一种内嵌管式间歇供冷装置及其调控系统的制作方法

本实用新型涉及节能空调技术领域，具体涉及一种内嵌管式间歇供冷装置及其调控系统。

背景技术：

目前，辐射系统大致分为三类：辐射冷却板(RCP)、嵌入式表面冷却系统(ESCS)和热激活建筑系统(TABS)即内嵌管式围护结构辐射供冷系统，又称混凝土辐射系统。

内嵌管式围护结构辐射供冷系统也称为TABS系统(Thermally activated building system),其管道内嵌于围护结构如混凝土板中。该系统由于较高的舒适度和较低的能耗在工程应用中日益增长。由于其结构部件的高蓄热能力，运行控制不同于常规空调系统。内嵌管式围护结构供冷构件的蓄放热特性使得间歇调节具有优越性，其冷延迟特性可使间歇运行的围护结构供冷系统在保持室内温度稳定的基础上发挥其节能效果。

针对内嵌管式围护结构辐射供冷系统现有工程案例的分析，其控制方式较单一，大多采用常规辐射供冷系统的控制方式即工作时间开启，不工作时间关闭，对于内嵌管式围护结构辐射供冷系统采用常规的控制方式并不能有效发挥该系统的优越性和节能潜力，由于结构部件的高蓄热性能，当房间内外扰发生变化时，室内温度不能及时响应，因此人员舒适性并不能得到有效保证。

技术实现要素：

为了解决内嵌管式围护结构辐射供冷系统目前控制方式不能充分发挥结构部件的高蓄热性能及夜间过冷的问题，本实用新型提出一种内嵌管式间歇供冷调控装置及其调控系统，该间歇供冷调控装置不仅可以充分发挥该系统的优越性和节能潜力，而且可以有效保证人员的舒适性，对于办公建筑尤其适用。

为达到上述目的，本实用新型所述一种内嵌管式间歇供冷装置，包括分水装置，分水装置一端与进水管连接，另一端与多路供水支管入口连接，供水支管出口与供冷回路的一端连接，所述供冷回路镶嵌在围护结构的混凝土中构成辐射供冷板，供冷回路的另一端连接回水支管，集水装置将多路回水支管汇集，输出一路出水管，所述出水管的出口与循环水泵的进水管连接。

所述循环水泵采用可以实现间歇启停控制功能的循环水泵。

所述围护结构包括混凝土主体结构、矿物棉、水泥砂浆及抹平层，所述矿物棉设置在混凝土主体结构和水泥砂浆之间，水泥砂浆上层设置有抹平层。

所述辐射供冷板设置在房间顶层围护结构中。

所述供冷回路由供水支管往复排列形成，管间距为150～200mm。

所述单个供冷回路总长≤120mm。

所述供水支管和回水支管为交联聚乙烯管。

一种对内嵌管式间歇供冷装置进行调控的系统，包括设置在辐射板表面的第一温度传感器，设置在房间中的第二温度传感器和露点温度传感器，所述第一温度传感器、第二温度传感器和露点温度传感器的输出端分别连接DDC控制器的不同输入接口，DDC控制器的输出端连接循环水泵的控制信号接收端。

所述第一温度传感器用于采集供冷辐射板表面温度并将采集到的温度信号实时传递至DDC控制器；第二温度传感器用于采集室内空气温度并将采集到的温度信号实时传递至DDC控制器；DDC控制器用于接收第一温度传感器、第二温度传感器和露点温度传感器传递的温度信号，并将接收到的温度信号与整定值比较，根据比较结果输出控制信号以控制循环水泵的启动或停止，进而控制室内温度。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益的技术效果，构成供冷回路的管道直接埋在围护结构主体中构成辐射供冷板，使混凝土成为空调装置的一部分参与房间热环境耦合作用，而传统空调末端形式直接与房间空气进行热交换，没有利用混凝土的高蓄热性能，辐射供冷板利用供冷回路所携带的冷量首先与周围混凝土进行导热传热，混凝土吸收冷量后再与房间进行辐射换热，可有效降低房间围护结构表面温度，增强人体和围护结构表面间的辐射换热，进而调节房间温度，可获得较高的舒适性，对于人员上下班规律的办公建筑，内嵌管式围护结构辐射供冷系统可以充分利用夜间低廉电价，同时也为使用夜间室外温度较低所获得的免费冷源提供了潜在可能性。

