CN103528144B - 基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法及装置，其特征在于：在空调系统的新风系统的最末端设置基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置，由所述新风变风量节能装置根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；根据房间绝对湿度即含湿量的变化自动调节送风量的大小，由新风机组送出的风为定状态的干空气，确保房间相对湿度值；解除相对湿度与干球温度的耦合关系。本发明通过对室内环境参数绝对湿度控制，不仅能精确地控制室内相对湿度，较好的解除了相对湿度与干球温度的耦合关系，避免冷辐射板结露风险，同时控制稳定可靠，具有很好的舒适性和节能效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法及装置，是专门为温湿度独立控制空调系统配套的节能空调系统。属于空调系统节能控制的领域。
背景技术
随着空调系统和空调设备的大量涌现，空调的能耗已经成为一个引人注目的问题。随着城市建设的发展，建筑能耗已占全国总能耗的30％左右,而空调耗能一般占整个建筑能耗的60％以上，且比例不断增加。因此，空调系统的节能要求已被提到了十分重要的位置。由于新风系统能耗占空调系统能耗的比重较大，尤其在南方高温高湿地区，新风负荷的能耗约占空调总能耗的50%以上，因此研究发明一种新风供应按需精确控制系统，对空调系统的节能运行具有重要意义。通过对温湿度独立控制系统中的新风变风量系统进行研究，传统的CO2控制方法往往受室外CO2浓度影响很大。比如说外界CO2浓度低了，测头就会误以为室内人数变少从而导致室内的新风量过少，容易导致辐射板结露。
根据在亚热带地区全年空调负荷分析以及大量的工程实践总结，发现在公共建筑物中新风负荷占空调负荷的50%以上，新风全年运行能耗比重很大。无论是传统的空调系统或温湿度独立控制空调系统中的新风系统均存在以下弊端或不足：
（1）新风系统过量输配导致能耗较高：传统的空调系统中的新风系统普遍采用定新风系统，并且新风的送风温度≤16℃。如在新风加风机盘管的空调系统中，新风机组担负多个房间的新风供应，其新风机组总是满负荷运行、且送风状态基本稳定，故存在大量空载、过量输配以及湿度调节过度（温度与相对湿度耦合）等情况，造成能源的极大浪费。对于现阶段流行的温湿度独立调节系统也同样存在过量输配的问题；
（2）基于上述原因，目前出现了根据二氧化碳浓度控制新风风机运转频率的节能系统，但是其节能效果并不理想。主要在于，一是由于二氧化碳检测值多为某个参考点的值，而且测试值受测点的风速影响，难以反映各个新风送风点的实际需求；二是二氧化碳控制方法往往受室外二氧化碳浓度影响很大，比如说外界CO2浓度高了，测头就会误以为室内人数变多从而导致室内的新风量加大，从而导致系统能耗增加；
（3）对于温湿度独立调节系统存在潜在的结露风险。当房间散湿量加大（如人员增加等）的情况下，如果房间新风量的输入不能根据室内需求动态准确变化，势必导致潜在的导致结露风险增大；再对于根据二氧化碳浓度控制新风机变频系统，如外界CO2浓度低了，测头就会误以为室内人数变少从而导致室内的新风量过少，也导致潜在的结露风险增大。
因此，根据目前在空调新风系统中存在的不足，研发一种新型新风节能装置及其控制策略对于节能减排意义重大。
发明内容
本发明的目的之一，是为了克服现有CO2控制方式存辐射板结露的缺陷，提供一种基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法。
本发明的目的之二，是为了克服现有CO2控制方式存辐射板结露的缺陷，提供一种基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置。
本发明的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：
一种基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法，其特征在于：在空调系统的新风系统的最末端设置基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置，由所述新风变风量节能装置根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；根据房间绝对湿度即含湿量的变化自动调节送风量的大小，由新风机组送出的风为定状态的干空气，确保房间相对湿度值；解除相对湿度与干球温度的耦合关系。
本发明的目的之一还可以通过采取如下技术方案达到：
