CN107202386A - 组合式恒温恒湿控制风柜及无露点控制方法 - Google Patents

组合式恒温恒湿控制风柜及无露点控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种组合式恒温恒湿控制风柜及无露点控制方法，包括新风进口、回风进口、粗效过滤器、预热器、冷水盘管、再热器、加湿器、送风机、中效过滤器和出风口；新风进口、回风进口和粗效过滤器设置在混合粗效过滤段；预热器、冷水盘管、再热器、加湿器、送风机和中效过滤器分别设置在预热段、冷却挡水段、再热段、加湿段、送风机段和中效过滤段；出风口设置在送风段；冷水盘管通过冷冻水供回水管连接外部集中空调冷源系统。出风口用于除去粗效过滤没有去除和经过送风机产生的粉尘颗粒；预热器用于加热新风回风混合后的空气，保证室内温度控制；再热器用于控制室内温度精度。该发明提高室内温湿度的控制精度的同时实现系统节能稳定地运行。

Description

组合式恒温恒湿控制风柜及无露点控制方法
技术领域
本发明涉及温湿度调节技术领域，具体涉及一种组合式恒温恒湿控制风柜及无露点控制方法。
背景技术
考虑到对室内空气品质的要求，对于组合式恒温恒湿空气处理机组的冷却加热段通常都采用表面式冷却(加热)器，并辅以湿膜加湿器(或喷蒸汽加湿)进行室内湿度控制。恒温恒湿空调系统的高能耗主要源于冷热相互抵消的空气热湿处理过程，而其根本原因是定露点控制。
定露点控制虽然能够实现组合式空气处理机组稳定运行，但不利于节能运行，特别是空气处理设备的冷负荷和湿负荷都是实时变化的，实际送风点也实时变化，尤其是在过度季节需要通过改变新风和回风比例来利用室外新风冷量时，很难通过预设新回风比来实现节能运行。传统的空气处理机组全年运行调节的方法是基于已知负荷条件下，对各个运行工况进行预设，而实际运行过程应该是根据冷负荷和湿负荷的变化动态调整新风回风比例、再热量、表冷器露点温度、加湿量以及总送风量，共涵盖了5个需要实时调节的变量，难度较大。
鉴于恒温恒湿空气处理过程的控制可靠性要求，定露点控制是较为传统的控制方式，并配合变再热量、加湿量、预热量以及送风量等，不同控制策略在时机选择上往往依赖人为控制，特别是在风柜热湿负荷动态变化过程中，很难对控制逻辑区进行及时调整，为此基于计算机强大计算分析功能，提出了组合式风柜无露点控制的技术方案，并实现动态实时调节。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种组合式恒温恒湿控制风柜及无露点控制方法，旨在于提高室内温湿度的控制精度的同时实现系统节能稳定地运行。
根据公开的实施例，本发明的第一方面公开了一种组合式恒温恒湿控制风柜，所述组合式恒温恒湿控制风柜的壳体内设置有新风进口1、回风进口2、新风回风混合箱3、粗效过滤器4、预热器5、冷水盘管6、再热器8、加湿器9、送风机10、中效过滤器11和出风口12；所述新风进口1、回风进口2和粗效过滤器4设置在混合粗效过滤段；所述预热器5、冷水盘管6、再热器8、加湿器9、送风机10和中效过滤器11分别设置在预热段、冷却挡水段、再热段、加湿段、送风机段和中效过滤段；所述出风口设置在送风段；所述冷水盘管6通过冷冻水供回水管连接外部建筑的集中空调冷源系统，根据室内温湿度传感器的回馈信号来调节通过冷水盘管的冷冻水流量，进而控制室内的湿度。
作为本发明的改进，所述出风口10设有中效过滤器11，用于除去粗效过滤没有去除和经过送风机所产生的粉尘颗粒等；所述预热器5设置在预热器段，用于加热新风回风混合后的空气，保证室内温度的控制；所述再热器8设置在再热段，用于控制室内温度的精度。
