CN108105965B - 一种控制出风湿度的空调系统及其控制方法 - Google Patents

一种控制出风湿度的空调系统及其控制方法 Download PDF

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一种控制出风湿度的空调系统及其控制方法,涉及空调系统技术领域,其空调系统的结构包括压缩机制冷兼除湿系统、加湿系统、控制器、室外风机、室外环境温度传感器、空调回风温度传感器、空调回风湿度传感器、室内风机和空调出风温度传感器,所述压缩机制冷兼除湿系统包括依次连接的压缩机、冷凝器、一级节流阀、一级蒸发器、二级节流阀和二级蒸发器,所述压缩机制冷兼除湿系统还包括旁通阀,旁通阀和一级节流器并联,所述加湿系统包括加湿器,所述压缩机、室外风机、室外环境温度传感器、空调回风温度传感器、空调回风湿度传感器、室内风机、空调出风温度传感器、加湿器、一级节流阀、二级节流阀、旁通阀分别与控制器电连接,并受其控制。

Description

一种控制出风湿度的空调系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调系统技术领域,特别是涉及一种控制出风湿度的空调系统及其控制方法。
背景技术
目前,采用出风温湿度控制方式来控制加湿器及压缩机启停及运行模式,一般是根据出风湿度探头检测到的相对湿度与设定相对湿度的偏差来控制的,如:当出风相对湿度检测值≤设定值-10%时,运行加湿模式,加湿器开启,当出风相对湿度检测值>设定值-5%时,退出加湿模式,停止加湿器;当出风相对湿度检测值≥设定值+15%时,进入除湿模式,EC风机降风速并开启压缩机,当出风相对湿度检测值<设定值+5%时,退出除湿模式,EC风机按对应转速运行,压缩机关闭。
以上的技术方案存在以下缺陷:出风湿度波动大,无法准确判断最佳的运行模式,尤其是低负荷的情况下,如:出风温湿度设定值为22℃/50%,假如压缩机还没启动,则换热器前后温湿度一致,假设为37℃/30%,含湿量为11.783g/kg的干空气,压缩机刚启动后不久,出风干球温度比回风干球温度低11至15℃左右,此时进出风含湿量基本不变,则出风温湿度大致为23℃/67%,由于负荷不高,机组会根据温湿度值自动进入除湿模式,此时有可能出现越除湿,出风湿度反而越高的情况,一段时间后机房内的相对湿度低于设定值,需开启加湿器加湿。除湿和加湿都是一个高耗能的过程,在数据机房迫切希望能有一种方法降低除湿和加湿的高耗能。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种控制出风湿度的空调系统及其控制方法可降低能耗。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
提供一种控制出风湿度的空调系统,包括压缩机制冷兼除湿系统、加湿系统、控制器、室外风机、室外环境温度传感器、空调回风温度传感器、空调回风湿度传感器、室内风机和空调出风温度传感器,所述压缩机制冷兼除湿系统包括依次连接的压缩机、冷凝器、一级节流阀、一级蒸发器、二级节流阀和二级蒸发器,所述压缩机制冷兼除湿系统还包括旁通阀,旁通阀和一级节流阀并联,所述加湿系统包括加湿器,所述压缩机、室外风机、室外环境温度传感器、空调回风温度传感器、空调回风湿度传感器、室内风机、空调出风温度传感器、加湿器、一级节流阀、二级节流阀、旁通阀分别与控制器电连接,并受其控制。
其中,空调回风温度传感器、空调回风湿度传感器安装在二级蒸发器的进风侧。
其中,空调出风温度传感器安装在一级蒸发器的出风侧。
其中,一级蒸发器安装在二级蒸发器的出风侧。
一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,先通过设定的出风温度Tos、设定的出风湿度Hs,计算出风露点温度设定值Tds如下:
其中:/>
再通过空调回风温度传感器检测到的回风温度Til结合出风露点温度设定值Tds,计算出回风湿度设定值Hi如下:
Hi=10(β-δ+2),其中:
上述公式中,a、b为系数,Tos>0℃时,取a=7.5,b=237.3;Tos≤0℃时,取a=9.5,b=265.5。
最后通过比较由空调回风湿度传感器检测到的回风湿度值Hil和回风湿度设定值Hi的大小计算出加湿需求和除湿需求,空调机组根据以上两个需求的大小运行对应的模式,将控制出风湿度转化为回风湿度控制,间接控制出风湿度。
其中,具体控制逻辑为:
(1)加湿控制逻辑:
i.当系统加湿需求<0%,系统退出加湿模式,关闭加湿器;
ii.当0%≤系统加湿需求<100%,系统维持当前状态;
iii.当系统加湿需求≥100%时,系统进入加湿模式,开启加湿器。
(2)除湿控制逻辑:
i.当系统除湿需求<0%,系统退出除湿;
ii.当0%≤系统除湿需求<100%,机组维持当前运行状态;
iii.当系统除湿需求≥100%时,系统进入除湿模式,室内风机额定转速运行,开启压缩机。
空调系统的各零部件的具体运行方式为:
A、制冷模式:
当系统运行制冷模式时,室内风机按额定转速运行,旁通阀关闭,由一级节流阀进行节流降温降压,二级节流阀完全打开,不起节流作用,压缩机开启并运行,进行制冷循环;
B、除湿模式:
当系统运行除湿模式时,室内风机按额定转速运行,旁通阀打开,一级节流阀完全关闭,不起节流作用,二级节流阀进行节流降温降压,压缩机开启运行,来自冷凝器的高温高压液态冷媒流进一级蒸发器,再流进二级蒸发器,室内回风经过二级蒸发器时被降温除湿,再被一级蒸发器加热,进行热补偿;
C、加湿模式:
当系统运行加湿模式时,室内风机按额定转速运行,加湿器开启,进行加湿。
本发明的有益效果:
本发明的一种控制出风湿度的空调系统,去除电加热器,蒸发器分为二级,增加一个节流阀及旁通阀,除湿模式时,风机转速不变,利用压缩机排热量通过一级蒸发器对除湿后的低温空气进行热补偿,可以降低成本,减少空调能耗,可使得机房内温湿度控制更稳定。
本发明的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,
(1)采用两级蒸发器,除湿模式时,第一级蒸发器当冷凝器的过冷器使用,对来自第二级蒸发器的除湿后的低温空气进行热补偿,充分利用了压缩机的排热量,节省了常规的电加热器的功耗。
(2)传统的控制方式为控制风机转速来节能,此系统加入了两个节流阀和一个旁通阀(因为节流阀完全打开还是有节流效果),通过自动调节冷媒流量结合蒸发器实现制冷及除湿等工作模式的节能。
(3)本发明的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,通过精确计算回风湿度从而稳定控制出风湿度的空调系统及其控制方法,将温湿度控制在更小的波动范围内。结合不同的加湿需求、除湿需求的判断条件,可更准确地判断压缩机、加湿器的投入时机,使得加湿能力、除湿能力和实际湿负荷保持一致,解决现有出风湿度控制技术的不足。
(4)本发明的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,可使得室内风机不需要降转速运行,送风距离及送风温度不受影响,可使得对室内温湿度的控制更稳定,系统运行更安全可靠。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的一种控制出风湿度的空调系统的结构示意图。
图中包括有:
压缩机1、冷凝器2、室外风机3、室外环境温度传感器4、控制器5、空调回风温度传感器6、空调回风湿度传感器7、一级蒸发器8、室内风机9、空调出风温度传感器10、加湿器11、二级蒸发器12、一级节流阀13、二级节流阀14、旁通阀15。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本实施例的一种控制出风湿度的空调系统,如图1所示,包括压缩机制冷兼除湿系统、加湿系统、控制器5、室外风机3、室外环境温度传感器4、空调回风温度传感器6、空调回风湿度传感器7、室内风机9和空调出风温度传感器10,所述压缩机制冷兼除湿系统包括依次连接的压缩机1、冷凝器2、一级节流阀13、一级蒸发器8、二级节流阀14和二级蒸发器12,所述压缩机制冷兼除湿系统还包括旁通阀15,旁通阀15和一级节流阀并联,所述加湿系统包括加湿器11,所述压缩机1、室外风机3、室外环境温度传感器4、空调回风温度传感器6、空调回风湿度传感器7、室内风机9、空调出风温度传感器10、加湿器11、一级节流阀13、二级节流阀14、旁通阀15分别与控制器5电连接,并受其控制。
