CN101876473B - 热源塔耦合热泵制热系统控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热源塔耦合热泵制热系统控制方法及控制装置，本控制方法为：在系统动态运行条件下，中央控制单元通过分析热源塔水溶液比重值大小，分析热源塔进风口空气干球温度值与热源塔进风口空气露点温度值大小关系，分析热源塔进风口空气露点温度值与热源塔进液口水溶液温度值大小关系，分析热源塔进风口空气水蒸气分压力值与热源塔进液口的溶液表面水蒸气分压力值大小关系，中央控制单元向自动加溶质装置电机变频控制器、热源塔风机变频控制器、循环泵变频控制器输送控制信息，进行系统动态调节控制。该热源塔耦合热泵制热系统控制方法及控制装置结构简单、成本低、能最大限度地实现该系统的高效、稳定、节能运行。

Description

热源塔耦合热泵制热系统控制方法及控制装置

技术领域

本发明属于中央空调热泵系统及其自动控制应用领域，涉及一种热源塔耦合热泵制热系统控制方法及控制装置。 

技术背景

近年来，热源塔(能源)冷热源系统的使用对节能与环保有着一定的作用。中国专利ZL200620073647.8、ZL200720025071.2、ZL200720046725.X、ZL200820154042.0、ZL200820154041.6、ZL200820154043.5、ZL20820022519.X、ZL200820053216.4均提出了热源(能源)塔采用空气与水溶液(载冷剂)进行热交换，提取空气中低品位热量给热泵进行制热的方法，换热效率高，节能环保，机组荷载低，能耗小，且不受区域地质及环境条件限制，因而应用范围广泛。 

但在热源塔耦合热泵制热系统实际运行过程中，热源塔进风口湿空气遇到热泵机组蒸发器出来的低温水溶液(载冷剂)，随着热源塔进风口湿空气露点温度的不同，在热源塔内会出现蒸发与冷凝两种不同的过程。目前市场上利用热源塔耦合热泵制热系统运行过程中存在着致命的问题。当室外温度较低，相对湿度较高时，湿空气进入热源塔与水溶液进行热质交换过程中局限于冷凝过程时，该冷凝过程对系统低温条件下的稳定运行带来了很大的问题。冷凝水过量导致系统内水溶液体积变大且水溶液浓度降低导致冰点降低而危及到蒸发器。针对该问题，目前中国专利ZL2008202225189.4、ZL200920025818.3、ZL200920025817.9采用自动加药装置，利用添加高浓度溶液的方式到热源塔热泵循环系统中，从而达到调整系统水溶液浓度目的。但均未考虑热源塔耦合热泵制热系统动态运行与不同地区气候适应性问题，及该系统长期运行的动态稳定性。 

目前国内对热源塔耦合热泵制热系统的针对性研究还处于初级阶段，尚缺乏相关的法规与标准，也不能提供很多实际运行的基础数据和实验资料，这使得不同地区的气候条件下很多建筑物设计该制热系统与实际运行环节相背离，浪费了大量能源且引发该相关系统疾病。而普遍采用人工间隙调节水泵与热源塔风机频率的变工况运行方式不能可靠地结合系统实际 工况进行节能、高效、安全调节。显然，常规的控制模式存在明显缺陷，将导致热源塔制热运行效率低、稳定性差、安全性能弱等一系列问题。要实现该系统的最佳运行和节能，从局部去解决问题困难较大，必须针对该系统的各个环节统一考虑，全面控制，才能实现该系统稳定、节能运行。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种热源塔耦合热泵制热系统控制方法及控制装置，该热源塔耦合热泵制热系统控制方法及控制装置结构简单、成本低、能最大限度地把热源塔耦合热泵制热系统动态运行特性与先进的控制方法有机地结合起来，实现该系统的高效、稳定、节能运行，从而使得热源塔耦合热泵制热系统获得更加广阔的发展空间和应用前景。 

本发明的技术解决方案如下： 

一种热源塔耦合热泵制热系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤1：参数检测： 

检测以下参数：热源塔进风口空气干球温度T₁、热源塔进风口空气湿球温度H₁、热源塔进液口水溶液温度T₃、热源塔水溶液比重D、热源塔出风口空气干球温度T₄、热源塔出风口空气湿球温度H₂以及热源塔出风口风速V； 

步骤2：参数设置和计算： 

设置风机、溶液循环泵的电机初始频率值；设置温度比较的基准值T；计算热源塔进口空气的露点温度T₂值；计算热源塔入口空气的水蒸气分压力P₁、热源塔入口溶液的表面水蒸气分压力P₂，计算潜显比ξ值； 

