基于间歇可供热供冷的能源梯级对流辐射耦合末端系统

本发明涉及间歇供暖和供冷，尤其涉及一种基于间歇可供热供冷的能源梯级对流辐射耦合末端系统。

背景技术：

1、如今的办公建筑和农村建筑由于人员不是全部时间在建筑内，因此该类型建筑适合间歇供暖或供冷进行分时段的供暖或供冷，以减少能源浪费。间歇供暖和供冷中常采用以空调和风机盘管为代表的对流末端和以散热器和辐射板为代表的辐射末端作为供暖或供冷的主要供热末端调节室内温度。间歇供暖或供冷要求快速升温或降温和保持室内热舒适。当对流末端单独运行时，虽然室内温度升温或降温较快，但是室内温度由于较强的强制对流而引起的室内温度分布不均匀，导致热舒适较差，而且由于对流末端的热惯性较差，当停止运行时，室内温度下降或上升较快，再次加热时的初始温度较低或高。当辐射末端单独运行时，虽然室内热舒适较好，但是升温或降温较慢，无法满足间歇供暖或供冷的快速升温或降温的要求。因此将对流末端和辐射末端进行耦合形成对流辐射耦合末端既可以兼顾对流辐射的快速升温或降温的优点，也可以拥有辐射末端较好的热舒适性的优点。因此需要开发一种利用梯级能源利用，适用于间歇供暖或供冷的可切换模式的对流辐射耦合末端系统。

2、中国专利授权公告号：cn114396674b公开了一种对流和辐射双效分区控温办公桌。该发明公开了一种对流或辐射双效分区控温办公桌，在桌面上方设置条缝形百叶风口，下方设置弧形电热型辐射板；条缝形百叶风口朝向办公人员呼吸区域处，条缝形百叶风口与新风管道直接连接，弧形电热型辐射板的轴向竖向，其内弧面朝向办公人员腿部区域处；弧形电热型辐射板通过旋转铰链机构安置，以使得其能够旋转调整其内弧面的朝向位置。该发明具有桌面上对流送新风、桌面下辐射供暖功能，可对桌面上下区域进行分段控温。在冬季供暖状态下，通过百叶风口向人体呼吸区提供新风，有助于保障人体健康并提高工作效率。弧形电热型辐射板对人体腿部进行加热，符合人体在冬季“脚暖头凉”的舒适性要求，且相较全空间无差别供暖更为节能。

3、中国专利申请公开号：cn108562032a公开了一种辐射与对流耦合换热统一末端，该发明提供了具体涉及一种辐射与对流耦合换热统一末端，包括末端本体，辐射换热组件、对流换热组件、供回水组件；所述辐射换热组件安置在末端本体的外侧面，包括辐射换热板，所述辐射换热板内部设有供换热介质流动的腔体，所述辐射换热组件内部的腔体与供回水组件相连通，所述对流换热组件安置在末端本体内部，包括对流换热管、翅片，所述对流换热管的两端分别与上述腔体和供回水组件相连通，所述末端本体的内部设有风机。该发明的有益效果是：统一末端结构简单、整体紧凑，占用空间小，并具有较高的换热效率，充分发挥对流、辐射两种换热方式的优势互补，能够灵活应对不同室内舒适性要求。

4、但是，上述方法存在以下问题：无法有效根据空气流动情况结合房间内人员和设备进行有针对性的供热或供冷，无法针对房间内不同区域的温度需求进行供热或供冷。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于间歇可供热供冷的能源梯级对流辐射耦合末端系统，用以克服现有技术中无法有效根据空气流动情况结合房间内人员和设备进行有针对性的供热或供冷，无法针对房间内不同区域的温度需求进行供热或供冷的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于间歇可供热供冷的能源梯级对流辐射耦合末端系统，包括：

3、规划单元，其用以根据初始房间的三维模型以及根据初始房间的物理特性，确定所述初始房间内的初始空气流动情况，并形成对应的指导模型；

4、安装单元，其与所述规划单元相连，用以响应所述指导模型安置对流末端设备和辐射末端设备，并形成对应的运行房间；

5、传感单元，其与所述安装单元相连，用以根据所述运行房间检测所述运行空气流动情况，并对流动热源进行检测，包括，检测所述运行房间内各区域的发热设备数量，以及检测所述运行房间内各区域的人数；

6、对比单元，其分别与所述规划单元和所述传感单元相连，用以将初始房间的所述空气流动情况与运行房间的所述空气流动情况进行对比，根据对比结果判定热源或冷源的供热总量或供冷总量是否达标并更新所述三维模型作为新的指导模型；

