从预设的对照表内获取预设间隔的长度，能够根据最近的温度变化对当日的温度提供状态参考，当在温度连续平稳的天气中突然出现温度多变且需要进行冷热水切换的天气时，当日的预设间隔会比较大，也就是说其控制切换的时间点会相对的延后，从而在忽冷忽热的情况下避免出现冷热水反复切换的情况，维持系统稳定运行。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明模块关系示意图；
图2是本发明控制模块的工作过程流程图；
图3是本发明辐射板模块组成示意图。
附图标记说明：
1、装饰装修板材；2、石墨烯膜均温板；3、铜铝传热芯；4、气凝胶保温板；5、密封外壳；6、循环水路；7、温度传感器；8、无纺布消音。
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做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。
请参阅图1-图2所示，在一个实施例中，提供了一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，包括：
新风模块、辐射板模块、数据获取模块、数据分析模块以及控制模块，数据获取模块包括多种硬件设备和传感器，用于获取运行区域的相关数据，相关数据包括环境温度、辐射板板温、太阳辐射强度、太阳照射角度，硬件设备包含存储相关数据的存储设备；
辐射板模块包括辐射板和循环水路6，以控制通过循环水路6的水流在冷水和热水之间切换的方式控制运行区域内的温度升降；
控制模块根据根据运行区域内外温度、太阳辐射强度和太阳照射角度在环境温度没有达到冷水和热水切换标准之前控制辐射板模块供热供冷切换过程中循环水路6内冷水和热水之间的切换时间。
于本实施例中提供了通过辐射板模块控制供冷供热过程中冷水和热水切换的方案，本发明基于运行区域内外温度、太阳辐射强度和太阳照射角度控制辐射板模块供热供冷切换，相比于通过感应室内温度的调节方式，其调节过程更为灵敏，能够依据太阳辐射强度和太阳照射角度的变化判断是否进行冷水和热水切换，能够解决感应室内温度的调节方式反馈不够及时的问题，同时将冷热水切换供冷供热的方式起效较慢过程中产生的冷热不均匀问题进行削弱甚至消除，以为人居环境提供稳定的室温调节方式。
控制模块的工作过程包括：
通过数据获取模块获运行区域内外温度、太阳辐射强度以及太阳照射角度，并将获取的数据传输给数据分析模块；
数据分析模块依据运行区域内外温度、太阳辐射强度以及太阳照射角度获取分析结果，分析结果包括是否进行冷水和热水之间的切换：
控制模块根据分析结果控制辐射板模块供热供冷切换过程中循环水路6内冷水和热水之间的切换。
数据分析模块获取分析结果的过程包括：
根据预设间隔，通过公式获得多个连续的预设间隔的切换参照系数ωTemp：
获取切换参照系数ωTemp，其中n是连续的预设间隔的个数，ΔTi是每个预设间隔内运行区域内温度的变化量，S(t)是太阳辐射强度随时间的变化曲线，ti是第i个预设区间的时间起点，ti+1是第i+1个预设区间的时间起点也是第i个预设区间的时间终点，θ0和θm分别是当前太阳照射角度和依据历史数据获取的单位时间太阳辐射强度最大的太阳照射角度，f是修正系数转化函数，优选为二次项系数为负的一元二次函数，修正系数是根据太阳照射角度变化对数值进行修正，c是补充常数，优选为1。
对切换参照系数进行分析，获取分析结果。
对切换参照系数进行分析的过程包括：
将当前运行区域检测获取的室温与切换温度区间进行比较，若当前运行区域检测获取的室温落入切换温度区间内，则将多个切换参照系数通过线性回归的方式获取回归线以及回归线的斜率；
将回归线的斜率与标准值进行比对，若回归线的斜率大于等于标准值则进行切换，切换冷热水时，冷热水的水温根据经验数据获取，作为示例，辐射板制冷控制逻辑以设置空气温度为比较，辐射板开启比露点高1℃调节；达到之后以辐射板与空气温度比较低4℃可修正，正1℃调节；以及辐射板采暖控制逻辑以设置空气温度为比较，辐射板开启；达到之后以辐射板与空气温度比较高6℃可修正，负1℃调节；