所述组合式恒温恒湿控制风柜空气处理过程为：
新风进口1的新风和回风进口2的回风在新风回风混合箱3中混合，并依次通过粗效过滤器4、预热器5、冷水盘管6、再热器8、加湿器9、送风机10和中效过滤器11。根据室内温度、室内含湿量是否能够达到其设定的控制目标值作为判断依据，通过比较室内温度与设定温度的大小关系，以及通过比较室内含湿量与设定含湿量的大小关系，来实现对预热器5和再热器8的开启控制及功率的大小控制，对冷水盘管6的开启控制及流量阀门开度的大小控制；加湿器9的开启控制及湿负荷的控制，使得系统能够保证室内恒温恒湿的控制。
所述冷水盘管6通过冷冻水供回水管连接外部建筑的集中空调冷源系统，在空调季节使用集中空调冷源系统的冷量，对新风回风混合气体进行降温除湿处理，除此之外，可调节通过盘管的冷水流量来控制盘管的机器露点温度进而控制系统的除湿量。
根据公开的实施例，本发明的第二方面公开了一种基于组合式恒温恒湿控制风柜的无露点分区控制方法，以室内温度、室内含湿量是否能够达到其设定的控制目标值作为判断依据，通过比较室内温度与设定温度的大小关系，以及通过比较室内含湿量与设定含湿量的大小关系，来划分控制分区，则就能对控制策略区进行简单的逻辑判断。为此，合理的控制分区可以这样进行界定：
一、如果回风含湿量比室内含湿量设定值大，则说明风柜处理能力不够，需要增加表冷器(或喷水室)的冷冻水流量，此时认为风机处于控制1区或控制2区，需要通过调节冷冻水流量来控制室内空气含湿量，同时辅助控制风柜再热器加热量控制室内温度，这样以来就能够实现温湿度稳定控制。
二、在判断风柜处于控制1区或控制2区的前提条件下，根据室外新风焓值和室内空气设定焓值的大小比较，当新风焓大于室内空气设定焓值时，则处于控制1区，此时回风进口阀门最大，根据回风CO2浓度调节新风进口阀门开度，同时根据送风温差设定值调整送风机运行频率，控制过程是稳定的，辅助控制风柜再热器加热量控制室内温度，这样以来就能够实现温湿度稳定控制。
三、在判断风柜处于控制2区的前提条件下，当新风焓小于室内空气设定焓值时，则新风进口阀门全开，而回风进口阀门关闭，同时根据送风温度调整送风机运行频率，辅助控制风柜再热器加热量控制室内温度，这样以来就能够实现温湿度稳定控制。
四、当实时监测回风含湿量比室内空气含湿量设定值小时，则认为风柜处于控制3区、控制4区或控制5区，而如果回风温度比室内温度设定值高，则风柜必然处于控制5区或控制3区，进一步判断新风焓值与室内空气设定焓值的大小，由此判断是否采用最小新风比或最大新风比，该控制区取回风温度作为反馈控制信号，对表冷器冷冻水流量进行控制，以此控制室内温度，同时控制加湿器的加湿量来控制室内相对湿度。
五、如果回风温度低于室内空气设定温度，则风柜处于控制4区，控制4区的控制最为复杂，首先通过减少新风进口阀门开度，来控制室内空气温度，避免过早使用新风，当新风阀减少至刚好满足最小CO2浓度要求时，则停止控制新风阀，而采用控制预热器预热量来控制室内温度，同时控制加湿器加湿量控制室内相对湿度。通过这样的控制分区，实现了风柜无露点动态控制，也是本技术的创新之处。
无露点分区控制方法，还包括风柜控制分区的模糊化。控制分区的控制要求有一定的时间滞后，考虑到在控制分区的分界处可能存在频繁切换的问题，需要对控制分区切换过程模糊化，这在传统风柜系统中是少见的，而这正是实现风柜动态无露点控制的关键技术。