7、调控单元，其分别与所述传感单元和所述对比单元相连，用以根据所述空气流动情况和所述运行房间内不同区域的温度需求划分所述运行房间内不同区域的类型，以及根据所述运行房间内各区域的人数和所述运行房间内各区域的发热设备的数量切换所述对流末端设备和所述辐射末端设备不同的运行工况，包括，

8、在判定热源或冷源的所述供热总量或所述供冷总量未达标的状态下，开启水源热泵的电加热辅助装置或制冷辅助装置；

9、在不同时段切换所述对流末端设备和所述辐射末端设备不同的运行工况；

10、在不同所述运行工况下将各运行设备串联工作；

11、其中，所述物理特性包括房间尺寸、门窗位置和外热源分布；

12、空气流动情况包括空气流动速度、空气流动方向和温度分布；

13、所述流动热源由所述发热设备数量与所述人数构成，所述发热设备为在自身运行过程中向周围环境释放热量的设备。

14、进一步地，还包括：

15、所述对流末端设备，其包括风机盘管，其与所述调控单元相连，用以与所述运行房间内的空气进行对流换热；

16、所述辐射末端设备，其包括散热器和墙壁辐射板，其分别与所述调控单元和所述对流末端设备相连，用以与所述运行房间内的空气进行辐射换热。

17、进一步地，所述规划单元根据所述初始房间的所述三维模型以及根据所述初始房间的所述物理特性，确定所述初始房间内的所述初始空气流动情况，其中，

18、将所述初始房间的所述物理特性设置到所述三维模型中，

19、将所述三维模型按照所述空气流动速度进行网格划分，

20、计算得到各网格内的所述空气流动情况并绘制空气流线图。

21、进一步地，所述安装单元响应所述指导模型安置对流末端设备和辐射末端设备，其中，

22、所述墙壁辐射板安置在无所述外热源分布一侧墙壁上；

23、所述散热器安置在所述门窗位置处；

24、根据所述房间尺寸安置所述风机盘管；

25、其中，所述外热源为所述初始房间外部的能够产生热量并对所述初始房间内部热环境产生影响的热源。

26、进一步地，所述调控单元根据所述空气流动情况和所述运行房间内不同区域的温度需求划分所述运行房间内不同区域的类型，其中，

27、若区域内空气平均流速大于或等于预设流速值且区域内温度需求范围差值小于预设温度差值，则所述调控单元划分该区域为温度敏感区；

28、若区域内空气平均流速大于或等于所述预设流速值且区域内温度需求范围差值大于或等于所述预设温度差值，则所述调控单元划分该区域为温度宽容区；

29、若区域内空气平均流速小于所述预设流速值且区域内温度需求范围差值小于所述预设温度差值，则所述调控单元划分该区域为温度特别需求区；

30、若区域内空气平均流速小于所述预设流速值且区域内温度需求范围差值大于或等于所述预设温度差值，则所述调控单元划分该区域为温度恒定区；

31、所述预设流速值与房间的物理特性有关，所述预设温度差值与房间不同区域的用途有关。

32、进一步地，所述调控单元根据所述运行房间内各区域的人数和所述运行房间内各区域的发热设备的数量耦合计算出所述运行房间内各区域的供能参数。

33、进一步地，所述调控单元在划分所述运行房间内单个区域为所述温度敏感区的状态下，将该区域的所述供能参数与预设供能参数进行比较，根据比较结果切换该区域内所述对流末端设备和所述辐射末端设备不同的运行工况，其中，

34、若所述供能参数小于所述预设供能参数，则运行散热器单独运行工况；

35、若所述供能参数大于或等于所述预设供能参数，则运行全设备运行工况；

36、所述预设供能参数与运行房间面积呈正相关，所述运行工况包括风机盘管单独运行工况、所述散热器单独运行工况、墙壁辐射板单独运行工况、散热器和风机盘管耦合运行工况、风机盘管和墙壁辐射板耦合运行工况、散热器和墙壁辐射板耦合运行工况和所述全设备运行工况，所述全设备运行工况为散热器、风机盘管和墙壁辐射板耦合运行工况。

37、进一步地，所述调控单元在划分所述运行房间内单个区域为所述温度宽容区的状态下，将该区域的所述供能参数与所述预设供能参数进行比较，根据比较结果切换该区域内所述对流末端设备和所述辐射末端设备不同的运行工况，其中，