步骤3：根据参数具体实施控制，具体分为以下五种情况： 

情况1：当T₁≥T，则使得热源塔耦合热泵制热系统工作在热源塔内潜显比ξ最大的工况； 

情况2：当T₁＜T且溶液防冻不满足要求，则添加溶质； 

情况3：当T₁＜T且溶液防冻满足要求，且T₂≥T₃，则使得热源塔耦合热泵制热系统工作在热源塔内潜显比ξ最大的工况； 

情况4：当T₁＜T且溶液防冻满足要求、T₂＜T₃且P₂≥P₁，则使得热源塔耦合热泵制热系统工作在热源塔内潜显比ξ最大的工况； 

情况5：当T₁＜T且溶液防冻满足要求，T₂＜T₃且P₂＜P₁，则使得热源塔耦合热泵制热系统工作在热源塔内潜显比ξ最小的工况。 

1.根据权利要求1所述的热源塔耦合热泵制热系统控制方法，其特征在于，风机、溶液循环泵的电机初始频率值的范围为25Hz～50Hz，所述的温度比较的基准值T取值为5℃，所述的热源塔进口空气的露点温度T₂的计算公式为： 

T₂＝b/[a/log(P₁/61.1)-1]；其中，对于水面，a＝7.5，b＝237.3； 

对于冰面，a＝9.5，b＝265.5； 

热源塔入口空气的水蒸气分压力P₁的计算公式为： 

P₁＝(P′_q·b-β(T₁-H₁)P₀)×10^-3， 

其中 $P_{q\·b}^{\′}=\exp [\frac{c_1}{T_s}+c_2+c_3{T}_s+c_4{T_s}^2+c_5{T_s}^3+c_6{T_s}^4+c_7\ln \left(T_s\right)],$ 当T₁＝-100～0℃，H₁＝-100～0℃时，c₁＝-5674.5359，c₂＝6.3925247， 

c₃＝-0.009677843，c₄＝6.2215701×10^-7， 

c₅＝2.0747825×10^-19，c₆＝-9.484024×10^-13，c₇＝4.1635019； 

当T₁＝0～200℃，H₁＝0～200℃时，c₁＝-5800.2206，c₂＝1.3914993， 

c₃＝-0.04860239，c₄＝4.1764768×10^-5， 

c₅＝-1.4452093×10^-8，c₆＝0，c₇＝6.5459673；常数β＝0.000667； 

T_s＝273.15+H₁；式中P₀为大气压； 

热源塔入口溶液的表面水蒸气分压力P₂的计算公式为： 

P₂＝exp(A×10^-3T′^-1+B×lgT+C×10^-3T′+D)其中：T′＝273.15+T₃，A、B、C、D值由不同溶液的溶质而具体确定，对于氯化钙溶液A＝-13.570，B＝0，C＝0，D＝8.34；氯化锂溶液A＝-10.760，B＝-4.02，C＝0，D＝21.42。其他溶液参数参考《无机物热力学数据手册》第四部分(蒸气压与温度的关系)P513。 

潜显比ξ值的具体计算公式为： 

其中，热源塔内潜热量 $Q_1={\mathrm{\ρ}}_a\·\frac{V\·S}{3600}\·[0.001d_{\mathrm{out}}(r_o+c_{\mathrm{pm}}{T}_4)-0.001d_{\mathrm{in}}(r_o+c_{\mathrm{pm}}{T}_1)],$ 热源塔内显热量 

式中ρ_a为干空气密度，S为热源塔出风口面积，d_in为热源塔进风口湿空气的含湿量，d_out为热源塔出风口湿空气的含湿量， 

式中P_in为热源塔进风口干球温度下T₁的湿空气水蒸气分压力，P_in＝P₁，P_out为热源塔出风口干球温度下T₄的湿空气水蒸气分压力P_out＝exp[A×10^-3T₄ ^-1+B×lgT₄+C×10^-3T₄+D]；r_o为水蒸气在0℃时的汽化潜热值，取值为2501kJ/kg，c_pm为水蒸气的定压平均质量比热值，取值为1.85kJ/kg·℃，c_p为空气的定压比热，单位为kJ/kg·℃。 

一种热源塔耦合热泵制热系统的控制装置，其特征在于，在热源塔中设置有风机变频控制器(202)和自动加溶质电机变频控制器(206)，在热源塔出液口与热泵机组进液口之间设 有循环泵，热泵机组的出液口与热源塔的进液口相接，循环泵由循环泵变频控制器(203)驱动；在热源塔出液口管道与循环泵之间管道中设有比重传感器(211)，在热源塔进风口处设有用于测量进风口空气的干球温度的第一温度传感器(208)以及用于测量进风空气的湿球温度的第二温度传感器(209)在热泵机组(204)出液口与热源塔(201)进液口之间管道中设置有第三温度传感器(210)，所述的第一温度传感器(208)、第二温度传感器(209)、第三温度传感器(210)、比重传感器(211)、循环泵变频控制器(203)、风机变频控制器(202)和自动加溶质电机变频控制器(206)均与中央控制单元(207)连接。 

