CN101629857A - 空调供冷/热量计量系统及供冷/热量计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风机盘管空调供冷/热量计量系统及供冷/热量计量方法，系统包括单片机和连接于单片机I/O口的进出口温度传感器、进口相对湿度传感器和风量检测装置。计量方法为：供冷量计量：1)读取进出口空气温度、进口相对湿度及风量；2)计算进口空气的含湿量；3)判断有无冷凝水，无 转4)，有 转7)；4)计算无冷凝水进出口空气的焓值；5)计算无冷凝水S时段的供冷量；6)累加供冷量；7)计算有冷凝水进出口空气的焓值及冷凝水的热量；8)计算有冷凝水S时段供冷量；9)累加供冷量。供热量计量：1)读取进出口空气的温度、进口相对湿度及风量；2)计算进口空气的含湿量；3)计算进出口空气焓值；4)计算S时段的供热量；5)累加供热量。

Description

空调供冷/热量计量系统及供冷/热量计量方法

所属技术领域

本发明涉及一种风机盘管空调供冷/热量计量系统及供冷/热量计量方法，特别涉及一种应用两个温度传感器、只用一个相对湿度传感器和风量检测装置的风机盘管空调供冷/热量计量系统及利用焓差法计算风机盘管空调供冷/热量的计量方法，属热能计量技术领域。

背景技术

之前，风机盘空调管供冷/热量计量大体采用下面几种方法：

(1)、按用户供冷/热房间的面积；(2)、按用冷/热的时间；(3)、按房间的温度。以上三种方法计费没有理论根据，均为大锅饭的取费方法，不利于节约能源，未实现建设部要求的“用多少热，缴多少费”。

有的还有用冷/热两用热量表安装在空调的风机盘管的水路上进行冷/热量计量，这种计量方法虽然能直接测量到用能的多少，但是存在着下列弊病：(1)、对既有建筑安装时需要破坏原有的供水管道，并且安装复杂；(2)、造价高，一次性投资大，热量表的寿命只有五年使用中需定期校验，且维修量较大；(3)、由于空调是在小进回水温差下运行，而热量表在小温差下测量精度很低；(4)、由于水质的问题户用热量表在使用中易堵塞。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供了一种风机盘管空调供冷/热量计量系统及风机盘管空调供冷/热量计量方法，该系统及方法采用湿空气焓差法在风机盘管风侧计量供冷/热量；在风机盘管的空气进、出口处各安装一个温度传感器，只在风机盘管进口处安装一个相对湿度传感器，风机盘管出口处的含湿量由进口含湿量经理论推导得出。该系统结构精简，计量方法有严谨的理论依据，技术成熟、计量精确。

为了达到所述目的，本发明提供了一种风机盘管空调供冷/热量计量系统，该系统包括风机盘管进口温度传感器、风机盘管出口温度传感器、风量检测装置和单片计算机；所述进口温度传感器、出口温度传感器和风量检测装置分别与单片计算机的I/O口相连接；进口温度传感器放置在风机盘管空气进口处，出口温度传感器放置在风机盘管空气出口处；该供冷/热量计量系统还包括一个放置在风机盘管空气进口处的相对湿度传感器，所述的相对湿度传感器与单片计算机的I/O口相连接。

本发明的另一方案是提供一种风机盘管空调供冷/热量计量方法，该方法包括下列步骤：

a)、供冷量的计量

在供冷工况时

1)、每隔时间S分别读取风机盘管进口温度传感器测得的风机盘管空气进口处的湿空气温度t₁、相对湿度传感器测得的风机盘管空气进口处的湿空气相对湿度φ₁、出口温度传感器测得的风机盘管空气出口处的湿空气温度t₂和风量检测装置测得的风机盘管空气进口风量G；

2)、计算风机盘管空气进口湿空气的含湿量d₁

查表得温度t₁时水蒸气的饱和压力P_bh1值和相对湿度传感器测得的进口湿空气相对湿度φ₁代入含湿量计算公式，计算进口湿空气的含湿量d₁；

3)、判断有无冷凝水凝结

首先查表得风机盘管空气出口处的湿空气在温度t₂时的饱和含湿量d_bh2(g/kg_(干空气))，如果d₁≤d_bh2则说明没有冷凝水凝结，则转到步骤4)；如果d₁＞d_bh2则说明有冷凝水凝结，则转到步骤7)；

