采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统的制作方法

本发明属于暖通空调技术领域，具体涉及一种采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统。

背景技术：

现有技术的变冷媒流量的空调系统因使用寿命短、耗能高、运营成本高、气流感强、易产生噪音、除湿效果差、换热效率不强、冬季需要另配采暖设备。近年来，一些高档建筑在没有集中供暖的前提下，纷纷自行安装地暖系统。这类地暖系统虽然具有温度分布均匀、热感舒适、安静无声、造价不高的特点，但是这类采暖方式采用锅炉作为高品位的能源、能源利用率低、热惯性差、运行费用高。地暖设施只用于冬季，夏季闲置，初投资较大，利用率不高。

传统的辐射空调，在冬季采用辐射供暖的前提下，夏季采用辐射供冷时，地板易结露，以至于需要另配制冷设备，很多家庭陷入装得起用不起的尴尬境地。

因此，辐射空调系统便应运而生。一种采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统，能够满足大部分夏热冬冷并且没有集中供暖的地区，主要适用于大户型住宅、别墅、酒店、办公等场所。

但是现有的辐射空调系统存在能效比低、换热效果差、热惯性大、夏季易结露的问题，

技术实现要素：

为了解决以上的问题，本发明提供一种采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统，具有夏季和冬季双工况运行、夏季不结露、温湿度独立控制、舒适度高、噪音低、高效节能的特点。

为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现的：

本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统，包括总控制器，以及分别与所述总控制器连接的类型Ⅰ换热器机组、类型Ⅱ换热器机组、分集水器机组和室外机机组；所述类型Ⅰ换热器机组、室外机机组、类型Ⅱ换热器机组和分集水器机组顺次连接；所述总控制器接收类型Ⅰ换热器机组采集的送风温度信息、室内温度信息和室内湿度信息、类型Ⅱ换热器机组采集的回水干管内的回水干管温度、供水干管温度信息，室外机机组采集冷媒蒸发/冷凝温度，并且根据所述室内温度信息、室内湿度信息计算空气绝对含湿量或露点温度，自动调整供水温度和送风温度；所述类型Ⅰ换热器机组采集送风通道内的送风温度信息，并且根据与预设温度信息进行比对后的第一温差信息，按照比例自动调节送风温度；所述类型Ⅱ换热器机组采集换热器供水干管内的干管供水温度信息，并且根据该干管供水温度信息与预设温度信息比对后的第二温差信息，再结合分集水器机组采集的辐射空调的辐射回水温度信息，按照比例自动调节供水温度；所述类型Ⅰ换热器机组采集室内的室内温度信息，并且根据所述室内温度信息与预设温度信息进行比对后的第三温差信息，按照比例自动调节室内温度；所述室外机机组采集冷媒蒸气冷凝或蒸气蒸发的蒸气温度信息，并且根据所述蒸气温度信息与预设温度信息进行比对后的第四温度信息，按照比例自动调节冷媒蒸发/冷凝温度。

进一步地，所述类型Ⅰ换热器机组包括冷媒-空气换热器、风机盘管、位于风机盘管内的风机、用于采集送风通道内的送风温度信息的第一温度传感器、用于采集室内温度信息的第二温度传感器、用于采集室内湿度信息的湿度传感器、用于调节风机盘管机组内供液量的第一电子膨胀阀、用于控制风机管盘机组的第一控制器和用于输入控制信息的第一控制面板；所述风机、第一温度传感器、第二温度传感器、湿度传感器、第一电子膨胀阀、冷媒-空气换热器和第一控制面板分别与所述第一控制器连接；所述冷媒-空气换热器一端连接室外机机组内的压缩机，再通过所述第一电子膨胀阀连接至冷媒-空气换热器。

进一步地，所述第一控制器内设有第一PID运算处理模块，用于根据所述第一温差信息，按照比例调节控制风机转速和第一电子膨胀阀的开度。

进一步地，所述类型Ⅱ换热器机组包括冷媒-水换热器、水泵、用于采集换热器内回水干管内的回水温度信息的第三温度传感器、用于采集换热器内供水干管内的供水温度信息的第四温度传感器、用于调节换热器机组供液量的第二电子膨胀阀、用于控制换热器机组的第二控制器和用于输入控制信息的第二控制面板；所述第三温度传感器、第四温度传感器、第二电子膨胀阀、冷媒-水换热器、水泵和第二控制面板分别与所述第二控制器连接；所述冷媒-水换热器的一端连接所述第二电子膨胀阀，另一端连接所述水泵的一端以及所述供水干管；所述水泵的另一端连接所述回水干管。

