CN112050305B - 多区域空调系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种多区域空调系统及其运行方法。该空调系统包括：热泵机组和多个三介质换热器，多个三介质换热器并联连接于热泵机组，三介质换热器内的供冷通道通过供冷总供液管和供冷总回液管与热泵机组的蒸发器连接以形成供冷循环回路，三介质换热器内的供热通道通过供热总供液管和供热总回液管与热泵机组的冷凝器连接以形成供热循环回路，在每个三介质换热器的供冷通道的入口或出口设有供冷阀门，在每个三介质换热器的供热通道的入口或出口设有供热阀门。本发明的多区域空调系统结构简单，成本低廉，可实现多种运行模式，特别适用于全年冷、热需求均存在的多个服务区域。

Description

多区域空调系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种多区域空调系统及其运行方法。

背景技术

在建筑空调系统中，很多情况下不同服务区域之间具有不同的冷暖需求，例如建筑的内、外区，夏季时内、外区往往均需供冷，冬季时一般内区仍需供冷、外区需要供热，过渡季内、外区则根据需要供冷或供热。在这些具有频繁交替或同时具有供冷、供热需要的空调系统中，往往需要同时配置冷、热水供水管道。

作为高效的空调送风装置，空调箱和风机盘管在建筑空间中得到了广泛应用。常规的风机盘管及空调箱末端中，冷水或热水在盘管中流过，向室内供冷或供热，一般用于双管制空调系统中，即冬季供热和夏季供冷在同一系统中进行，因此当有些区域需要供热而有些区域需要供冷时，则无法满足要求。传统的风机盘管及空调箱末端在同时配置冷、热水供水管道的空调系统中可通过多组阀门切换实现供冷、供热工况转换，但在其中由于供冷和供热共用同一盘管，因此难以实现供冷或供热的稳定、精确调节，不利于控制水力平衡，且存在一定的掺混传热损失。

发明内容

本发明实施例提供一种多区域空调系统及其运行方法，用以解决现有技术中风机盘管及空调箱供冷、热系统难以实现供冷和供热工况灵活稳定切换、不同服务区域难以同时满足冷热需求、多供水管系统管路连接复杂和投资较高的问题。

根据本发明实施例第一方面提供的一种多区域空调系统，包括：热泵机组、多个三介质换热器、取热装置、取热阀门、散热装置和散热阀门，多个所述三介质换热器并联连接于所述热泵机组，所述三介质换热器内的供冷通道通过供冷总供液管和供冷总回液管与所述热泵机组的蒸发器连接以形成供冷循环回路，所述三介质换热器内的供热通道通过供热总供液管和供热总回液管与所述热泵机组的冷凝器连接以形成供热循环回路，在每个所述三介质换热器的所述供冷通道的入口或出口设有供冷阀门，在每个所述三介质换热器的所述供热通道的入口或出口设有供热阀门，所述取热装置连接于所述供冷总供液管和所述供冷总回液管之间，所述取热阀门设置于所述取热装置的入口或出口处，所述散热装置连接于所述供热总供液管和所述供热总回液管之间，所述散热阀门设置于所述散热装置的入口或出口处。

其中，在所述供冷总供液管或供冷总回液管设有供冷循环泵，在所述供热总供液管或供热总回液管设有供热循环泵。

其中，还包括区域间循环泵，所述区域间循环泵设置于连接在两个相邻的所述三介质换热器之间的所述供冷通道或供热通道。

其中，所述取热装置为地埋管换热器。

其中，所述散热装置为冷却塔。

其中，所述取热装置和所述散热装置合并为一个三介质换热器，且所述取热装置和所述散热装置分别为所述三介质换热器的两个液体通道。

根据本发明实施例另一方面提供的一种如本发明实施例第一方面的多区域空调系统的运行方法，包括：

将各个三介质换热器分别安装于对应的服务区域；

当全部服务区域需要供冷时，打开所有的供冷阀门，关闭所有的供热阀门，热泵机组的冷凝器向散热装置中散热，由热泵机组的蒸发器供应的供冷循环液通过三介质换热器与服务区域换热供冷；

当全部服务区域需要供热时，打开所有的供热阀门，关闭所有的供冷阀门，热泵机组的蒸发器从取热装置中取热，由热泵机组的冷凝器供应的供热循环液通过三介质换热器与服务区域换热供热；