无露点分区控制方法，需要通过PID控制的离散化处理。PID控制过程的离散化是依赖于上位机来实现的，通过将理论上的PID控制过程离散成多段定值控制过程，这样能够充分保证控制过程的稳定性。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明设置了预热段，对于过渡季节和供暖的季节能够有效地利用低位能源及保证室内温度的控制，有效的避免了再热器的再热不足及能耗巨大消耗的情况。
(2)本发明在送风口处设置了中效过滤器，能够去除粗效过滤器没有除去的和送风机所产生的颗粒物，有效地提高了室内的空气品质，适合环境要求较高的场所。
(3)本发明提出无露点控制技术方案，通过计算机强大计算分析功能实现对系统实时动态调节，有效地实现系统节能稳定地运行。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的控制分区示意图。
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做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。
实施例
如图1所示，本实施例公开了一种组合式恒温恒湿控制风柜，包括空气处理风柜壳体13，空气处理风柜壳体内设置有新风进口1、回风进口2、新风回风混合箱3、粗效过滤器4、预热器5、冷水盘管6、冷水挡板7、再热器8、加湿器9、送风机10、中效过滤器11和出风口12。新风、回风在新风回风混合箱3内混合后一次通过粗效过滤器4、预热器5、冷水盘管6、冷水挡板7、再热器8、加湿器9、送风机10和中效过滤器11，最后达到送风要求。
图2所示为本发明的控制分区示意图，通过比较室内温度与设定温度及室内含湿量与设定含湿量的大小关系，来划分控制分区。传统定露点控制的全年运行控制分区在春夏过度季节需要通过整定室内温湿度控制目标值，并结合新风量调节的方法实现推迟用冷时间、节约空调能耗的控制过程，而实际上房间热湿负荷及温湿度控制目标值都非固定不变的，因此根据传统定露点控制的分区控制方式存在很大局限性，区别于常规的基于定露点控制的全年运行控制分区控制策略，本发明直接以空调房间温度和湿度的控制目标设定值与实测值的大小关系来进行控制分区。其中，控制1区为最小新风比控制区(除湿)，新风量最小，同时有除湿要求；控制2区为全新风控制区(除湿)，新风量最大，没有回风，同时有除湿要求；控制3区为全新风控制区(加湿)，新风量最大，没有回风，同时有加湿要求；控制4区为变新风控制区(加湿)，通过调整新风量比例来控制室内温度，避免过早使用人工冷源，同时有加湿要求；控制5区为最小新风比控制区(加湿)，新风量最小，同时有加湿要求。如果回风含湿量比室内含湿量设定值大，则说明风柜处理能力不够，需要增加通过冷水盘管6的冷冻水流量来控制室内空气含湿量，并认为风机处于控制1区或控制2区，同时辅助控制风柜再热器8的加热量来控制室内温度，从而实现温湿度稳定控制。
在判断风柜处于控制1区或控制2区的前提条件下，当新风焓大于室内空气设定焓值时，则处于控制1区，此时回风进口阀门最大，根据回风CO2浓度调节新风进口阀门开度，同时根据送风温差设定值调整送风机10的运行频率来满足系统的控制要求；当新风焓小于室内空气设定焓值时，则处于控制2区，则新风进口阀门全开，而回风进口阀门关闭，同时根据送风温度调整送风机10的运行频率，辅助控制风柜再热器8的加热量来控制室内温度，这样以来就能够实现温湿度稳定控制。