进一步地，通过绝对湿度即含湿量来控制新风量，是指某一区域内人数的变化将改变这一区域的绝对湿度即含湿量，绝对湿度即含湿量的改变用来对新风进行调节，根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求。
进一步地，根据室内空气的湿度设定值d与实测值比较，进行新风变风量节能装置的压力无关型变风量箱VAVBOX风量设定，再根据实际风量与设定风量的比较，进行新风量控制；在压力无关型变风量箱VAVBOX在最大风量和最小风量间调节；控制的目标是：实测湿度为设定湿度d±1g/kg。
进一步地，所述压力无关型变风量箱VAVBOX风量设定，用以下表达式表示：
设定风量G设=Gmin+P1/10*(Gmax-Gmin)
式中：Gmax-最大风量，Gmin-最小风量，P1-实测绝对湿度与设定绝对湿度比较，进行PID计算得到的输出值，范围为0-10。
进一步地，压力无关型变风量箱VAVBOX根据实测得到的实际风量与设定风量G设比较进行PID计算，输出值控制电动风阀执行器，来调节阀门开度，使实际风量趋向设定风量。这里用到了两次PID计算，由于每次控制的目标不一样，PID程序中的比例、积分、微分的参数也各不相同。需要根据现场调试来确定各个参数的值。当今的各种楼宇自控的控制器中均自带PID程序，调试人员只需调整各个参数即可。
进一步地，采用分布式控制系统结构对压力无关型变风量箱VAVBOX进行控制，具体控制方式如下：
1）末端变风量控制，压力无关型变风量箱VAVBOX用于房间湿度的调节控制，即压力无关型变风量箱VAVBOX根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；根据房间绝对含湿量的变化自动调节送风量的大小，确保房间相对湿度值；
2）楼层变风量控制，楼层电动变风量调节阀根据楼层水平送风管静压值变化以及末端VAVBOX上传总风量进行控制，自动调节变风量调节阀开度实现楼层变风量运行；楼层调节阀采用压力无关型变风量调节阀；
3）新风机组控制，包括：
3-1）将新风空调器的送风状态控制在设定范围内；
3-2）根据送风立管的静压值变化，并根据楼层控制器上传的总风量进行控制，自动调节新风空调器的运行频率，调节送风量的输出值。
本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：
一种基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置，包括空调的新风系统，其结构特点在于：还包括若干个压力无关型变风量箱VAVBOX、若干个温度传感器、若干个湿度传感器、若干个风量传感器和智能控制器，所述温度传感器、湿度传感器设置在空调房间内，风量传感器设置在压力无关型变风量箱VAVBOX的进风口；所述压力无关型变风量箱VAVBOX设置在新风系统的末端，压力无关型变风量箱VAVBOX的控制输入端连接智能控制器的输出端，智能控制器的检测输入端连接温度传感器、湿度传感器和风量传感器的信号输出端；压力无关型变风量箱VAVBOX用于房间湿度的调节控制，智能控制器根据室内湿度的变化自动调节VAVBOX的阀门开度，使送入室内新风量满足室内实际动态需求；智能控制器根据房间绝对含湿量的变化自动调节VAVBOX的送风量的大小，确保房间相对湿度值；新风机组的送出的为定状态的干空气。
本发明的目的之二还可以通过采取如下技术方案达到：
进一步地，新风系统由一台组合式新风空调机组构成，负责新风供应的区域包括同一楼层的多个房间，或者包括二层以上楼层的全部房间，在每个房间各设有一压力无关型变风量箱VAVBOX，全部压力无关型变风量箱VAVBOX的控制输入端连接智能控制器的控制信号输出端、构成分布式控制系统结构。
进一步地，前述分布式控制系统结构，包括末端变风量控制结构、楼层变风量控制结构和新风机组控制结构；
末端变风量控制结构，VAVBOX构成整个新风系统的最末端设备，用于房间湿度的调节控制，VAVBOX根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；根据房间绝对含湿量的变化自动调节送风量的大小，确保房间相对湿度值；
楼层变风量控制结构，楼层电动变风量调节阀根据楼层水平送风管静压值变化以及末端VAVBOX上传总风量进行控制，自动调节变风量调节阀开度实现楼层变风量运行；楼层调节阀采用压力无关型变风量调节阀；
新风机组控制结构，a、将新风空调器的送风状态控制在设定范围内；b、根据送风立管的静压值变化，并根据楼层控制器上传的总风量进行控制，自动调节新风空调器的运行频率，调节送风量的输出值。
本发明具有如下突出的有益效果：
1、本发明通过对室内环境参数绝对湿度控制，不仅能精确地控制室内相对湿度，较好的解除了相对湿度与干球温度的耦合关系，避免冷辐射板结露风险，同时控制稳定可靠，具有很好的舒适性和节能效果。
