CN102721117A - 可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机及控制方法。依据可变送风露点温度控制技术方案，并依照该技术方案及方法研发出水电站专用的空调机组和除湿机。本发明可应用于所有的水电站工程，实现通风空调系统全年节能运行和智能控制，使得空调机和除湿机更节能、更智能、更可靠。

Description

可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机及控制方法

技术领域

本发明属于水电站厂房通风空调系统的空气处理与控制领域。具体是可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机及控制方法。

背景技术

现有的水电站程均采用常规的空调机、除湿机。常规的空调机、除湿机的制冷量控制方式均为恒定露点温度控制，这种控制方式存在固有的缺陷。

水电站的自然因素，包括：河水(库水)温度、岩体壁面温度、混凝土壁面温度、室外新风空气状态、室内散湿量等参数全年都是变化的，采用恒定露点温度控制的常规空调机、除湿机不能适应这种变化，要么制冷量不足，厂房内出现结露现象；要么制冷量过度，电能消耗巨大，能源浪费严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机及控制方法。

可变送风露点温度控制就是根据河水(库水)温度、地下岩体壁面温度、混凝土壁面温度、室外新风空气状态、室内(回风或排风)空气状态的变化以及室内散湿量的影响，通过分析事先设定的条件是否成立，选择运行工况并取得任意时刻(动态)的最佳送风露点温度，并使空调机、除湿机的制冷系统实时按照最佳送风露点温度的需要调节机械制冷量，从而实现最大化节能运行的控制理论和方法。

在空调机、除湿机的PLC运行软件中，同时将工况选择、可变露点温度控制、温差控制、焓差控制、时间控制等一起编制为设备运行控制程序。程序运行中需要的变量通过设置必要的传感器实时获得；程序运行中需要的常量与水电站的特性有关，这些常量通过设备在水电站初期试运行获得，由人员在PLC的输入介面输入后固定在程序中。程序运行需要的变量、常量都确认之后，设备的运行完全智能。

采用可变送风露点温度控制制冷量的水电站专用空调机和除湿机，同时还采用了温差控制冷却水量、焓差控制新风量，针对水电站的特点，设置一级水换热器对空气进行预处理，并对水换热器还采取了防泥沙措施。所有这些措施使得空调机和除湿机更节能、更智能、更可靠。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

1.可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机的组成结构包括如下几方面的内容：

1)空调机组的组成结构

空调机组的组成结构主要包括二部分：全工况直接蒸发组合式空气处理机组、全工况水冷变容量冷热源主机；二者之间设置有制冷剂管路、水管路、电气控制线路；

A.全工况直接蒸发组合式空气处理机组

全工况直接蒸发组合式空气处理机组的组成，主要有五个功能段，按回风至送风的顺序为：初中效袋式过滤段、一级水冷却或加热换热盘管段、二级直接蒸发冷却盘管段、三级直接冷凝加热盘管段、送风机段；

B.全工况水冷变容量冷热源主机

全工况水冷变容量冷热源主机的组成包括：变容量压缩机、水冷却冷凝器、油分离器、储液器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电磁阀、四通换向阀、单向阀、压力表、压差继电器、智能PLC控制箱等；冷热源主机通过制冷剂铜管路与设置在组合式空气处理机组的二级直接蒸发冷却盘管、三级热回收直接冷凝换热盘管相连接；

2)制冷系统及运行方式

制冷系统包括：变容量压缩机、水冷却冷凝器、油分离器、储液器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电磁阀、四通换向阀、单向阀、二级直接蒸发冷却盘管、三级热回收直接冷凝盘管；

制冷系统的制冷剂循环过程是：由压缩机出口出来的高温、高压气态制冷剂，首先流经油分离器除去润滑油，而后流经制冷剂分流控制阀分为二路，其中一路制冷剂流经水冷却冷凝器，通过河水或库水的冷却降温，气态制冷剂凝结为液态制冷剂，而后进入储液器；第二路制冷剂流经三级热回收换热盘管，通过空气的冷却降温，气态制冷剂凝结为液态制冷剂，而后进入储液器与第一路的制冷剂会合；储液器出来的高压液态制冷剂经电子膨胀阀降压后，进入空气的二级直接蒸发换热盘管，液态制冷剂吸收空气的热量气化为气态制冷剂，空气被冷却降温，二级直接蒸发换热盘管出来的低压气态制冷剂被压缩机吸入后，被压缩为高温高压的气态制冷剂，而后重复前面的制冷循环过程；

3)冷却水系统及运行方式

冷却水系统包括：一级水冷却或加热换热盘管、水冷却冷凝器、电动阀门等；冷却水系统为直流式，直接以河水或库水作为冷却水源；

冷却水的流程为：河水或库水首先流经一级水冷却或加热换热盘管，将空气(新风和回风)冷却降温，而后进入水冷却冷凝器将制冷剂冷却降温，冷却水最终排走；

冷却水的控制：通过直通、旁通电动阀门控制河水或库水是否流经一级水冷却或加热换热盘管，通过总管的电动阀门控制是否需要河水或库水来冷却；

4)控制系统及运行方式

控制系统包括：传感器、PLC控制器、自动保护元件、控制线路等；

A.传感器

为实时监视河水或库水温度以及新风、回风、送风的空气状态，在空调机组的冷却水进水管设置温度传感器，分别在机组的新风入口、回风入口、送风出口设置温度和相对湿度传感器；另外，还设置专门用于自动保护的传感器，如：压差传感器、温度过低过高传感器等；

传感器实时将温度、相对湿度、压差等物理量转换为模拟量信号或数字量信号，通过信号电缆发送到PLC控制器的I/O接口；

B.PLC控制器

PLC控制器的组成包括：主板、CPU中央处理器、存储器、输入输出I/O接口、网络接口、触摸显示屏等部件；

PLC控制器采用可编程控制，按事先编制好的程序自动运行；

PLC控制器机组的控制对象包括：送风机电机、压缩机电机、压缩机滑阀、制冷剂分流控制阀、四通换向阀、电动球阀等；PLC控制器还输出信号到机组外部，控制外部的新风机、回风机的启停；

5)除湿机组的结构及运行方式

除湿机的结构及运行方式与空调机组基本相同，只是简化了制冷系统，省略了对外部的新风机、排风机的控制，同时将设备小型化并整合在一个柜体内；

在除湿机的冷却水进水管设置温度传感器，分别在除湿机的进风入口、送风出口设置温度和相对湿度传感器。

2.用可变送风露点温度控制水电站专用空调机和除湿机的方法包括如下内容及步骤：

1)实现全年运行工况的自动选择

全年运行工况的自动选择的最基本步骤是判定是否存在故障，设备的运行分为二个基本模式：故障模式、正常模式；

A.故障模式

故障模式划分为二个情况：外部故障、内部故障；

a.外部故障

设备的使用场所一般是水电站厂房，水电站厂房内发生的故障事故与设备本身的故障无关，为外部故障；外部故障通过来自外部的故障信号输入让设备获知并作出相应的反应；

外部的故障信号分为二种：事故停机信号、事故通风信号；

事故停机信号是指水电站厂房内正在发生火灾时，由水电站的火灾报警系统自动发出或电站运行人员发出的远控联动信号，设备收到事故停机信号后将强制停机；

事故通风信号是指水电站厂房内火灾结束时，为及时排除厂房内的火灾烟气，由水电站的火灾报警系统自动发出或电站运行人员发出的远控联动信号，设备收到事故通风信号后将强制送风机投入运行。

b.内部故障

内部故障通过PLC的自动诊断程序进行分析判断，当有内部的部件发生故障时，PLC显示故障信号并通过网络接口将故障信号远传至远方的上位机；

内部故障包含二种类型，为：关键部件的故障、次要部件的故障；

关键部件是指起到关键作用的部件，包括：压缩机、电动机、压缩机的滑阀、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电动球阀、制冷剂管路、PLC控制器；当关键部件发生故障时，设备自动停机。

次要部件是指起到次要作用的部件，包括：温度传感器、湿度传感器、过滤网的压差传感器；当次要部件发生故障时，PLC自动将运行工况锁定为故障发生前的状态并继续运行；

B.正常模式

正常模式包含二个工况，分别为：机械制冷工况、通风工况；

进入正常模式后，采用如下方法进行工况判断和选择：

利用传感器获得实时的河水或库水温度Tks、室外新风空气温度Txf，回风型除湿机采用回风露点温度TL_HF，通过现场实测取得地下岩体壁面温度Tb，通过PLC控制器程序的运行将三者的温度互相比较，当室外新风空气温度Txf大于河水或库水温度Tks与地下岩体壁面温度Tb之中的较小值时，空调机或除湿机为机械制冷工况；当室外新风空气温度Txf同时小于河水或库水温度Tks与地下岩体壁面温度Tb时，空调机或除湿机为通风工况；

a.机械制冷工况

制冷系统仅在机械制冷工况下投入运行，通风工况下不运行；空气的一级水冷却器、新风机或排风机在机械制冷工况下的运行方式与通风工况不同；

制冷系统的控制包括：二级蒸发换热器的制冷量控制、三级热回收换热器的加热量控制；其中，制冷量控制又包含：可变送风露点温度控制、压缩机的容量开度控制、电子膨胀阀的开度控制；加热量控制包含：送风干球温度控制、制冷剂分流控制阀的开度控制；

在机械制冷工况下，空气的一级水冷却器是否投入，采用室外新风温度Txf与河水库水温度Tks之间的温差进行控制；新风机或排风机的风量切换控制采用室外新风与回风或排风之间的焓差进行控制；

b.通风工况

在通风工况下，机械制冷系统不运行，空气的一级水冷却器、新风机或排风机的运行方式与机械制冷工况不同；

空气的一级水冷却器是否投入，采用室外新风温度Txf与送风干球温度最低限值Tc之间的温差进行控制；新风机或排风机的风量切换控制采用河水库水温度Tks与河水库水温度最低限值Tks_min之间的温差进行控制；

2)实现可变送风露点温度调节控制

采用可变送风露点温度调节控制的技术方案，将保持厂房室内不结露或室内尽量减少结露作为确定通风空调设备送风露点温度的条件之一，送风露点温度还需兼顾厂房室内干球温度保持在舒适区域、厂房室内相对度保持在规范规定的范围内、满足卫生换气要求、能源的消耗最小的要求，该技术方案通过分析任意时刻的室外空气、室内空气、围护结构、河水或库水等状态参数，在满足预先设定的各方面要求的前提下，实时选择最佳的动态送风露点温度；

按照可变送风露点温度调节控制的技术方案所采用的方法编制运行程序，将程序整合到设备PLC控制器的运行软件中，实测输入和利用传感器获得实时的室外空气、室内空气、围护结构、河水或库水等状态参数，通过PLC软件的运行对获得的各状态参数进行比较、分析，从而得到最佳的实时送风露点温度，而后让压缩机按照最佳的实时送风露点温度的需要实时调整制冷量，保证设备实时均在最佳状态点运行；

3)实现一级水换热器的自动控制

实现空气与河水或库水的一级表面式换热器的自动控制，利用传感器获得实时的室外空气温度Txf，回风型除湿机采用回风温度Thf、河水或库水温度Tks，预先设定空气温度最低限值Tc；