当实时监测回风含湿量比室内空气含湿量设定值小时，则认为风柜处于控制3区、控制4区或控制5区，而如果回风温度比室内温度设定值高，则风柜必然处于控制5区或控制3区，进一步判断新风焓值与室内空气设定焓值的大小，由此判断是否采用最小新风比或最大新风比，该控制区取回风温度作为反馈控制信号，对通过冷水盘管6的冷冻水流量进行控制，以此控制室内温度，同时控制加湿器9的加湿量来控制室内相对湿度；若回风温度低于室内空气设定温度，则风柜处于控制4区，控制4区的控制最为复杂，首先通过减少新风进口阀门开度，来控制室内空气温度，避免过早使用新风，当新风进口阀门减少至刚好满足最小CO2浓度要求时，则停止控制新风进口阀门，而采用控制预热器5的预热量来控制室内温度，同时控制加湿器9的加湿量控制室内相对湿度，从而能够实现系统的控制要求。
本实施例还公开了一种基于组合式恒温恒湿控制风柜的无露点控制方法，其工作流程具体如下：
步骤S1、开启新风进口阀门和回风进口阀门，新风进口阀门的开度调节至最小状态，回风进口阀门打开至最大状态，待新风进口阀门和回风进口阀门正常打开之后，启动组合式风柜的送风机10。
步骤S2、监测风柜的回风温度和回风含湿量，通过风柜控制单元对回风含湿量和室内空气含湿量设定值进行比对分析，如果回风含湿量大于室内空气含湿量设定值，控制单元将控制模式调整为控制1区或控制2区。根据风柜控制单元采集的新风温度和含湿量，由控制单元计算新风焓值，并与室内空气焓值设定值对比分析，如果新风焓值大于室内空气焓值设定值，则控制系统调整至控制1区；反之，则调整至控制2区。
步骤S3、监测风柜的回风温度和回风含湿量，通过风柜控制单元对回风含湿量和室内空气含湿量设定值进行比对分析，如果回风含湿量小于室内空气含湿量设定值，控制单元将控制模式调整为控制3区、控制4区或控制5区。根据新风温度和含湿量，由控制单元计算新风焓值，并与室内空气焓值设定值对比分析，如果新风焓值大于室内空气焓值设定值，则控制系统调整至控制5区；反之，则调整至控制3区或控制4区。
步骤S4、根据控制单元判断结果，如果处于控制1区，则调整新风进口阀门的开度至最小值，调整回风进口阀门的开度至最大值。控制单元监测风柜送风温度，根据送风温差(人工设定)，控制送风机10的运行频率，满足送风温差要求；调节表面式冷却器的冷水盘管6的冷冻水阀门，满足室内含湿量的控制要求；调节再热器8的热水阀门，满足室内温度的控制要求。
步骤S5、根据控制单元的实时控制区判断结果，如果处于控制2区，则调整新风进口阀门的开度至最大值，关闭回风进口阀门。控制单元监测风柜送风温度，根据送风温差(人工设定)，控制送风机10的运行频率，满足送风温差要求；调节表面式冷却器的冷水盘管6的冷冻水阀门，满足室内含湿量的控制要求；调节再热器8的热水阀门，满足室内温度的控制要求。
步骤S6、根据控制单元的实时控制区判断结果，如果处于控制5区，则调整新风进口阀门的开度至最小值，调整回风进口阀门开度至最大值。控制单元监测风柜送风温度，根据送风温差(人工设定)，控制送风机10的运行频率，满足送风温差要求；调节表面式冷却器的冷水盘管6的冷冻水阀门，满足室内温度的控制要求；调节加湿器9，满足室内含湿量的控制要求。
步骤S7、根据控制单元的实时控制区判断结果，如果处于控制3区或控制4区，则首先调整新风进口阀门的开度至最大值，关闭回风进口阀门，控制单元监测风柜送风温度，根据送风温差，控制送风机10的运行频率，满足送风温差要求；调节冷水盘管6的冷冻水阀门，满足室内温度的控制要求，此时再热器8的阀门不动作；调节过程持续到冷水盘管6的冷冻水阀门开度等于0，且能满足温度控制要求；调节加湿器9，满足室内含湿量的控制要求，此时，控制系统处于控制3区；