2、本发明基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置，有别于传统的受外界污染干扰严重的二氧化碳浓度控制，能根据人员密度变化和劳动强度变化精确供应干新风风量，从而实现房间绝对湿度的精确控制，是冷辐射空调系统和温湿度独立调节新风变风量系统安全、舒适和节能运行的关键设备，同样也适用于新建和既有建筑节能改造的传统空调新风系统。
3、本发明是根据房间散湿量（人流密度和劳动强度）的变化调节新风量的供应，实现新风量的需求化供应而节能，并实现干球温度和湿度的精确控制，提高舒适度的同时节省能耗，降低过量输配而造成的浪费。基本作用是根据房间设定绝对湿度与实际绝对湿度比较，计算出房间需要的风量，通过控制步进电机转动，带动阀门旋转，改变送风量，使送到房间的新风量与需要的新风量相同，保持房间的绝对湿度不变。
附图说明
图1是本发明涉及的基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置。
图2是本发明涉及的基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置的控制原理图。
图3是本发明涉及的压力无关型变风量箱VAVBOX的控制逻辑示意图。
具体实施方式
具体实施例1：
参照图1，本实施例涉及的基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置，包括空调的新风系统，还包括若干个压力无关型变风量箱VAVBOX、若干个温度传感器、若干个湿度传感器、若干个风量传感器和智能控制器，所述温度传感器、湿度传感器设置在空调房间内，风量传感器设置在压力无关型变风量箱VAVBOX的进风口；所述压力无关型变风量箱VAVBOX设置在新风系统的末端，压力无关型变风量箱VAVBOX的控制输入端连接智能控制器的输出端，智能控制器的检测输入端连接温度传感器、湿度传感器和风量传感器的信号输出端；压力无关型变风量箱VAVBOX用于房间湿度的调节控制，智能控制器根据室内湿度的变化自动调节VAVBOX的阀门开度，使送入室内新风量满足室内实际动态需求；智能控制器根据房间绝对含湿量的变化自动调节VAVBOX的送风量的大小，确保房间相对湿度值；新风机组的送出的为定状态的干空气。
本实施例中：
新风系统由一台组合式新风空调机组构成，负责新风供应的区域包括二层以上楼层的全部房间，在每个房间各设有一压力无关型变风量箱VAVBOX，全部压力无关型变风量箱VAVBOX的控制输入端连接智能控制器的控制信号输出端、构成分布式控制系统结构。
前述分布式控制系统结构，包括末端变风量控制结构、楼层变风量控制结构和新风机组控制结构；其中：
末端变风量控制结构，VAVBOX构成整个新风系统的最末端设备，用于房间湿度的调节控制，VAVBOX根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；根据房间绝对含湿量的变化自动调节送风量的大小，确保房间相对湿度值；
楼层变风量控制结构，楼层电动变风量调节阀根据楼层水平送风管静压值变化以及末端VAVBOX上传总风量进行控制，自动调节变风量调节阀开度实现楼层变风量运行；楼层调节阀采用压力无关型变风量调节阀；
参照图新风机组控制结构，a、将新风空调器的送风状态控制在设定范围内；b、根据送风立管的静压值变化，并根据楼层控制器上传的总风量进行控制，自动调节新风空调器的运行频率，调节送风量的输出值。
参照图3，本实施例涉及的基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法，其特征在于：在空调系统的新风系统的最末端设置基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置，由所述新风变风量节能装置根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；根据房间绝对湿度即含湿量的变化自动调节送风量的大小，由新风机组送出的风为定状态的干空气，确保房间相对湿度值；解除相对湿度与干球温度的耦合关系。
进一步地，通过绝对湿度即含湿量来控制新风量，是指某一区域内人数的变化将改变这一区域的绝对湿度即含湿量，绝对湿度即含湿量的改变用来对新风进行调节，根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求。
进一步地，根据室内空气的湿度设定值d与实测值比较，进行新风变风量节能装置的压力无关型变风量箱VAVBOX风量设定，再根据实际风量与设定风量的比较，进行新风量控制；在压力无关型变风量箱VAVBOX在最大风量和最小风量间调节；控制的目标是：实测湿度为设定湿度d±1g/kg。