在热源塔出液口与循环泵之间设有用来调节热源塔实际运行时溶液体积变化量的溶液调节装置(205)。溶液调节装置实际是一个蓄液设备用来调节热源塔实际运行时溶液体积变化量，该调节装置设计时的容积量应不小于系统中溶液的总容积量。 

有益效果： 

本发明解决了热源塔耦合热泵制热系统运行时热源塔内冷凝水过量导致水溶液浓度降低从而冰点降低直接危及到蒸发器的问题，解决了人工间隙调节热源塔风机与循环泵电机频率的运行方式不能可靠地结合系统实际工况进行动态、节能、高效、安全调节的问题。本发明控制装置结构简单，组成元件较少，大大降低了成本，控制策略科学明确，地区适应性广，可靠度高。 

本发明由于采用上述技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果： 

1、本发明所述的热源塔耦合热泵制热系统控制方法及控制装置不必根据系统实际动态运行特性条件下人为间隙性调节热源塔风机、循环泵、自动加药装置电机频率的运行方式，完全由控制装置根据系统自身运行进行自动调节并控制。因此，使用本发明热源塔耦合热泵制热系统控制方法及控制装置非常方便，自动化程度高，可保证该制热系统在任何运行工况下高效、节能、稳定、安全运行。 

2、本发明所述的热源塔耦合热泵制热系统控制方法及控制装置结构与控制方法简单易实现，大大降低了成本，有利于投入生产实践。 

附图说明

图1为本发明热源塔耦合热泵制热系统控制装置的应用流程示意图； 

图2是本发明的控制原理图； 

图3是实施例中所述控制方法流程图； 

在上述附图中： 

201-热源塔    202-风机变频控制器    203-循环泵变频控制器 

204-热泵机组    205-溶液调节装置    206-自动加药装置电机变频控制器 

207-中央控制单元    208-第一温度传感器    209-第二温度传感器 

210-第三温度传感器    211-比重传感器    212-第四温度传感器 

213-第五温度传感器    214-风速传感器 

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。 

实施例1： 

本实施例中热源塔入口空气的水蒸气分压力P₁、热源塔入口溶液的表面水蒸气分压力P₂、热源塔入口空气的露点温度T₂均满足以下公式的要求。 

其中，热源塔入口空气的水蒸气分压力P₁满足以下公式的要求： 

$\ln \left(P_{q\·b}\right)=\frac{c_1}{T}+c_2+c_{3}T+c_4{T}^2+c_5{T}^3+c_6{T}^4+c_7\ln \left(T\right)$

T＝273.15+T₁

$\ln \left(P_{q\·b}^{\′}\right)=\frac{c_1}{T_s}+c_2+c_3{T}_s+c_4{T_s}^2+c_5{T_s}^3+c_6{T_s}^4+c_7\ln \left(T_s\right)$

T_s＝273.15+H₁

P₁＝(P′_q·b-β(T₁-H₁)P₀)×10^-3

式中： 

T₁——热源塔进风口湿空气干球温度，℃； 

H₁——热源塔进风口湿空气湿球温度，℃； 

P_q·b——干球温度T下的饱和湿空气水蒸气分压力，Pa； 

P₁——干球温度T下的湿空气水蒸气分压力，kPa； 

P′_q·b——湿球温度T下的饱和湿空气水蒸气分压力，Pa； 

P₀——不同地区的大气压，Pa。 

当T₁(H₁)＝-100～0℃时，c₁＝-5674.5359，c₂＝6.3925247， 

c₃＝-0.009677843，c₄＝6.2215701×10^-7， 

c₅＝2.0747825×10^-19，c₆＝-9.484024×10^-13，c₇＝4.1635019； 

当T₁(H₁)＝0～200℃时，c₁＝-5800.2206，c₂＝1.3914993， 

c₃＝-0.04860239，c₄＝4.1764768×10^-5， 

c₅＝-1.4452093×10^-8，c₆＝0，c₇＝6.5459673；一般取β＝0.000667； 

其中，热源塔入口溶液的表面水蒸气分压力P₂满足以下公式的要求： 

ln(P₂/kPa)＝A×10^-3T′^-1+B×lgT′+C×10^-3T′+D 

T′273.15+T₃； 

式中：T₃-热源塔进液口溶液温度，℃； 

P₂-溶液温度T₃下的表面水蒸气分压力，kPa； 

A、B、C、D值由不同溶液的溶质而具体确定。 

其中，热源塔入口空气的露点温度T₂满足以下公式的要求： 

T₂＝b/[a/log(P₁/61.1)-1] 