当部分服务区域需要供热，部分服务区域需要供冷时，打开需要供热服务区域的供热阀门并关闭对应的供冷阀门，由热泵机组冷凝器供应的供热循环液通过三介质换热器与服务区域换热供热；打开需要供冷服务区域的供冷阀门并关闭对应的供热阀门，由热泵机组蒸发器供应的供冷循环液通过三介质换热器与服务区域换热供冷；

当系统中存在多余的冷量时，打开取热阀门，通过取热装置进行取热；当系统中存在多余的热量时，打开散热阀门，通过散热装置进行散热。

本发明实施例提供的多区域空调系统及其运行方法，采用三介质换热器代替现有技术中的室内风机盘管或空调箱，通过热泵机组向三介质换热器提供冷、热循环液以向室内供冷、热，同一三介质换热器末端中同时包含供冷管路和供热管路，保证两种介质不掺混，对不同服务区域可以通过调节供冷阀门和供热阀门控制冷热介质通断及流量，从而满足不同服务区域的供冷和供热需要，供热和供冷策略调节灵活。本发明实施例的多区域空调系统结构简单，成本低廉，可实现多种运行模式，特别适用于全年冷、热需求均存在的多个服务区域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的一种多区域空调系统的结构示意图；

图2是本发明实施例1的结构示意图；

图3是本发明实施例2的结构示意图；

图4是本发明实施例3的结构示意图；

图5是本发明实施例4的结构示意图；

图6是本发明实施例5的结构示意图。

附图标记：

1：冷凝器；2：供热循环泵；3：供热总供液管；4：蒸发器；5：供冷循环泵；6：供冷总供液管；7：三介质换热器；8：供冷阀门；9：供热阀门；10：服务区域；10-1：第一服务区域；10-N：第N服务区域；11：供热总回液管；12：压缩机；13：节流装置；14：供冷总回液管；15：供冷通道；16：供热通道；17：区域间循环泵；18：取热装置；19：取热阀门；20：散热装置；21：散热阀门。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是点连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1-图6描述本发明实施例的一种多区域空调系统，包括：热泵机组、多个三介质换热器7、取热装置18、取热阀门19、散热装置20和散热阀门21，多个三介质换热器7并联连接于热泵机组，三介质换热器7内的供冷通道15通过供冷总供液管6和供冷总回液管14与热泵机组的蒸发器连接以形成供冷循环回路，三介质换热器7内的供热通道16通过供热总供液管3和供热总回液管11与热泵机组的冷凝器连接以形成供热循环回路，在每个三介质换热器7的供冷通道15的入口或出口设有供冷阀门8，在每个三介质换热器7的供热通道16的入口或出口设有供热阀门9，取热装置18连接于供冷总供液管6和供冷总回液管14之间，取热阀门19设置于取热装置18的入口或出口处，散热装置20连接于供热总供液管3和供热总回液管11之间，散热阀门21设置于散热装置20的入口或出口处。

具体地，本实施例中采用三介质换热器7代替了传统的空调送风末端(室内风机盘管等出风末端)安装于不同的服务区域10，而三介质换热器7包括两个与热泵机组连接的通道(即供热通道16和供冷通道15)，分别用于与热泵的冷凝器1和蒸发器4连接，其中热泵机组中的冷凝器1和蒸发器4分别供应不同温度的循环液，在三介质换热器7的风机的作用下使得空气与循环液换热，进而对服务区域10进行供冷或供热。热泵机组可通过供应较冷或较热的循环液，给三介质换热器7提供换热冷源或热源。

三介质换热器7内的供冷通道15通过供冷总供液管6和供冷总回液管14与热泵机组的蒸发器4连接以形成供冷循环回路，充当供冷作用的循环液在供冷循环回路中定向移动，以输送冷量；三介质换热器7内的供热通道16通过供热总供液管3和供热总回液管11与热泵机组的冷凝器1连接以形成供热循环回路，充当供热作用的循环液在供热循环回路中定向移动，以输送热量。

在各个三介质换热器7的供冷通道15入口或出口布置供冷阀门8，在各个三介质换热器7的供热通道16入口或出口布置供热阀门9，可调节循环液的通断及流量，具体地，当服务区域10需要供冷时，则仅打开对应服务区域10的供冷阀门8；当服务区域10需要供热时，则仅打开对应服务区域10的供热阀门9。由于在每个三介质换热器7都设置供冷阀门8和供热阀门9，因此可以通过调节供冷阀门8和供热阀门9的开度来进一步控制该服务区域10的供冷量或供热量。

