CN117739501A - 一种基于辐射温度控制的空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于辐射温度控制的空调系统，属于高效节能技术领域，包括：温控器，用于调节建筑室内的温度，所述温控器的工作模式包括制冷模式以及采暖模式；变温可调金属天花辐射换热板，用于对建筑室内的冷热辐射进行调节，以保证建筑室内的冷热辐射均衡。本发明通过检测内外墙温度变化来判断内外辐射温度差，结合室内人员以及室内温湿度情况来自动对变温可调金属天花辐射换热板进行冷热温度调控，使室内能够冷热辐射温度平均，以获得更舒适的室内环境，以致人体获得自然恒温的舒适度，杜绝对流系统主动推动空气形成流速，获取换热，所以人体在室内，不易感受忽冷忽热或过冷过热。

Description

一种基于辐射温度控制的空调系统

技术领域

本发明属于高效节能技术领域，具体涉及一种基于辐射温度控制的空调系统。

背景技术

对现代标准化建筑立项设计而言，除了艺术外观及安全合理的建筑结构设计以外，还有大量的室内机电设计，而舒适节能的空调是公办及家居必不可少的功能配置。空调近百年发展，现主流形式以对流(冷气/暖气)为主，如：VAV集中全空气系统、VRV冷媒多联机空气系统、AHU+FCU分散式风盘(风柜)空气系统、分体机(一对一)空调机等，全部采用以主动空气循环对流换热，通过制冷和加热空气，满足舒适温度需求。

但是由于在实际使用时，由于室内外冷热不均匀，导致建筑室内外冷热辐射温度不同，这样人处在建筑室内容易感受忽冷忽热或过冷过热，造成不舒适的现象；另外现有空调新风系统一般是主动调整好换风功率，但是由于人员的进出，以及其他因素的影响，会导致某段时间内空气质量变差，采用原有调整的换风功率无法完成对浑浊空气的更换，时间越久，累计的浑浊空气越多，也会导致建筑室内的人员不舒服。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于辐射温度控制的空调系统，用以解决上述背景技术中所面临的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于辐射温度控制的空调系统，所述系统包括：

温控器，所述温控器用于调节建筑室内的温度，所述温控器的工作模式包括制冷模式以及采暖模式；

变温可调金属天花辐射换热板，所述变温可调金属天花辐射换热板用于对建筑室内的冷热辐射进行调节，以保证建筑室内的冷热辐射均衡；

采集模块，所述采集模块用于采集建筑室内、外相关参数信息；

分析模块，所述分析模块用于对采集的参数信息进行分析判断，从而调控指令；

调控模块，所述调控模块根据获取的调控指令对变温可调金属天花辐射换热板进行调节。

进一步地，所述变温可调金属天花辐射换热板内设有冷热回路，所述冷热回路上均安装有用于控制的电控阀门，所述冷热回路与外设冷热箱连接，所述变温可调金属天花辐射换热板上设有一用于检测换热板表面温度的温度传感器。

进一步地，所述参数信息包括建筑室内、外温度，建筑室内湿度值，建筑室内的CO₂浓度值以及建筑室内人数。

进一步地，所述分析模块的分析方法为：

在制冷模式下，获取室外的温度CT_out，以及室内的温度CT_in，将室外的温度CT_out与室内的温度CT_in进行比较：

当CT_out≤CT_in时，表明室内不受热辐射影响，此时不生成调控指令；

当CT_out＞CT_in时，表明室内受热辐射影响，此时生成调控指令；

在采暖模式下，获取室外的温度HT_out，以及室内的温度HT_in，将室外的温度HT_out与室内的温度HT_in进行比较：

当HT_out≥HT_in时，表明室内不受冷辐射影响，此时不生成调控指令；

当HT_out＜HT_in时，表明室内受冷辐射影响，此时生成调控指令。

进一步地，所述调控指令生成的方式为：

获取室内的湿度值R,以及建筑室内人数N；

在制冷模式下，打开变温可调金属天花辐射换热板内的冷回路阀门，并通过公式将变温可调金属天花辐射换热板的温度调整为T_cold；

在采暖模式下，打开变温可调金属天花辐射换热板内的热回路阀门，并通过公式将变温可调金属天花辐射换热板的温度调整为T_hot；

其中，CR为制冷模式下的标准湿度值，HR为采暖模式下的标准湿度值，S为建筑室的面积，CW为制冷模式下的标准人均面积，HW为采暖模式下的标准人均面积，α₁以及α₂为权重系数，β为温度转化系数，T为换热板内初始温度。