所述循环水泵采用可以实现间歇启停控制功能的循环水泵，进行间歇供冷，可以在满足室内人员舒适度的条件下，节约能源。

进一步的，围护结构包括混凝土主体结构、矿物棉、水泥砂浆及抹平层，所述矿物棉设置在混凝土主体结构和水泥砂浆之间，水泥砂浆上层设置有抹平层，由于混凝土主体结构热阻很大，水泥砂浆具有较好的蓄热性能，传热过程缓慢，决定了该装置具有较好的热惰性及冷延迟特性，该装置利用混凝土主体结构的热阻很大的特性，储存冷量，实现夜间蓄冷，白天释冷即“移峰填谷”的工作方式，具有较好的经济效益。

进一步的，辐射供冷板设置在房间顶层围护结构中使房间垂直温度梯度不至过大，同时保持室内人体“头冷脚暖”，符合人体的生理和心理需求，可使头脑保持清醒脚部又不至过凉，使房间具有较好的热辐射对称性，提高人员舒适性，获得较高的满意率。

进一步的，供冷回路由供水支管往复排列形成，管间距为150～200mm，以保证供冷回路的供冷能力。

进一步的，单个供冷回路总长≤120mm，以保证整体水力平衡性。

进一步的，进水管、供水支管、出水管和回水支管为交联聚乙烯管，交联聚乙烯管(PEX)具有卓越的耐热耐寒性能，高温下热强度很高，优秀的耐低温韧性，加热不熔融等优点。

进一步的，一种对内嵌管式间歇供冷装置进行调控的系统，包括设置在辐射板表面的第一温度传感器，设置在房间中的第二温度传感器和露点温度传感器，第一温度传感器、第二温度传感器和露点温度传感器的输出端分别连接DDC控制器的不同输入接口，DDC控制器的输出端连接循环水泵的控制信号接收端。

进一步的，第一温度传感器用于采集供冷辐射板表面温度并将采集到的温度信号实时传递至DDC控制器；第二温度传感器用于采集室内空气温度并将采集到的温度信号实时传递至DDC控制器；DDC控制器用于接收第一温度传感器、第二温度传感器和露点温度传感器传递的温度信号，并将接收到的温度信号与整定值比较，根据比较结果输出控制信号以控制循环水泵的启动或停止，进而控制室内温度，夜间供冷期时，由于房间湿负荷较小，露点温度相对较低，系统采用基于露点温度控制供水温度时会导致房间夜间过冷，当DDC控制器接收到的室内空气温度低于整定值时，DDC控制器15发出控制信号，关闭循环水泵，避免房间过冷；

进一步的，为了防止供冷板辐射板表面结露，第一温度传感器12和室内露点温度传感器13把温度信号实时传递至DDC控制器15，由通过DDC控制器15将这两个温度进行比较，当辐射供冷板的表面温度减去室内露点温度的值小于安全温度2℃时，DDC控制器15发出控制命令，关闭循环水泵10，停止供冷，以防止辐射板供冷板结露。

利用TRNSYS商业能耗软件进行计算模拟仿真，研究在不同间歇运行控制方案下的房间热动态相应及系统能耗，结果表明系统运行蓄冷时间分布在00:00-08:00时，房间动态热响应及能耗可得最佳效果，所以本装置采用在00:00-08:00蓄冷，08:00-17:00释冷的工作方式，可充分利用混凝土的高蓄热性能及热惰性，夜间系统运行利用低廉的电价向混凝土蓄冷，白天关闭循环水泵，利用夜间储存在混凝土中的冷量通过辐射作用来调节房间温度，大大降低了能耗。

由于供冷回路的管道外壁与周围混凝土的导热传热速率高于混凝土与房间的辐射换热速率，通过DDC控制器15控制循环水泵10的间歇启停控制，即采用开启15min然后关闭45min间歇运行的方式工作，可充分发挥混凝土结构的高蓄热能力，同时节省水泵的耗电量。

附图说明

图1为本实用新型围护结构主体剖面图；

图2为供冷回路示意图；

图3为本实用新型调控系统示意图；

附图中：1、抹平层；2、水泥砂浆；3、矿物棉；4、混凝土主体结构；5、供冷回路；6、供水支管；7、回水支管；8、围护结构；9、集水装置；10、循环水泵；11、分水装置；12、第一温度传感器；13、露点温度传感器；14、第二温度传感器；15、DDC控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明，但本实用新型的保护范围不限于此。

参照图1至图3，一种内嵌管式间歇供冷装置包括分水装置11，分水装置11一端与进水管连接，另一端与多路供水支管6入口连接，供水支管6出口与供冷回路5的一端连接，所述供冷回路5镶嵌在围护结构8的混凝土中构成辐射供冷板，供冷回路5的另一端连接回水支管7，集水装置9将多路回水支管7汇集，输出一路出水管，所述出水管的出口与可以实现间歇启停控制功能的循环水泵10的进水管连接。