采用取热装置18向蒸发器4提供取热循环液，以向系统中补充热量、消除多余冷量，调节系统的冷热平衡，可采用取热阀门19控制取热循环液的流量；采用散热装置20向冷凝器1提供散热循环液，排出系统中多余热量，调节系统的冷热平衡，可采用散热阀门21控制散热循环液的流量。当系统中存在多余的冷量时，打开取热阀门19，通过取热装置18进行取热；当系统中存在多余的热量时，打开散热阀门21，通过散热装置20进行散热

本发明实施例提供的多区域空调系统及其运行方法，采用三介质换热器7代替现有技术中的室内风机盘管或空调箱，通过热泵机组向三介质换热器7提供冷、热介质以向室内供冷、热，同一三介质换热器7末端中同时包含供冷通道15和供热通道16，保证两种介质不掺混，对不同服务区域10可以通过调节供冷阀门8和供热阀门9控制冷热介质通断及流量，从而满足不同服务区域10的供冷和供热需要，供热和供冷策略调节灵活。本发明实施例的多区域空调系统结构简单，成本低廉，可实现多种运行模式，特别适用于全年冷、热需求均存在的多个服务区域10。

在其中一个实施例中，在供冷总供液管6或供冷总回液管14设有供冷循环泵5，在供热总供液管3或供热总回液管11设有供热循环泵2。在本实施例中通过供冷循环泵5使得供冷循环回路中的循环液能够定向循环流动，通过供热循环泵2使得供热循环回路的循环液能够定向循环流动。

在其中一个实施例中，热泵机组包括依次连接的压缩机12、冷凝器1、节流装置13和蒸发器4。

其中，三介质换热器7内的供冷通道15通过供冷总供液管6和供冷总回液管14与蒸发器4连接以形成供冷循环回路，使得蒸发器4中的供冷循环液进入到三介质换热器7中，在其上风机的作用下从室内空气中吸热，再返回蒸发器4中放热，如此循环，为服务区域10供冷。三介质换热器7内的供热通道16通过供热总供液管3和供热总回液管11与冷凝器1连接以形成供热循环回路，使得冷凝器1中的供热循环液进入到三介质换热器7中，在其上风机的作用下向室内空气中放热，再返回冷凝器1中吸热，如此循环，为服务区域10供热。

在其中一个实施例中，如图6所示，本实施例多区域空调系统还包括区域间循环泵17，区域间循环泵17设置于连接在任意两个三介质换热器7之间的供冷通道15或供热通道16。在本实施例中，可通过区域间循环泵17使得循环液在指定的服务区域10间的三介质换热器7中定向流动，以调节各个服务区域10之间的热量转移。

在其中一个实施例中，取热装置18可为地埋管换热器等取热设备。

在其中一个实施例中，散热装置20可为冷却塔等散热设备。

在其中一个实施例中，取热装置18和散热装置20合并为一个三介质换热器，且取热装置18和散热装置20分别为该三介质换热器的两个液体通道。

本发明实施例还提供一种基于上述实施例的多区域空调系统的运行方法，包括：

将各个三介质换热器7分别安装于对应的服务区域10；

1、当全部服务区域10需要供冷时，打开所有的供冷阀门8，关闭所有的供热阀门9，热泵机组的冷凝器1向散热装置20中散热，由热泵机组的蒸发器4供应的供冷循环液通过三介质换热器7与服务区域10换热供冷。

2、当全部服务区域10需要供热时，打开所有的供热阀门9，关闭所有的供冷阀门8，热泵机组的蒸发器4从取热装置18中取热，由热泵机组的冷凝器1供应的供热循环液通过三介质换热器7与服务区域10换热供热。

3、当部分服务区域10需要供热，部分服务区域10需要供冷时，打开需要供热服务区域10的供热阀门9并关闭对应的供冷阀门8，由热泵机组冷凝器1供应的供热循环液通过三介质换热器7与服务区域10换热供热；打开需要供冷服务区域10的供冷阀门8并关闭对应的供热阀门9，由热泵机组蒸发器4供应的供冷循环液通过三介质换热器7与服务区域10换热供冷。

