CN117537392A - 一种非隔热地板辐射系统及其调节方法、制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非隔热地板辐射系统及其调节方法、制冷系统，所述非隔热地板辐射系统包括多个间室，还包括设置于每个所述间室中的新风机组和辐射地板；其中，所述辐射地板设置于相邻两个间室之间，并可分别对位于所述辐射地板两侧的间室进行制冷或制热。所述新风机组和所述辐射地板连接于同一控制器，所述控制器可用于调节所述新风机组和所述辐射地板的运行状态，以调节每个间室内的温度。与现有技术相比，本发明采用辐射地板与新风机组分别控制，辐射地板主要用于控温，新风机组主要用于控湿，减少了能源浪费。

Description

一种非隔热地板辐射系统及其调节方法、制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷领域，特别是一种非隔热地板辐射系统及其调节方法、制冷系统。

背景技术

辐射地板制冷受限于结露影响，冷媒水温不能太低，导致与房间温差小、传热量小，不足以满足制冷负荷需求。

此外，由于辐射地板进行制冷的大滞后性，无法采用常规的PID控制(即根据室内温度直接控制冷媒流量，调节供冷量，因为辐射地板调节有滞后几个小时的问题，当室内根据实时温度调节时，需要几个小时以后才能达到目标温度)，因此该调节方式并不能达到很好的制冷效果，且存在冷媒浪费的问题。

专利号为CN115247843A的专利公开了一种利用天氟地水系统实现地板辐射制冷供暖的系统，该系统采用地板实时制冷，不足冷量由氟系统补充，需要两套系统满足制冷需求。

专利号为CN205536663U的专利公开了一种采用模块机搭配板换换热，实现一个模块机同时满足新风与地板制冷需求的功能，该方案将低温水换热成高温水给地板制冷用，导致了能源品位的浪费，降低了机组运行能效。

专利号为CN2641497Y的专利公开了一种根据室内负荷需求，采用顶板和地板两个辐射面敷设管道，增加换热面的供冷供热方式。该方案对于室内辐射负荷不足的区域，需要在地板和顶板同步辐射换热管，增加工程造价，且室内没有额外的除湿设备，单靠地板和顶板辐射无法消除室内湿负荷。

因此，如何设计一种非隔热地板辐射系统及其调节方法、制冷系统，能够优化制冷效果，避免能源浪费，是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中，对辐射地板采用常规的PID调节，制冷效果不佳的问题，本发明提出了一种非隔热地板辐射系统及其调节方法、制冷系统。