当前运行区域检测获取的室温落入切换温度区间外以及回归线的斜率小于标准值则不进行切换。
于本实施例中提供了控制模块的工作过程，具体的，先获得多个连续的预设间隔的切换参照系数，并对多个切换参照系数进行分析，根据分析结果控制冷热水的切换，本发明提供的切换参照系数与太阳辐射强度以及太阳照射角度均呈正相关，也就是随着太阳辐射强度以及太阳照射角度的增加而增加，以多个切换参照系数的变化趋势反应当前太阳对辐射板模块的影响，相比于采用传统室温的反馈控制方式，更为精确化，数据化，并且在太阳辐射不足或者持续为零时，最终获取的回归线斜率为0，这种情况下可以在环境温度比较稳定的冬季和夏季，避免切换过程误启动的问题。
预设间隔的获取过程包括：
由于进行冷水和热水之间的切换的实际环境温度图像上会呈现出较大温差，可以采用图片识别的判断过程，将每日环境温度变化曲线图输入训练好的神经网络模型，由神经网络模型输出识别结果，识别结果包括需要切换和不需要切换，并对两种识别结果进行赋值；
将赋值后距离当前日期最接近的若干日期的识别结果进行加权求和并将和值归一化获取状态参数，其中权重值依据日期距离当日的时间远近确定；
根据状态参数从预设的对照表内获取预设间隔的长度。
获取状态参数的过程包括：
通过公式：
获取状态参数Sta，其中m是判断结果的个数，μj是第j个判断结果的权重系数，Xj是第j个判断结果的赋值，e是自然对数，也可以选择为其他大于1的常数。
于本实施例中提供了预设间隔的获取过程，本发明通过状态参数从预设的对照表内获取预设间隔的长度，能够根据最近的温度变化对当日的温度提供状态参考，也就是最近几日温度变化越剧烈，预设间隔的长度越短，而温度变化越小，则预设间隔的长度越长，这种方式可以依据近期环境温度对辐射板进行控制，如此，当在温度连续平稳的天气中突然出现温度多变且需要进行冷热水切换的天气时，当日的预设间隔会比较大，也就是说其控制切换的时间点会相对的延后，从而在忽冷忽热的情况下避免出现冷热水反复切换的情况，维持系统稳定运行。
参考图3，本实施例辐射板模块的循环水路6设置于铜铝传热芯3上，铜铝传热芯3上由下而上的依次覆盖有气凝胶保温板4和密封外壳，铜铝传热芯3下方设有石墨烯膜均温板2，石墨烯膜均温板2外包裹有无纺布消音8，石墨烯膜均温板2上设置有检测其温度的温度传感器7，辐射板模块设置于装饰装修板材1下方，此外，新风模块采用二级表冷深度除湿和直膨式新风机组，处理送风露点12-16℃/95％可调，新风模块设置有独立除湿单元，并设三级调节电加热段，用于将新风过冷除湿后升温至20-22℃输出，这样往宅系统内，大幅提高了干燥新风温度，可以不用保温，能够减少新风管占用天花高度或直接地埋；并且可根据室外环境天气变化/室内湿度要求，主控自动调节送风露点；
需要说明的是，新风量回风设计依据：人均按国标30-40L/min或2-4次换气次数，二者取偏大值。特殊考虑功能场所：密集性会议室可降至20L/min比较，有东西外墙/外窗/幕墙/屋顶/非空调分隔区，建议按最大换气数据考虑。总风量负载计算按人均新风供应，其余同回风工况计算，减少按全新风计算最大耗冷量。
新风模块在辐射板模块制冷效果不足时提供辅助制冷以及促进空气流通以提升辐射板模块对运行区域温度进行调节的速度；
也就是说，辐射板模块是为了减少新风模块的使用时长以减少能源浪费而设置的，所以辐射板模块优先启动，通过与空气温度比较优先开启辐射板运行。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，包括新风模块、辐射板模块、数据获取模块、数据分析模块以及控制模块，其特征在于：
所述数据获取模块用于获取运行区域的相关数据，相关数据包括环境温度、辐射板板温、太阳辐射强度、太阳照射角度；
所述辐射板模块包括辐射板和循环水路(6)，以控制通过循环水路(6)的水流在冷水和热水之间切换的方式控制运行区域内的温度升降；
所述控制模块根据根据运行区域内外温度、太阳辐射强度和太阳照射角度控制辐射板模块供热供冷切换过程中循环水路(6)内冷水和热水之间的切换时间。