进一步地，所述压力无关型变风量箱VAVBOX风量设定，用以下表达式表示：
设定风量G设=Gmin+P1/10*(Gmax-Gmin)
式中：Gmax-最大风量，Gmin-最小风量，P1-实测绝对湿度与设定绝对湿度比较，进行PID计算得到的输出值，范围为0-10。
进一步地，压力无关型变风量箱VAVBOX根据实测得到的实际风量与设定风量G设比较进行PID计算，输出值控制电动风阀执行器，来调节阀门开度，使实际风量趋向设定风量。这里用到了两次PID计算，由于每次控制的目标不一样，PID程序中的比例、积分、微分的参数也各不相同。需要根据现场调试来确定各个参数的值。当今的各种楼宇自控的控制器中均自带PID程序，调试人员只需调整各个参数即可。
进一步地，采用分布式控制系统结构对压力无关型变风量箱VAVBOX进行控制，具体控制方式如下：
1）末端变风量控制，压力无关型变风量箱VAVBOX用于房间湿度的调节控制，即压力无关型变风量箱VAVBOX根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；根据房间绝对含湿量的变化自动调节送风量的大小，确保房间相对湿度值；
2）楼层变风量控制，楼层电动变风量调节阀根据楼层水平送风管静压值变化以及末端VAVBOX上传总风量进行控制，自动调节变风量调节阀开度实现楼层变风量运行；楼层调节阀采用压力无关型变风量调节阀；
3）新风机组控制，包括：
3-1）将新风空调器的送风状态控制在设定范围内；
3-2）根据送风立管的静压值变化，并根据楼层控制器上传的总风量进行控制，自动调节新风空调器的运行频率，调节送风量的输出值。
本发明是基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置通过绝对湿度（含湿量）来控制新风量。某一区域内人数的变化将改变这一区域的绝对湿度（含湿量），绝对湿度（含湿量）的改变用来对新风进行调节。基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求。
具体实施例2：
本实施例2的特点是：新风系统由一台组合式新风空调机组构成，负责新风供应的区域包括同一楼层的多个房间，在每个房间各设有一压力无关型变风量箱VAVBOX，全部压力无关型变风量箱VAVBOX的控制输入端连接智能控制器的控制信号输出端、构成分布式控制系统结构。
本发明是通过对室内环境参数绝对湿度控制，不仅能精确地控制室内相对湿度，较好的解除了相对湿度与干球温度的耦合关系，避免冷辐射板结露风险，同时控制稳定可靠，具有很好的舒适性和节能效果。
本发明的智能控制器的作用原理如下：
1）VAVBOX根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；
2）楼层电动变风量调节阀根据楼层水平送风管静压值变化以及末端VAVBOX上传总风量进行控制，自动调节变风量调节阀开度实现楼层变风量运行；
3）新风机组根据送风立管的静压值变化，并根据楼层控制器上传的总风量进行控制，自动调节新风空调器的运行频率，调节送风量的输出值。
本发明的实施例中，涉及的智能控制器可以采用常规技术的智能控制仪或者带检测及控制软件的计算机控制系统，涉及的压力无关型变风量箱VAVBOX、温度传感器、湿度传感器和风量传感器，可以采用常规技术的压力无关型变风量箱、温度传感器、湿度传感器和风量传感器。
由于新风系统能耗占空调系统能耗的比重较大，尤其在南方高温高湿地区，新风负荷的能耗约占空调总能耗的50%以上，因此研究发明一种新风供应按需精确控制系统，对空调系统的节能运行具有重要意义。通过对温湿度独立控制系统中的新风变风量系统进行研究，传统的CO2控制方法往往受室外CO2浓度影响很大，比如说外界CO2浓度低了，测头就会误以为室内人数变少从而导致室内的新风量过少，潜在的导致结露风险增大。因此提出一种新型控制室内空气绝对含湿量的新风变风量系统，该系统不仅能精确地控制室内相对湿度，避免辐射板结露风险，同时控制稳定可靠，具有很好的舒适和节能效果。
Claims (6)
1.基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法，其特征在于：在空调系统的新风系统的最末端设置基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置，由所述新风变风量节能装置根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；根据房间绝对湿度即含湿量的变化自动调节送风量的大小，由新风机组送出的风为定状态的干空气，确保房间相对湿度值；解除相对湿度与干球温度的耦合关系；采用分布式控制系统结构对压力无关型变风量箱VAVBOX进行控制，具体控制方式如下：
