室内热环境柔性调节方法与流程

1.本发明涉及建筑节能环保运营技术领域，尤其涉及室内热环境柔性调节方法。


背景技术：

2.随着人们生活水平的提高，对室内温湿度环境的舒适度要求越来越高。传统的空调系统由于采用统一的集中式冷源，缺乏对不同房间需求的细致照顾，导致不同房间之间及房间内部存在温度波动和不均匀的问题。而且传统空调系统在运行方式上缺乏灵活性，无法有效响应电价和可再生能源的时序变化，降低系统能效。
3.近年来，建筑供暖空调系统向分布式发展，出现了地面辐射、墙面辐射、置舒系统等分布式终端。这些系统可以形成房间内部的热舒适环境，但终端类型单一，对系统运行的优化程度不高。另外，中央空调系统与分布式系统之间缺乏有效衔接，无法实现两者协同高效运行。
4.另外，从能源利用角度看，现有技术未能实现不同能源品位梯度的匹配利用，也未考虑负荷端的品位特征；从而导致能量转换和传递过程中效率低下。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种既能实现精细化的室内环境控制，又能优化利用时序资源，实现建筑全生命周期节能减排的柔性空调技术，以进一步提高建筑节能与室内舒适性。
6.本发明的技术方案包括：
7.室内热环境柔性调节方法，包括：
8.在建筑内起居空间的墙体和地板设置预埋水管，将埋设了水管的墙体和地板作为蓄能终端；将蓄能终端的温度作为第一参数；
9.在起居空间和非起居空间中分别设置第一和第二温度调节终端；
10.在各起居空间中设置房间循环水泵，用于连通蓄能终端与第一温度调节终端，实现内部水循环；
11.在同一楼层中设置楼层循环水泵，用于连通所有蓄能终端和第二温度调节终端，实现楼层内水循环；
12.设置空调主机为第一冷热源端；设置冷却塔为第二冷热源端；设置地热能交换系统为第三冷热源端；
13.所述室内热环境柔性调节方法包括在夜间电价低谷时，按能源梯度从高到低有以下四级蓄能操作：
14.利用夜间室外的空气与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；
15.利用第三冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；
16.利用第二冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；
17.利用第一冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；
18.当上一级的蓄能操作不能满足蓄能需求时，维持当前的蓄能操作继续运行，并启动下一级的蓄能操作，直到满足蓄能需求为止；
19.所述蓄能需求是指目标起居空间的第一参数与预设温度的差值。
20.在一些较优的实施例中，还包括：对于不同的起居空间，根据使用程度设置不同的预设温度。
21.在一些较优的实施例中，还包括以下放能操作：
22.对于单一起居空间，利用房间循环水泵实现蓄能终端与第一温度调节终端的热交换；
23.对于非起居空间，利用楼层循环水泵实现蓄能终端与第二温度调节终端的热交换；
24.对于空闲起居空间和运行起居空间，利用楼层循环水泵，实现空闲起居空间中的蓄能终端与运行起居空间的第一温度调节终端的热交换。
25.在一些较优的实施例中，对单一起居空间还包括：设置第三温度调节终端靠近人员密集处，并利用房间循环水泵实现蓄能终端与第三温度调节终端的热交换，建立局部热舒适区。
26.在一些较优的实施例中，所述室内热环境柔性调节方法包括制冷模式和制热模式；
27.在制冷模式下，所述第一温度调节终端和第二温度调节终端包括制冷用的干式盘管和除湿用的除湿盘管；
28.在制热模式下，所述第一温度调节终端和第二温度调节终端包括制热的散热器。
29.在一些较优的实施例中，按负荷品位的高低有以下从低到高的蓄能需求：
30.墙体负荷，指墙体自身的温度调节负荷；
31.室内显热负荷，指满足室内人员舒适体感的温度调节负荷；
32.新风显热负荷，指满足室内新风工作需求的温度调节负荷。