在机械制冷工况，当河水或库水温度Tks低于室外新风空气温度Txf时，接通一级水换热器的水路，利用河水或库水将空气预冷却、除湿；反之，则断开一级水换热器的水路；

在通风工况，当室外新风空气温度Txf低于事先设定的最低限值Tc时，接通一级水换热器的水路，利用河水或库水将空气加热；反之，则断开一级水换热器的水路；

4)实现全年新风量的自动控制

全年新风量的自动控制分为二种工况：机械制冷工况和通风工况；

在机械制冷工况下，新风量的自动控制采用焓差控制，利用传感器获得实时的室外新风空气、室内回风或排风空气的温度、湿度，用公式换算为焓值i，以二者的焓差作为机械制冷工况控制新风量的依据；当室外新风空气焓值i_XF小于或等于室内回风i_HF或排风i_PF焓值时，按全新风工况运行；反之，按最小新风工况运行；

在通风工况下，新风量的自动控制采用温差控制，利用传感器获得实时的河水或库水温度Tks，将河水或库水温度Tks与事先设定的最低限值T_KSmin进行比较，在通风工况，当河水或库水温度Tks高于或等于最低限值T_KSmin时，按全新风工况运行；反之，按最小新风工况运行；

5)实现送风温度及相对湿度的自动控制

根据水电站的实际情况，分别预先在PLC设定送风的最高相对湿度RHmax、最低送风干球温度Tc、河水或库水温度最低限值T_KSmin，通常情况下，水电站的最高送风相对湿度RHmax为85～90％、最低送风干球温度Tc为5～12℃、河水或库水温度最低限值T_KSmin为10～17℃；

河水或库水温度最低限值T_KSmin是指在通风工况，当一级河水或库水换热器投入以后，送风温度Tsf又重新降低到最低送风干球温度Tc，此时所对应的河水或库水温度；

设备送风的空气干球温度Tsf和相对湿度RHsf通过调节与控制，保证同时满足设定值的要求。其自动控制分为二种工况：机械制冷工况、通风工况；

A.机械制冷工况

可变送风露点温度调节可以控制送风的露点温度，送风的干球温度Tsf和相对湿度RHsf的控制是通过调节三级直接热回收段的加热量来实现；

当送风露点温度TL’低于设定的最低送风干球温度Tc与最高相对湿度RHmax对应状态点的露点温度TLc时，通过加大三级直接热回收段的加热量，使得送风干球温度Tsf达到设定的最低送风干球温度Tc；

当送风露点温度高于等于设定的最低送风干球温度Tc与最高相对湿度RHmax对应状态点的露点温度TLc时，通过调整三级直接热回收段的加热量，使得送风相对湿度RHsf不高于设定的最高相对湿度RHmax；

B.通风工况

在通风工况，机械制冷系统不运行；

空调机组由机械制冷工况进入通风工况的初期是采用全新风送风，将室外新风直接送到室内，不做处理，随着室外新风空气温度的下降，当送风干球温度Tsf降低到设定的最低送风干球温度Tc时，打开一级河水或库水换热器的水阀，利用河水或库水加热使得送风温度升高；

若一级河水或库水换热器投入以后，送风温度Tsf又重新降低到最低送风干球温度Tc，此时河水或库水温度Tks正好降低到最低限值T_KSmin，则切换新风机、排风机，由全新风转换为最小新风量送风、排风；最小新风与回风混合后，经一级河水或库水换热器冷却调温到合适的温度，而后送到室内，这是利用厂房内机电设备的散热并同时采用最小新风量，使得冬季厂房室内空气温度不过低；

除湿机分为二种，为：全新风型除湿机、全回风型除湿机。全新风除湿机的送风温度、湿度的控制方式与空调机组基本相同，只是没有回风。全回风除湿机无新风，按照回风的空气状态、河水或库水温度Tks、围护结构壁面温度Tb来调整送风的空气状态；

6)实现最优室内空气参数的自动选择

在全年任何时期，在满足有关规范及实际需要的前提下，实时选择最佳的室内空气参数，室内空气的温度、湿度在全年动态变化，室内空气状态对能量的需求在任何时刻都是最少的；

室内空气的状态主要取决于送风的空气状态，通过对送风空气状态的控制实现最优室内参数的自动选择，使得空调机组和除湿机以最少的电能消耗、最少的库水或冷却水消耗，将厂房内的空气温度和湿度保持在合适范围；

7)实现厂房内不结露或少结露

空调机组和除湿机通过采用合理的空气处理方式，合理选择室内空气的温度、湿度，以节能的运行方式实现主要场所围护结构的岩体、混凝土壁面全年不结露或少结露；

对于河水或库水年最低温度不低于7℃的水电站，可保证厂房内所有水管道壁面全年不结露，相对于只保证围护结构的岩体、混凝土壁面不结露，实现厂房内水管道壁面不结露需要增加一些电能消耗，但通过同时采用可变送风露点温度调节、河水直接冷却、合理选择室内空气参数以后，增加的电能消耗很有限，全年的能耗仍然小于常规的空调除湿设备；

对于河水或库水年最低温度低于7℃的水电站，可显著减少厂房内水管道壁面结露的数量，显著缩短结露期；

8)实现自动快速除霜

制冷系统设置四通换向阀，当空气的二级蒸发换热盘管外表面结霜到一定程度，通过将压缩机出口的热媒切换至空气的二级换热器进行快速除霜；除霜期间压缩机满负荷(滑阀开度100％)，同时关停送风机及制冷剂分流控制阀；

9)采用防淤积易清洗的换热器结构

为了充分地利用低温的冷源，直接以河水或库水作为空气的一级冷却和制冷系统的冷却水源，针对大多数河流的河水泥沙较多的情况，采取了特别的措施，水换热器采用光滑的加大口径的换热管、平滑型流道、提高水流速、易拆卸的端板结构，采用高频振荡除藻灭菌型水处理仪对进入换热器的库水进行预处理，提高水的物理溶解度，减缓泥沙在管道中沉积，与库水接触的电动阀门采用耐泥沙淤积和磨损的阀门；

这些措施保证设备在库水泥沙较多的情况下仍然长期、稳定、安全的运行；

10)合理配置空气处理和制冷设备

空气的处理过程配置了初中效过滤器、一级河水表面式换热器、二级直接蒸发表面式换热器、三级热回收表面式换热器；

制冷循环系统包括：变容量压缩机、水冷却管壳式冷凝器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、二级直接蒸发表面式换热器、三级热回收表面式换热器等设施，制冷系统按照最不利工况下保证水电站的围护结构表面不结露选择制冷量；

空调机组和除湿机的各个组成部分的容量均合理配置，满足全年全部运行工况的需要；

11)实时自适应自然环境的剧烈变化

传感器能实时监视水温和空气状态，全年任何时刻的室外、室内空气状态的剧烈变化，空调机组和除湿机的PLC控制器自动调整运行工况去适应，运行工况的转换在任何时刻均可逆，实时将运行参数调整到最佳状态；

传感器对温度的反应速度在10秒以内，对湿度的反应速度在60秒以内，PLC控制器按事先设定好的时间周期巡回检测各个传感器反馈的信息，当有偏差发生时，PLC控制器及时调整设备的运行工况和状态参数，库水温度、室外新风和室内回风空气状态在几分钟之内的变化，PLC控制器均能实时感知并及时调整；

12)实现全智能网络控制

机组的PLC控制器根据用户设定好的运行参数，按事先编制好的程序和传感器获得的实时数据自动完成所有控制，全年的运行不需要人员干预；

机组PLC控制器配置的触摸显示控制屏可在现地完成所有的运行参数显示、设置、控制操作，同时，PLC控制器还配置了标准化的网络接口，远方中控室的计算机可通过网络访问机组的控制界面，在中控室远方计算机进行与现地完全一样的监视、操作。

3.可变送风露点温度控制为独创的技术方案，其特征在于，所述技术方案实施方法及步骤如下：

1)通过设备的试运行，实测获取与设备运行控制有关的各种数据

试运行实测获取的数据分为二类，一类为通过传感器实时采集，PLC控制器自动记录、设置和显示的数据；另一类为通过人工观测，手动输入和设置的数据；

A.自动方式获取的数据

自动方式获取的数据分为二种，为：实时的变量数据、恒定的常量数据；

a.实时的变量数据

实时的变量数据包括：河水库水温度Tks、新风干球温度Txf、新风相对湿度RHxf、回风干球温度Thf、回风相对湿度RHhf、送风干球温度Tsf、送风相对湿度RHsf；

b.恒定的常量数据

恒定的常量数据包括：库水温度上升到岩体壁面温度的时刻R2、新风温度下降到岩体壁面温度的时刻R4、混凝土壁面结露在全年开始时刻的河水库水实测温度Tks_R1、混凝土壁面结露在全年结束时刻的室外新风实测温度Txf_R3、岩体壁面温度的建议调整量ΔTb、回风与送风的实测焓差ie；

B.人工方式获取的数据

人工方式获取的数据均为恒定的常量，包括：为消除室内散湿所需要的送风露点与库水温度的差值Ta、围护结构的壁面温度设定值Tb、最低送风干球温度Tc、排风与送风的焓差的设定值ID、最低送风露点温度限定值TLmin、最高送风相对湿度RHmax、混凝土壁面结露在全年开始的时刻R1、R1时刻的河水库水温度设定值TKS_R1、混凝土壁面结露在全年结束的时刻R3、R3时刻的室外新风温度设定值TXF_R3、不同深度埋管温度曲线包络系数α、送风参数的巡检周期N1、回风参数的巡检周期N2、时钟设定Rx＝年:月:日:时:分:秒；

2)计算岩体壁面温度的建议调整量并对岩体壁面温度进行调整

A.岩体壁面温度建议调整量ΔTb的计算

计算步骤如下：

当R3＞R4时，ΔTb＝Ta+Tb+0.2-Txf_R3；

当R3≤R4时，ΔTb＝0；

B.按建议调整量ΔTb对岩体壁面温度Tb进行调整

调整的步骤如下：

a.将时钟Rx与时刻R4进行比较

当Rx≤R4时，将巡检次数回零，取N3＝0，并且岩体壁面温度Tb不做调整；

当Rx＞R4时，进入下个步骤B；

b.判断巡检次数N3＝0是否成立

若N3＝0不成立，则岩体壁面温度Tb不做调整；

若N3＝0成立，岩体壁面温度Tb调整为Tb＝Tb-ΔTb，同时设定巡检次数N3＝1；

3)计算混凝土传热所需的最大送风露点温度差TEmax

按公式： $\mathrm{TE}\max =\frac{T_A+T_B-{\mathrm{TKS}}_{R1}}{R3-R1}\×(R3-R2)\×\mathrm{\α}$

4)计算一年之中任意时刻Rx混凝土传热所需的送风露点温度差TE_Rx判断时钟Rx所在区间，并按不同的时刻区间分别计算，步骤如下：

当Rx≤R1，或Rx≥R3时，取：TE_Rx＝0；

当R1＜Rx≤R2时，取： ${\mathrm{TE}}_{\mathrm{Rx}}=\mathrm{TE}\max \×\frac{\mathrm{Rx}-R1}{R2-R1};$