式中： 

T₂-热源塔进口空气的露点温度； 

a、b-参数，对于水面(T₁＞0℃)，a＝7.5，b＝237.3； 

对于冰面(T₁≤0℃)，a＝9.5，b＝265.5； 

热源塔进、出风口湿空气的含湿量计算公式如下： 

$d_{\mathrm{in}}=622\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_0\×{10}^{-3}-P_{\mathrm{in}}}$

$d_{\mathrm{out}}=622\frac{P_{\mathrm{out}}}{P_0\×{10}^{-3}-P_{\mathrm{out}}}$

其中：P_in＝P₁

P_out计算方式同P_in

热源塔内潜热量计算公式如下： 

$Q_1={\mathrm{\ρ}}_a\·\frac{V\·S}{3600}\·[0.001d_{\mathrm{out}}(r_o+c_{\mathrm{pm}}{T}_4)-0.001d_{\mathrm{in}}(r_o+c_{\mathrm{pm}}{T}_1)]$

热源塔内显热量计算公式如下： 

$Q_2={\mathrm{\ρ}}_a\·\frac{V\·S}{3600}\·(c_p{T}_4-c_p{T}_1)$

热源塔内潜热交换总量与显热交换总量比计算公式如下： 

$\mathrm{\ξ}=\frac{Q_1}{Q_2}$

式中： 

d_in-热源塔进风口湿空气的含湿量，g/kg(a) 

d_out-热源塔出风口湿空气的含湿量，g/kg(a) 

P_in-热源塔进风口干球温度下T₁的湿空气水蒸气分压力，kPa； 

P_out-热源塔出风口干球温度下T₄的湿空气水蒸气分压力，kPa； 

m_a-空气质量流量，kg/s 

h_a-湿空气焓值，kJ/kg(a) 

Q₁-热源塔内潜热量，kJ 

Q₂-热源塔内显热量，kJ 

ρ_a-干空气密度，kg/m³

r₀-水在0℃时的汽化潜热值，kJ/kg(一般取值2501kJ/kg) 

c_p-空气的定压比热，kJ/kg·℃ 

c_pm-水蒸气的定压平均质量比热，kJ/kg·℃(一般取值1.85kJ/kg·℃) 

V-热源塔出风口平均风速，m/s 

S-热源塔出风口面积，m²

ξ-热源塔内潜热交换总量与显热交换总量比。 

参见图1，实施例所采用的热源塔耦合热泵制热系统的控制装置将设置于热源塔201进风口位置的第一温度传感器208将检测到的进风干球温度信息传输给与设置于热源塔201进风口位置的第一温度传感器208连接的中央控制单元207内；设置于热源塔201进风口位置的第二温度传感器209将检测到的进风湿球温度信息传输给与设置于热源塔201进风口位置的第二温度传感器209连接的中央控制单元207内；设置于热源塔201进出风口位置的第四温度传感器212将检测到的出风干球温度信息传输给与设置于热源塔201出风口位置的第四温度传感器212连接的中央控制单元207内；设置于热源塔201出风口位置的第五温度传感器213将检测到的出风湿球温度信息传输给与设置于热源塔201出风口位置的第五温度传感 器213连接的中央控制单元207内；设置于热源塔201出风口位置的风速传感器214将检测到的出风筒内风速信息传输给与设置于热源塔201出风口位置的风速传感器214连接的中央控制单元207内；安装于热源塔201出液口管道与热泵机组204进液口之间管道中的比重传感器211将检测到的溶液比重信息传输给与安装于热源塔201出液口管道与热泵机组204进液口之间管道中的比重传感器211连接的中央控制单元207内；安装于热泵机组204出液口与热源塔201进液口之间管道中的第三温度传感器210将检测到的溶液温度信息传输给与安装于热泵机组204出液口与热源塔201进液口之间管道中的第三温度传感器210连接的中央控制单元207内；中央控制单元207的输入端分别与热源塔201进风口第一温度传感器208、第二温度传感器209，热源塔201出风口第四温度传感器212、第五温度传感器213、风速传感器214，安装于热泵机组204出液口与热源塔201进液口之间管道中的第三温度传感器210，安装于热源塔201出液口管道与热泵机组204进液口之间管道中的比重传感器211连接，接受热源塔201进风口第一温度传感器208、第二温度传感器209，热源塔201出风口第四温度传感器212、第五温度传感器213、风速传感器214，安装于热泵机组204出液口与热源塔201进液口之间管道中的第三温度传感器210、安装于热源塔201出液口管道与热泵机组204进液口之间管道中的比重传感器211传输来的信息，其输出端与热源塔风机变频控制器202、循环泵变频控制器203、自动加溶质装置电机变频控制器206连接，向热源塔风机变频控制器202、循环泵变频控制器203、自动加溶质装置电机变频控制器206输送控制信息。 