33.在一些较优的实施例中，在制冷模式下，新风显热负荷之后还包括：潜热负荷，指满足室内除湿工作需求的温度调节负荷。
34.有益效果
35.本发明实现了对不同房间及房间内不同位置的负荷需求进行细致满足，提高了室内热舒适性；通过蓄冷蓄热平移电负荷，优化调度各种冷热源，提高了系统能效比；采用品位匹配的设计理念，提高了冷热源与负荷端的匹配程度，减少了转换损耗；实现了中央系统与分布系统的有效衔接，协调运行，扩大了系统调节范围；采用水体+墙体的蓄能方式增加了系统储能容量，提高了系统灵活性。与现有普通空调系统相比，提供了更高水平的节能减排效果和绿色环保效果。
36.进一步的是，利用本发明所提供的柔性室内环境温湿度调节方法使负荷平移后，可实现需求侧主动响应电网的运行调节；通过峰谷电价实现运行节能；在夏季时，夜间室外
热环境优于白天，可提升空调主机运行效率，从而实现节能；按墙体负荷、室内显热、新风显热、新风潜热的负荷品位差异处理不同负荷，充分利用自然能源，可实现节能；墙体埋管+干盘管+除湿盘管的负荷处理方式，还可提高室内热舒适性。
附图说明
37.图1为本发明一种较优实施例中按能源梯度进行蓄能操作的方法流程示意图；
38.图2为本发明另一种较优实施例中进行放能操作的方法流程示意图；
39.图3为本发明一种较优实施例中按负荷品位的高低确定蓄能需求的方法流程示意图；
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.如图1所示，本实施例给出了一种室内热环境柔性调节方法，包括：
42.在建筑内起居空间的墙体和地板设置预埋水管，将埋设了水管的墙体和地板作为蓄能终端；其中，本发明中的冷热量存储均是通过预埋在墙体和地板中的水体与各冷源端的热交换后，与墙体和地板一道实现冷热量的存蓄，此种蓄能方式的效率与建筑本身的热惰性、蓄能性能，水体的蓄能性能、热络性，以及室内空间的蓄能、放能性能都有较大的关系。预埋水管蓄能方式的效率，与建筑材料的热惰性、水管布置方式、水体流动速率等诸多因素有关。优化这些因素可以提高蓄能效率，但考虑到具体实施的灵活性，本发明在这些方面不作限定。
43.所述起居空间是指建筑内部人员经常活动或居住的空间，如办公室、卧室、客厅、厨房、卫生间等，这些空间的环境条件会直接影响人员的舒适性，且受外界环境温度的影响较小。非起居空间是指建筑内其余未经常使用的空间，如走廊、储物间、梯间等。这些空间人员活动较少，环境条件变化对人员的影响较小，且受外界环境温度的影响较大。另一方面，起居空间的环境直接影响使用者的舒适性和工作效率，因此需要精细控制。非起居空间对环境变化不敏感，可用较粗放的方式控制。区分两者有利于优化控制策略。
44.将蓄能终端的温度作为第一参数。对于不同起居空间的蓄能终端需要分别获取其蓄能终端的温度，在一些较优的实施例中，为了考察室内空间中人员密集处的体感舒适度，还需获取该区域的蓄能终端的温度。本领域技术人员可以知晓，预埋水管中的蓄能终端的温度获取方法有很多，本发明不做进一步限定。温度传感器的设置位置会影响对温度场的检测和反应。优化传感器布置，可以更准确获取蓄能终端温度参数，以便后续控制。此外，联网的传感系统还可实现对参数的远程监测。
45.在起居空间和非起居空间中分别设置第一和第二温度调节终端。应当理解的是，所述温度调节终端是指用于实际进行制冷或制热的末端设备，其具体包括：空调设备中的干式盘管、新风系统中的除湿盘管、地暖系统中的地埋管、壁暖系统中的散热器等。在一些
较优的实施例中，也可采用新型的辐射面板、置舒系统等。扩大终端类型的选择范围，有利于实现对不同部位负荷的精细化处理。
46.在各起居空间中设置房间循环水泵，用于连通蓄能终端与第一温度调节终端，实现内部水循环。房间内循环系统构成独立的温控单元，实现对空间环境的个性化控制和优化。
47.在同一楼层中设置楼层循环水泵，用于连通所有蓄能终端和第二温度调节终端，实现楼层内水循环。楼层循环系统协调统筹楼层内各房间之间的负荷分配，提高楼层内的综合调节能力和热稳定性。