本发明的技术方案为，提出了一种非隔热地板辐射系统，1、包括多个间室，还包括设置于每个所述间室中的新风机组和辐射地板；

其中，所述辐射地板设置于相邻两个间室之间，并可分别对位于所述辐射地板两侧的间室进行制冷或制热。

所述新风机组和所述辐射地板连接于同一控制器，所述控制器可用于调节所述新风机组和所述辐射地板的运行状态，以调节每个间室内的温度。

进一步的，每个所述辐射地板均包括自上而下依次设置的：装饰层、混凝土层、塑料卡钉、地暖管、钢丝网、水泥砂浆层、以及结构层；

其中，所述地暖管中设置有冷媒，用于为所述辐射地板两侧提供冷量或热量。

进一步的，所述控制器对所述新风机组的调节方法为PID调节。

进一步的，所述控制器对所述辐射地板的调节方法为先导性调节。

本发明还提出了一种采用上述非隔热地板辐射系统的调节方法，包括：

在所述间室内存在制冷或制热需求时，采用PID调节对所述新风机组进行调节；

判断当前所述间室内的制冷或制热需求是否达到；

若否，则采用先导性调节对所述辐射地板进行调节。

进一步的，采用PID调节对所述新风机组进行调节，包括：

检测所述间室的室内温度Tn和室内湿度

根据所述室内温度Tn和所述室内湿度计算露点温度T1；

判断所述露点温度T1和所述室内温度Tn所处的温度区间，并根据所述温度区间调节所述新风机组的运行状态。

进一步的，根据所述温度区间调节所述新风机组的运行状态，包括：

当所述露点温度T1处于第一温度区间，且所述室内温度Tn处于第三温度区间时，控制所述新风机组的新风水阀开度减小；

当所述露点温度T1处于第二温度区间，且所述室内温度Tn处于第三温度区间时，控制所述新风机组的新风水阀开度增大；

当所述室内温度Tn处于第四温度区间时，控制所述新风机组的新风水阀开度增大。

进一步的，所述第一温度区间的温度小于所述第二温度区间的温度；

所述第三温度区间的温度小于所述第四温度区间的温度。

进一步的，采用先导性调节对所述辐射地板进行调节，包括：

检测所述间室的室外温度Tw，并根据所述室外温度Tw计算预设供水温度Tg；

调节所述辐射地板中地暖管内冷媒的温度为所述预设供水温度Tg；

判断所述预设供水温度Tg是否大于阈值温度Tmax；

若是，则对与所述地暖管连接的水泵进行降频处理。

本发明还提出了一种制冷系统，其具有上述非隔热地板辐射系统。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

1、本发明在原本辐射地板的基础上，取消了保温层和反射膜的设置，能够使得地暖管实现两面换热，其设置在两个间室之间，既可以作为地板为上面的间室进行换热，也可以作为顶板为下面的间室进行换热，只需要辐射一套地暖管即可，减少了末端配置容量，节约了成本；

2、本发明采用辐射地板和新风机组分别控制，其中辐射地板主要用于控温，新风机组主要用于控湿，其能够减少能源浪费；

3、本发明将原本新风机组需要承担的显热冷量改为由地板承担，在制冷时温度更高，机组能效更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提出的非隔热地板辐射系统的结构示意图；

图2为传统方案中辐射地板的结构示意图；

图3为本发明中辐射地板的结构示意图；

图4为本发明中辐射地板的调节流程图；

图5为本发明中露点温度处于第一温度区间时新风机组的调节流程图；

图6为本发明中露点温度处于第二温度区间时新风机组的调节流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。

对辐射地板进行制冷或制冷的方案，其存在如下问题：

1、辐射地板进行制冷时存在大滞后性，无法采用常规的PID控制，从而使得辐射地板并不能起到很好的制冷或制热效果，存在冷媒浪费的问题；

2、辐射地板制冷受限于结露影响，导致地暖管中冷媒的温度不能太低，进而导致冷媒与房间的温差小，传热量小，不足以满足制冷负荷需求。

针对上述问题，本发明提出了一种非隔热地板辐射系统，其包括多个间室、以及设置在每个间室中的新风机组和辐射地板；

其中，辐射地板设置于相邻两个间室之间，并可分别对位于辐射地板两侧的间室进行制冷或制热；

该新风机组和辐射地板连接于同一控制器，且该控制器可用于调节新风机组和辐射地板的运行状态，以用于调节每个间室内的温度，从而满足用户制冷或制热需求。

具体设置，如图1所示，本发明提出的非隔热地板辐射系统，具有间室1、间室2、新风机组、辐射地板、以及控制器；

可以看出，间室1和间室2中均设置有辐射地板和新风机组，且该辐射地板和新风机组连接到同一控制器，用于控制所处间室内的温度和湿度。

同时，在间室1与间室2的相邻处，设置有辐射地板，该辐射地板能够向两面进行制冷或制冷，因此其可以作为间室1的底板为间室1提供冷量或热量，同时作为间室2的顶板为间室2提供冷量或热量，从而提高冷媒末端换热能力。

需要指出的是，上述附图1仅两个间室的实施例，在本发明其他实施例中，设置有多个间室，采用该方案进行设计后，能够保证每个间室均具有地板和顶板的换热，能够极大程度的提高每个间室的换热效果。

因此，针对上述问题1，本发明中将新风机组和辐射地板连接于同一控制器进行分别控制，其中，辐射地板主要用于控温，新风机组主要用于控湿，由于新风机组调节时对流换热效率块，其能够快速响应室内制冷或制热需求，因此，采用新风机组与辐射地板进行分控，能够解决辐射地板大滞后性的问题；