4)、计算无冷凝水凝结的进、出口湿空气的焓值

由步骤3)的判断，如无冷凝水凝结，则根据进口湿空气的温度t₁和进口湿空气的含湿量d₁由湿空气的焓值计算公式计算进口湿空气的焓值h₁；

根据出口湿空气的温度t₂和出口湿空气的含湿量d₁由湿空气的焓值计算公式计算出口湿空气的焓值h₂；

5)、计算无冷凝水凝结的风机盘管在S时间段的供冷量q_i

由焓差法计算无冷凝水在时间段S的供冷量q_i；

6)、将无冷凝水供冷量q_i累加到总供冷量累加器Q中；

7)、计算有冷凝水凝结的进、出口湿空气的焓值及冷凝水的热量

由步骤3)的判断，如果d₁＞d_bh2，则有冷凝水凝结，冷凝水的质量为进口湿空气的含湿量与出口湿空气的含湿量之差；

根据进口湿空气的温度t₁和进口湿空气的含湿量d₁由湿空气的焓值计算公式计算进口湿空气的焓值h₁；

根据出口湿空气的温度t₂和出口湿空气的含湿量d_bh2由湿空气的焓值计算公式计算出口湿空气的焓值h₂；

根据冷凝水的质量及对应温度计算出冷凝水的热量值q_水；

8)、计算有冷凝水的风机盘管在S时间段的供冷量q_i2

根据进口湿空气的焓值h₁、出口湿空气的焓值h₂和冷凝水的热量值q_水计算出风机盘管在S时间段的供冷量q_i2；

9)、将有冷凝水供冷量q_i2累加到总供冷量累加器Q中

b)、供热量的计量

在供热工况时

1)、每隔时间S分别读取进口温度传感器测得的风机盘管空气进口处的湿空气温度t_r1、相对湿度传感器测得的风机盘管空气进口处的湿空气的相对湿度φ_r1、出口温度传感器测得的风机盘管空气出口处的湿空气温度t_r2和风量检测装置测得的风机盘管空气进口风量G_r；

2)、计算风机盘管空气进口湿空气的含湿量d_r1

查表得温度t_r1时水蒸气的饱和压力P_bhr1值和相对湿度传感器测得的进口湿空气相对湿度φ_r1代入含湿量计算公式，计算进口湿空气的含湿量d_r1；

3)、计算进、出口湿空气的焓值

根据进口湿空气的温度t_r1和进口湿空气的含湿量d_r1由湿空气的焓值计算公式计算进口湿空气的焓值h_r1；

根据出口湿空气的温度t_r2和出口湿空气的含湿量d_r1由湿空气的焓值计算公式计算出口湿空气的焓值hr₂；

4)、计算风机盘管在S时间段的供热量q_ri

由焓差法计算在时间段S的供热量q_ri；

5)、将供热量q_ri累加到总供热量累加器Q_r中。

本发明的有益效果是：

1、本发明有严谨的理论依据，计量的供冷/热量精度高，以此取费真正体现了“用多少热，缴多少费”的要求，充分调动热用户的节能积极性。

2、本发明独创的采用一支风机盘管进口相对湿度传感器测量相对湿度，出口的含湿量由测得的进口参数经过理论推导精确地得出，减少了硬件投资，降低了因传感器检测带来的误差。

因为风机盘管进口空气的气流为汇流，空气的状态趋于一致，所以空气进口处温湿度测试点的位置容易确定。但是，风机盘管空气出口处测试点的情况比较复杂，所以在出口处的不同位置空气状态不同，测试点的位置不同会带来误差。本发明风机盘管出口处不设置相对湿度传感器，出口空气的含湿量由进口含湿量经过理论推导计算得到，增加了计量精度。

3、因丰富的软件设计，减少了硬件投资，因此，本发明的成本低，故障率也随之降低。

4、在供冷工况时，因为是降温加湿工况，风机盘管出口湿空气极易因饱和结露而无法测量；即使不结露，但湿度传感器绝大多数在相对湿度超过80％时测量精度开始下降，本发明在高湿的出口不设湿度传感器，因而可避免上述现象发生。