所述分集水器机组包括辐射空调，分集水器，用于采集辐射空调内的辐射供水温度信息的第五温度传感器，用于控制分集水器供、回水量的电动水阀，用于控制分集水器机组的第三控制器和用于输入控制信息的第三控制面板；所述辐射空调、分集水器、第五温度传感器、电动水阀和第三控制面板分别与第三控制器连接；所述辐射空调的另一端与所述分集水器的一端连接；所述分集水器的一端连接有电动水阀；所述第五温度传感器位于所述辐射空调的回水支管上。

进一步地，所述第三控制器内设有第三PID运算处理模块，用于根据所述第三温差信息，按照比例调节所述电动水阀的开度。

进一步地，所述室外机机组内设有风扇、空气侧换热器、用于采集蒸气冷凝或蒸气蒸发的蒸汽温度信息的第六温度传感器、用于控制室外机机组的第四控制器和用于输入控制信息的第四控制面板；所述压缩机、风扇、空气侧换热器、第六传感器和第四控制面板分别与所述第四控制器连接；所述空气侧换热器一端连接所述压缩机，另一端连接所述类型Ⅰ换热器机组、类型Ⅱ换热器机组，再通过所述压缩机连接至空气侧换热器。

进一步地，所述第四控制器内设有第四PID运算计算模块，用于根据第四温差信息，按照比例调节风扇的转速和压缩机的容量。

进一步地，所述第二控制器内设有第二PID运算计算模块，用于根据所述第二温差信息，按照比例调节控制第二电子膨胀阀的开度。

进一步地，所述第一电子膨胀阀的开度信号和第二电子膨胀阀的开度信号，反馈至总控制器，用于估算系统冷量需求。

进一步地，所述压缩机为连续可调的变容量或变频压缩机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明末端装置包括分集水器机组和类型Ⅰ换热器机组，夏季按供冷工况运行，所述分集水器机组内的辐射供水温度为20～25℃，当室内热负荷和湿负荷很大时，风机盘管机组高速运行，当室内湿负荷很小时，关闭风机盘管机组，分集水器机组承担全部负荷，冬季按制热工况运行，冷媒的流向改变，辐射供水温度为30～35℃，开始运行时，类型Ⅰ换热器机组高速运行，并且其中冷媒流量增加，达到快速制热的目的。当室内温度达到一定的范围时，关闭风机盘管机组，室外机机组内的室外机机组在小容量运行，供水量也相应减小，分集水器机组承担全部负荷，从而实现无吹风感，同时由于分集水器机组内的辐射面积大，换热效率增加。本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统，实现采暖供冷一体化双工况运行的功能，同时也实现低能耗与高舒适度的完美结合。

2、本发明通过室内温度、室内湿度，计算空气含湿量/露点温度，控制送风温度低于室内空气的露点温度，冷却除湿。在室内湿度大时，风机盘管机组内的风速增大，其中冷媒流量也增加，加速除湿，在室内湿度小时，风机盘管机组内的风速减小，除湿减缓，其中冷媒流量增加，分集水器机组承担大部分负荷，既能实现温度和湿度独立调节，同时也保证了室内人员的舒适度。

3、本发明利用通过供水温度与设定供水温度比较，形成的第二温差信息，控制类型Ⅱ换热器机组的供水量。通过室内温度与湿度，计算空气含湿量/露点温度，保证供水温度不低于室内空气的露点温度，保持分集水器机组的干燥，避免结露。当供水温度达到设定值时，关闭类型Ⅰ换热器机组，室外机机组的容量减小，依靠水的蓄热能力，持续供冷/暖，保证室内温度的恒定，提高整个系统末端的节能效果。

4、本发明利用通过蒸气冷凝或蒸发温度与设定蒸气冷凝或蒸发温度比较，形成的第四温差信号，控制室外机机组的风速和室外机机组的容量。当室内需求量较小时，风速减小，蒸气冷凝或蒸发温度降低，实现需求与供冷或热量的自动匹配，保证人员的舒适度。