1）末端变风量控制，压力无关型变风量箱VAVBOX用于房间湿度的调节控制，即压力无关型变风量箱VAVBOX根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；根据房间含湿量的变化自动调节送风量的大小，确保房间相对湿度值；
2）楼层变风量控制，楼层电动变风量调节阀根据楼层水平送风管静压值变化以及末端VAVBOX上传总风量进行控制，自动调节变风量调节阀开度实现楼层变风量运行；楼层调节阀采用压力无关型变风量调节阀；
3）新风机组控制，包括：
3-1）将新风空调器的送风状态控制在设定范围内；
3-2）根据送风立管的静压值变化，并根据楼层控制器上传的总风量进行控制，自动调节新风空调器的运行频率，调节送风量的输出值。
2.根据权利要求1所述的基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法，其特征在于：通过绝对湿度即含湿量来控制新风量，是指某一区域内人数的变化将改变这一区域的绝对湿度即含湿量，绝对湿度即含湿量的改变用来对新风进行调节，根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求。
3.根据权利要求1或2所述的基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法，其特征在于：根据室内空气的湿度设定值d与实测值比较，进行新风变风量节能装置的压力无关型变风量箱VAVBOX风量设定，再根据实际风量与设定风量的比较，进行新风量控制；在压力无关型变风量箱VAVBOX在最大风量和最小风量间调节；控制的目标是：实测湿度为设定湿度d±1g/kg。
4.根据权利要求3所述的基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法，其特征在于：所述压力无关型变风量箱VAVBOX风量设定，用以下表达式表示：
设定风量G设=Gmin+P1/10*(Gmax-Gmin)
式中：Gmax-最大风量，Gmin-最小风量，P1-实测绝对湿度与设定绝对湿度比较，进行PID计算得到的输出值，范围为0-10。
5.根据权利要求4所述的基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法，其特征在于：压力无关型变风量箱VAVBOX根据实测得到的实际风量与设定风量G设比较进行PID计算，输出值控制电动风阀执行器，来调节阀门开度，使实际风量趋向设定风量。
6.基于绝对湿度控制的新风变风量节能装置，包括空调的新风系统，其结构特点在于：还包括若干个压力无关型变风量箱VAVBOX、若干个温度传感器、若干个湿度传感器、若干个风量传感器和智能控制器，所述温度传感器、湿度传感器设置在空调房间内，风量传感器设置在压力无关型变风量箱VAVBOX的进风口；所述压力无关型变风量箱VAVBOX设置在新风系统的末端，压力无关型变风量箱VAVBOX的控制输入端连接智能控制器的输出端，智能控制器的检测输入端连接温度传感器、湿度传感器和风量传感器的信号输出端；压力无关型变风量箱VAVBOX用于房间湿度的调节控制，智能控制器根据室内湿度的变化自动调节VAVBOX的阀门开度，使送入室内新风量满足室内实际动态需求；智能控制器根据房间含湿量的变化自动调节VAVBOX的送风量的大小，确保房间相对湿度值；新风机组的送出的为定状态的干空气；
新风系统由一台组合式新风空调机组构成，负责新风供应的区域包括同一楼层的多个房间，或者包括二层以上楼层的全部房间，在每个房间各设有一压力无关型变风量箱VAVBOX，全部压力无关型变风量箱VAVBOX的控制输入端连接智能控制器的控制信号输出端、构成分布式控制系统结构；
所述分布式控制系统结构，包括末端变风量控制结构、楼层变风量控制结构和新风机组控制结构；
末端变风量控制结构，VAVBOX构成整个新风系统的最末端设备，用于房间湿度的调节控制，VAVBOX根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；根据房间含湿量的变化自动调节送风量的大小，确保房间相对湿度值；
楼层变风量控制结构，楼层电动变风量调节阀根据楼层水平送风管静压值变化以及末端VAVBOX上传总风量进行控制，自动调节变风量调节阀开度实现楼层变风量运行；楼层调节阀采用压力无关型变风量调节阀；
新风机组控制结构， a、将新风空调器的送风状态控制在设定范围内；b、根据送风立管的静压值变化，并根据楼层控制器上传的总风量进行控制，自动调节新风空调器的运行频率，调节送风量的输出值。
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