进一步地，所述系统还包括新风检测模块，所述新风检测模块用于对建筑室内的空气质量进行检测，从而判断是否对建筑室内的空气进行更换。

进一步地，所述新风检测模块检测的方法为：

每隔Δt时间，获取建筑室内CO₂浓度随时间变化曲线CO₂(t)，以及湿度随时间变化曲线R(t)；

通过公式求出空气质量系数J；

将获得的空气质量系数J与系统预设的标准阈值系数J_th进行比较：

若J≤J_th，则空气质量合格，不进行空气更换；

否则，空气质量不合格，进行空气更换；

其中为系统预设的标准浓度随时间变化曲线，R_v(t)为系统预设的标准湿度随时间变化曲线，ΔCO₂以及ΔR为各自的比对阈值，η₁以及η₂为比例系数。

进一步地，所述新风检测模块对空气进行更换的方法为：

通过公式P_add＝P+ln(N+S)(J_th-J)*k将新风空调的换风功率调整至P_add；

其中P为当前新风空调换风时的工作功率，K为功率转化系数。

本发明的有益效果：

本发明通过检测内外墙温度变化来判断内外辐射温度差，结合室内人员以及室内温湿度情况来自动对变温可调金属天花辐射换热板进行冷热温度调控，使室内能够冷热辐射温度平均，以获得更舒适的室内环境，以致人体获得自然恒温的舒适度，杜绝对流系统主动推动空气形成流速，获取换热，所以人体在室内，不易感受忽冷忽热或过冷过热。

本发明通过将建筑室内CO₂浓度与预设的标准CO₂浓度进行比较，并结合湿度情况与预设的标准湿度进行比较，从而结合分析得出建筑室内的空气质量，来判断建筑室内空气质量情况，并根据检测情况，对不合格的空气质量结合室内人数以及室内面积大小，相应的增加新风空调系统的换风功率，这样可以精准的将室内浑浊不合格的空气全部更换，以保证室内舒适性。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的系统框图；

图2为本发明场景搭建原理图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在一个实施例中，公开了一种基于辐射温度控制的空调系统，如图1、图2所示，该系统包括：

温控器，温控器用于调节建筑室内的温度，温控器的工作模式包括制冷模式以及采暖模式；

变温可调金属天花辐射换热板，变温可调金属天花辐射换热板用于对建筑室内的冷热辐射进行调节，以保证建筑室内的冷热辐射均衡；

采集模块，采集模块用于采集建筑室内、外相关参数信息；

分析模块，分析模块用于对采集的参数信息进行分析判断，从而调控指令；

调控模块，调控模块根据获取的调控指令对变温可调金属天花辐射换热板进行调节。

通过上述技术方案，本申请通过对室内外辐射温度的对比，从而判断室内外是否冷热辐射是否平衡，进而通过分析模块对采集的相关参数信息进行分析，相应的对变温可调金属天花辐射换热板进行冷热调控，通过对变温可调金属天花辐射换热板冷热温度进行控制，可以解决室内建筑表面冷热辐射温度平衡，从而使室内处以一种舒适的环境下，解决建筑内外的热辐射均衡，获得保持建筑内外区一致的无偏差舒适度空间。其辐射换热原理，是被动式的形式，通过带有调整辐射冷热功能的换热板，将室内温度保持，解决了室内冷热辐射平均，以致人体获得自然恒温的舒适度，杜绝对流系统主动推动空气形成流速，获取换热，所以人体在室内，不易感受忽冷忽热或过冷过热。

作为本发明的一种实施方式，变温可调金属天花辐射换热板内设有冷热回路，冷热回路上均安装有用于控制的电控阀门，冷热回路与外设冷热箱连接，变温可调金属天花辐射换热板上设有一用于检测换热板表面温度的温度传感器。

通过上述技术方案，通过在变温可调金属天花辐射换热板内设有冷热回路从而根据室外冷热辐射温度差，来相应的控制冷、热回路工作，来维持辐射平衡，同时表面设置的温度传感器可以监测换热板表面温度，从而与内置冷热回路的温度进行对比，可根据温度变化，来及时的判断换热板表面是否结霜或者结露现象，以及时的进行处理，从而对换热板进行保护。