48.应当理解的是，本发明中各水路系统中还应当设置有配合实现循环切换的阀类器件等，该类附属器件可由本领域技术人员根据现有技术和现场的实际情况进行合理化的设置，本发明不做进一步的要求。完善的水路系统可以大幅提高平衡和控制的灵活性，是实现本发明目的的重要支持。
49.设置空调主机为第一冷热源端；设置冷却塔为第二冷热源端；设置地热能交换系统为第三冷热源端；在一些较优的实施例中，还可以设置可再生能源供电系统与制冷设备组成额外的冷热源端，例如太阳能供能系统与压缩机或水冷机组均可组成额外的冷热源端，本发明不考虑冷热源端的驱动电力来源，但无论采用何种驱动电力来源，其均应被理解为本发明的较优实施方式。所述地热能交换系统是指利用地表以下的低温来进行热交换的设备，主要包括以下几种：
50.地埋管：将管道埋入地下一定深度，利用土壤的低温进行热交换。
51.地表水泵：抽取地表水体如河流、湖泊的低温水体进行热交换。
52.地下水泵：抽取地下水的低温水体进行热交换后。
53.所述室内热环境柔性调节方法包括在夜间电价低谷时，按能源梯度从高到低有以下四级蓄能操作：
54.利用夜间室外的空气与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；该蓄能操作属于零能耗的自然冷源，可看作能源梯度最高。所述能源梯度是指操作对能源的消耗量大小的次序关系。能源消耗越少的冷热源设备，其在能源梯度顺序中的优先级越高。
55.利用第三冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；该蓄能操作属于低能耗的冷源，其效率较高但冷量有限，属于能源梯度较高的选择。
56.利用第二冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；该蓄能操作利用机械制冷的冷却塔冷水，虽然需消耗能源但效率高，因此能源梯度一般。
57.利用第一冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；该蓄能操作是直接使用空调主机制造冷量，其能源消耗最大，因此其能源梯度最低。
58.当上一级的蓄能操作不能满足蓄能需求时，维持当前的蓄能操作继续运行，并启动下一级的蓄能操作，直到满足蓄能需求为止。
59.在一些较优的实施例中，可以通过对比蓄能和不蓄能的总价、碳排放量、可再生能源供电量等其他量化因素，来决定是否进行蓄能。
60.所述蓄能需求是指目标起居空间的第一参数与预设温度的差值，差值越大，则蓄
能需求越大，差值越小，则蓄能需求越小。应当理解的是，起居空间的预设温度与使用者对该起居空间的体感温度需求直接相关，而对于不同的起居空间，使用者的体感温度需求是不同的，因此其蓄能需求也是不同的。例如对于同一时间使用者较多的起居空间（如普通职员办公室、客厅等），其蓄能需求就较同一时间使用者较少的起居空间（如总经理办公室、卫生间等）更低。因此不同的起居空间，其预设温度可以根据实际情况（如使用程度）进行合理设定。
61.起居空间的使用频次和人员密度是决定预设温度的关键因素。频次高和人员多的空间，出于经济和舒适度综合考虑，可以设定较低的预设温度。反之则可以设定较高的温度。另外，不同人员的热舒适度差异也会影响对空间温度的需求。进行个性化需求调查，区分不同人群的体感习惯，有助于设定更合理的预设温度。此外，实际使用中可以设置温度的浮动范围，并让用户对当前温度进行评分反馈。经算法分析后，系统可以不断优化温控策略，使预设温度动态逼近用户的体感温度。通过上述方式确定预设温度，既考虑了经济因素，也兼顾了个体差异和舒适度需求，从而对蓄能需求造成直接影响。这是实现精细化温控的重要环节之一。
62.如图2所示，本实施例是在上述实施例1的基础上展开的，本实施例给出了一种放能操作的具体方法。