针对上述问题2，本发明通过对辐射地板的结构进行改进，使得其可以同时对两侧的间室进行制冷或制热，增大了末端换热能力，解决了冷媒传热量小的问题。

请参见图2，在传统的方案中，辐射地板的结构包括自上而下依次设置的：装饰层、混凝土层、塑料卡钉、地暖管、钢丝网、反射膜、绝热保温层、水泥砂浆层、以及结构层；

请参见图3，在本发明提出的方案中，辐射地板的结构包括自上而下依次设置的：装饰层、混凝土层、塑料卡钉、地暖管、钢丝网、、水泥砂浆层、以及结构层；

其中，地暖管中设置有冷媒，用于为辐射地板两侧提供冷量或热量。

可以看出，本发明通过去除辐射地板的反射膜和绝热保温层，使上层建筑的辐射地板即可作为地板给上层建筑传热，同时又可作为顶板给下层建筑传热，实现只需要铺设一个地暖管，产生两个辐射面的效果，单位面积辐射冷量由三十多瓦增加到七十多瓦，高于末端所需求的显热负荷。

以一个人员密度0.3人/平方的普通建筑为例，建筑显热负荷(不含新风机组)为100w/m2，新风量按照30m3/h/人计算，新风指标9m3/h/m2，湿负荷32.7g/h，消除多余湿负荷，新风机组需处理到(14.7℃，9.96g/kg，93％)，新风机组能消除的显热指标为33.9w/m2，剩余100-33.9＝66.1w/m2由辐射地板处理。

根据辐射地板供暖供冷技术规程，辐射地板供冷量Q1＝Qf+Qd，计算得辐射地板温度21℃，室内温度26℃时，辐射地板总供冷量为32.6w/m2，低于66.1w/m2，而如果加入顶板辐射供冷，顶板辐射供冷能提供的冷量Q2＝43.6w/m2，总冷量76.2w/m2高于需求的66.1w/m2，满足室内显热负荷需求，可根据室内温度进行控制，降低冷媒流量或者提高冷媒温度。冬季跟常规的辐射地板供暖一样，主机自动根据冷媒温差进行加减流量，每个辐射末端根据室内温度反馈控制地暖水阀开度，保证供暖需求。

也即相较于现有技术，本发明在原本辐射地板的基础上，取消了保温层和反射膜的设置，能够使得地暖管实现两面换热，其设置在两个间室之间，既可以作为地板为上面的间室进行换热，也可以作为顶板为下面的间室进行换热，只需要辐射一套地暖管即可，减少了末端配置容量，节约了成本。

进一步的，本发明中控制器对新风机组的调节方法为PID调节。

其中，新风机组为对流系统，其反应速度比较快，在调节新风机组的新风水阀开度后，能够在较短的时间内反馈到间室中，因此本发明通过对新风机组采用PID调节，能够快速相应间室内的温度和湿度需求。

进一步的，本发明中控制器对辐射地板的调节方法为先导性调节。

其中，先导性调节即列出室外温度与供水温度的函数关系Tw＝f(Tg)，在检测室外温度Tw的时候，根据公式测算出对应需要的预设供水温度Tg，进行调节，并且根据维护的延迟时数与辐射地板的延迟时数，进行时间校验，使得辐射地板的调节与负荷的延迟相匹配，实现先导性调节。在这个系统中，还可以引入自学习功能，即根据以往的控制数据结合实际反馈的温度变化规律进行分析，调整修正函数关系式，使函数关系式更贴近工程实际效果。

本发明的控制思路在于将两种调节方法叠加，辐射地板主要用于控温，新风机组主要用于控湿，其能够减少能源浪费。特别对于玻璃辐射导致的瞬时得热，内部热负荷变化引起的瞬时负荷变化，以及楼上楼下的负荷差异，可以由新风机组进行控制。因为新风机组为对流系统，控制反应速度快，可以弥补辐射地板调节反应慢的缺陷，实现快速响应，实时保证间室温度、湿度。

基于上述辐射地板的设置，本发明提出了一种采用上述非隔热地板辐射系统的调节方法，其包括：

在间室内存在制冷或制热需求时，采用PID调节对新风机组进行调节；

判断当前间室内的制冷或制热需求是否达到；

若否，则采用先导性调节对辐射地板进行调节。

由于供冷的水温要求必须大于室内露点温度T1，即供水温度控制在16℃以上，回水温度在21℃以下，导致水温可以调节的幅度较小，单纯采用温度补偿法，夏季调节量较少。所以本发明采用温度补偿叠加流量控制的方式，这里新风机组的PID调节针对温度补偿调节，辐射地板的先导性调节针对流量控制调节。