作为本发明的一种实施方式，参数信息包括建筑室内、外温度，建筑室内湿度值，建筑室内的CO₂浓度值以及建筑室内人数。

通过上述技术方案，由于温湿度作为冷热辐射温度判断的直观数据，配合建筑室内的CO₂浓度值以及建筑室内人数等参数，可以很好的对建筑室内的冷热辐射平衡状态进行判断以及对空气质量的判断。

作为本发明的一种实施方式，分析模块的分析方法为：

在制冷模式下，获取室外的温度CT_out，以及室内的温度CT_in，将室外的温度CT_out与室内的温度CT_in进行比较：

当CT_out≤CT_in时，表明室内不受热辐射影响，此时不生成调控指令；

当CT_out＞CT_in时，表明室内受热辐射影响，此时生成调控指令；

在采暖模式下，获取室外的温度HT_out，以及室内的温度HT_in，将室外的温度HT_out与室内的温度HT_in进行比较：

当HT_out≥HT_in时，表明室内不受冷辐射影响，此时不生成调控指令；

当HT_out＜HT_in时，表明室内受冷辐射影响，此时生成调控指令。

通过上述技术方案，本实施提供了对冷热辐射均衡判断的方法，具体为，在制冷模式下获取室外的温度CT_out，以及室内的温度CT_in，将室外的温度CT_out与室内的温度CT_in进行比较：当CT_out≤CT_in时，即建筑室内不会收到室外的太阳热辐射影响，热辐射不会影响室内空气温度的上升，此时不需要进行调整，当CT_out＞CT_in时，表明室内温度受到外界太阳热辐射影响，此时生成调控指令，来对室内的辐射温度进行调整；同样当在采暖模式下，获取室外的温度HT_out，以及室内的温度HT_in，将室外的温度HT_out与室内的温度HT_in进行比较：当HT_out≥HT_in时，即建筑室内不受外界的冷辐射影响，外墙的冷辐射不会影响建筑室内空气温度的下降，不需要对辐射温度进行调整，此时不生成调控指令；当HT_out＜HT_in时，表明室内受到外墙的冷辐射影响，此时生成调控指令对换热板进行相应调整，来保证内外辐射温度一致。这样可以很好的在不同工作模式下，直观的判断外墙冷热辐射温度是否对建筑室内造成影响，从而便于后续进行相应的调整。

上述技术方案中，建筑室内外的温度可通过安装的相应温度检测装置来检测，例如，可采用具有利用有强接收辐射热的黑球温度检测模块，来检测辐射(黑球)温度与干球温度的变化，对人体体感温度的偏差自动修正规律，来确定温度大小，从而更好的判断室内外的辐射温度是否均衡。

作为本发明的一种实施方式，调控指令生成的方式为：

获取室内的湿度值R,以及建筑室内人数N；

在制冷模式下，打开变温可调金属天花辐射换热板内的冷回路阀门，并通过公式将变温可调金属天花辐射换热板的温度调整为T_cold；

在采暖模式下，打开变温可调金属天花辐射换热板内的热回路阀门，并通过公式将变温可调金属天花辐射换热板的温度调整为T_hot；

其中，CR为制冷模式下的标准湿度值，HR为采暖模式下的标准湿度值，S为建筑室的面积，CW为制冷模式下的标准人均面积，HW为采暖模式下的标准人均面积，α₁以及α₂为权重系数，β为温度转化系数,T为换热板内初始温度。