本发明适用于空调以及地源热泵风机盘管供冷/热系统的供冷/热量计量。

附图说明

图1是本发明风机盘管空调供冷/热量计量系统硬件框图；

图2是本发明风机盘管空调供冷/热量计量系统程序总流程图；

图3是供冷量的计量子程序流程图；

图4是供热量的计量子程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

请参见图1，图1是本发明风机盘管空调供冷/热量计量系统硬件框图。

本实施例风机盘管进口温度传感器102和出口温度传感器103均采用数字温度传感器，相对湿度传感器101采用数字湿度传感器。湿度传感器101和温度传感器102放置在风机盘管空气进口处，温度传感器103放置在风机盘管空气出口处。单片计算机105采用16位低功耗单片机，液晶显示器106显示供冷量、供热量、进出口温度和工作时间。温度传感器102、温度传感器103、相对湿度传感器101、风量检测装置104和液晶显示器106均与单片计算机105的I/O相连接。

本实施例的风机盘管空调供冷/热量计量方法，步骤如下：

a)、供冷量的计量

在供冷工况时

1)、每隔时间S分别读取进口温度传感器102测得的风机盘管空气进口处的湿空气温度t₁(℃)、相对湿度传感器101测得的风机盘管空气进口处的湿空气相对湿度φ₁、出口温度传感器103测得的风机盘管空气出口处的湿空气温度t₂(℃)和风量检测装置104测得的风机盘管空气进口风量G(m³/h)；

2)、计算风机盘管空气进口湿空气的含湿量d₁：

查表得温度t₁时水蒸气的饱和压力P_bh1值和风机盘管空气进口处的相对湿度传感器测得的进口湿空气相对湿度φ₁，代入公式：

d₁＝622·φ₁·P_bh1/(101325-φ₁·P_bh1)

计算进口湿空气的含湿量d₁；

3)、判断有无冷凝水凝结

首先查表得风机盘管空气出口处的湿空气在温度t₂时的饱和含湿量d_bh2(g/kg_(干空气))，如果d₁≤d_bh2则说明没有冷凝水凝结，则转到步骤4)；如果d₁＞d_bh2则说明有冷凝水凝结，则转到步骤7)；

4)、计算无冷凝水凝结的进、出口湿空气的焓值

由步骤3)的判断，如无冷凝水凝结，风机盘管进口湿空气的焓值由下式计算：

h₁＝1.005t₁+0.001·d₁·(1.86·t₁+2501)

风机盘管出口湿空气的焓值由下式计算：

h₂＝1.005t₂+0.001·d₁·(1.86·t₂+2501)

5)、计算无冷凝水凝结的风机盘管在S时间段的供冷量

根据风机盘管进口湿空气的焓值h₁、风机盘管出口湿空气的焓值h₂、风量G和时间S利用焓差法计算无冷凝水在时间段S的供冷量q_i；

6)、将无冷凝水供冷量q_i累加到总供冷量累加器Q中

7)、计算有冷凝水凝结的进、出口湿空气的焓值和排出冷凝水的热量

由步骤3)的判断，如果d₁＞d_bh2，则有冷凝水凝结，冷凝水的质量为进口湿空气的含湿量与出口湿空气的含湿量之差；

此时，风机盘管进口湿空气的焓值为：

h₁＝1.005t₁+0.001·d₁·(1.86·t₁+2501)

风机盘管出口湿空气的焓值由下式计算：

h₂＝1.005t₂+0.001·d_bh2(1.86·t₂+2501)

根据冷凝水的质量和冷凝水的对应温度计算冷凝水的热量q_水；

8)、计算有冷凝水的风机盘管在S时间段的供冷量

根据进口湿空气的焓值h₁、出口湿空气的焓值h₂、风量G、时间S及冷凝水的热量q_水计算有冷凝水的风机盘管供冷量q_i2；

9)、将有冷凝水供冷量q_i2累加到总供冷量累加器Q中

b)、供热量的计量

在供热工况时

1)、每隔时间S分别读取温度传感器102测得的风机盘管空气进口处的空气温度t_r1(℃)、湿度传感器101测得的风机盘管空气进口处的空气相对湿度φ_r1、温度传感器103测得的风机盘管空气出口处的空气温度t_r2(℃)和风量检测装置104测得的风机盘管空气进口风量G_r(m³/h)；