当R2＜Rx＜R3时，取： ${\mathrm{TE}}_{\mathrm{Rx}}=\mathrm{TE}\max \×\frac{R3-\mathrm{Rx}}{R3-R2};$

5)整定任意时刻Rx的送风露点温度：TL_Rx

当Tks_Rx-Ta≤Tb取：TL_Rx＝Tks_Rx-Ta-TE_Rx；

当Tks_Rx-Ta＞Tb取：TL_Rx＝Tb-TE_Rx；

式中Tks_Rx——在任意时刻Rx的库水温度Tks。

6)将任意时刻Rx的送风露点温度整定值TL_Rx与传感器获得的送风露点温度实测值TL’_Rx进行比较，当存在偏差时，采用PID调节方式，增大或减小压缩机滑阀开度，从而调整制冷量，使实际的送风露点温度与整定值相符合。

本发明的优点是：本发明的所有这些措施使得空调机和除湿机更节能、更智能、更可靠。

附图说明

图1-1是本发明的水冷空调机组的系统示意图。

图1-2是本发明水冷空调机组的传感器布置图。

图1-1图1-2中，空调机组的组成主要包括二部分：全工况直接蒸发组合式空气处理机组、全工况水冷变容量冷热源主机。二者之间设有制冷剂管路、水管路、电气控制线路。

全工况直接蒸发组合式空气处理机组主要有五个功能段，按回风至送风的顺序为：初中效袋式过滤段、一级水冷却或加热换热盘管段、二级直接蒸发冷却盘管段、三级直接冷凝加热盘管段、送风机段。

全工况水冷变容量冷热源主机内包括：变容量压缩机、水冷却冷凝器、油分离器、储液器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、四通换向阀、电磁阀、单向阀、压力表、压差继电器、智能控制箱等。冷热源主机通过制冷剂铜管路与设置在组合式空气处理机组的二级直接蒸发冷却盘管、三级热回收直接冷凝换热盘管相连接。

制冷系统包括：变容量压缩机、水冷却冷凝器、油分离器、储液器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、四通换向阀、单向阀、二级直接蒸发冷却盘管、三级热回收直接冷凝盘管。

制冷循环是：由压缩机出口出来的高温、高压气态制冷剂，首先流经油分离器除去润滑油，而后流经制冷剂分流控制阀分为二路，其中一路制冷剂流经水冷却冷凝器，通过河水或库水的冷却降温，气态制冷剂凝结为液态制冷剂，而后进入储液器；第二路制冷剂流经三级热回收换热盘管，通过空气的冷却降温，气态制冷剂凝结为液态制冷剂，而后进入储液器与第一路的制冷剂会合。储液器出来的高压液态制冷剂经电子膨胀阀降压后，进入二级直接蒸发换热盘管，液态制冷剂吸收空气的热量气化为气态制冷剂，空气被冷却降温。二级直接蒸发换热盘管出来的低压气态制冷剂被压缩机吸入后，被压缩为高温高压的气态制冷剂，而后重复前面的制冷循环过程。

冷却水系统包括：一级水冷却(或加热)换热盘管、水冷却冷凝器、电动阀门等。空调机和除湿机均直接以河水或库水作为冷却水源。河水或库水首先流经一级水冷却(或加热)换热盘管，将空气(新风和回风)冷却降温，而后进入水冷却冷凝器将制冷剂冷却降温，最终排走。通过电动阀门控制河水或库水是否流经一级水冷却(或加热)换热盘管，以及是否需要河水或库水来冷却。

为实时监视河水或库水温度以及新风、回风、送风的空气状态，在空调机组的冷却水进水管设置温度传感器，分别在机组的新风入口、回风入口、送风出口设置温度和相对湿度传感器。机组的所有电动设备，包括：送风机电机、压缩机电机、压缩机滑阀、制冷剂分流控制阀、四通换向阀、电动球阀等均由PLC控制器自动控制。水冷除湿机结构及原理与空调空调机组基本相同，只是简化了制冷系统，省略了对外部的新风机、排风机的控制，同时将设备小型化并整合在一个柜体内。

图2-1是本发明水冷除湿机的系统示意图。

图2-2是本发明水冷除湿机的传感器布置图。

空调机组和除湿机采用可变送风露点温度调节制冷量，全年的运行工况自动转换、运行参数自动调节。在全部自然条件相同、用户的需求相同(厂房内温度和湿度适宜、主要场所不结露)、运行管理要求相同(全年无人值守操作)的同等情况下，本设备与常规(恒定送风露点温度)设备的全年能耗比较见附图的阴影面积。

图3-1是本发明可变送风露点温度控制的水冷空调机组保证水管壁面不结露全年机械制冷能耗图。

图3-2是本发明可变送风露点温度控制的水冷空调机组只保证围护结构壁面不结露全年机械制冷能耗图。

图3-3是可变送风露点水冷全新风型除湿机保证管道不结露全年机械制冷能耗图。

图3-4是常规水冷空调机组及新风型除湿机保证管道不结露全年机械制冷能耗图。

图3-5是常规水冷空调机组及新风型除湿机保证围护结构壁面不结露全年机械制冷能耗图。

图4-1是可变送风露点水冷回风型除湿机保证管道不结露全年机械制冷能耗图。

图4-2是可变送风露点水冷回风型除湿机保证围护结构壁面不结露全年机械制冷能耗图。

图4-3是常规水冷回风型除湿机保证管道不结露全年机械制冷能耗图。

图4-4是常规水冷回风型除湿机保证围护结构壁面不结露全年机械制冷能耗图。

图5-1是可变送风露点水冷空调空调机组全年运行方式及温度曲线图。

图5-2是可变送风露点水冷新风型除湿机全年运行方式及温度曲线图。

图5-3是可变送风露点水冷回风型除湿机全年运行方式及温度曲线图。

图6-1是忽略厂内散湿的全年送风露点温度区域图。

图6-2是地下厂房全年送风露点温度区域图。

图6-5是有埋管混凝土送风露点温度区域图。

图6-6是不同管道埋深的混凝土壁面温度图。

图6-7是分时段降低送风露点温度图。

图6-8是(i-d)焓湿图。

以上图的说明：可变送风露点温度控制的水冷空调机组，在保证水管壁面不结露(图3-1)与只保证围护结构壁面不结露(图3-2)二种情况相比较，保证水管壁面不结露比只保证围护结构壁面不结露多耗能33％。常规水冷空调机组在保证水管壁面不结露(图3-4)与只保证围护结构壁面不结露(图3-5)二种情况相比较，保证水管壁面不结露比只保证围护结构壁面不结露多耗能110％。

在只保证围护结构壁面不结露的前提下，可变送风露点温度控制的水冷空调机组(图3-2)比常规水冷空调机组(图3-5)节能48％。在保证水管道壁面不结露的前提下，可变送风露点温度控制的水冷空调机组(图3-1)比常规水冷空调机组(图3-4)节能67％。

可变送风露点温度控制的水冷空调机组保证水管道壁面不结露(图3-1)与常规水冷空调机组只保证围护结构壁面不结露(图3-5)相比较，仍然节能31％。

可变送风露点温度控制的水冷空调机组和新风型除湿机，在保证水管道壁面不结露的前提下，不采用新风量(焓差)控制(图3-3)比采用新风量(焓差)控制(图3-1)多耗能20％。

可变送风露点温度控制的回风型水冷除湿机，在保证水管壁面不结露(图4-1)与只保证围护结构壁面不结露(图4-2)二种情况相比较，保证水管壁面不结露比只保证围护结构壁面不结露多耗能43％。常规回风型水冷除湿机在保证水管壁面不结露(图4-3)与只保证围护结构壁面不结露(图4-4)二种情况相比较，保证水管壁面不结露比只保证围护结构壁面不结露多耗能99％。

在只保证围护结构壁面不结露的前提下，可变送风露点温度控制的回风型水冷除湿机(图4-2)比常规水冷除湿机(图4-4)节能48％。在保证水管道壁面不结露的前提下，可变送风露点温度控制的回风型水冷除湿机(图4-1)比常规回风型水冷除湿机(图4-3)节能63％。

可变送风露点温度控制的回风型水冷除湿机保证水管道壁面不结露(图4-1)与常规回风型水冷除湿机只保证围护结构壁面不结露(图4-4)相比较，仍然节能26％。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步描述。

具体实施包括如下几方面的内容及步骤：

1.实现全年运行工况的自动选择

全年运行工况的自动选择的最基本步骤是判定是否存在故障。设备的运行分为二个基本模式：故障模式、正常模式；

(1)故障模式

故障模式划分为二个情况：外部故障、内部故障；

A.外部故障

设备的使用场所一般是水电站厂房，水电站厂房内发生的故障事故与设备本身的故障无关，为外部故障；外部故障通过来自外部的故障信号输入让设备获知并作出相应的反应；

外部的故障信号分为二种：事故停机信号、事故通风信号；

事故停机信号是指水电站厂房内正在发生火灾时，由水电站的火灾报警系统自动发出或电站运行人员发出的远控联动信号，设备收到事故停机信号后将强制停机；

事故通风信号是指水电站厂房内火灾结束时，为及时排除厂房内的火灾烟气，由水电站的火灾报警系统自动发出或电站运行人员发出的远控联动信号，设备收到事故通风信号后将强制送风机投入运行。

B.内部故障

内部故障通过PLC的自动诊断程序进行分析判断，当有内部的部件发生故障时，PLC显示故障信号并通过网络接口将故障信号远传至远方的上位机；

内部故障包含二种类型，为：关键部件的故障、次要部件的故障；

关键部件是指起到关键作用的部件，包括：压缩机、电动机、压缩机的滑阀、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、四通换向阀、电动球阀、制冷剂管路、PLC控制器；当关键部件发生故障时，设备自动停机。

次要部件是指起到次要作用的部件，包括：温度传感器、湿度传感器、过滤网的压差传感器；当次要部件发生故障时，PLC自动将运行工况锁定为故障发生前的状态并继续运行；

(2)正常模式

正常模式包含二个工况，分别为：机械制冷工况、通风工况；

进入正常模式后，采用如下方法进行工况判断和选择：

利用传感器获得实时的河水或库水温度Tks、室外新风空气温度Txf，回风型除湿机采用回风露点温度TL_HF，通过现场实测取得地下岩体壁面温度Tb，通过PLC控制器程序的运行将三者的温度互相比较，当室外新风空气温度Txf大于河水或库水温度Tks与地下岩体壁面温度Tb之中的较小值时，空调机或除湿机为机械制冷工况；当室外新风空气温度Txf同时小于河水或库水温度Tks与地下岩体壁面温度Tb时，空调机或除湿机为通风工况；

A.机械制冷工况

制冷系统仅在机械制冷工况下投入运行，通风工况下不运行；空气的一级水冷却器、新风机或排风机在机械制冷工况下的运行方式与通风工况不同；

制冷系统的控制包括：二级蒸发换热器的制冷量控制、三级热回收换热器的加热量控制；其中，制冷量控制又包含：可变送风露点温度控制、压缩机的容量开度控制、电子膨胀阀的开度控制；加热量控制包含：送风干球温度控制、制冷剂分流控制阀的开度控制；