通过上述技术方案，本实施例提供了对换热板进行调整的方法，具体为，在制冷模式下，当CT_out＞CT_in时，需要打开变温可调金属天花辐射换热板内的冷回路阀门进行辐射温度转换，而变温可调金属天花辐射换热板内的冷回路的温度具体可通过公式 调整，从公式可以看出，当内外温度差距越大，需要调整的温度也越多，而一般在潮湿的环境中，水分会吸收更多的热量，当湿度很高的时候，室内温度就会明显升高，因此当湿度值越大，或者建筑室内人员量越多，温度也越高，此时需要调整的温度也越多，因此通过公式/> 根据人员量多少、湿度大小以及内外温差变化大小进行综合判断，来生产相应的调整温度对变温可调金属天花辐射换热板内的冷回路的温度进行自动调整，以保持室内冷热辐射平均，保证室内的舒适度。同样当在采暖模式下，打开变温可调金属天花辐射换热板内的热回路阀门，并通过公式将变温可调金属天花辐射换热板的温度调整为T_hot，从公式可以看出，当内外温度差距越大，需要调整的温度也越多，而在采暖模式下，室内人数越少，产生的热量越少，或者湿度越小，室内温度会变低，因此需要调整的辐射温度也要相应的多，因此通过/> 根据人员量多少、湿度大小以及内外温差变化大小进行综合判断，来生产相应的调整温度对变温可调金属天花辐射换热板内的热回路的温度进行自动调整，以保持室内冷热辐射平均，保证室内的舒适度。通过此种操作可以解决因太阳辐射对建筑外墙加热(特别是采光所需窗户)或者冷空气对外墙制冷，影响室内舒适感，从而还减少空气循环节能，在变温可调金属天花辐射换热板的辐射温度调整下，大幅降低室内温度受室外冷热辐射温度的传递影响，通过比对内外墙温度变化判断内外辐射温度差，结合室内人员以及室内温湿度情况来自动调整换热板的温度，使室内能够冷热辐射温度平均，以获得更舒适的室内环境。

上述技术方案中，CR制冷模式下的标准湿度值CR，采暖模式下的标准湿度值HR，制冷模式下的标准人均面积CWHW为采暖模式下的标准人均面积HW均根据历史数据进行拟定，权重系数α₁以及α₂，温度转化系数β根据历史数据结合大数据中相关的数据进行综合分析后拟定，在此不过多叙述。

作为本发明的一种实施方式，该系统还包括新风检测模块，新风检测模块用于对建筑室内的空气质量进行检测，从而判断是否对建筑室内的空气进行更换；

新风检测模块检测的方法为：

每隔Δt时间，获取建筑室内CO₂浓度随时间变化曲线CO₂(t)，以及湿度随时间变化曲线R(t)；

通过公式求出空气质量系数J；

将获得的空气质量系数J与系统预设的标准阈值系数J_th进行比较：

若J≤J_th，则空气质量合格，不进行空气更换；

否则，空气质量不合格，进行空气更换；

其中为系统预设的标准浓度随时间变化曲线，R_v(t)为系统预设的标准湿度随时间变化曲线，ΔCO₂以及ΔR为各自的比对阈值，η₁以及η₂为比例系数。

通过上述技术方案，本实施例提供了对建筑室内的空气质量进行检测的方法，具体为，每隔一段时间，这个时间段可人为设定时长，获取建筑室内CO₂浓度随时间变化曲线CO₂(t)，以及湿度随时间变化曲线R(t)，然后通过公式公式 进行综合分析求出空气质量系数J，从而对建筑室内的空气质量情况进行判断，将这一时间段的CO₂浓度与预设的标准CO₂浓度进行比较，并结合这一时间段的湿度与预设的标准湿度进行比较，从而结合分析得出建筑室内的空气质量，并获得的空气质量系数J与系统预设的标准阈值系数J_th进行比较，当J≤J_th，此时说明该段时间CO₂浓度、湿度与预设的CO₂浓度、湿度差距变化不大，且没有超出标准值，说明空气质量合格，此时不进行空气更换，新风系统正常工作；当J＞J_th，说明此时空气内污染情况超出预设的标准情况，建筑室内的空气质量不达标，此时需要对内部的空气进行更换，使污染气体能够完全被更换，以保证建筑室内的舒适性。

上述技术方案中，标准浓度随时间变化曲线系统预设的标准湿度随时间变化曲线R_v(t)均根据建筑室内历史数据进行拟合的，各自的比对阈值ΔCO₂以及ΔR，比例系数η₁、η₂，以及标准阈值系数J_th均可根据相关历史数据以及大数据中有关数据获取，在此不过多叙述。

作为本发明的一种实施方式，新风检测模块对空气进行更换的方法为：

通过公式P_add＝P+ln(N+S)(J_th-J)*k将新风空调的换风功率调整至P_add；

其中P为当前新风空调换风时的工作功率，K为功率转化系数。

通过上述技术方案，本实施例提供了当建筑室内需要换风时的具体操作，由于当需要更换空气时，新风系统原先设置的换风功率已经无法将建筑室内的浑浊空气更换完全，这样会越积越多，导致处在室内的人不舒适，因此当检测到空气质量不合格时，通过公式P_add＝P+ln(N+S)(J_th-J)*k将新风空调的换风功率调整至P_add，从公式可以看出，当检测的空气质量超出阈值越多，需要增加的功率越多，同时当室内的面积越大或者人越多，需要增加的功率也越多，通过结合室内检测的空气质量情况，结合室内人数以及室内面积大小，相应的增加新风空调系统的换风功率，这样可以精准的将室内浑浊不合格的空气全部更换，保证室内舒适性。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于辐射温度控制的空调系统，其特征在于，所述系统包括：