38、若所述供能参数小于所述预设供能参数，则运行所述墙壁辐射板单独运行工况；

39、若所述供能参数大于或等于所述预设供能参数，则运行所述散热器和风机盘管耦合运行工况。

40、进一步地，所述调控单元在划分所述运行房间内单个区域为所述温度特别需求区的状态下，将该区域的所述供能参数与所述预设供能参数进行比较，根据比较结果切换该区域内所述对流末端设备和所述辐射末端设备不同的运行工况，其中，

41、若所述供能参数小于所述预设供能参数，则运行所述风机盘管单独运行工况；

42、若所述供能参数大于或等于所述预设供能参数，则运行所述风机盘管和墙壁辐射板耦合运行工况。

43、进一步地，所述调控单元在划分所述运行房间内单个区域为所述温度恒定区的状态下，则运行所述散热器和墙壁辐射板耦合运行工况。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明的系统通过设置三维模型结合房间的物理特性模拟出房间空气流动情况，通过模拟空气流动与温度场的相互作用，能够预测室内不同区域的温度分布情况，进而调整通风和空调系统，避免出现局部过热或过冷的区域，为人们创造更加舒适的热环境，提高室内人员的热舒适度，进而根据空气流动情况进行设备安置，当依据房间内空气流动方向和特性来安置空调设备时，空调设备吹出的冷热空气能够借助自然气流更均匀地在室内扩散，通过精准把握空气流动规律来安置空调设备，能避免因冷热空气无法有效扩散而导致空调设备长时间高功率运行的情况，在合理安置后，冷热空气均匀分布，只需消耗相对较少的能量就能维持稳定舒适的室内温度，起到节能减排的作用，有效提升了基于间歇可供热供冷的能源梯级对流辐射耦合末端系统的准确性和实用性。

45、进一步地，本发明的系统通过将散热器、风机盘管和墙壁辐射板串联组合形成对流辐射耦合末端系统，可以兼具对流末端的快速升温或降温的效果以及辐射末端的舒适性较好且热惯性较大的效果，并且可以任意切换供热或供冷工况，满足各种场景的间歇供暖或供冷的要求，此外，该系统利用能源梯级利用理论，使能源利用率提高，并且适用更多样式的能源，能源梯级利用充分体现了对有限能源资源的珍惜和高效利用，通过尽可能地延长每一份能源的使用链条，减少能源浪费，进一步提升了基于间歇可供热供冷的能源梯级对流辐射耦合末端系统的准确性和实用性。

46、进一步地，本发明根据空气流动情况和运行房间内不同区域的温度需求划分运行房间内不同区域的类型，通过这样的划分，能够清晰地知晓每个区域具体的温度需求特点，进而可以采取针对性的温度调节措施，例如在大型办公场所中，靠近窗户的区域受阳光照射影响，温度需求可能相对较低，而室内中间部分人员聚集较多，温度需求适中，将这些区域分别归类后，就可以通过调节不同区域的空调出风口风量、风速及温度设定等，精准地满足各区域期望的温度条件，避免出现部分区域过冷或过热的情况，整体提升室内人员的热舒适度，同时按照实际温度需求来划分区域并进行调控，避免了对整个房间进行过度制冷或制热来满足个别区域特殊温度需求的情况，减少了不必要的能源消耗，进一步提升了基于间歇可供热供冷的能源梯级对流辐射耦合末端系统的准确性和实用性。

47、进一步地，本发明根据房间各区域的人员情况和发热设备的情况来调整不同区域的设备运行工况，不同区域人员数量不同，人体散热情况也各异，同时发热设备的存在会额外增加热量散发，通过针对性地调整空调运行工况，比如在人员密集区域适当加大制冷量，确保人员所处环境温度适宜，避免因人员过多导致的闷热感；而对于有发热设备的区域，根据设备发热量合理调节空调的制冷功率，使该区域温度维持在合适范围，让身处其中的工作人员感觉舒适，有效提升了整个房间内不同区域人员的热舒适度，根据实际情况进行调整后，可使各区域温度均衡，不会出现局部冷热差异过大的情况，营造出更加舒适、宜人的室内环境，依照各区域的实际热量产生情况来调控空调，能够避免对整个房间进行过度制冷或制热，对于放置少量发热设备且人员稀疏的区域，不需要按照人员密集且无发热设备的区域那样高强度制冷，从而精准控制空调能耗，减少不必要的能源消耗，进一步提升了基于间歇可供热供冷的能源梯级对流辐射耦合末端系统的准确性和实用性。