在机械制冷工况下，空气的一级水冷却器是否投入，采用室外新风温度Txf与河水库水温度Tks之间的温差进行控制；新风机或排风机的风量切换控制采用室外新风与回风或排风之间的焓差进行控制；

B.通风工况

在通风工况下，机械制冷系统不运行，空气的一级水冷却器、新风机或排风机的运行方式与机械制冷工况不同；

空气的一级水冷却器是否投入，采用室外新风温度Txf与送风干球温度最低限值Tc之间的温差进行控制；新风机或排风机的风量切换控制采用河水库水温度Tks与河水库水温度最低限值Tks_min之间的温差进行控制；

2.实现可变露点温度调节控制

采用可变露点温度调节控制的技术方案，将保持厂房室内不结露或室内尽量减少结露作为确定通风空调设备送风露点温度的条件之一，送风露点温度还需兼顾厂房室内干球温度保持在舒适区域、厂房室内相对度保持在规范规定的范围内、满足卫生换气要求、能源的消耗最小等方面的要求。该技术方案通过分析任意时刻的室外空气、室内空气、围护结构、河水库水等状态参数，在满足预先设定的各方面要求的前提下，实时选择最佳的动态送风露点温度。

按照可变露点温度调节控制的技术方案所采用的分析方法编制运行程序，将程序整合到设备PLC控制器的运行软件中。实测输入和利用传感器获得实时的室外空气、室内空气、围护结构、河水库水等状态参数，通过PLC软件的运行对获得的各状态参数进行比较、分析，从而得到最佳的实时送风露点温度，而后让压缩机按照最佳的实时送风露点温度的需要实时调整制冷量，保证设备实时均在最佳状态点运行。

3.实现一级水换热器的自动控制

实现空气与河水库水的一级表面式换热器的自动控制，利用传感器获得实时的室外空气温度Txf(回风型除湿机采用回风温度Thf)、河水库水温度Tks，预先设定空气温度最低限值Tc。

在机械制冷工况，当河水(库水)温度Tks低于室外新风空气温度Txf时，接通一级水换热器的水路，利用河水(库水)将空气预冷却、除湿；反之，则断开一级水换热器的水路。在通风工况，当室外新风空气温度Txf低于(事先设定的)最低限值Tc时，接通一级水换热器的水路，利用河水(库水)将空气加热；反之，则断开一级水换热器的水路。

4.实现全年新风量的自动控制

全年新风量的自动控制分为二种工况：机械制冷工况、通风工况。

机械制冷工况新风量的自动控制采用焓差控制，利用传感器获得实时的室外新风空气、室内回风(或排风)空气的温度、湿度，用公式换算为焓值i，以二者的焓差作为机械制冷工况控制新风量的依据。当室外新风空气焓值i_XF小于(等于)室内回风i_HF(或排风i_PF)焓值时，按全新风工况运行；反之，按最小新风工况运行。

通风工况新风量的自动控制采用温差控制，利用传感器获得实时的河水库水温度Tks，将河水(库水)温度Tks与(事先设定的)最低限值T_KSmin进行比较。在通风工况，当河水(库水)温度Tks高于(等于)最低限值T_KSmin时，按全新风工况运行；反之，按最小新风工况运行。

5.实现送风温度及相对湿度的自动控制

根据水电站的实际情况，分别预先在PLC设定送风的最高相对湿度RHmax、最低送风干球温度Tc、河水(库水)温度最低限值T_KSmin。通常情况下，水电站的最高送风相对湿度RHmax为85～90％、最低送风干球温度Tc为5～12℃、河水(库水)温度最低限值T_KSmin为10～17℃。

河水(库水)温度最低限值T_KSmin是指在通风工况，当一级河水(库水)换热器投入以后，送风温度Tsf又重新降低到最低送风干球温度Tc，此时所对应的河水(库水)温度。

设备送风的空气干球温度Tsf和相对湿RHsf度通过调节与控制，保证同时满足设定值的要求。其自动控制分为二种工况：机械制冷工况、通风工况。

A.机械制冷工况

可变露点温度调节可以控制送风的露点温度，送风的干球温度Tsf和相对湿度RHsf的控制是通过调节三级直接热回收段的加热量来实现。

当送风露点温度TL’低于设定的最低送风干球温度Tc与最高相对湿度RHmax对应状态点的露点温度TLc时，通过加大三级直接热回收段的加热量，使得送风干球温度Tsf达到设定的最低送风干球温度Tc。

当送风露点温度高于等于设定的最低送风干球温度Tc与最高相对湿度RHmax对应状态点的露点温度TLc时，通过调整三级直接热回收段的加热量，使得送风相对湿度RHsf不高于设定的最高相对湿度RHmax。

B.通风工况

在通风工况，机械制冷系统不运行。

空调机组由机械制冷工况进入通风工况的初期是采用全新风送风，将室外新风直接送到室内，不做处理。随着室外新风空气温度的下降，当送风干球温度Tsf降低到设定的最低送风干球温度Tc时，打开一级河水库水换热器的水阀，利用河水库水加热使得送风温度升高。

若一级河水库水换热器投入以后，送风温度Tsf又重新降低到最低送风干球温度Tc，此时河水库水温度Tks正好降低到最低限值T_KSmin，则切换新风机、排风机，由全新风转换为最小新风量送风、排风；最小新风与回风混合后，经一级河水库水换热器冷却调温到合适的温度，而后送到室内。这是利用厂房内机电设备的散热并同时采用最小新风量，使得冬季厂房室内空气温度不过低。

除湿机分为二种，为：全新风型除湿机、全回风型除湿机。全新风除湿机的送风温度、湿度的控制方式与空调机组基本相同，只是没有回风。全回风除湿机无新风，按照回风的空气状态、河水库水温度Tks、围护结构壁面温度Tb来调整送风的空气状态。

6.实现最优室内空气参数的自动选择

在全年任何时期，在满足有关规范及实际需要的前提下，实时选择最佳的室内空气参数。室内空气的温度、湿度在全年动态变化，室内空气状态对能量的需求在任何时刻都是最少的。

室内空气的状态主要取决于送风的空气状态，通过对送风空气状态的控制实现最优室内参数的自动选择，使得空调机组和除湿机以最少的电能消耗、最少的库水(冷却水)消耗，将厂房内的空气温度和湿度保持在合适范围。

7.实现厂房内不结露或少结露

空调机组和除湿机通过采用合理的空气处理方式，合理选择室内空气的状态(温度、湿度)，以节能的运行方式实现主要场所围护结构(岩体、混凝土)壁面全年不结露或少结露。

对于河水(库水)年最低温度不低于7℃的水电站，可保证厂房内所有水管道壁面全年不结露。相对于只保证围护结构(岩体、混凝土)壁面不结露，实现厂房内水管道壁面不结露需要增加一些电能消耗，但通过采用可变露点温度调节、河水直接冷却、合理选择室内空气参数以后，增加的电能消耗很有限，全年的能耗仍然小于常规的空调除湿设备。

对于河水(库水)年最低温度低于7℃的水电站，可显著减少厂房内水管道壁面结露的数量，显著缩短结露期。

8.实现自动快速除霜

制冷系统设置四通换向阀，当空气的二级蒸发换热盘管外表面结霜到一定程度，通过将压缩机出口的热媒切换至空气的二级换热器进行快速除霜。除霜期间压缩机满负荷(滑阀开度100％)，同时关停送风机及制冷剂分流控制阀。

9.采用防淤积易清洗的换热器结构

为了充分地利用低温的冷源，直接以河水(库水)作为空气的一级冷却和制冷系统的冷却水源，针对大多数河流的河水泥沙较多的情况，采取了特别的措施。水换热器采用光滑的加大口径的换热管、平滑型流道、提高水流速、易拆卸的端板结构。采用高频振荡除藻灭菌型水处理仪对进入换热器的库水进行预处理，提高水的物理溶解度，减缓泥沙在管道中沉积。与库水接触的电动阀门采用耐泥沙淤积和磨损的阀门。

这些措施保证设备在库水泥沙较多的情况下仍然长期、稳定、安全的运行。

10.合理配置空气处理和制冷设备

空气的处理过程配置了初中效过滤器、一级河水表面式换热器、二级直接蒸发表面式换热器、三级热回收(加热)表面式换热器。

制冷循环系统包括：变容量压缩机、水冷却管壳式冷凝器、制冷剂(分流)控制阀、电子膨胀阀、二级直接蒸发表面式换热器、三级热回收(加热)表面式换热器等设施。制冷系统按照最不利工况下保证水电站的围护结构表面不结露选择制冷量。

空调机组和除湿机的各个组成部分的容量均合理配置，满足全年全部运行工况的需要。

11.实时自适应自然环境的剧烈变化

传感器能实时监视水温和空气状态，全年任何时刻的室外、室内空气状态的剧烈变化，空调机组和除湿机的PLC控制器自动调整运行工况去适应，运行工况的转换在任何时刻均可逆，实时将运行参数调整到最佳状态。

传感器对温度的反应速度在10秒以内，对湿度的反应速度在60秒以内。PLC控制器按事先设定好的时间周期巡回检测各个传感器反馈的信息，当有偏差发生时，PLC控制器及时调整设备的运行工况和状态参数。库水温度、室外新风和室内回风空气状态在几分钟之内的变化，PLC控制器均能实时感知并及时调整。

12.实现全智能网络控制

机组的PLC控制器根据用户设定好的运行参数，按事先编制好的程序和传感器获得的实时数据自动完成所有控制，全年的运行不需要人员干预。

机组PLC控制器配置的触摸显示控制屏可在现地完成所有的运行参数显示、设置、控制操作。同时，PLC控制器还配置了标准化的网络接口，远方中控室的计算机可通过网络访问机组的控制界面(设置口令进入)。在中控室远方计算机进行与现地完全一样的监视、操作。

13.可变送风露点温度控制实现厂房内不结露的原理及方法

依照空气的热湿理论，正常环境下的空气均含有水蒸气，当空气遇到温度比它低的物体时，会因为存在温差而发生热传导，从而使空气的温度降低。当某个含湿量的空气温度降低到水蒸气的饱和温度时，空气中的水蒸气必然会凝结为液态的水，这个饱和温度就是空气的露点温度。在某个大气压力下(通常是一个大气压力)，空气的露点温度T_L与含湿量d是一一对应的，见焓-湿图(i-d图)。

要保证室内不结露，就是要保证室内与空气接触的温度最低的物体表面，其附近的空气露点温度比它低。换言之，就是要使空气的露点低于或等于它所有可能接触到的任何物体壁面最低温度(极端值)，这是保证室内不结露的充分必要同条件。

为了便于理解，我们将分析分为三个步骤。

(1)第一步骤的分析(忽略厂房内壁面散湿及有埋管的大体积混凝土蓄冷的影响)：

假定不存在对室内空气的加湿，不考虑地下厂房内围护结构渗漏水和室内其它任何水体对空气加湿的影响，送到室内的空气是个等湿升温或降温的过程，直到它遇到了温度最低的物体。