当室外温度Tw变化时，优先采用温度补偿法，根据室内温度Tn进行水温调节，改变整个系统的供水温度，当温度补偿已经调节到极致时，再采用流量调节。比如根据室外温度Tw测算，此时负荷较低，需要的出水温度要求20℃，温度已经很高了，继续调节水温对辐射量影响不大，此时可以采用流量调节，调小地板辐射的流量，节约水泵的运行能耗。

请参见图5及图6，本发明中采用PID调节对所述新风机组进行调节，包括：

检测间室的室内温度Tn和室内湿度

根据室内温度Tn和室内湿度计算露点温度T1；

判断露点温度T1和室内温度Tn所处的温度区间，并根据温度区间调节新风机组的运行状态。

其中，露点温度T1的计算模型基于Magnus-Tetens近似法得出，其具体计算模型为：

且

这里，Tn为室内温度、为室内湿度、T1为露点温度、Ln表示自然对数、a，b均为常数，a＝17.27，b＝237.7。

根据温度区间调节新风机组的运行状态，包括：

当露点温度T1处于第一温度区间，且室内温度Tn处于第三温度区间时，控制新风机组的新风水阀开度减小；

当露点温度T1处于第二温度区间，且室内温度Tn处于第三温度区间时，控制新风机组的新风水阀开度增大；

当室内温度Tn处于第四温度区间时，控制新风机组的新风水阀开度增大。

第一温度区间的温度小于第二温度区间的温度；

第三温度区间的温度小于第四温度区间的温度。

本发明中，通过新风机组检测室内温度Tn、室内湿度计算出露点温度T1，再与辐射地板设置的温度区间进行温度对比，根据设定的温度区间调节新风机组的冷量，实现室内湿度/>控制，保证辐射地板温度始终高于露点温度T1+偏差值△T1，防止地面结露。控制室内湿度/>的同时检测室内温度Tn，如果有任意一项超出范围，都继续增大冷量，以保证室内温度Tn、室内湿度/>在舒适区范围内。

基于上述效果，第一温度区间和第二温度区间是基于辐射地板的温度进行设置的，其用于保证辐射地板的温度始终高于露点温度T1+偏差值△T，防止地面结露。

具体设置为，第一温度区间为小于辐射地板温度Td-3-△T1，第二温度区间为大于辐射地板温度Td-3+△T1。

第三温度区间和第四温度区间是基于设定温度Ts进行设置的，其用于保证新风机组的调节效果在其偏差值△T2内，保证新风机组的制冷效果。

具体设置为，第三温度区间为小于设定温度Ts-△T2，第四温度区间为大于设定温度Ts+△T2。

请参见图4，本发明中采用先导性调节对辐射地板进行调节，包括：

检测间室的室外温度Tw，并根据室外温度Tw计算预设供水温度Tg；

调节辐射地板中地暖管内冷媒的温度为预设供水温度Tg；

判断预设供水温度Tg是否大于阈值温度Tmax；

若是，则对与地暖管连接的水泵进行降频处理。

该方案先基于冷媒温度进行调节，在温度调节不足满足需求时，才切换至流量调节，因此，其先通过调节辐射地板中地暖管内冷媒的温度为预设供水温度Tg，如果在供水温度Tg大于阈值温度Tmax，且此时仍无法满足需求时，则会进行流量调节，对与地暖管连接的水泵进行降频处理。

上述调节方法主要是针对夏季时的调节，对于冬季的调节，由于冬季供暖负荷较小，供暖负荷也比较稳定，辐射地板的热量完全可以满足室内负荷需求，室内也无需考虑结露问题，新风机组只需要根据室内温度Tn控制供热量即可，辐射地板可以跟常规采暖系统一致，采用室内温度检测装置检测室内温度Tn，控制地暖管流量，从而控制室内温度Tn。

由于新风机制为全空气系统，涉及多个间室共用一套新风机制室内温度Tn反馈只能选取某个典型房间进行控制，本发明可以根据功能区划分，选择大办公室这种负荷占比大，且负荷波动性较小的区域进行监测反馈，相比于会议室、总经理室这种间歇性使用的区域，大办公室负荷更加稳定。另外建议分层分朝向设置新风机组，东部区域(东、东北、东南)整体受上午太阳辐射的影响较大，而西部区域(西、西北、西南)整体受下午太阳辐射的影响较大，所以根据区域划分成东西部两个新风机组，这样整体负荷变化更一致，采用全空气调节的准确性更高。