其中,空调回风温度传感器6、空调回风湿度传感器7安装在二级蒸发器12的进风侧,分别用于检测从封闭热通道或者机房大空调来的、未经空调处理的空气温度、湿度。
其中,空调出风温度传感器10安装在一级蒸发器8的出风侧,用于检测经过空调的一级蒸发器8及二级蒸发器12处理后的空气温度。
其中,一级蒸发器8安装在二级蒸发器12的出风侧,未经空调处理的湿度较高的空气在经过二级蒸发器12降温除湿后,由于温度过低,达不到出风温度设定要求,需经过一级蒸发器8,利用压缩机1排热从而加热来自二级蒸发器12的空气,使最终出风温度符合设定要求;假如一级蒸发器8与二级蒸发器12的位置互换,则达不到此效果。
本实施例的一种控制出风湿度的空调系统,去除电加热器,蒸发器分为二级,增加一个节流阀及旁通阀15,除湿模式时,风机转速不变,利用压缩机1排热量通过一级蒸发器8对除湿后的低温空气进行热补偿,可以降低成本,减少空调能耗,可使得机房内温湿度控制更稳定。
本实施例的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,先通过设定的出风温度Tos、设定的出风湿度Hs,计算出风露点温度设定值Tds如下:
其中:/>
再通过空调回风温度传感器6检测到的回风温度Til结合出风露点温度设定值Tds,计算出回风湿度设定值Hi如下:
Hi=10(β-δ+2),其中:
上述公式中,a、b为系数,Tos>0℃时,取a=7.5,b=237.3;Tos≤0℃时,取a=9.5,b=265.5。
比如:设定的出风温度Tos=23℃,设定的出风湿度Hs=50%,则:a=7.5,b=237.3,由此计算出:
假设检测到的回风温度Til=35℃,检测到的回风湿度Hil=32%,则:
由此可计算出回风湿度设定值Hi:Hi=10(β-δ+2)=24.98%。
最后通过比较由空调回风湿度传感器7检测到的回风湿度值Hil和回风湿度设定值Hi的大小计算出加湿需求和除湿需求,空调机组根据以上两个需求的大小运行对应的模式,将控制出风湿度转化为回风湿度控制,间接控制出风湿度。
其中,具体控制逻辑为:
(1)加湿控制逻辑:
i.当系统加湿需求<0%,系统退出加湿模式,关闭加湿器11;
ii.当0%≤系统加湿需求<100%,系统维持当前状态;
iii.当系统加湿需求≥100%时,系统进入加湿模式,开启加湿器11。
(2)除湿控制逻辑:
i.当系统除湿需求<0%,系统退出除湿;
ii.当0%≤系统除湿需求<100%,机组维持当前运行状态;
iii.当系统除湿需求≥100%时,系统进入除湿模式,室内风机9额定转速运行,开启压缩机1。
空调系统的各零部件的具体运行方式为:
A、制冷模式:
当系统运行制冷模式时,室内风机9按额定转速运行,旁通阀15关闭,由一级节流阀13进行节流降温降压,二级节流阀14完全打开,不起节流作用,压缩机1开启并运行,进行制冷循环;
B、除湿模式:
当系统运行除湿模式时,室内风机9按额定转速运行,旁通阀15打开,一级节流阀13完全关闭,不起节流作用,二级节流阀14进行节流降温降压,压缩机1开启运行,来自冷凝器2的高温高压液态冷媒流进一级蒸发器8,再流进二级蒸发器12,室内回风经过二级蒸发器12时被降温除湿,再被一级蒸发器8加热,进行热补偿;
C、加湿模式:
当系统运行加湿模式时,室内风机9按额定转速运行,加湿器11开启,进行加湿。
假设:加湿/除湿湿度回差值Hβ=2%,加湿湿度控制精度Ha=3%,除湿湿度控制精度Hd=3%,则可计算出:
由于除湿需求>100%,此时系统进入除湿模式,各零部件按照除湿模式运转。
本实施例的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,
(1)采用两级蒸发器,除湿模式时,第一级蒸发器8当冷凝器2的过冷器使用,对来自第二级蒸发器12的除湿后的低温空气进行热补偿,充分利用了压缩机1的排热量,节省了常规的电加热器的功耗。