步骤S8、根据控制单元的实时控制区判断结果，如果处于控制3区或控制4区，则首先调整新风进口阀门的开度至最大值，关闭回风进口阀门，控制单元监测风柜送风温度，根据送风温差，控制送风机10的运行频率，满足送风温差要求；优先调节冷水盘管6的冷冻水阀门，预热器5不动作，当冷水盘管6的冷冻水阀门开度已经等于0，且仍然不能满足室内温度的控制要求，室内温度低于设定值，此时需要停止冷冻水调节阀动作，同时启动预热器5或再热器8的调节功能；此时控制系统处于控制4区，关闭冷水盘管6的冷冻水阀门，优先减少新风进口阀门的开度，以控制室内温度；如新风进口阀门的开度已调整至最小(根据室内CO2的浓度控制)，且室内温度仍然低于设定值，则打开预热器5的热水阀门进行辅助控制，调节加湿器9，满足室内含湿量的控制要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种组合式恒温恒湿控制风柜，其特征在于，所述控制风柜的壳体依次被划分为混合粗效过滤段、预热段、冷却挡水段、再热段、加湿段、送风机段、中效过滤段和送风段，所述控制风柜包括：新风进口(1)、回风进口(2)、新风回风混合箱(3)、粗效过滤器(4)、预热器(5)、冷水盘管(6)、冷水挡板(7)、再热器(8)、加湿器(9)、送风机(10)、中效过滤器(11)和出风口(12)，
其中所述新风进口(1)、所述回风进口(2)、所述新风回风混合箱(3)、所述粗效过滤器(4)设置在壳体的混合粗效过滤段，所述预热器(5)、所述冷水盘管(6)、所述冷水挡板(7)、所述再热器(8)、所述加湿器(9)、所述送风机(10)和所述中效过滤器(11)分别设置在壳体的预热段、冷却挡水段、再热段、加湿段、送风机段和中效过滤段；所述出风口(12)设置在送风段；
所述新风进口(1)的新风和所述回风进口(2)的回风在所述新风回风混合箱(3)中混合，并依次通过所述粗效过滤器(4)、所述预热器(5)、所述冷水盘管(6)、所述冷水挡板(7)、所述再热器(8)、所述加湿器(9)、所述送风机(10)和所述中效过滤器(11)，最后经所述出风口(12)排出。
2.根据权利要求1所述的一种组合式恒温恒湿控制风柜，其特征在于，所述冷水盘管(6)通过冷冻水供回水管连接外部建筑的集中空调冷源系统，在空调季节使用集中空调冷源系统的冷量，对新风回风混合气体进行降温除湿处理，同时，根据室内温湿度传感器的回馈信号来调节通过冷水盘管的冷冻水流量，进而控制室内的湿度。
3.根据权利要求1所述的一种组合式恒温恒湿控制风柜，其特征在于，所述中效过滤器(11)用于除去粗效过滤没有去除和经过送风机所产生的粉尘颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种组合式恒温恒湿控制风柜，其特征在于，所述预热器(5)用于加热新风回风混合后的空气，保证室内温度的控制，所述再热器(8)用于控制室内温度的精度。
5.一种基于组合式恒温恒湿控制风柜的无露点控制方法，其特征在于，所述无露点控制方法包括下列步骤：
S1、开启新风进口阀门和回风进口阀门，新风进口阀门的开度调节至最小状态，回风进口阀门打开至最大状态，待新风进口阀门和回风进口阀门正常打开之后，启动组合式风柜的送风机(10)；
S2、监测风柜的回风温度和回风含湿量，通过风柜控制单元对回风含湿量和室内空气含湿量设定值进行比对分析，如果回风含湿量大于室内空气含湿量设定值，控制单元将控制模式调整为控制1区或控制2区，根据风柜控制单元采集的新风温度和含湿量，由控制单元计算新风焓值，并与室内空气焓值设定值对比分析，如果新风焓值大于室内空气焓值设定值，则控制系统调整至控制1区；反之，则调整至控制2区；