63.对于单一起居空间，利用房间循环水泵实现蓄能终端与第一温度调节终端的热交换；在另一些较优的实施例中，考虑在单一起居空间内，若存在人员分布不均的情况，仅设置房间循环系统往往不能满足局部区域的热舒适需求，因此在起居空间中设置第三温度调节终端以靠近人员密集处，并利用房间循环水泵实现蓄能终端与第三温度调节终端的热交换，建立局部热舒适区。第三终端与房间循环系统相衔接，共同协调运行。当局部区域因人员聚集而出现热负荷时，第三终端快速响应，同时启动与其衔接的房间循环系统为其提供额外的调节支持。
64.对于非起居空间，利用楼层循环水泵实现蓄能终端与第二温度调节终端的热交换；在一些较优的实施例中，建筑中还设置有连通起居空间和非起居空间的风机和/或热交换器，此时，可以通过风机直接抽取起居空间的回风至非起居空间；还可以通过热交换器，实现起居空间和非起居空间的换热。
65.对于空闲起居空间和运行起居空间，利用楼层循环水泵，实现空闲起居空间中的蓄能终端与运行起居空间的第一温度调节终端的热交换。在一些较优的实施例中，还可以设置风机和/或热交换器以连通空闲起居空间和运行起居空间，从而直接使两者的空气进行对流以实现热量交换。
66.本实施例是在上述实施例1的基础上展开的，本实施例中的所述室内热环境柔性调节方法包括制冷模式和制热模式；
67.在制冷模式下，所述第一温度调节终端和第二温度调节终端包括制冷用的干式盘管和除湿用的除湿盘管；
68.在制热模式下，所述第一温度调节终端和第二温度调节终端包括制热的散热器。
69.应当理解的是，上述限定并非表示温度调节终端在不同模式下只能是干式盘管机或散热器，而是重点表明在对应模式下，所述温度调节终端至少应当包括对应的装置以实现具体的温度调节功能。
70.本实施例是在上述实施例1和3的基础上展开的，本实施例重点在于给出在进行室内环境温度调节时，除了考虑能源梯度和使用者的实际需求之外，还需考虑相关负荷的品位。本实施例给出了一种按负荷品位的高低确定以下从低到高的蓄能需求：
71.应当理解的是，所述负荷品位是指负荷对热量需求的大小。
72.墙体负荷，指墙体自身的温度调节负荷，墙体自身的热容量大，负荷变化缓慢，温度稳定性要求低，因此属于低品位负荷；
73.室内显热负荷，指满足室内人员舒适体感的温度调节负荷；此时的负荷变化缓慢，温度稳定性较低，因此属于中低品位负荷；
74.新风显热负荷，指满足室内新风工作需求的温度调节负荷。此时的负荷变化缓慢，温度稳定性较低，因此属于中品位负荷；
75.对于上述不同品位的负荷，可以通过不同蓄能方式应对。例如：
76.墙体负荷，仅通过利用夜间室外的空气与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄即可处理；
77.室内显热负荷，指满足室内人员舒适体感的温度调节负荷，通过释放第二和/或第三冷热源端所蓄的热量即可维持相对的稳定；
78.新风显热负荷，指满足室内新风工作需求的温度调节负荷。通过释放第二和/或第三冷热源端所蓄的热量即可维持相对的稳定。
79.应当理解的是，在某些特殊的情况下，例如短时间内有大幅降温或升温需求时（在开会前对会议室进行降温或升温），可能需要启动第一冷热源端直接对室内空气进行调节，此种临时的调节方式可以按本发明所体现的能源梯度和负荷品位梯度的调节原理进行合理化的安排。
80.在一些较优的实施例中，考虑在制冷模式下，新风显热负荷之后还包括：潜热负荷，指满足室内除湿工作需求的温度调节负荷。本领域技术人员应当知晓，新风系统实现除湿功能的原理在于：除湿盘管利用了空气与冷凝水之间的温差，使冷凝水在盘管表面冷凝成水滴，进而排出室外。显然的，除湿盘管中的水体温度需要低于露点温度。而开启制冷模式大多是在环境温度较高的季节，此时，空调系统能从第三冷热源端和第二冷热源端获得的冷量较为有限，其水体温度较露点温度高（例如夏季露点温度通常为24度，而夏季第三冷热源端和第二冷热源端提供的水体温度显然是很难到达这个低温的），因此需要第一冷热源端的直接介入以使除湿工作能顺利进行。因此，潜热负荷是品位最高的负荷。