当系统中存在多余的冷量时，打开取热阀门19，通过取热装置18进行取热；当系统中存在多余的热量时，打开散热阀门21，通过散热装置20进行散热。

在其中一个实施例中，还包括利用区域间循环泵调节各个区域间的三介质换热器的热量回收，具体热量回收方法如实施例5中描述。

具体地，通过以下四个实施例说明本实施例的运行方法：

实施例1：如图2所示，当全部服务区域10均需供冷时，打开散热阀门21及所有服务区域10中三介质换热器7中供冷通道15上的供冷阀门8，同时关闭取热阀门19及所有服务区域10中三介质换热器7中供热通道16上的供热阀门9；开启供冷循环泵5，关闭供热循环泵2及区域间循环泵17；开启压缩机12。

供冷循环液向蒸发器4中放热，在供冷循环泵5的作用下，流经三介质换热器7，在其上风机的作用下从室内空气中吸热，再返回蒸发器4中继续放热，如此循环往复，为所有服务区域10供冷，区域间的冷量分配由各服务区域10对应的供冷阀门8调节。

实施例2：如图3所示，当全部服务区域10均需供热时，打开取热阀门19及所有服务区域10中三介质换热器7中供热通道16上的供热阀门9，同时关闭散热阀门21及所有服务区域10中三介质换热器7中供冷通道15上的供冷阀门8；开启供热循环泵2，关闭供冷循环泵5及区域间循环泵17；开启压缩机12。

供热循环液从冷凝器1中吸热，在供热循环泵2的作用下，流经三介质换热器7，在其上风机的作用下向室内空气中放热，再返回冷凝器1中继续吸热，如此循环往复，为所有服务区域10供热，区域间的热量分配由各服务区域10对应的供热阀门9调节。

实施例3：如图4所示，当第一服务区域10-1需要供冷而其余服务区域10需要供热时，打开第一服务区域10-1中三介质换热器7中供冷通道15上的供冷阀门8，同时打开其余服务区域10中三介质换热器7中供热通道16上的供热阀门9；关闭第一服务区域10-1中三介质换热器7中供热通道16上的供热阀门9，同时关闭其余服务区域10中三介质换热器7中供冷通道15上的供冷阀门8；打开取热阀门19及散热阀门21；打开供热循环泵2及供冷循环泵5，同时关闭区域间循环泵17；开启压缩机12。

供冷循环液向蒸发器4中放热，在供冷循环泵5的作用下，流经三介质换热器7，在其上风机的作用下从室内空气中吸热，再返回蒸发器4中继续放热，如此循环往复，为第一服务区域10-1供冷；与此同时，供热循环液从冷凝器1中吸热，在供热循环泵2的作用下，流经其余服务区域10中的三介质换热器7，在其上风机的作用下向室内空气中放热，再返回冷凝器1中继续吸热，如此循环往复，为其余服务区域10供热。

此时，系统内各服务区域10间的冷热平衡由取热阀门19和散热阀门21进行调节，即当冷量过多时，由取热装置18向区域系统中补充部分热量；当热量过多时，由散热装置20向区域系统外排除多余热量。

实施例4：如图5所示，当第一服务区域10-1需要供热而其余服务区域10需要供冷时，打开第一服务区域10-1中三介质换热器7中供热通道16上的供热阀门9，同时打开其余服务区域10中三介质换热器7中供冷通道15上的供冷阀门8；关闭第一服务区域10-1中三介质换热器7中供冷通道15上的供冷阀门8，同时关闭其余服务区域10中三介质换热器7中供热通道16上的供热阀门9；打开取热阀门19及散热阀门21；打开供热循环泵2及供冷循环泵5，同时关闭区域间循环泵17；开启压缩机12。

供热循环液从冷凝器1中吸热，在供热循环泵2的作用下，流经三介质换热器7，在其上风机的作用下向室内空气中放热，再返回冷凝器1中继续吸热，如此循环往复，为第一服务区域10-1供热；与此同时，供冷循环液向蒸发器4中放热，在供冷循环泵5的作用下，流经其余服务区域10中的三介质换热器7，在其上风机的作用下从室内空气中吸热，再返回蒸发器4中继续放热，如此循环往复，为其他服务区域10供冷。

此时，系统内各服务区域10间的冷热平衡由取热阀门19和散热阀门21进行调节，即当冷量过多时，由取热装置18向区域系统中补充部分热量；当热量过多时，由散热装置20向区域系统外排除多余热量。

实施例5：如图6所示，本实施例采用区域间循环泵17来调节各个服务区域10间的热量转移。打开区域间循环泵17，打开第一服务区域10-1中三介质换热器7中供冷通道15上的供冷阀门8及第N服务区域10-N中三介质换热器7中供冷通道15上的供冷阀门8，打开取热阀门19及散热阀门21，关闭其余循环泵及阀门，关闭压缩机12。