2)、计算风机盘管空气进口湿空气的含湿量d_r1

查表得温度t_r1时水蒸气的饱和压力P_bhr1值和风机盘管空气进口处的相对湿度传感器测得的进口湿空气相对湿度φ_r1，代入公式：

d_r1＝622·φ_r1·P_bhr1/(101325-φ_r1·P_bhr1)

计算进口湿空气的含湿量d_r1；

3)、计算进、出口湿空气的焓值

进口湿空气的焓值由下式计算：

h_r1＝1.005t_r1+0.001·d_r1·(1.86·t_r1+2501)

出口湿空气的焓值由下式计算：

h_r2＝1.005t_r2+0.001·d_r1·(1.86·t_r2+2501)

4)、计算风机盘管在S时间段的供热量

根据风机盘管进口湿空气的焓值h_r1、风机盘管出口湿空气的焓值h_r2、风机盘管空气进口风量G_r和风机盘管供热量的时间S利用焓差法计算风机盘管在时间段S的供热量；

5)、将供热量q_ri累加到总供热量累加器Q_r中。

请参阅图2，图2是本发明风机盘管空调供冷/热量计量系统程序总流程图；

系统在步骤201执行初始化，在步骤202判断是否为供冷工况：如是，则在步骤203执行供冷量的计量子程序，然后返回步骤202；如步骤202的判断结果为否，则在步骤204执行供热量的计量子程序，然后返回步骤202继续执行。

请参阅图3，图3是供冷量计量子程序流程图；

系统在步骤301初始化计算供冷量子程序，然后在步骤302读取进口温度传感器测得的风机盘管空气进口处的空气温度t₁，在步骤303读取出口温度传感器测得的风机盘管空气出口处的空气温度t₂，在步骤304读取进口湿度传感器测得的风机盘管空气进口处的湿空气相对湿度φ₁，在步骤305读取风量检测装置测得的风机盘管空气进口风量G，在步骤306计算风机盘管空气进口湿空气的含湿量d₁，在步骤307查表得风机盘管空气出口处的湿空气在温度t₂时的饱和含湿量d_bh2，然后在步骤308判断d₁≤d_bh2，如是：则在步骤309计算无冷凝水凝结的进、出口湿空气的焓值，在步骤310计算无冷凝水凝结的风机盘管在S时间段的供冷量q_i，在步骤311将无冷凝水供冷量q_i累加到累加器总供冷量Q中，然后执行步骤312返回；如步骤308的判断结果为否：则在步骤313计算有冷凝水凝结的进、出口湿空气的焓值和冷凝水的热量q_水，在步骤314计算有冷凝水凝结的风机盘管在S时间段的供冷量q_i2，在步骤315将有冷凝水总供冷量q_i2累加到累加器总供冷量Q中，最后在步骤312返回。

请参阅图4，图4是供热量的计量子程序流程图；

系统在步骤401初始化计算供热量子程序，然后在步骤402读取进口温度传感器测得的风机盘管空气进口处的空气温度t_r1，在步骤403读取出口温度传感器测得的风机盘管空气进口处的空气温度t_r2，在步骤404读取湿度传感器得到风机盘管空气进口处的湿空气相对湿度φ_r1，在步骤405读取风量检测装置测得的风机盘管空气进口风量G_r，然后在步骤406计算风机盘管空气进口湿空气的含湿量d_r1，在步骤407计算进、出口湿空气的焓值，在步骤408计算风机盘管在S时间段的供热量，在步骤409计算风机盘管总供热量，最后在步骤410返回。

Claims (2)

1、一种风机盘管空调供冷/热量计量系统，该系统包括风机盘管进口温度传感器(102)、风机盘管出口温度传感器(103)、风量检测装置(104)和单片计算机(105)；所述温度传感器(102)、温度传感器(103)和风量检测装置(104)分别与单片计算机(105)的I/O口相连接，温度传感器(102)放置在风机盘管空气进口处，温度传感器(103)放置在风机盘管空气出口处，其特征在于：该供冷/热量计量系统还包括一个放置在风机盘管空气进口处的相对湿度传感器(101)，所述的相对湿度传感器(101)与单片计算机(105)的I/O口相连接。