5、本发明为了保证舒适度，通过改变供水量，维持供水温度恒定。各个不同区域，温湿度都可以独立控制，根据室内需求动态调节风量、水量和冷媒流量，实现需求与供冷/热量的自动匹配，既能实现温湿度独立控制，又能保证空调系统的舒适性，提高空调系统末端的节能效果。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统的结构原理图；

图2是本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统中的类型Ⅰ换热器机组的结构原理图；

图3是本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统中的类型Ⅱ换热器机组的结构原理图；

图4是本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统中的分集水器机组的结构原理图；

图5是本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统中的室外机机组的结构原理图；

图6是本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统的控制信号走向图；

图7(a)、(b)是本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统的蒸气过热循环的温熵图和压焓图。

图中：

1：类型Ⅰ换热器机组

11：风机盘管 12：风机 13：第一温度传感器 14：第二温度传感器

15：湿度传感器 16：第一电子膨胀阀

17：第一控制器

171：第一PID运算处理模块

18：第一控制面板 19：冷媒-空气换热器

2：类型Ⅱ换热器机组

21：水泵 22：第三温度传感器 23：第四温度传感器 24：第二电子膨胀阀

25：第二控制器

251：第二PID运算处理模块

26：第二控制面板 27：冷媒-水换热器

3：分集水器机组

31：电动水阀 32：辐射空调 33：第五温度传感器

34：第三控制器

341：第三PID运算控制模块

35：第三控制面板 36：分集水器

4：室外机机组

41：压缩机 42：风扇 43：空气侧换热器 44：第六温度传感器 45：第四控制面板

46：第四控制器

461：第四PID运算控制模块

5：总控制器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统，包括总控制器5、分别与所述总控制器5连接的类型Ⅰ换热器机组1、类型Ⅱ换热器机组2、分集水器机组3和室外机机组4；所述类型Ⅰ换热器机组1、室外机机组4、类型Ⅱ换热器机组2和分集水器机组3顺次连接。

其中，所述总控制器5通过接收类型Ⅰ换热器机组1采集的送风温度信息、室内温度信息和室内湿度信息、类型Ⅱ换热器机组2采集的回水干管内的回水温度信息、供水干管温度信息，室外机机组采集冷媒蒸发/冷凝温度，并且将所述室内温度信息、室内湿度信息计算空气绝对含湿量或露点温度，自动调整供水温度和送风温度；所述总控制器通过网络与楼宇控制连接，实现远程自动控制与整个系统的平衡控制。

其中，所述类型Ⅰ换热器机组1具体包括风机盘管11、风机12、第一温度传感器13、第二温度传感器14、湿度传感器15、第一电子膨胀阀16、第一控制器17、第一控制面板18和冷媒/空气换热器；所述风机12、第一温度传感器13、第二温度传感器14、湿度传感器15、第一电子膨胀阀16、冷媒-空气换热器19和第一控制面板18分别与所述第一控制器17连接；所述冷媒-空气换热器一端连接室外机机组内的压缩机41，再通过所述第一电子膨胀阀16连接至冷媒-空气换热器19。

所述第一温度传感器13用于采集类型Ⅰ换热器机组1内送风通道内的送风温度信息；所述第二温度传感器14用于采集室内温度信息；所述湿度传感器15用于采集室内湿度信息；所述第一电子膨胀阀16用于调节类型Ⅰ换热器机组1内的供液量，其为可节流作用和通过PWM信号调节冷媒流量的膨胀阀；所述第一控制器17用于控制类型Ⅰ换热器机组1的整个运转；所述第一控制面板18作为人机交互界面，与第一控制器17采用的是双绞线无级性的带电通讯接口连接，现场安装简单，连线方便的特点，其设有显示屏和操作按键，显示屏用于显示各种温度、湿度等参数信息，所述操作按键用于输入所需温度、湿度的数值，以便达到最佳适宜温度和湿度。

其中，所述类型Ⅰ换热器机组1通过所述送风温度信息与预设温度信息进行比对后的第一温差信息，按照比例自动调节送风温度；具体是所述第一控制器17内设有的第一PID运算处理模块171，根据所述第一温差信息，按照比例调节控制风机12的转速以及第一电子膨胀阀16的开度来实现送风温度的调节。