2.根据权利要求1所述的一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，其特征在于，所述控制模块的工作过程包括：
通过数据获取模块获运行区域内外温度、太阳辐射强度以及太阳照射角度，并将获取的数据传输给数据分析模块；
数据分析模块依据运行区域内外温度、太阳辐射强度以及太阳照射角度获取分析结果，分析结果包括是否进行冷水和热水之间的切换：
所述控制模块根据分析结果控制辐射板模块供热供冷切换过程中循环水路(6)内冷水和热水之间的切换。
3.根据权利要求2所述的一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，其特征在于，数据分析模块获取分析结果的过程包括：
根据预设间隔，通过公式获得多个连续的预设间隔的切换参照系数ωTemp：
获取切换参照系数ωTemp，其中n是连续的预设间隔的个数，ΔTi是每个预设间隔内运行区域内温度的变化量，S(t)是太阳辐射强度随时间的变化曲线，ti是第i个预设区间的时间起点，ti+1是第i+1个预设区间的时间起点也是第i个预设区间的时间终点，θ0和θm分别是当前太阳照射角度和依据历史数据获取的单位时间太阳辐射强度最大的太阳照射角度，f是修正系数转化函数，c是补充常数；
对切换参照系数进行分析，获取分析结果。
4.根据权利要求3所述的一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，其特征在于，对切换参照系数进行分析的过程包括：
将当前运行区域检测获取的室温与切换温度区间进行比较，若当前运行区域检测获取的室温落入切换温度区间内，则将多个切换参照系数通过线性回归的方式获取回归线以及回归线的斜率；
将回归线的斜率与标准值进行比对，若回归线的斜率大于等于标准值则进行切换；
当前运行区域检测获取的室温落入切换温度区间外以及回归线的斜率小于标准值则不进行切换。
5.根据权利要求3所述的一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，其特征在于，预设间隔的获取过程包括：
将每日环境温度变化曲线图输入训练好的神经网络模型，由神经网络模型输出识别结果，识别结果包括需要切换和不需要切换，并对两种识别结果进行赋值；
将赋值后距离当前日期最接近的若干日期的识别结果进行加权求和并将和值归一化获取状态参数，其中权重值依据日期距离当日的时间远近确定；
根据状态参数从预设的对照表内获取预设间隔的长度。
6.根据权利要求5所述的一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，其特征在于，获取状态参数的过程包括：
通过公式：
获取状态参数Sta，其中m是判断结果的个数，μj是第j个判断结果的权重系数，Xj是第j个判断结果的赋值。
7.根据权利要求1所述的一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，其特征在于，所述辐射板模块的循环水路(6)设置于铜铝传热芯(3)上，铜铝传热芯(3)上由下而上的依次覆盖有气凝胶保温板(4)和密封外壳，所述铜铝传热芯(3)下方设有石墨烯膜均温板(2)，所述石墨烯膜均温板(2)外包裹有无纺布消音(8)，所述石墨烯膜均温板(2)上设置有检测其温度的温度传感器(7)。
8.根据权利要求1所述的一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，其特征在于，所述新风模块采用二级表冷深度除湿和直膨式新风机组，处理送风露点可调，所述新风模块设置有独立除湿单元，并设三级调节电加热段。
9.根据权利要求8所述的一种调节室内热辐射平衡的温度控制系统，其特征在于，所述新风模块在辐射板模块制冷效果不足时提供辅助制冷以及促进空气流通以提升辐射板模块对运行区域温度进行调节的速度。
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