有埋管的大体积混凝土蓄冷会对局部的混凝土壁面温度产生影响，从而易造成局部结露。这一步骤的分析暂时忽略，后面单独做分析。

不必知道在地下厂房内壁面温度最低的物体位于厂房的哪个位置，只要知道壁面(极端)最低温度的数值，同时能做到使送入室内的空气的露点温度低于或等于壁面(极端)最低温度，室内就一定不会结露。关键的是要能够确定地下厂房内壁面(极端)最低温度，进而就可以确定送风的露点温度。

只要能保证厂房内温度(极端)最低的壁面不结露，则厂房内任何地方都不会结露。

地下水电站通常深埋在地下岩体中，厂房内与空气接触的固体包括(岩体)围护结构、水管路、油气管路、机电设备、电缆等，其中水管路中的水一般均直接取自上游库水。所有的水轮发电机组均是将水能转化为电能的装置，在转化的过程中存在着电能损耗，电能损耗以热的形式散发出来，可以认为整个地下水电站就是散发热量的物体。室内的油气管路、机电设备、电缆等均是常年散发热量的物体，它们的壁面温度通常均高于(岩体)围护结构或水管路(因为任何散热体的表面温度均高于它周围的环境温度)。这样，就可以确认壁面最低温度的物体只可能出现在围护结构或水管路之中。

(岩体)围护结构一般均深埋在地下，围护结构壁面温度年波动极小，通常在室外空气的年平均温度(以上)的附近。在埋深超过10米以上的地下洞室，岩壁温度年波动不会超过±0.5℃，(详见《传热学》)；在电站建成的初期，因为存在机电设备的持续发热，围护结构壁面温度会有几年连续的微小上升，而后趋于恒定。

地下岩体是非常巨大的蓄热体，它每年夏天从地表吸收的热量一定很接近于冬天通过地表放出的热量，这样全年才能达到蓄热量的平衡，否则地下岩体温度逐年持续上升(这种不平衡的情况通常不会发生)。地下岩体的温度一定是介于室外最高气温与室外最低气温之间！

水管路主要为技术供水系统，通常用于水轮发电机、主变压器、空调的冷却，水源取自河流的上游水库，管道内的水一直为流动状态。(还有少量的消防水管路，管道内的消防用水基本不流动，其温度可视为接近于围护结构壁面温度)。水管路中的水从取水口进入厂房后基本上均为吸热升温的过程(只有少量空调用水有时例外)，最终排水到下游。基本可以确定的是，厂房内的整个水管路中，取水口处的水温是最低的，它就是上游库水温度T_ks。

上游库水温度跟随室外空气的变化而变化，上游库水温度的波动与室外空气的波动一样均是以年为周期，但上游库水温度的波动滞后于室外空气温度1～2个月。上游库水温度的年波幅小于室外空气温度的年波幅，上游库水温度的年最高温度低于室外空气的年最高温度，上游库水的年最低温度高于室外空气的年最低温度。

假定水管路的钢管不存在传热热阻，则钢管外壁温度等同于管道内的库水温度。：现实中的钢管肯定存在热阻，管道热阻只会减少管道壁与室内空气的传热温差，使结露现象得到缓解。

结论：对于地下水电站，在任何时刻，厂房内的壁面最低温度为(岩体)围护结构壁面温度与上游库水温度之中温度较低的一个，只要使送风露点温度T_L同时低于等于(岩体)围护结构壁面温度T_BM与上游库水温度T_KS，就可以保证室内不结露。(有埋管的大体积混凝土壁面除外)。

忽略厂房内壁面散湿及有埋管的大体积混凝土蓄冷的影响，全年可以保证厂内不结露的送风露点温度T_L的区域为(图6-1)中的阴影部分。

(2)第二步骤的分析(考虑厂内壁面散湿的影响并叠加到第一步骤)：

地下水电站壁面散湿量的影响因素很复杂，但首先必须存在散湿源(水源)。散湿源的来源有多种途径，可能是来自于地下岩体的渗透水、也可能是地面水沟的渗漏排水、机电设备的漏水、管道的泄漏水等等。散湿源可能会出现在厂房内的任何位置，不同的水电站项目，其散湿源的分布在厂房内都会有所不同。散湿源的水量也是变化不定的，但对于某个具体的地下水电站而言，散湿源的水量全年都是在一定范围内变化。散湿源的水量只能通过引流排水、设置防潮墙或其它遮蔽的方式，减少散湿源进入厂房内的数量，减少散湿源与室内空气的接触机会。(利用厂房通风空调系统消除散湿源的方式是不可取的，这种方式极不经济。)

地下水电站壁面散湿量的影响因素包括散湿面积。散湿面积是指散湿源分布于地下围护结构的面积，它也是变化不定的。对于某个具体的地下水电站而言，散湿面积全年都是在一定范围内变化。

地下水电站壁面散湿量的影响因素还包括散湿源的温度和与散湿源接触的空气温度、空气湿度。散湿源的温度接近于它所附着的地下围护结构的壁面温度，它介于室内空气温度与围护结构的壁面温度之间。室内空气的温度、湿度主要是由通风空调系统设计决定的，它全年是在一定范围内变化。

地下水电站壁面散湿量的影响因素还包括与散湿源接触的空气流速。厂房内不同位置的空气流速是不完全相同的，气流的分布是不均匀的，但对于对于某个具体的地下水电站而言，空气流速全年都是在一定范围内变化。

综上所述，地下水电站壁面散湿量的影响因素多种多样，且变化不定，但对于某个具体的水电站而言，所有这些因素都是在一定范围内变化，这些影响因素的变化周期通常均为一年，可以肯定的是在一年之中一定存在着一个最大散湿量Wmax。尽管我们无法事先准确预知厂房的年最大散湿量Wmax的具体数值是多少以及它在一年之中发生的准确时刻，但只要研发的空调设备能投入稳定运行，就一定能通过实测法，在首年的试运行中准确地找到它(厂房的年最大散湿量Wmax)，并依据得到的Wmax设置机组运行参数，使空调机组在以后的年月里均按最佳的工况运行。

结论：实测法是以全年达到目的(管道壁和岩体壁不结露)作为制冷量是否足够的判断标准，它把所有影响厂内散湿量的因素以及叠加效果都包含进去了，因此实测法是唯一的最可靠的方法。

只要知道了厂房的年最大散湿量Wmax，就可以得到准确的与它对应的年最大送、排风露点温度差T_A＝(TL_P-TL_S)_max，只要将送风露点温度设定为TL_S＝TL-T_A＝TL-(TL_P-TL_S)_max，(TL是第一步骤分析中所要求的送风露点温度)，就可以保证机组在全年的任何时刻，机组的除湿能力足以将厂房内的散湿清除到厂房内任何一处不再有结露的程度。

叠加厂房内壁面散湿的影响，忽略有埋管的大体积混凝土蓄冷的局部影响，全年可以保证厂内不结露的送风露点温度TLS的区域为(图6-2)中的阴影部分。

(3)第三步骤的分析(有埋管的大体积混凝土蓄冷的影响及其对策)

有埋管的大体积混凝土，这样的场合在水电站普遍存在，如：立式水轮发电机组蜗壳周围的混凝土；灯泡贯流式水轮发电机组尾水管穿上、下游混凝土墙处；其它有浅埋水管的混凝土。

水电站上游库水温度全年是上下波动的，水轮发电机的蜗壳、尾水管，以及技术供水管路系统的水均取自上游库水，它的温度也一样是上下波动的。全年库水温度的波动，大约在三月至九月期间，从全年的最低点逐渐上升到最高点；在在九月至来年的三月期间，又从全年的最高点逐渐下降到最低点。

有埋管大体积混凝土的温度跟随水管道内水温的变化而变化，其温度的分布是不均匀的，越是靠近水管的位置，其温度的波动越接近于管道内的水温；越是远离水管的位置，其温度的波动越滞后于管道内的水温且波幅越小。在每年的三月至九月期间，管道内水温从全年的最低点逐渐上升到最高点，大体积混凝土因本身存在着(容积比热)蓄冷和传热阻，其壁面温度的上升滞后于库水温度的上升。也就是说，每年有一段时期，大体积混凝土的壁面温度低于库水温度。此时，若厂房空调系统按库水温度或岩体温度整定全厂的送风露点温度，则有埋管的混凝土壁面必会结露，对于某个埋管深度的壁面，其结露时期见(图6-5)中的t_HNT。

有埋管的大体积混凝土壁面温度的波动滞后于埋管内库水温度的波动，滞后时间t取决于混凝土的厚度、容积比热、传热阻等因素。混凝土的埋管深度(厚度)不同，壁面温度波动的滞后时间也不同。

有埋管的大体积混凝土壁面温度的波幅小于埋管内库水温度的波幅，壁面温度的年波幅取决于库水温度的年波幅，以及混凝土的厚度、容积比热、传热阻等因素。从而在每年的一段时期导致局部壁面结露现象，如(图6-5)的绿色区域所示。

有埋管的大体积混凝土壁面年平均温度介于库水年平均温度与室内空气年平均温度之间，由于混凝土与埋管(库水)的传热系数远大于混凝土壁面与室内空气的换热系数，混凝土的热阻远小于空气的热阻，通常情况下，混凝土壁面年平均温度较接近于库水年平均温度。(这部分的传热属于稳态传热)。

不同埋管深度的大体积混凝土，其壁面温度的波动滞后于埋管内库水温度的波动的时间t不同，壁面温度的波幅衰减于埋管内库水温度的波幅的程度也不同。(图6-6)表示的是室内空气全年平均温度等于上游库水温度的情况下，不同埋管深度的大体积混凝土壁面温度的波动。

有埋管的大体积混凝土蓄冷对结露的影响只发生在局部的混凝土壁面，若不影响水电站厂房内机电设备的正常运行，可以不去理会它。

若要消除或减弱有埋管的大体积混凝土蓄冷的影响，主要的对策如下：

A.对策一：(提高混凝土壁面温度，在混凝土壁面内埋设加热管)

对于采用立式水轮发电机组的厂房，在水轮机层地面的混凝土中埋设加热管。对于采用灯泡贯流式水轮发电机组的厂房，在机组的尾水管穿越上、下游混凝土墙处的周围混凝土中埋设加热管。加热管等距离分区均匀布置，可参照民用建筑的低温热水地板辐射采暖系统的做法。对于水压较高，河水中泥沙较多的水电站，加热管采用无缝不锈钢钢管；对于水压较低，河水中泥沙少的水电站，加热管可采用塑料管。

大、中型水电站的水轮发电机的冷却方式均为密闭空气循环水冷式，发电机冷却器的进风温度一般为60℃，出风温度一般为45℃，冷却水出水温度一般可以达到35～40℃。可以利用发电机冷却器的出水作为加热管的水源，这是发电机的余热再利用，不会增加能耗。

可在加热管路设置温控器和阀门，通过调节水量使混凝土壁面温度常年保持在高于岩体围护结构壁面温度的舒适区间。

对于一些常年库水温度很低，(如：库水来自近处的雪山融水)，库水年平均温度远低于地下岩体本底平均温度的水电站，采用埋设加热管的方法是最彻底有效的解决结露问题的办法，还兼顾了采暖。

B.对策二：(通过提高室内干球温度，提高混凝土壁面温度)