所述类型Ⅱ换热器机组包括第三温度传感器22、第四温度传感器23、第二电子膨胀阀24、第二控制器25、第二控制面板26、冷媒-水换热器27和水泵21，所述第三温度传感器22、第四温度传感器23、第二电子膨胀阀24、冷媒-水换热器27和水泵28位于所述换热器21内部；所述第三温度传感器22、第四温度传感器23、第二电子膨胀阀24、冷媒-水换热器27、水泵21和第二控制面板26分别与所述第二控制器25连接，所述冷媒-水换热器27的一端连接所述第二电子膨胀阀24，另一端连接所述水泵21的一端以及所述供水干管；所述水泵21的另一端的连接所述回水干管。

其中，所述冷媒-水换热器27将冷媒的热量与水的热量进行交换，并且通过水泵28将集水器中的水送至冷媒-水换热器27，并且通过第三温度传感器22和第四温度传感器23进行实时监测，并且传输至所述第二控制器25，完成供水温度的调节。所述水泵28为可调节转速的变频水泵，节能高效。

所述分集水器机组3包括辐射空调32、分集水器36、用于采集辐射空调32内的辐射供水温度信息的第五温度传感器33、用于控制分集水器供、回水量的电动水阀31、用于控制分集水器机组的第三控制器34和用于输入控制信息的第三控制面板35；

所述辐射空调32的另一端与所述分集水器36的一端连接；所述分集水器36的一端连接有电动水阀31；所述第五温度传感器33安装与所述辐射空调32上；所述第五温度传感器33位于所述辐射空调32的回水支管上。

所述辐射空调、分集水器36、第五温度传感器33、电动水阀31和第三控制面板35分别与第三控制器34连接。所述第三控制器34通过所述室内温度信息与与预设温度信息进行比对后的第三温差信息，按照比例自动调节室内温度；具体是所述第三控制器34内的第三PID运算处理模块341根据所述第三温差信息，按照比例调节所述电动水阀31的开度，进而实现供水温度的自动调节，调节准确。所述电动水阀31采用的是可通过电信号阀门开度的电动二通阀。所述所有电动水阀的最大开度值控制水泵21转速。

所述室外机机组4内还设有风扇42、空气侧换热器43、用于采集蒸气冷凝或蒸气蒸发的蒸气温度信息的第六温度传感器44、用于控制室外机机组的第四控制器45和用于输入控制信息的第四控制面板46；所述空气侧换热器43一端连接所述压缩机，另一端连接所述类型Ⅰ换热器机组1、类型Ⅱ换热器机组2，再通过所述压缩机41连接至空气侧换热器43；所述压缩机41与所述冷媒-水换热器27连接；所述压缩机采用的是连续可调的变容量或变频压缩机，具体则是通过PWM信号进行容量的控制，可以实现0％-100％调节。

所述压缩机41、风扇42、空气侧换热器43、第六传感器44和第四控制面板45分别与所述第四控制器46连接；所述第四控制器46通过采集蒸气冷凝或蒸气蒸发的蒸气温度信息，并且根据所述蒸气温度信息与预设温度信息进行比对后的第四温差信息，按照比例自动调节冷媒蒸发/冷凝温度，具体地，所述第四控制器46通过其内设有的第四PID运算处理模块461，用于根据第四温差信息，按照比例调节风扇42的转速和压缩机41的容量。

对于所述类型Ⅱ换热器机组中的第二控制器25中设有的第二PID运算处理模块251，用于根据所述第二温差信息，按照比例调节控制第二电子膨胀阀24的开度。

所述第一电子膨胀阀16和第二电子膨胀阀24的开度信号，反馈至总控制器5，用于估算系统冷量需求，调节室外机组冷媒蒸发/冷凝温度。

在具体的使用过程中，所述类型Ⅰ换热器机组控制器内的第一控制器17、类型Ⅱ换热器机组控制器内的第二控制器25和总控制器5联动控制；辐射空调32面积大，室内温度场分布均匀，垂直温差小，通常在3℃左右，且低温辐射对人体作用轻柔温和。整个系统在夏季，室温可比传统空调高1-2℃，冬季低1-3℃而有同样的舒适性，并且采暖供冷能耗较大幅度降低。

室内只有少量的送风甚至无送风，吹风感不明显，不会造成温度剧烈波动。夏季制冷时地板辐射供冷围护结构温度在22-24℃，不像风冷式空调存在过冷表面致空气中的水蒸气不断脱失，室内相对湿度可以控制在40％-60％，舒适、高效、节能。