温控器，所述温控器用于调节建筑室内的温度，所述温控器的工作模式包括制冷模式以及采暖模式；

变温可调金属天花辐射换热板，所述变温可调金属天花辐射换热板用于对建筑室内的冷热辐射进行调节，以保证建筑室内的冷热辐射均衡；

采集模块，所述采集模块用于采集建筑室内、外相关参数信息；

分析模块，所述分析模块用于对采集的参数信息进行分析判断，从而调控指令；

调控模块，所述调控模块根据获取的调控指令对变温可调金属天花辐射换热板进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于辐射温度控制的空调系统，其特征在于，所述变温可调金属天花辐射换热板内设有冷热回路，所述冷热回路上均安装有用于控制的电控阀门，所述冷热回路与外设冷热箱连接，所述变温可调金属天花辐射换热板上设有一用于检测换热板表面温度的温度传感器。

3.根据权利要求2所述的一种基于辐射温度控制的空调系统，其特征在于，所述参数信息包括建筑室内、外温度，建筑室内湿度值，建筑室内的CO₂浓度值以及建筑室内人数。

4.根据权利要求3所述的一种基于辐射温度控制的空调系统，其特征在于，所述分析模块的分析方法为：

在制冷模式下，获取室外的温度CT_out，以及室内的温度CT_in，将室外的温度CT_out与室内的温度CT_in进行比较：

当CT_out≤CT_in时，表明室内不受热辐射影响，此时不生成调控指令；

当CT_out＞CT_in时，表明室内受热辐射影响，此时生成调控指令；

在采暖模式下，获取室外的温度HT_out，以及室内的温度HT_in，将室外的温度HT_out与室内的温度HT_in进行比较：

当HT_out≥HT_in时，表明室内不受冷辐射影响，此时不生成调控指令；

当HT_out＜HT_in时，表明室内受冷辐射影响，此时生成调控指令。

5.根据权利要求4所述的一种基于辐射温度控制的空调系统，其特征在于，所述调控指令生成的方式为：

获取室内的湿度值R,以及建筑室内人数N；

在制冷模式下，打开变温可调金属天花辐射换热板内的冷回路阀门，并通过公式将变温可调金属天花辐射换热板的温度调整为T_cold；

在采暖模式下，打开变温可调金属天花辐射换热板内的热回路阀门，并通过公式将变温可调金属天花辐射换热板的温度调整为T_hot；

其中，CR为制冷模式下的标准湿度值，HR为采暖模式下的标准湿度值，S为建筑室的面积，CW为制冷模式下的标准人均面积，HW为采暖模式下的标准人均面积，α₁以及α₂为权重系数，β为温度转化系数，T为换热板内初始温度。

6.根据权利要求5所述的一种基于辐射温度控制的空调系统，其特征在于，所述系统还包括新风检测模块，所述新风检测模块用于对建筑室内的空气质量进行检测，从而判断是否对建筑室内的空气进行更换。

7.根据权利要求6所述的一种基于辐射温度控制的空调系统，其特征在于，所述新风检测模块检测的方法为：

每隔Δt时间，获取建筑室内CO₂浓度随时间变化曲线CO₂(t)，以及湿度随时间变化曲线R(t)；

通过公式求出空气质量系数J；

将获得的空气质量系数J与系统预设的标准阈值系数J_th进行比较：

若J≤J_th，则空气质量合格，不进行空气更换；

否则，空气质量不合格，进行空气更换；

其中为系统预设的标准浓度随时间变化曲线，R_v(t)为系统预设的标准湿度随时间变化曲线，ΔCO₂以及ΔR为各自的比对阈值，η₁以及η₂为比例系数。

8.根据权利要求7所述的一种基于辐射温度控制的空调系统，其特征在于，所述新风检测模块对空气进行更换的方法为：

通过公式P_add＝P+ln(N+S)(J_th-J)*k将新风空调的换风功率调整至P_add；

其中P为当前新风空调换风时的工作功率，K为功率转化系数。