通过提高全年室内干球温度，使室内空气温度常年保持在高于地下岩体温度，室内空气常年向混凝土壁面放热(稳态传热)，从而使混凝土壁面的年平均温度提高。只要将混凝土壁面的温度提高到(图6-5)和(图6-7)所示的虚线位置，就可以解决混凝土壁面结露问题。

室内干球温度须保证设备的长期稳定运行和人员的舒适性要求，它不可能无限提高，这种方法通常不可能彻底消除混凝土壁面结露。把室内干球温度常年保持在地下岩体温度以上，对于缩短混凝土壁面结露期，减少壁面结露有益。

通过提高室内空气干球温度，这种方法对于库水年平均温度接近于地下岩体本底温度的水电站，其效果会比较明显。

C.对策三：(通过降低空调送风的露点温度，降低室内空气的露点温度)

通过分时段降低空调送风的露点温度，增加机械制冷量使室内空气的露点温度低于有埋管的混凝土壁面温度，从而避免混凝土壁面结露。这种方法增加的全年机械制冷能耗见(图6-7)中阴影的面积。

各水电站所处的地理位置不同，当地的气象、水文、地质等情况不同，各水电站的厂房布置、管道布置方式不同，室内空气温度的分布不同，厂房内气流的分布不同，很难事先准确计算有埋管的混凝土壁面结露发生的时间和具体位置。

通过除湿空调机组首先按(步骤二)的运行参数进行试运行，现场观测有埋管的混凝土壁面结露在全年开始的时刻(R1)并将该时刻的上游库水温度TKS_R1输入到机组的PLC控制器，同时，将最先结露的混凝土壁面在厂房内的位置做记录；继续观测结露何时结束，将结露结束的时刻(R3)输入到PLC控制器，将结露最后消失的混凝土壁面在厂房内的位置做记录。机组的PLC将自动检测和记录其它的有关参数，并根据检测和记录的结果自动设定每个时刻(Rx)运行参数TE_Rx值。送风露点温度差TE是随时间而变化的变量，机组按时刻(Rx)不断调整当时的TE_Rx值，使机组随时都在最佳状态下运行。

分时段降低送风露点温度法见(图6-7)，首先通过实测法得到结露开始时刻(R1)、结束时刻(R3)、库水温度上升到地下岩体壁温(Ta+Tb)的时刻(R2)、室外新风温度下降到地下岩体壁温(Ta+Tb)的时刻(R4)、结露开始时刻(R1)的库水温度Tks_R1。

若首年实测得到的时刻(R3)大于时刻(R4)，则需要将Tb值适当调小为(T_B-ΔT_B)，使得时刻(R3)比时刻(R4)提前约一个月，在第二年重复前面的测量过程，详见(图6-7)。

将除湿空调机组的送风露点温度设定为TL_S＝TL-Ta-TE，(TL是第一步骤分析中所要求的送风露点温度，Ta是第二步骤分析中满足全年消除厂房内散湿量的送风露点温度差)。在混凝土壁面的结露期，TE为某个时刻(Rx)的计算值；在非结露期，设定TE＝0。这样，就可以使得空调机组在全年以最小的代价，机组的除湿能力足以保证有埋管的混凝土壁面不再有结露。

结论：实测法是以全年达到目的(有埋管的混凝土壁面不结露)作为制冷量是否足够的判断标准，它把所有影响厂内混凝土壁面结露的因素以及叠加效果都包含进去了，因此实测法是唯一的最可靠的方法。

(4).送排风露点温度差的估算方法

在除湿空调机组的制冷量选型计算和初始运行时，需要预先知道送排风露点温度差Ta的初始值，可以通过估算获得，计算过程包括以下步骤：

A.全年最大散湿量Wmax的估算

首先要分析电站全年的运行工况，寻找全年中散湿量最大的可能工况，并根据水电站气象、水文、地质条件的特点，采用水电暖通设计手册或其它设计手册提供的计算公式和方法，估算出全年最大散湿量Wmax。

B.全年最大送、排风含湿量差(D_P-D_S)_max的计算

依据热湿平衡理论，厂房内空气的含湿量最终都会达到动态平衡状态，有

W＝G×(Dp-Ds)÷1000

式中：W-厂房内的散湿量，(kg/h)

      G-厂房的通风量，(kg/h)

      Dp-排风的含湿量，(g/kg·干空气)

      Ds-送风的含湿量，(g/kg·干空气)

全年最大送排风含湿量差：(D_P-D_S)_max＝Wmax×1000÷G

C.全年最大送、排风露点温度差(TL_P-TL_S)_max的计算

在i-d图中，露点温度线与含湿量关系曲线是一个有斜率的关系曲线，(就是相对湿度为100％的这条曲线)，左边斜率大，右边斜率小。它表明，在温度较低时，ΔT_L/Δd较大；在温度较高时，ΔT_L/Δd较小。ΔT_L/Δd是指空气的露点温度差与含湿量差的比值。

采用i-d图做图法。以全年最低送风露点温度TLmin(相当于全年最低库水温度)对应的点做切线，以(D_P-D_S)_max对应的距离做二条垂直线，二条垂直线与切线的二个交点所对应的温度差，就是全年最大送、排风露点温度差(TL_P-TL_S)_max。它能保证在全年的任何运行工况下，空调机组的除湿量均满足最大除湿量Wmax的要求。

全年最大送风、排风露点温度差：Ta＝(TL_P-TL_S)_max

做图法求Ta示意图见(图6-8)：

(5).除湿空调机组运行参数的实测方法

A.送排风露点温度差Ta的实测方法

在每年的三月～六月是水管道外壁比较容易结露的时期，首先按估算值设定Ta，待机组参数运行稳定后，观察厂房内的水管道外壁是否有结露现象。如果有结露就适当增大Ta，反之就适当减小Ta，找到刚好为临界点的Ta值。能保证全年管道外壁不结露的最小Ta值就是最佳的Ta值，以后机组就按最佳的Ta值运行。

Ta值是与水电站厂房内全年最大散湿量相关联的机组运行参数。实测法得到的Ta把室内散湿和气流不均匀的影响都包含进去了。

B.岩体围护结构壁面温度整定值Tb的实测方法

在每年的七月～十月是岩体围护结构壁面比较容易结露的时期，首先暂时取Tb＝T_BM-Ta，(T_BM是指地下岩体的壁面温度，在电站建成初期可通过现场测量获得)。待机组参数运行稳定后，观察厂房内的围护结构壁面是否有结露现象。如果有结露就适当减小Tb，反之就适当增大Tb，找到刚好为临界点的Tb值。能保证全年岩体围护结构壁面不结露的最大Tb值就是最佳的Tb值，以后机组就按最佳的Tb值运行。

在水电站建成的最初几年，岩体围护结构壁面温度会有微小的连续上升，Tb值也宜跟随逐年适当加大，几年以后就可以稳定，不再调整了。

Tb值是与地下岩体围护结构壁面温度相关联的机组运行参数。实测法得到的Tb把地下岩体围护结构和室内散湿的叠加影响都包含进去了。

C.有埋管的混凝土壁面结露的开始时刻(R1)、结束时刻(R3)、开始时刻(R1)的库水温度(Tks)_R1值、结束时刻(R3)的新风空气温度(Txf)_R3值、系数(a)等的实测方法

通过除湿空调机组首先按(步骤二)的运行参数设置Ta、Tb后进行试运行，此时暂时设置系数(a)＝0。现场观测有埋管的混凝土壁面结露在全年开始的时刻(R1)并将该时刻的上游库水温度(Tks)_R1输入到机组的PLC控制器，同时，将最先结露的混凝土壁面在厂房内的位置做记录；继续观测结露何时结束，将结露结束的时刻(R3)和该时刻的室外新风空气温度(Txf)_R3输入到PLC控制器，将结露最后消失的混凝土壁面在厂房内的位置做记录。

机组的PLC将每年自动检测和记录其它的参数，包括：库水温度上升到地下岩体壁温(Ta+Tb)的时刻(R2)、室外新风温度下降到地下岩体壁温(Ta+Tb)的时刻(R4)。在结露开始时刻(R1)设定以后，机组每年在时刻(R1)均对库水温度(Tks)_R1值做记录，并按当年的库水温度(Tks)_R1值设定机组的运行参数。在结露结束时刻(R3)设定以后，机组每年在时刻(R3)均对室外新风温度(Txf)_R3值做记录。

若首年实测得到的时刻(R3)大于时刻(R4)，则需要将Tb值适当调小为(Tb-ΔTb)，使得时刻(R3)比时刻(R4)提前约一个月。

T_B的调整值：(ΔT_B)＝Ta+Tb+0.2-(Txf)_R3。

T_B的调整好以后，在第二年重复前面的测量过程，详见(图6-7)。

若第二年实测得到的时刻(R3)小于时刻(R4)，则可进入下一步：系数(a)的初步整定。

查阅厂房的埋管布置图，找到最早出现结露的混凝土壁面位置，其里面的埋管深度(H1)；找到结露最迟消失的混凝土壁面位置，其里面的埋管深度(H2)。采用作图法，将(图6-6)中的不同埋管深度的温度曲线中，仅保留埋管深度为(H1)至(H2)的温度曲线，其余埋管深度的温度曲线删除。沿着剩下的温度曲线的公共下边缘画一条包络线，见(图6-6)和(图6-7)的红色包络线。

如(图6-7)所示做图，将时刻(R1)、时刻(R2)、时刻(R3)分别标注，用直线将开始点、结束点互相连接，在时刻(R2)做垂直线，得到3个交点，分别为A点、B点、C点。有时需将B点在垂直线上移动，使得B点与开始点、结束点的连接线同时位于红色包络线的下方。用AB表示A点到B点的距离，AC表示A点到C点的距离。

则有整定值：系数 $\left(a\right)=\frac{\mathrm{AB}}{\mathrm{AC}}$

机组首先按系数(a)的整定值运行，以后根据实际运行后的混凝土壁面结露情况进行调整。当混凝土壁面结露是发生在时刻(R2)附近时，应适当加大系数(a)；当混凝土壁面结露是发生在时刻(R1)与时刻(R2)之间时，应首先适当减小时刻(R1)值，如果还有结露就稍微加大系数(a)；当混凝土壁面结露是发生在时刻(R2)与时刻(R3)之间时，应首先适当加大时刻(R3)值，如果还有结露就稍微加大系数(a)。

能够保证全年有埋管混凝土壁面不结露的最小系数(a)就是最佳值。

PLC控制器运行步骤如下：

(A).计算全年消除混凝土壁面结露所需的最大送风露点温度差(TE)max。

按公式： $\left(\mathrm{TE}\right)\max =\frac{\mathrm{Ta}+\mathrm{Tb}-{\left(\mathrm{Tks}\right)}_{R1}}{R3-R1}\×(R3-R2)\×a$

式中a-埋管深度温度曲线的包络系数，与混凝土中的主要埋管深度有关。一般可取：a＝0.6～1.4。首先按前面介绍的方法进行整定，再通过试运行调整找到最佳值。

(B).计算一年之中，在某一时刻(Rx)的TE值，为：(TE)_Rx

当(Rx)≤(R1)，或(Rx)≥(R3)时，取：(TE)_Rx＝0。

当(R1)＜(Rx)＜(R2)时，取： ${\left(\mathrm{TE}\right)}_{\mathrm{Rx}}=\left(\mathrm{TE}\right)\max \×\frac{\mathrm{Rx}-R1}{R2-R1}$