参见图2，首先设置热源塔制热工况运行风机、溶液循环泵的电机初始频率值，并设置空气温度T基准值，然后利用温度传感器、风速传感器、比重传感器连续不断地测量所测测点的温度、风速、比重值：热源塔进风口空气干球温度T₁、热源塔进风口空气湿球温度H₁、热源塔进液口水溶液温度T₃、热源塔水溶液比重D、热源塔出风口空气球温度T₄、热源塔出风口空气湿球温度H₂、热源塔出风口空气流速V，并将其转换为电讯号传递给中央控制单元207。在中央控制单元207内将热源塔进风口空气干球温度T₁、热源塔进风口空气湿球温度H₁、热源塔进液口水溶液温度T₃、热源塔水溶液比重D、热源塔出风口空气球温度T₄、热源塔出风口空气湿球温度H₂、热源塔出风口空气流速V传送的数据进行分析计算，并将热源塔进风口空气干球温度T₁与空气温度基准值T、热源塔进风口空气露点温度值T₂与热源塔进液口溶液温度值T₃、热源塔进风口空气水蒸气分压力值P₁与热源塔进液口的溶液表面水蒸气分压力值P₂分别进行比较分析。当T₁≥T，中央控制单元207发送控制信息至热源塔风机变频控制器202、循环泵变频控制器203，自动调节风机、循环泵的电机频率值且中央控制单元207不断进行数据分析处理，计算热源塔内潜显比ξ值，并取其中的最大值，从而保证热源 塔内潜显比ξ值最大运行。当T₁＜T且溶液防冻不满足要求，中央控制单元207将检测数据进行分析处理后，向自动加溶质装置电机变频控制器206输送控制加溶质信息，提高溶液浓度，降低冰点温度，中央控制单元207不断检测溶液比重D信号，当检测到的溶液满足防冻要求时，中央控制单元207发出信号，向自动加溶质装置电机变频控制器206输送停止加溶质信息，系统恢复到正常的运行状态。当溶液防冻满足要求，且T₁＜T、T₂≥T₃，中央控制单元207发送控制信息至热源塔风机变频控制器202、循环泵变频控制器203，自动调节风机、循环泵的电机频率值且中央控制单元207不断进行数据分析处理，计算热源塔内潜显比ξ值，并取其中的最小值，从而保证热源塔内潜显比ξ值最小运行。当溶液防冻满足要求，且T₁＜T、T₂＜T₃、P₂≥P₁，中央控制单元207发送控制信息至热源塔风机变频控制器202、循环泵变频控制器203，自动调节风机、循环泵的电机频率值且中央控制单元207不断进行数据分析处理，计算热源塔内潜显比ξ值，并取其中的最大值，从而保证热源塔内潜显比ξ值最大运行。当溶液防冻满足要求，且T₁＜T、T₂＜T₃、P₂＜P₁，中央控制单元207发送控制信息至热源塔风机变频控制器202、循环泵变频控制器203，自动调节风机、循环泵的电机频率值且中央控制单元207不断进行数据分析处理，计算热源塔内潜显比ξ值，并取其中的最小值，从而保证热源塔内潜显比ξ值最小运行。 

图3是本发明热源塔耦合热泵制热系统控制装置的控制方法流程图。 

当控制装置在热源塔耦合热泵制热系统中布置完毕后，相应的，控制热源塔耦合热泵制热系统的方法，主要包括以下步骤： 

步骤1，将中央控制单元207内热源塔风机、溶液循环泵及自动加药装置电机频率值初始化值为零(S1)； 

步骤2，根据建筑地区的气候、环境特点、建筑功能，设置好热源塔制热工况运行风机、溶液循环泵的电机初始频率值(S2)。气温＜5℃的地区建议电机初始频率值取较大值50Hz，气温≥5℃地区设置值建议电机初始频率值取较小值25Hz。手动输入风机、溶液循环泵的电机初始频率值的范围为25Hz～50Hz。 

步骤3，根据上述步骤2内设置好的热源塔制热工况运行风机、溶液循环泵的电机初始频率值信息传输给中央控制单元207，中央控制单元207分别向热源塔风机变频控制器202、循环泵变频控制器203输送控制信息，使得热源塔风机、循环泵运行(S3)。 