当第一服务区域10-1需要供冷而第N服务区域10-N需要供热时，循环液从第一服务区域10-1中吸热，在区域间循环泵17的作用下输送到第N服务区域10-N中放热，然后返回至第一服务区域10-1中继续吸热，循环往复；当第一服务区域10-1需要供热而第N服务区域10-N需要供冷时，循环液向第一服务区域10-1中放热，在区域间循环泵17的作用下输送到第N服务区域10-N中吸热，然后返回至第一服务区域10-1中继续放热，循环往复。

可以理解的是，区域间循环泵17也可置于供热循环回路中的类似位置，运行方式与上述类似。系统内各服务区域10间的冷热平衡仍可由取热阀门19和散热阀门21进行调节，即当冷量过多时，由取热装置18向区域系统中补充部分热量；当热量过多时，由散热装置20向区域系统外排除多余热量。

通过上述实施例描述可知，本发明的多区域空调系统通过采用三介质换热器7替代传统的空调送风末端，多服务区域10间并联形成循环回路，实现任意区域的供冷、供热工况频繁切换，同时系统运行更为稳定、管路更加简化、成本进一步降低，并可实现不同空调区之间的热回收。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种多区域空调系统，其特征在于，包括：热泵机组、多个三介质换热器、取热装置、取热阀门、散热装置和散热阀门，多个所述三介质换热器并联连接于所述热泵机组，所述三介质换热器内的供冷通道通过供冷总供液管和供冷总回液管与所述热泵机组的蒸发器连接以形成供冷循环回路，所述三介质换热器内的供热通道通过供热总供液管和供热总回液管与所述热泵机组的冷凝器连接以形成供热循环回路，在每个所述三介质换热器的所述供冷通道的入口或出口设有供冷阀门，在每个所述三介质换热器的所述供热通道的入口或出口设有供热阀门，所述取热装置连接于所述供冷总供液管和所述供冷总回液管之间，所述取热阀门设置于所述取热装置的入口或出口处，所述散热装置连接于所述供热总供液管和所述供热总回液管之间，所述散热阀门设置于所述散热装置的入口或出口处。

2.根据权利要求1所述的多区域空调系统，其特征在于，在所述供冷总供液管或供冷总回液管设有供冷循环泵，在所述供热总供液管或供热总回液管设有供热循环泵。

3.根据权利要求1所述的多区域空调系统，其特征在于，还包括区域间循环泵，所述区域间循环泵设置于连接在两个相邻的所述三介质换热器之间的所述供冷通道或供热通道。

4.根据权利要求1所述的多区域空调系统，其特征在于，所述取热装置为地埋管换热器。

5.根据权利要求1所述的多区域空调系统，其特征在于，所述散热装置为冷却塔。

6.根据权利要求1所述的多区域空调系统，其特征在于，所述取热装置和所述散热装置合并为一个三介质换热器，且所述取热装置和所述散热装置分别为所述三介质换热器的两个液体通道。

7.一种根据权利要求1-6中任意一项所述的多区域空调系统的运行方法，其特征在于，包括：

将各个三介质换热器分别安装于对应的服务区域；

当全部服务区域需要供冷时，打开所有的供冷阀门，关闭所有的供热阀门，热泵机组的冷凝器向散热装置中散热，由热泵机组的蒸发器供应的供冷循环液通过三介质换热器与服务区域换热供冷；

当全部服务区域需要供热时，打开所有的供热阀门，关闭所有的供冷阀门，热泵机组的蒸发器从取热装置中取热，由热泵机组的冷凝器供应的供热循环液通过三介质换热器与服务区域换热供热；

当部分服务区域需要供热，部分服务区域需要供冷时，打开需要供热服务区域的供热阀门并关闭对应的供冷阀门，由热泵机组冷凝器供应的供热循环液通过三介质换热器与服务区域换热供热；打开需要供冷服务区域的供冷阀门并关闭对应的供热阀门，由热泵机组蒸发器供应的供冷循环液通过三介质换热器与服务区域换热供冷；

当系统中存在多余的冷量时，打开取热阀门，通过取热装置进行取热；当系统中存在多余的热量时，打开散热阀门，通过散热装置进行散热。

8.根据权利要求7所述的多区域空调系统的运行方法，其特征在于，还包括利用区域间循环泵调节各个区域间的三介质换热器的热量回收。