当(R2)＜(Rx)＜(R3)时，取： ${\left(\mathrm{TE}\right)}_{\mathrm{Rx}}=\left(\mathrm{TE}\right)\max \×\frac{R3-\mathrm{Rx}}{R3-R2}$

(C).整定某一时刻(Rx)的送风露点温度：(TL_S)_Rx

当(Tks)_Rx-Ta≤Tb取：(TL_S)_Rx＝(Tks)_Rx-Ta-(TE)_Rx

当(Tks)_Rx-Ta＞Tb取：(TL_S)_Rx＝Tb-(TE)_Rx

式中(Tks)_Rx-在某一时刻(Rx)的库水温度(Tks)。

(6).附件

有埋管混凝土的温度波幅及滞后时间表：

A.本表是按直径无限大的埋管计算，实际有限直径的埋管混凝土壁面温度衰减度大于表中所列。埋管内库水温度年波幅按20℃。

B.计算公式：

混凝土中任意平面x处的简谐温度波的波幅：

式中：A₀-水温的波幅度。A₀＝20℃

α-混凝土的导温系数，

α＝1.25×10^-6m²/s

T-年波动的周期。T＝365×24×3600S。

混凝土中任意平面x处的简谐温度波的滞后时间：

Claims (3)

1.可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机的组成结构包括如下几方面的内容：

1)空调机组的组成结构

空调机组的组成结构主要包括二部分：全工况直接蒸发组合式空气处理机组、全工况水冷变容量冷热源主机；二者之间设置有制冷剂管路、水管路、电气控制线路；

A.全工况直接蒸发组合式空气处理机组

全工况直接蒸发组合式空气处理机组的组成，主要有五个功能段，按回风至送风的顺序为：初中效袋式过滤段、一级水冷却或加热换热盘管段、二级直接蒸发冷却盘管段、三级直接冷凝加热盘管段、送风机段；

B.全工况水冷变容量冷热源主机

全工况水冷变容量冷热源主机的组成包括：变容量压缩机、水冷却冷凝器、油分离器、储液器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电磁阀、四通换向阀、单向阀、压力表、压差继电器、智能PLC控制箱等；冷热源主机通过制冷剂铜管路与设置在组合式空气处理机组的二级直接蒸发冷却盘管、三级热回收直接冷凝换热盘管相连接；

2)制冷系统及运行方式

制冷系统包括：变容量压缩机、水冷却冷凝器、油分离器、储液器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电磁阀、四通换向阀、单向阀、二级直接蒸发冷却盘管、三级热回收直接冷凝盘管；

制冷系统的制冷剂循环过程是：由压缩机出口出来的高温、高压气态制冷剂，首先流经油分离器除去润滑油，而后流经制冷剂分流控制阀分为二路，其中一路制冷剂流经水冷却冷凝器，通过河水或库水的冷却降温，气态制冷剂凝结为液态制冷剂，而后进入储液器；第二路制冷剂流经三级热回收换热盘管，通过空气的冷却降温，气态制冷剂凝结为液态制冷剂，而后进入储液器与第一路的制冷剂会合；储液器出来的高压液态制冷剂经电子膨胀阀降压后，进入空气的二级直接蒸发换热盘管，液态制冷剂吸收空气的热量气化为气态制冷剂，空气被冷却降温，二级直接蒸发换热盘管出来的低压气态制冷剂被压缩机吸入后，被压缩为高温高压的气态制冷剂，而后重复前面的制冷循环过程；

3)冷却水系统及运行方式

冷却水系统包括：一级水冷却或加热换热盘管、水冷却冷凝器、电动阀门等；冷却水系统为直流式，直接以河水或库水作为冷却水源；

冷却水的流程为：河水或库水首先流经一级水冷却或加热换热盘管，将空气(新风和回风)冷却降温，而后进入水冷却冷凝器将制冷剂冷却降温，冷却水最终排走；

冷却水的控制：通过直通、旁通电动阀门控制河水或库水是否流经一级水冷却或加热换热盘管，通过总管的电动阀门控制是否需要河水或库水来冷却；

4)控制系统及运行方式

控制系统包括：传感器、PLC控制器、自动保护元件、控制线路；

A.传感器

为实时监视河水或库水温度以及新风、回风、送风的空气状态，在空调机组的冷却水进水管设置温度传感器，分别在机组的新风入口、回风入口、送风出口设置温度和相对湿度传感器；另外，还设置专门用于自动保护的传感器，如：压差传感器、温度过低过高传感器等；

传感器实时将温度、相对湿度、压差等物理量转换为模拟量信号或数字量信号，通过信号电缆发送到PLC控制器的I/O接口；

B.PLC控制器

PLC控制器的组成包括：主板、CPU中央处理器、存储器、输入输出I/O接口、网络接口、触摸显示屏等部件；

PLC控制器采用可编程控制，按事先编制好的程序自动运行；

PLC控制器的控制对象包括：送风机电机、压缩机电机、压缩机滑阀、制冷剂分流控制阀、四通换向阀、电动球阀等；PLC控制器还输出信号到机组外部，控制外部的新风机、回风机的启停；

5)除湿机组的结构及运行方式

除湿机的结构及运行方式与空调机组基本相同，只是简化了制冷系统，省略了对外部的新风机、排风机的控制，同时将设备小型化并整合在一个柜体内；

在除湿机的冷却水进水管设置温度传感器，分别在除湿机的进风入口、送风出口设置温度和相对湿度传感器。

2.用可变送风露点温度控制水电站专用空调机和除湿机的方法，其特征在于，包括如下几方面的内容及步骤：

1)实现全年运行工况的自动选择

全年运行工况的自动选择的最基本步骤是判定是否存在故障，设备的运行分为二个基本模式：故障模式、正常模式；

A.故障模式

故障模式划分为二个情况：外部故障、内部故障；

a.外部故障

设备的使用场所一般是水电站厂房，水电站厂房内发生的故障事故与设备本身的故障无关，为外部故障；外部故障通过来自外部的故障信号输入让设备获知并作出相应的反应；

外部的故障信号分为二种：事故停机信号、事故通风信号；

事故停机信号是指水电站厂房内正在发生火灾时，由水电站的火灾报警系统自动发出或电站运行人员发出的远控联动信号，设备收到事故停机信号后将强制停机；

事故通风信号是指水电站厂房内火灾结束时，为及时排除厂房内的火灾烟气，由水电站的火灾报警系统自动发出或电站运行人员发出的远控联动信号，设备收到事故通风信号后将强制送风机投入运行。

b.内部故障

内部故障通过PLC的自动诊断程序进行分析判断，当有内部的部件发生故障时，PLC显示故障信号并通过网络接口将故障信号远传至远方的上位机；

内部故障包含二种类型，为：关键部件的故障、次要部件的故障；

关键部件是指起到关键作用的部件，包括：压缩机、电动机、压缩机的滑阀、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电动球阀、制冷剂管路、PLC控制器；当关键部件发生故障时，设备自动停机；

次要部件是指起到次要作用的部件，包括：温度传感器、湿度传感器、过滤网的压差传感器；当次要部件发生故障时，PLC自动将运行工况锁定为故障发生前的状态并继续运行；

B.正常模式

正常模式包含二个工况，分别为：机械制冷工况、通风工况；

进入正常模式后，采用如下方法进行工况判断和选择：

利用传感器获得实时的河水或库水温度Tks、室外新风空气温度Txf，回风型除湿机采用回风露点温度TL_HF，通过现场实测取得地下岩体壁面温度Tb，通过PLC控制器程序的运行将三者的温度互相比较，当室外新风空气温度Txf大于河水或库水温度Tks与地下岩体壁面温度Tb之中的较小值时，空调机或除湿机为机械制冷工况；当室外新风空气温度Txf同时小于河水或库水温度Tks与地下岩体壁面温度Tb时，空调机或除湿机为通风工况；

a.机械制冷工况

制冷系统仅在机械制冷工况下投入运行，通风工况下不运行；空气的一级水冷却器、新风机或排风机在机械制冷工况下的运行方式与通风工况不同；

制冷系统的控制包括：二级蒸发换热器的制冷量控制、三级热回收换热器的加热量控制；其中，制冷量控制又包含：可变送风露点温度控制、压缩机的容量开度控制、电子膨胀阀的开度控制；加热量控制包含：送风干球温度控制、制冷剂分流控制阀的开度控制；

在机械制冷工况下，空气的一级水冷却器是否投入，采用室外新风温度Txf与河水库水温度Tks之间的温差进行控制；新风机或排风机的风量切换控制采用室外新风与回风或排风之间的焓差进行控制；

b.通风工况

在通风工况下，机械制冷系统不运行，空气的一级水冷却器、新风机或排风机的运行方式与机械制冷工况不同；

空气的一级水冷却器是否投入，采用室外新风温度Txf与送风干球温度最低限值Tc之间的温差进行控制；新风机或排风机的风量切换控制采用河水库水温度Tks与河水库水温度最低限值Tks_min之间的温差进行控制；

2)实现可变送风露点温度调节控制

采用可变送风露点温度调节控制的技术方案，将保持厂房室内不结露或室内尽量减少结露作为确定通风空调设备送风露点温度的条件之一，送风露点温度还需兼顾厂房室内干球温度保持在舒适区域、厂房室内相对度保持在规范规定的范围内、满足卫生换气要求、能源的消耗最小的要求，该技术方案通过分析任意时刻的室外空气、室内空气、围护结构、河水或库水等状态参数，在满足预先设定的各方面要求的前提下，实时选择最佳的动态送风露点温度；

按照可变送风露点温度调节控制的技术方案所采用的方法编制运行程序，将程序整合到设备PLC控制器的运行软件中，实测输入和利用传感器获得实时的室外空气、室内空气、围护结构、河水或库水等状态参数，通过PLC软件的运行对获得的各状态参数进行比较、分析，从而得到最佳的实时送风露点温度，而后让压缩机按照最佳的实时送风露点温度的需要实时调整制冷量，保证设备实时均在最佳状态点运行；

3)实现一级水换热器的自动控制

实现空气与河水或库水的一级表面式换热器的自动控制，利用传感器获得实时的室外空气温度Txf，回风型除湿机采用回风温度Thf、河水或库水温度Tks，预先设定空气温度最低限值Tc；

在机械制冷工况，当河水或库水温度Tks低于室外新风空气温度Txf时，接通一级水换热器的水路，利用河水或库水将空气预冷却、除湿；反之，则断开一级水换热器的水路；

在通风工况，当室外新风空气温度Txf低于事先设定的最低限值Tc时，接通一级水换热器的水路，利用河水或库水将空气加热；反之，则断开一级水换热器的水路；

4)实现全年新风量的自动控制

全年新风量的自动控制分为二种工况：机械制冷工况和通风工况；

在机械制冷工况下，新风量的自动控制采用焓差控制，利用传感器获得实时的室外新风空气、室内回风或排风空气的温度、湿度，用公式换算为焓值i，以二者的焓差作为机械制冷工况控制新风量的依据；当室外新风空气焓值i_XF小于或等于室内回风i_HF或排风i_PF焓值时，按全新风工况运行；反之，按最小新风工况运行；