81.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.室内热环境柔性调节方法，其特征在于，包括：在建筑内起居空间的墙体和地板设置预埋水管，将埋设了水管的墙体和地板作为蓄能终端；将蓄能终端的温度作为第一参数；在起居空间和非起居空间中分别设置第一和第二温度调节终端；在各起居空间中设置房间循环水泵，用于连通蓄能终端与第一温度调节终端，实现内部水循环；在同一楼层中设置楼层循环水泵，用于连通所有蓄能终端和第二温度调节终端，实现楼层内水循环；设置空调主机为第一冷热源端；设置冷却塔为第二冷热源端；设置地热能交换系统为第三冷热源端；所述室内热环境柔性调节方法包括在夜间电价低谷时，按能源梯度从高到低有以下四级蓄能操作：利用夜间室外的空气与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；利用第三冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；利用第二冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；利用第一冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；当上一级的蓄能操作不能满足蓄能需求时，维持当前的蓄能操作继续运行，并启动下一级的蓄能操作，直到满足蓄能需求为止；所述蓄能需求是指目标起居空间的第一参数与预设温度的差值。2.如权利要求1所述的室内热环境柔性调节方法，其特征在于，还包括：对于不同的起居空间，根据使用程度设置不同的预设温度。3.如权利要求1所述的室内热环境柔性调节方法，其特征在于，还包括以下放能操作：对于单一起居空间，利用房间循环水泵实现蓄能终端与第一温度调节终端的热交换；对于非起居空间，利用楼层循环水泵实现蓄能终端与第二温度调节终端的热交换；对于空闲起居空间和运行起居空间，利用楼层循环水泵，实现空闲起居空间中的蓄能终端与运行起居空间的第一温度调节终端的热交换。4.如权利要求3所述的室内热环境柔性调节方法，其特征在于，对单一起居空间还包括：设置第三温度调节终端靠近人员密集处，并利用房间循环水泵实现蓄能终端与第三温度调节终端的热交换，建立局部热舒适区。5.如权利要求1所述的室内热环境柔性调节方法，其特征在于：所述室内热环境柔性调节方法包括制冷模式和制热模式；在制冷模式下，所述第一温度调节终端和第二温度调节终端包括制冷用的干式盘管和除湿用的除湿盘管；在制热模式下，所述第一温度调节终端和第二温度调节终端包括制热的散热器。6.如权利要求5所述的室内热环境柔性调节方法，其特征在于：按负荷品位的高低有以
下从低到高的蓄能需求：墙体负荷，指墙体自身的温度调节负荷；室内显热负荷，指满足室内人员舒适体感的温度调节负荷；新风显热负荷，指满足室内新风工作需求的温度调节负荷。7.如权利要求6所述的室内热环境柔性调节方法，其特征在于，在制冷模式下，新风显热负荷之后还包括：潜热负荷，指满足室内除湿工作需求的温度调节负荷。

技术总结
本发明公开了室内热环境柔性调节方法，包括在夜间电价低谷时，按能源梯度从高到低有以下四级蓄能操作：利用夜间室外的空气与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；利用第三冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；利用第二冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；利用第一冷热源端与蓄能终端中的水体进行热量交换，以在蓄能终端中进行热量预蓄；当上一级的蓄能操作不能满足蓄能需求时，维持当前的蓄能操作继续运行，启动下一级的蓄能操作，直到满足蓄能需求为止。本发明通过蓄冷蓄热平移电负荷，优化调度各种冷热源，提高了系统能效比；采用品位匹配的设计理念，提高了冷热源与负荷端的匹配程度，减少了转换损耗；采用水体蓄能的方式增加了系统储能容量，提高了系统灵活性。提高了系统灵活性。提高了系统灵活性。


技术研发人员：高波 韩舜 巫朝敏 倪吉
受保护的技术使用者：四川省建筑科学研究院有限公司
技术研发日：2023.08.25
技术公布日：2023/10/11