本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统，可实现夏季供冷和冬季采暖双工况运行，辐射空调中采用水作为换热媒介，由于水的比热容大，蓄热好，在一定时间内可以持续供冷/暖，安全，经济、舒适、节能。冷媒蒸气制冷循环如图3所示。在制冷循环中，蒸气理论循环1-2-3-4-5-1，而本发明冷媒蒸气在蒸发器内已经过热，蒸气过热的制冷循环1`-2`-3-4-5-1`，在过热循环中，单位质量的制冷量增加，单位压缩功不变，故制冷装置的制冷系数增加，系统高效节能。

建筑热环境的舒适度取决于空气的温度、湿度、温差大小、气流速度和室内平均辐射温度等因素。在正常情况下，人体的核心温度在37.5℃左右，人体产生的热量约45％以辐射方式散发，对流散热占30％，蒸发散热25％，辐射换热对人体的舒适感影响较大。与传统风冷对流换热空调相比，本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统增大了人体的瞬时辐射换热，更利于营造舒适度较高的建筑热环境。

本发明通过送风温度信号与设定送风温度信号控制风机盘管11的送风量，同时供水温度信号与设定温度供水信号控制第一电子膨胀阀16的开度，冷媒蒸气冷凝/蒸发温度信号，控制室外机机组4中风扇42转速以及压缩机41容量；根据室内需求换热量动态调节风量、冷媒流量与供水量，实现需求与供冷量的自动匹配、送风量与冷媒流量的自动匹配、供水量与冷媒流量的自动匹配，既能适应不同工况的要求，又能实现温湿度独立控制，保证系统的舒适性，提高空调系统末端的节能效果。

需要说明的是：本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统，其中所述类型Ⅰ换热器机组1和类型Ⅱ换热器机组2的数目可以是若干个，具体根据实际需求而定。

具体地，结合以上对于本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统结构和原理做了详细说明，对于其具有的优势和特点，具体如下：

1、本发明末端装置包括辐射空调32和风机盘管11，夏季按供冷工况运行，所述辐射空调32内的辐射供水温度为20～25℃，当室内热负荷和湿负荷很大时，风机盘管机组高速运行，当室内湿负荷很小时，关闭风机盘管机组，辐射空调32承担全部负荷，冬季按制热工况运行，冷媒的流向改变，辐射供水温度为30～35℃，开始运行时，风机盘管11高速运行，并且其中冷媒流量增加，达到快速制热的目的。当室内温度达到一定的范围时，关闭风机盘管机组，室外机机组内的压缩机41在小容量运行，供水量也相应减小，辐射空调32承担全部负荷，从而实现无吹风感，同时由于辐射空调32内的辐射面积大，换热效率增加。本发明所述的采用双类型换热器的变冷媒流量的辐射空调系统，实现采暖供冷一体化双工况运行的功能，同时也实现低能耗与高舒适度的完美结合。

2、本发明通过室内温度、室内湿度，计算空气含湿量/露点温度，控制送风温度低于室内空气的露点温度，冷却除湿。在室内湿度大时，风机盘管机组内的风速增大，其中冷媒流量也增加，加速除湿，在室内湿度小时，风机盘管机组内的风速减小，除湿减缓，其中冷媒流量增加，辐射空调32承担大部分负荷，既能实现温度和湿度独立调节，同时也保证了室内人员的舒适度。

3、本发明利用通过供水温度与设定供水温度比较，形成的第二温差信息，控制类型Ⅱ换热器机组的供水量。通过室内温度与湿度，计算空气含湿量/露点温度，保证供水温度不低于室内空气的露点温度，保持辐射空调32的干燥，避免结露。当供水温度达到设定值时，关闭风机盘管11，室外机机组的容量减小，依靠水的蓄热能力，持续供冷/暖，保证室内温度的恒定，提高整个系统末端的节能效果。

4、本发明利用通过蒸气冷凝或蒸发温度与设定蒸气冷凝或蒸发温度比较，形成的第四温差信号，控制室外机机组的风速和压缩机41的容量。当室内需求量较小时，风速减小，蒸气冷凝或蒸发温度降低，实现需求与供冷或热量的自动匹配，保证人员的舒适度。

5、本发明为了保证舒适度，通过改变供水量，维持供水温度恒定。各个不同区域，温湿度都可以独立控制，根据室内需求动态调节风量、水量和冷媒流量，实现需求与供冷/热量的自动匹配，既能实现温湿度独立控制，又能保证空调系统的舒适性，提高空调系统末端的节能效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。