S3、监测风柜的回风温度和回风含湿量，通过风柜控制单元对回风含湿量和室内空气含湿量设定值进行比对分析，如果回风含湿量小于室内空气含湿量设定值，控制单元将控制模式调整为控制3区、控制4区或控制5区，根据新风温度和含湿量，由控制单元计算新风焓值，并与室内空气焓值设定值对比分析，如果新风焓值大于室内空气焓值设定值，则控制系统调整至控制5区；反之，则调整至控制3区或控制4区；
S4、根据控制单元判断结果，如果处于控制1区，则调整新风进口阀门的开度至最小值，调整回风进口阀门的开度至最大值。控制单元监测风柜送风温度，根据送风温差，控制送风机(10)的运行频率，满足送风温差要求；调节冷水盘管(6)的冷冻水阀门，满足室内含湿量的控制要求；调节再热器(8)的热水阀门，满足室内温度的控制要求；
S5、根据控制单元的实时控制区判断结果，如果处于控制2区，则调整新风进口阀门的开度至最大值，关闭回风进口阀门，控制单元监测风柜送风温度，根据送风温差，控制送风机(10)的运行频率，满足送风温差要求；调节冷水盘管(6)的冷冻水阀门，满足室内含湿量的控制要求；调节再热器(8)的热水阀门，满足室内温度的控制要求；
S6、根据控制单元的实时控制区判断结果，如果处于控制5区，则调整新风进口阀门的开度至最小值，调整回风进口阀门开度至最大值。控制单元监测风柜送风温度，根据送风温差，控制送风机(10)的运行频率，满足送风温差要求；调节冷水盘管(6)的冷冻水阀门，满足室内温度的控制要求；调节加湿器(9)，满足室内含湿量的控制要求；
S7、根据控制单元的实时控制区判断结果，如果处于控制3区或控制4区，则首先调整新风进口阀门的开度至最大值，关闭回风进口阀门，控制单元监测风柜送风温度，根据送风温差，控制送风机(10)的运行频率，满足送风温差要求；调节冷水盘管(6)的冷冻水阀门，满足室内温度的控制要求，此时再热器(8)的阀门不动作；调节过程持续到冷水盘管(6)的冷冻水阀门开度等于0，且能满足温度控制要求；调节加湿器(9)，满足室内含湿量的控制要求，此时，控制系统处于控制3区；
S8、根据控制单元的实时控制区判断结果，如果处于控制3区或控制4区，则首先调整新风进口阀门的开度至最大值，关闭回风进口阀门，控制单元监测风柜送风温度，根据送风温差，控制送风机(10)的运行频率，满足送风温差要求；优先调节冷水盘管(6)的冷冻水阀门，预热器(5)不动作，当冷水盘管(6)的冷冻水阀门开度已经等于0，且仍然不能满足室内温度的控制要求，室内温度低于设定值，此时需要停止冷冻水调节阀动作，同时启动预热器(5)或再热器(8)的调节功能；此时控制系统处于控制4区，关闭冷水盘管(6)的冷冻水阀门，优先减少新风进口阀门的开度，以控制室内温度；如新风进口阀门的开度已调整至最小，且室内温度仍然低于设定值，则打开预热器(5)的热水阀门进行辅助控制，调节加湿器(9)，满足室内含湿量的控制要求。
6.根据权利要求5所述的一种基于组合式恒温恒湿控制风柜的无露点控制方法，其特征在于，所述送风温差由人工设定。
7.根据权利要求5所述的一种基于组合式恒温恒湿控制风柜的无露点控制方法，其特征在于，所述新风进口阀门的开度根据室内CO2浓度进行判断。
8.根据权利要求5所述的一种基于组合式恒温恒湿控制风柜的无露点控制方法，其特征在于，所述控制1区为最小新风比控制区，新风量最小，同时有除湿要求；所述控制2区为全新风控制区，新风量最大，没有回风，同时有除湿要求；所述控制3区为全新风控制区，新风量最大，没有回风，同时有加湿要求；所述控制4区为变新风控制区，通过调整新风量比例来控制室内温度，避免过早使用人工冷源，同时有加湿要求；所述控制5区为最小新风比控制区，新风量最小，同时有加湿要求。
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