步骤4，中央控制单元207接受第一温度传感器208、第二温度传感器209、第三温度传感器210、比重传感器211、第四温度传感器212、第五温度传感器213、风速传感器214的传输来的检测信息(S4)，进行分析处理，并向热源塔风机变频控制器202、循环泵变频控制 器203、自动加溶质装置电机变频控制器206输送控制信息； 

上述中央控制单元207接受第一温度传感器208、第二温度传感器209、第三温度传感器210、比重传感器211、第四温度传感器212、第五温度传感器213、风速传感器214的传输来的检测信息(S4)，需做出不同的处理： 

1)若热源塔201进口空气温度T₁≥T(S5)，其中T为温度比较的基准值，T值为5℃。中央控制单元207发送控制热源塔风机、循环泵电机频率值的信息至热源塔风机变频控制器202、循环泵变频控制器203；自动调节风机、循环泵的电机频率值且中央控制单元207不断进行数据分析处理，计算热源塔内潜显比ξ值，并取其中的最大值，从而保证热源塔内潜显比ξ值最大运行(S6)，确保该工况下风机与循环泵消耗的能耗最优，使得热源塔耦合热泵制热系统节能运行。潜显比ξ是根据现场采集的数据计算而得，自动调节风机、循环泵的电机频率值且中央控制单元不断进行数据分析处理，计算热源塔内潜显比ξ值，并取其中的潜显比ξ最大值，且采用该最大潜显比ξ值工况下所对应的风机与循环泵的电机频率值来作为风机与循环泵运行的当前参数值。如果不根据实际情况计算出显潜比值，那么调节风机与循环泵的频率就没有依据，造成实际运行时风机与循环泵的能耗随机性很大，即不节能。 

2)若热源塔201进口空气温度T₁＜T(S5)，其中T为温度比较的基准值，T值为5℃。中央控制单元207接受溶液比重传感器211的检测信息，进行分析处理，根据控制单元内已存储的原始数据，分析出溶液在所检测到的比重值所对应的溶液的冰点温度，判断该溶液浓度下的冰点温度与空气温度T₁值大小，从而判断该工况下溶液是否防冻(S7)，如果溶液防冻未满足要求，则中央控制单元207将数据进行分析处理后，向自动加溶质装置电机变频控制器206输送控制信息(S8)，逐渐添加溶质，每次溶质添加量不小于系统溶液中总溶质质量的5％为宜，由中央控制单元207接受溶液比重传感器211的检测信息，进行分析处理，直至满足溶液防冻要求时，中央控制单元207向自动加溶质装置电机变频控制器206输送控制信息停止添加溶质。 

如果溶液防冻满足要求(S7)，则中央控制单元207根据接受的热源塔201进风口第一温度传感器208、第二温度传感器209，热源塔201出风口第四温度传感器212、第五温度传感器213、风速传感器214，安装于热泵机组204出液口与热源塔201进液口之间管道中的第三温度传感器210，安装于热源塔201出液口管道与热泵机组204进液口之间管道中的比重传感器211传输的检测信息，进行分析处理，判断该工况下热源塔201进风口空气露点温度值T₂与热源塔201进液口溶液温度值T₃大小关系(S9)。 

当T₂≥T₃时，中央控制单元207发送控制信息至热源塔风机变频控制器202、循环泵变频 控制器203，自动调节风机、循环泵的电机频率值且中央控制单元207不断进行数据分析处理，计算热源塔内潜显比ξ值，并取其中的最小值，从而保证热源塔内潜显比ξ值最小运行(S11)，确保该工况下风机与循环泵消耗的能耗最优，使得热源塔耦合热泵制热系统安全、稳定、节能运行。运行过程中，中央控制单元207接受溶液比重传感器211的检测信息，进行分析处理，根据控制单元内已存储的原始数据，分析出溶液在所检测到的比重值所对应的溶液的冰点温度，判断该溶液浓度下的冰点温度与热源塔进液口水溶液温度T₃值大小，判断该工况下溶液是否防冻(S12)，如果溶液防冻未满足要求，则中央控制单元207将数据进行分析处理后，向自动加溶质装置电机变频控制器206输送控制信息(S8)，每次溶质添加量为系统溶液中总溶质质量的5-10％，中央控制单元逐时(1min)接收溶液比重传感器的检测信息，进行分析处理，直到满足溶液防冻要求时，中央控制单元207向自动加溶质装置电机变频控制器206输送控制信息停止添加溶质。如果溶液防冻满足要求，则热源塔耦合热泵制热系统正常运行。 