其中，本发明是基于人居环境研究的系统，其也可用于养殖、种植等领域，实现两个面辐射的节能降本运行效果。

本发明还提出了一种制冷系统，其具有上述非隔热地板辐射系统。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

1、本发明在原本辐射地板的基础上，取消了保温层和反射膜的设置，能够使得地暖管实现两面换热，其设置在两个间室之间，既可以作为地板为上面的间室进行换热，也可以作为顶板为下面的间室进行换热，只需要辐射一套地暖管即可，减少了末端配置容量，节约了成本；

2、本发明采用辐射地板和新风机组分别控制，其中辐射地板主要用于控温，新风机组主要用于控湿，其能够减少能源浪费；

3、本发明将原本新风机组需要承担的显热冷量改为由地板承担，在制冷时温度更高，机组能效更高。

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做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非隔热地板辐射系统，包括多个间室，其特征在于，还包括设置于每个所述间室中的新风机组和辐射地板；

其中，所述辐射地板设置于相邻两个间室之间，并可分别对位于所述辐射地板两侧的间室进行制冷或制热。

所述新风机组和所述辐射地板连接于同一控制器，所述控制器可用于调节所述新风机组和所述辐射地板的运行状态，以调节每个间室内的温度。

2.根据权利要求1所述的非隔热地板辐射系统，其特征在于，每个所述辐射地板均包括自上而下依次设置的：装饰层、混凝土层、塑料卡钉、地暖管、钢丝网、水泥砂浆层、以及结构层；

其中，所述地暖管中设置有冷媒，用于为所述辐射地板两侧提供冷量或热量。

3.根据权利要求1所述的非隔热地板辐射系统，其特征在于，所述控制器对所述新风机组的调节方法为PID调节。

4.根据权利要求1所述的非隔热地板辐射系统，其特征在于，所述控制器对所述辐射地板的调节方法为先导性调节。

5.一种采用如权利要求1至4任意一项权利要求所述的非隔热地板辐射系统的调节方法，其特征在于，包括：

在所述间室内存在制冷或制热需求时，采用PID调节对所述新风机组进行调节；

判断当前所述间室内的制冷或制热需求是否达到；

若否，则采用先导性调节对所述辐射地板进行调节。

6.根据权利要求5所述的非隔热地板辐射系统的调节方法，其特征在于，采用PID调节对所述新风机组进行调节，包括：

检测所述间室的室内温度Tn和室内湿度

根据所述室内温度Tn和所述室内湿度计算露点温度T1；

判断所述露点温度T1和所述室内温度Tn所处的温度区间，并根据所述温度区间调节所述新风机组的运行状态。

7.根据权利要求6所述的非隔热地板辐射系统的调节方法，其特征在于，根据所述温度区间调节所述新风机组的运行状态，包括：

当所述露点温度T1处于第一温度区间，且所述室内温度Tn处于第三温度区间时，控制所述新风机组的新风水阀开度减小；

当所述露点温度T1处于第二温度区间，且所述室内温度Tn处于第三温度区间时，控制所述新风机组的新风水阀开度增大；

当所述室内温度Tn处于第四温度区间时，控制所述新风机组的新风水阀开度增大。

8.根据权利要求7所述的非隔热地板辐射系统的调节方法，其特征在于，所述第一温度区间的温度小于所述第二温度区间的温度；

所述第三温度区间的温度小于所述第四温度区间的温度。

9.根据权利要求5所述的非隔热地板辐射系统的调节方法，其特征在于，采用先导性调节对所述辐射地板进行调节，包括：

检测所述间室的室外温度Tw，并根据所述室外温度Tw计算预设供水温度Tg；

调节所述辐射地板中地暖管内冷媒的温度为所述预设供水温度Tg；

判断所述预设供水温度Tg是否大于阈值温度Tmax；

若是，则对与所述地暖管连接的水泵进行降频处理。

10.一种制冷系统，其特征在于，所述制冷系统具有如权利要求1至4任意一项权利要求所述的非隔热地板辐射系统。