参照图1，所述围护结构包括混凝土主体结构4、矿物棉3、水泥砂浆2及抹平层1，矿物棉3设置在混凝土主体结构4和水泥砂浆2之间，水泥砂浆2上层设置有抹平层1，所述辐射供冷板设置在房间顶层围护结构中，直接作用于房间，其中混凝土主体结构4具有较大的蓄热/冷能力及热/冷惰性，能够储存较多热/冷量，矿物棉3具有保温功能，防止混凝土储存的热/冷量向相邻房间散失，抹平层1可保证结构表面的平整性和光滑性，能够充分利用混凝土的高蓄热性能及热惰性，夜间可利用低廉的电价向混凝土蓄热/冷，白天关闭水泵，利用夜间储存在混凝土中的热/冷量通过辐射作用来调节房间温度。

参照图2，供水支管6在混凝土主体结构4中往复排列，供冷回路中相邻的供水管间距为150～200mm，以保证具有较大的供冷能力，单个供冷回路管道总长度≤120mm，以防止系统水利失调，所述供水管中的水为高温冷水，其温度为17℃～19℃，供冷回路所用的管道为交联聚乙烯管(PEX)具有卓越的耐热耐寒性能，高温下热强度很高，优秀的耐低温韧性，加热不熔融及寿命长等优点。

所述内嵌管式间歇供冷装置的调控系统包括设置在辐射板表面的第一温度传感器12，设置在房间中的第二温度传感器14和露点温度传感器13，所述第一温度传感器12、第二温度传感器14和露点温度传感器13的输出端分别连接DDC控制器15的不同输入接口，DDC控制器15的输出端连接循环水泵10的控制信号接收端。

第一温度传感器12用于采集供冷辐射板表面温度并将采集到的温度信号实时传递至DDC控制器15；第二温度传感器14用于采集室内空气温度并将采集到的温度信号实时传递至DDC控制器15；DDC控制器用于接收第一温度传感器12、第二温度传感器14和露点温度传感器13传递的温度信号，并将接收到的温度信号与整定值比较，根据比较结果输出控制信号以控制循环水泵10的启动或停止，进而控制室内温度。

利用TRNSYS能耗软件进行计算模拟仿真，研究不同间歇运行控制方案下的房间热动态相应及系统能耗，分别模拟连续24h供冷，12h供冷(20:00-8:00)，8h供冷(00:00-8:00)，6h供冷(2:00-8:00)时房间动态响应及能耗，结果表明：系统运行蓄冷时间分布在00:00-08:00时，房间动态热响应及能耗效果最佳，所以将本内嵌管式间歇供冷装置的调控系统预设的蓄冷时间为00:00-08:00，释冷时间为08:00-17:00。

由于供冷回路管道外壁和混凝土主体结构的导热传热速率大于混凝土主体结构向房间的辐射换热速率，因此循环水泵在每一个蓄冷周期内采用开启15min然后关闭45min间歇运行的方式工作，直至蓄冷结束，这样可以使供冷回路所携带的冷量最大限度的传到混凝土主体结构中，从而提高系统整体冷量利用率，提高主机COP(能效比)值。

优选的，进水管、供水支管、出水管和回水支管为交联聚乙烯管。

优选的，DDC控制器和所有传感器之间通过2芯无极性双绞线连接具有抗干扰能力强、传输距离远、布线容易、价格低廉等优点。

优选的，DDC控制器选用霍尼韦尔生产的XCL8010型DDC控制器，温度传感器选用Sensirion公司的SHT15型温湿度传感器，露点温度传感器选用北京中慧天诚科技有限公司的YYJ/JHF-03L型湿度传感器。

内嵌管式间歇供冷装置的调控系统，实时控制过程如下：

系统预设的蓄冷时间为00:00-08:00，释冷时间为08:00-17:00，且在循环水泵运行期间，采用开启15min然后关闭45min间歇运行的方式工作。

同时，第一温度传感器12和室内露点温度传感器13把温度信号实时传递至DDC控制器15，由通过DDC控制器15将这两个温度进行比较，当辐射供冷板的表面温度减去室内露点温度的值小于安全温度2℃时，DDC控制器15发出控制命令，关闭循环水泵10，停止供冷，以防止辐射板供冷板结露；第二温度传感器14将采集到的室内空气温度信号实时传递至DDC控制器15，在夜间，当DDC控制器15接收到的室内空气温度低于23℃时，DDC控制器15发出控制命令，关闭循环水泵10，停止供冷，防止房间夜间过冷引起能源的浪费；当室内空气温度高于28℃时，DDC控制器15发出控制命令，开启循环水泵10，继续采用开启15min然后关闭45min间歇运行的方式工作，将室内温度保持在一定范围内。