当T₂＜T₃时，则中央控制单元207根据接受的热源塔201进风口第一温度传感器208、第二温度传感器209，热源塔201出风口第四温度传感器212、第五温度传感器213、风速传感器214，安装于热泵机组204出液口与热源塔201进液口之间管道中的第三温度传感器210，安装于热源塔201出液口管道与热泵机组204进液口之间管道中的比重传感器211传输的检测信息，进行分析处理，判断该工况下热源塔201进风口空气水蒸气分压力值P₁与热源塔201进液口的溶液表面水蒸气分压力值P₂的大小(S10)。 

当P₂≥P₁时，中央控制单元207发送控制信息至热源塔风机变频控制器202、循环泵变频控制器203；自动调节风机、循环泵的电机频率值且中央控制单元207不断进行数据分析处理，计算热源塔内潜显比ξ值，并取其中的最大值，从而保证热源塔内潜显比ξ值最大运行(S6)，确保该工况下风机与循环泵消耗的能耗最优，使得热源塔耦合热泵制热系统节能运行。 

当P₂＜P₁时，中央控制单元207发送控制信息至热源塔风机变频控制器202、循环泵变频控制器203，自动调节风机、循环泵的电机频率值且中央控制单元207不断进行数据分析处理，计算热源塔内潜显比ξ值，并取其中的最小值，从而保证热源塔内潜显比ξ值最小运行(S11)，确保该工况下风机与循环泵消耗的能耗最优，使得热源塔耦合热泵制热系统安全、稳定、节能运行。运行过程中，中央控制单元207接受溶液比重传感器211的检测信息，进行分析处理，根据控制单元内已存储的原始数据，分析出溶液在所检测到的比重值所对应的溶液的冰点温度，判断该溶液浓度下的冰点温度与热源塔进液口水溶液温度T₃值大小，从而判断该工况下溶液是否防冻(S12)，如果溶液防冻未满足要求，则中央控制单元207将数据进 行分析处理后，向自动加溶质装置电机变频控制器206输送控制信息(S8)，逐渐添加溶质，每次溶质添加量不小于系统溶液中总溶质质量的5％为宜，由中央控制单元207接受溶液比重传感器211的检测信息，进行分析处理，直到满足溶液防冻要求时，中央控制单元207向自动加溶质装置电机变频控制器206输送控制信息停止添加溶质。如果溶液防冻满足要求，则热源塔耦合热泵制热系统正常运行。 

步骤5，根据上述动态调节过程，热源塔耦合热泵制热系统可安全、高效、稳定运行。 

本发明热源塔耦合热泵制热系统控制装置结构简单，组成元件较少，大大降低了成本。 

本发明热源塔耦合热泵制热系统控制方法在不同气候条件及热源塔耦合热泵制热系统动态运行条件下，根据热源塔进液温度与热源塔进风口露点温度的差值，热源塔进风口空气的水蒸气分压力与热源塔进液的溶液表面水蒸气分压力的差值，综合考虑该两项参数进行系统动态调节控制，控制策略科学明确，为热源塔耦合热泵制热系统可靠、安全、高效、稳定运行提供了实际有效的方法及设备。 

本发明热源塔耦合热泵制热系统控制方法及控制装置地区适应性广，可靠度高。 

Claims (3)

1.一种热源塔耦合热泵制热系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：参数检测：

检测以下参数：热源塔进风口空气干球温度T₁、热源塔进风口空气湿球温度H₁、热源塔进液口水溶液温度T₃、热源塔水溶液比重D、热源塔出风口空气干球温度T₄、热源塔出风口空气湿球温度H₂以及热源塔出风口风速V；

步骤2：参数设置和计算：

设置风机、溶液循环泵的电机初始频率值；设置温度比较的基准值T；计算热源塔进口空气的露点温度T₂值；计算热源塔入口空气的水蒸气分压力P₁、热源塔入口溶液的表面水蒸气分压力P₂，计算潜显比ξ值；

步骤3：根据参数具体实施控制，具体分为以下五种情况：

情况1：当T₁≥T，则使得热源塔耦合热泵制热系统工作在热源塔内潜显比ξ最大的工况；

情况2：当T₁＜T且溶液防冻不满足要求，则添加溶质；

情况3：当T₁＜T且溶液防冻满足要求，且T₂≥T₃，则使得热源塔耦合热泵制热系统工作在热源塔内潜显比ξ最大的工况；

情况4：当T₁＜T且溶液防冻满足要求、T₂＜T₃且P₂≥P₁，则使得热源塔耦合热泵制热系统工作在热源塔内潜显比ξ最大的工况；

情况5：当T₁＜T且溶液防冻满足要求，T₂＜T₃且P₂＜P₁，则使得热源塔耦合热泵制热系统工作在热源塔内潜显比ξ最小的工况。

2.根据权利要求1所述的热源塔耦合热泵制热系统控制方法，其特征在于，风机、溶液循环泵的电机初始频率值的范围为25Hz～50Hz，所述的温度比较的基准值T取值为5℃，所述的热源塔进口空气的露点温度T₂的计算公式为：