在通风工况下，新风量的自动控制采用温差控制，利用传感器获得实时的河水或库水温度Tks，将河水或库水温度Tks与事先设定的最低限值T_KSmin进行比较，在通风工况，当河水或库水温度Tks高于或等于最低限值T_KSmin时，按全新风工况运行；反之，按最小新风工况运行；

5)实现送风温度及相对湿度的自动控制

根据水电站的实际情况，分别预先在PLC设定送风的最高相对湿度RHmax、最低送风干球温度Tc、河水或库水温度最低限值T_KSmin，通常情况下，水电站的最高送风相对湿度RHmax为85～90％、最低送风干球温度Tc为5～12℃、河水或库水温度最低限值T_KSmin为10～17℃；

河水或库水温度最低限值T_KSmin是指在通风工况，当一级河水或库水换热器投入以后，送风温度Tsf又重新降低到最低送风干球温度Tc，此时所对应的河水或库水温度；

设备送风的空气干球温度Tsf和相对湿度RHsf通过调节与控制，保证同时满足设定值的要求。其自动控制分为二种工况：机械制冷工况、通风工况；

A.机械制冷工况

可变送风露点温度调节可以控制送风的露点温度，送风的干球温度Tsf和相对湿度RHsf的控制是通过调节三级直接热回收段的加热量来实现；

当送风露点温度TL’低于设定的最低送风干球温度Tc与最高相对湿度RHmax对应状态点的露点温度TLc时，通过加大三级直接热回收段的加热量，使得送风干球温度Tsf达到设定的最低送风干球温度Tc；

当送风露点温度高于等于设定的最低送风干球温度Tc与最高相对湿度RHmax对应状态点的露点温度TLc时，通过调整三级直接热回收段的加热量，使得送风相对湿度RHsf不高于设定的最高相对湿度RHmax；

B.通风工况

在通风工况，机械制冷系统不运行；

空调机组由机械制冷工况进入通风工况的初期是采用全新风送风，将室外新风直接送到室内，不做处理，随着室外新风空气温度的下降，当送风干球温度Tsf降低到设定的最低送风干球温度Tc时，打开一级河水或库水换热器的水阀，利用河水或库水加热使得送风温度升高；

若一级河水或库水换热器投入以后，送风温度Tsf又重新降低到最低送风干球温度Tc，此时河水或库水温度Tks正好降低到最低限值T_KSmin，则切换新风机、排风机，由全新风转换为最小新风量送风、排风；最小新风与回风混合后，经一级河水或库水换热器冷却调温到合适的温度，而后送到室内，这是利用厂房内机电设备的散热并同时采用最小新风量，使得冬季厂房室内空气温度不过低；

除湿机分为二种，为：全新风型除湿机、全回风型除湿机。全新风除湿机的送风温度、湿度的控制方式与空调机组基本相同，只是没有回风。全回风除湿机无新风，按照回风的空气状态、河水或库水温度Tks、围护结构壁面温度Tb来调整送风的空气状态；

6)实现最优室内空气参数的自动选择

在全年任何时期，在满足有关规范及实际需要的前提下，实时选择最佳的室内空气参数，室内空气的温度、湿度在全年动态变化，室内空气状态对能量的需求在任何时刻都是最少的；

室内空气的状态主要取决于送风的空气状态，通过对送风空气状态的控制实现最优室内参数的自动选择，使得空调机组和除湿机以最少的电能消耗、最少的库水或冷却水消耗，将厂房内的空气温度和湿度保持在合适范围；

7)实现厂房内不结露或少结露

空调机组和除湿机通过采用合理的空气处理方式，合理选择室内空气的温度、湿度，以节能的运行方式实现主要场所围护结构的岩体、混凝土壁面全年不结露或少结露；

对于河水或库水年最低温度不低于7℃的水电站，可保证厂房内所有水管道壁面全年不结露，相对于只保证围护结构的岩体、混凝土壁面不结露，实现厂房内水管道壁面不结露需要增加一些电能消耗，但通过同时采用可变送风露点温度调节、河水直接冷却、合理选择室内空气参数以后，增加的电能消耗很有限，全年的能耗仍然小于常规的空调除湿设备；

对于河水或库水年最低温度低于7℃的水电站，可显著减少厂房内水管道壁面结露的数量，显著缩短结露期；

8)实现自动快速除霜

制冷系统设置四通换向阀，当空气的二级蒸发换热盘管外表面结霜到一定程度，通过将压缩机出口的热媒切换至空气的二级换热器进行快速除霜；除霜期间压缩机满负荷(滑阀开度100％)，同时关停送风机及制冷剂分流控制阀；

9)采用防淤积易清洗的换热器结构

为了充分地利用低温的冷源，直接以河水或库水作为空气的一级冷却和制冷系统的冷却水源，针对大多数河流的河水泥沙较多的情况，采取了特别的措施，水换热器采用光滑的加大口径的换热管、平滑型流道、提高水流速、易拆卸的端板结构，采用高频振荡除藻灭菌型水处理仪对进入换热器的库水进行预处理，提高水的物理溶解度，减缓泥沙在管道中沉积，与库水接触的电动阀门采用耐泥沙淤积和磨损的阀门；

这些措施保证设备在库水泥沙较多的情况下仍然长期、稳定、安全的运行；

10)合理配置空气处理和制冷设备

空气的处理过程配置了初中效过滤器、一级河水表面式换热器、二级直接蒸发表面式换热器、三级热回收表面式换热器；

制冷循环系统包括：变容量压缩机、水冷却管壳式冷凝器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、四通换向阀、二级直接蒸发表面式换热器、三级热回收表面式换热器等设施，制冷系统按照最不利工况下保证水电站的围护结构表面不结露选择制冷量；

空调机组和除湿机的各个组成部分的容量均合理配置，满足全年全部运行工况的需要；

11)实时自适应自然环境的剧烈变化

传感器能实时监视水温和空气状态，全年任何时刻的室外、室内空气状态的剧烈变化，空调机组和除湿机的PLC控制器自动调整运行工况去适应，运行工况的转换在任何时刻均可逆，实时将运行参数调整到最佳状态；

传感器对温度的反应速度在10秒以内，对湿度的反应速度在60秒以内，PLC控制器按事先设定好的时间周期巡回检测各个传感器反馈的信息，当有偏差发生时，PLC控制器及时调整设备的运行工况和状态参数，库水温度、室外新风和室内回风空气状态在几分钟之内的变化，PLC控制器均能实时感知并及时调整；

12)实现全智能网络控制

机组的PLC控制器根据用户设定好的运行参数，按事先编制好的程序和传感器获得的实时数据自动完成所有控制，全年的运行不需要人员干预；

机组PLC控制器配置的触摸显示控制屏可在现地完成所有的运行参数显示、设置、控制操作，同时，PLC控制器还配置了标准化的网络接口，远方中控室的计算机可通过网络访问机组的控制界面，在中控室远方计算机进行与现地完全一样的监视、操作。

3.可变送风露点温度控制为独创的技术方案，其特征在于，所述独创的技术方案实施方法及步骤如下：

1)通过设备的试运行，实测获取与设备运行控制有关的各种数据

试运行实测获取的数据分为二类，一类为通过传感器实时采集，PLC控制器自动记录、设置和显示的数据；另一类为通过人工观测，手动输入和设置的数据；

A.自动方式获取的数据

自动方式获取的数据分为二种，为：实时的变量数据、恒定的常量数据；

a.实时的变量数据

实时的变量数据包括：河水库水温度Tks、新风干球温度Txf、新风相对湿度RHxf、回风干球温度Thf、回风相对湿度RHhf、送风干球温度Tsf、送风相对湿度RHsf；

b.恒定的常量数据

恒定的常量数据包括：库水温度上升到岩体壁面温度的时刻R2、新风温度下降到岩体壁面温度的时刻R4、混凝土壁面结露在全年开始时刻的河水库水实测温度Tks_R1、混凝土壁面结露在全年结束时刻的室外新风实测温度Txf_R3、岩体壁面温度的建议调整量ΔTb、回风与送风的实测焓差ie；

B.人工方式获取的数据

人工方式获取的数据均为恒定的常量，包括：为消除室内散湿所需要的送风露点与库水温度的差值Ta、围护结构的壁面温度设定值Tb、最低送风干球温度Tc、排风与送风的焓差的设定值ID、最低送风露点温度限定值TLmin、最高送风相对湿度RHmax、混凝土壁面结露在全年开始的时刻R1、R1时刻的河水库水温度设定值TKS_R1、混凝土壁面结露在全年结束的时刻R3、R3时刻的室外新风温度设定值TXF_R3、不同深度埋管温度曲线包络系数α、送风参数的巡检周期N1、回风参数的巡检周期N2、时钟设定Rx年:月:日:时:分:秒；

2)计算岩体壁面温度的建议调整量并对岩体壁面温度进行调整

A.岩体壁面温度建议调整量ΔTb的计算

计算步骤如下：

当R3＞R4时，ΔTb＝Ta+Tb+0.2-Txf_R3；

当R3≤R4时，ΔTb＝0；

B.按建议调整量ΔTb对岩体壁面温度Tb进行调整

调整的步骤如下：

a.将时钟Rx与时刻R4进行比较

当Rx≤R4时，将巡检次数回零，取N3＝0，并且岩体壁面温度Tb不做调整；

当Rx＞R4时，进入下个步骤b；

b.判断巡检次数N3＝0是否成立

若N3＝0不成立，则岩体壁面温度Tb不做调整；

若N3＝0成立，岩体壁面温度Tb调整为Tb＝Tb-ΔTb，同时设定巡检次数N3＝1；

3)计算混凝土传热所需的最大送风露点温度差TEmax

按公式： $\mathrm{TE}\max =\frac{T_A+T_B-{\mathrm{TKS}}_{R1}}{R3-R1}\×(R3-R2)\×\mathrm{\α}$

4)计算一年之中任意时刻Rx混凝土传热所需的送风露点温度差TE_Rx

判断时钟Rx所在区间，并按不同的时刻区间分别计算，步骤如下：

当Rx≤R1，或Rx≥R3时，取：TE_Rx＝0；

当R1＜Rx≤R2时，取： ${\mathrm{TE}}_{\mathrm{Rx}}=\mathrm{TE}\max \×\frac{\mathrm{Rx}-R1}{R2-R1};$

当R2＜Rx＜R3时，取： ${\mathrm{TE}}_{\mathrm{Rx}}=\mathrm{TE}\max \×\frac{R3-\mathrm{Rx}}{R3-R2};$

5)整定任意时刻Rx的送风露点温度：TL_Rx

当Tks_Rx-Ta≤Tb取：TL_Rx＝Tks_Rx-Ta-TE_Rx；

当Tks_Rx-Ta＞Tb取：TL_Rx＝Tb-TE_Rx；

式中Tks_Rx——在任意时刻Rx的库水温度Tks。

6)将任意时刻Rx的送风露点温度整定值TL_Rx与传感器获得的送风露点温度实测值TL’_Rx进行比较，当存在偏差时，采用PID调节方式，增大或减小压缩机滑阀开度，从而调整制冷量，使实际的送风露点温度与整定值相符合。

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