2、一种风机盘管空调供冷/热量计量方法，该方法包括下列步骤：

a)、供冷量的计量

在供冷工况时

1)、每隔时间S分别读取温度传感器(102)测得的风机盘管空气进口处的湿空气温度t₁、相对湿度传感器(101)测得的风机盘管空气进口处的湿空气相对湿度φ₁、温度传感器(103)测得的风机盘管空气出口处的湿空气温度t₂和风量检测装置(104)测得的风机盘管空气进口风量G；

2)、计算风机盘管空气进口湿空气的含湿量d₁

查表得温度t₁时水蒸气的饱和压力P_bh1值和相对湿度传感器(101)测得的进口湿空气相对湿度φ₁代入湿空气含湿量计算公式，计算进口湿空气的含湿量d₁；

3)、判断有无冷凝水凝结

首先查表得风机盘管空气出口处的湿空气在温度t₂时的饱和含湿量d_bh2(g/kg_(干空气))，如果d₁≤d_bh2则说明没有冷凝水凝结，则转到步骤4)；如果d₁＞d_bh2则说明有冷凝水凝结，则转到步骤7)；

4)、计算无冷凝水凝结的进、出口湿空气的焓值

由步骤3)的判断，如无冷凝水凝结，则根据进口湿空气的温度t₁和进口湿空气的含湿量d₁由湿空气的焓值计算公式计算进口湿空气的焓值h₁；

根据出口湿空气的温度t₂和出口湿空气的含湿量d₁由湿空气的焓值计算公式计算出口湿空气的焓值h₂；

5)、计算无冷凝水凝结的风机盘管在S时间段的供冷量q_i

由焓差法计算无冷凝水在时间段S的供冷量q_i；

6)、将无冷凝水供冷量q_i累加到总供冷量累加器Q中；

7)、计算有冷凝水凝结的进、出口湿空气的焓值及冷凝水的热量

由步骤3)的判断，如果d₁＞d_bh2，则有冷凝水凝结，冷凝水的质量为进口湿空气的含湿量与出口湿空气的含湿量之差；

根据进口湿空气的温度t₁和进口湿空气的含湿量d₁由湿空气的焓值计算公式计算进口湿空气的焓值h₁；

根据出口湿空气的温度t₂和出口湿空气的含湿量d_bh2由湿空气的焓值计算公式计算出口湿空气的焓值h₂；

根据冷凝水的质量及对应温度计算出冷凝水的热量值q_水；

8)、计算有冷凝水的风机盘管在S时间段的供冷量q_i2

根据进口湿空气的焓值h₁、出口湿空气的焓值h₂和冷凝水的热量值q_水计算出风机盘管在S时间段的供冷量q_i2；

9)、将有冷凝水供冷量q_i2累加到总供冷量累加器Q中

b)、供热量的计量

在供热工况时

1)、每隔时间S分别读取温度传感器(102)测得的风机盘管空气进口处的湿空气温度t_r1、相对湿度传感器(101)测得的风机盘管空气进口处的湿空气的相对湿度φ_r1、温度传感器(103)测得的风机盘管空气出口处的湿空气温度t_r2和风量检测装置测得的风机盘管空气进口风量G_r；

2)、计算风机盘管空气进口湿空气的含湿量d_r1

查表得温度t_r1时水蒸气的饱和压力P_bhr1值和相对湿度传感器(101)测得的进口湿空气相对湿度φ_r1代入湿空气含湿量计算公式，计算进口湿空气的含湿量d_r1；

3)、计算进、出口湿空气的焓值

根据进口湿空气的温度t_r1和进口湿空气的含湿量d_r1由湿空气的焓值计算公式计算进口湿空气的焓值h_r1；

根据出口湿空气的温度t_r2和出口湿空气的含湿量d_r1由湿空气的焓值计算公式计算出口湿空气的焓值hr₂；

4)、计算风机盘管在S时间段的供热量q_ri

由焓差法计算在时间段S的供热量q_ri；

5)、将供热量q_ri累加到总供热量累加器Q_r中。

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