T₂＝b/[a/log(P₁/61.1)-1]；其中，对于水面，a＝7.5，b＝237.3；

对于冰面，a＝9.5，b＝265.5；

热源塔入口空气的水蒸气分压力P₁的计算公式为：

P₁＝(P′_q·b-β(T₁-H₁)P₀)×10^-3，

其中 $P_{q\·b}^{\′}=\exp [\frac{c_1}{T_s}+c_2+c_3{T}_s+c_4{T_s}^2+c_5{T_s}^3+c_6{T_s}^4+c_7\ln \left(T_s\right)],$ 当T₁＝-100～0℃，H₁＝-100～0℃时，c₁＝-5674.5359，c₂＝6.3925247，

c₃＝-0.009677843，c₄＝6.2215701×10^-7，

c₅＝2.0747825×10^-19，c₆＝-9.484024×10^-13，c₇＝4.1635019；

当T₁＝0～200℃，H₁＝0～200℃时，c₁＝-5800.2206，c₂＝1.3914993，

c₃＝-0.04860239，c₄＝4.1764768×10^-5，

c₅＝-1.4452093×10^-8，c₆＝0，c₇＝6.5459673；常数β＝0.000667；

T_s＝273.15+H₁；式中P₀为大气压；

热源塔入口溶液的表面水蒸气分压力P₂的计算公式为：

P₂＝exp(A×10^-3T′^-1+B×lgT+C×10^-3T′+D)其中：T′273.15+T₃，A、B、C、D值由不同溶液的溶质而具体确定，对于氯化钙溶液A＝-13.570，B＝0，C＝0，D＝8.34；氯化锂溶液A＝-10.760，B＝-4.02，C＝0，D＝21.42；

潜显比ξ值的具体计算公式为：

其中，热源塔内潜热量 $Q_1={\mathrm{\ρ}}_a\·\frac{V\·S}{3600}\·[0.001d_{\mathrm{out}}(r_o+c_{\mathrm{pm}}{T}_4)-0.001d_{\mathrm{in}}(r_o+c_{\mathrm{pm}}{T}_1)],$ 热源塔内显热量

式中ρ_a为干空气密度，S为热源塔出风口面积，d_in为热源塔进风口湿空气的含湿量，d_out为热源塔出风口湿空气的含湿量，

式中P_in为热源塔进风口干球温度下T₁的湿空气水蒸气分压力，P_in＝P₁，P_out为热源塔出风口干球温度下T₄的湿空气水蒸气分压力P_out＝exp[A×10^-3T₄ ^-1+B×lgT₄+C×10^-3T₄+D]；r_o为水蒸气在0℃时的汽化潜热值，取值为2501kJ/kg，c_pm为水蒸气的定压平均质量比热值，取值为1.85kJ/kg·℃，c_p为空气的定压比热，单位为kJ/kg·℃。

3.一种热源塔耦合热泵制热系统的控制装置，其特征在于，在热源塔中设置有风机变频控制器和自动加溶质电机变频控制器，在热源塔出液口与热泵机组进液口之间设有循环泵，热泵机组的出液口与热源塔的进液口相接，循环泵由循环泵变频控制器驱动；在热源塔出液口管道与循环泵之间管道中设有比重传感器，在热源塔进风口处设有用于测量进风口空气的干球温度的第一温度传感器以及用于测量进风空气的湿球温度的第二温度传感器在热泵机组出液口与热源塔进液口之间管道中设置有第三温度传感器，所述的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、比重传感器、循环泵变频控制器、风机变频控制器和自动加溶质电机变频控制器均与中央控制单元连接；设置于热源塔进出风口位置的第四温度传感器将检测到的出风干球温度信息传输给与设置于热源塔出风口位置的第四温度传感器连接的中央控制单元内；设置于热源塔出风口位置的第五温度传感器将检测到的出风湿球温度信息传输给与设置于热源塔出风口位置的第五温度传感器连接的中央控制单元内；设置于热源塔出风口位置的风速传感器将检测到的出风筒内风速信息传输给与设置于热源塔出风口位置的风速传感器连接的中央控制单元内；在热源塔出液口与循环泵之间设有用来调节热源塔实际运行时溶液体积变化量的溶液调节装置。

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