(2)传统的控制方式为控制风机转速来节能,此系统加入了两个节流阀和一个旁通阀15(因为节流阀完全打开还是有节流效果),通过自动调节冷媒流量结合蒸发器实现制冷及除湿等工作模式的节能。
(3)本发明的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,通过精确计算回风湿度从而稳定控制出风湿度的空调系统及其控制方法,将温湿度控制在更小的波动范围内。结合不同的加湿需求、除湿需求的判断条件,可更准确地判断压缩机1、加湿器11的投入时机,使得加湿能力、除湿能力和实际湿负荷保持一致,解决现有出风湿度控制技术的不足。
(4)本发明的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,可使得室内风机9不需要降转速运行,送风距离及送风温度不受影响,可使得对室内温湿度的控制更稳定,系统运行更安全可靠。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,其特征在于:所述空调系统包括压缩机制冷兼除湿系统、加湿系统、控制器、室外风机、室外环境温度传感器、空调回风温度传感器、空调回风湿度传感器、室内风机和空调出风温度传感器,所述压缩机制冷兼除湿系统包括依次连接的压缩机、冷凝器、一级节流阀、一级蒸发器、二级节流阀和二级蒸发器,所述压缩机制冷兼除湿系统还包括旁通阀,旁通阀和一级节流阀并联,所述加湿系统包括加湿器,所述压缩机、室外风机、室外环境温度传感器、空调回风温度传感器、空调回风湿度传感器、室内风机、空调出风温度传感器、加湿器、一级节流阀、二级节流阀、旁通阀分别与控制器电连接,并受其控制;
所述控制方法包括如下步骤:
(1)、通过设定的出风温度Tos、设定的出风湿度Hs,计算出风露点温度设定值Tds如下:
其中:/>
(2)、通过空调回风温度传感器检测到的回风温度Til结合出风露点温度设定值Tds,计算出回风湿度设定值Hi如下:
Hi=10(β-δ+2),其中:
上述公式中,a、b为系数;
(3)、通过比较由空调回风湿度传感器检测到的回风湿度值Hil和回风湿度设定值Hi的大小计算出加湿需求和除湿需求,空调机组根据以上两个需求的大小运行对应的模式,将控制出风湿度转化为回风湿度控制,间接控制出风湿度,
其中,Hi是计算出来的回风湿度设定值,Hil是回风湿度检测值,Hβ是加湿/除湿湿度回差值,Ha是加湿湿度控制精度,Hd是除湿湿度控制精度。
2.如权利要求1所述的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,其特征在于:当所述Tos>0℃时,取a=7.5,b=237.3;当所述Tos≤0℃时,取a=9.5,b=265.5。
3.如权利要求1或2所述的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,其特征在于:
加湿控制逻辑如下:
i.当系统加湿需求<0%,系统退出加湿模式,关闭加湿器;
ii.当0%≤系统加湿需求<100%,系统维持当前状态;
iii.当系统加湿需求≥100%时,系统进入加湿模式,开启加湿器。
4.如权利要求3所述的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,其特征在于:
除湿控制逻辑:
i.当系统除湿需求<0%,系统退出除湿;
ii.当0%≤系统除湿需求<100%,机组维持当前运行状态;
iii.当系统除湿需求≥100%时,系统进入除湿模式,室内风机额定转速运行,开启压缩机。
5.如权利要求4所述的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法,其特征在于:空调系统的各零部件的具体运行方式为:
A、制冷模式:
当系统运行制冷模式时,室内风机按额定转速运行,旁通阀关闭,由一级节流阀进行节流降温降压,二级节流阀完全打开,不起节流作用,压缩机开启并运行,进行制冷循环;
B、除湿模式:
当系统运行除湿模式时,室内风机按额定转速运行,旁通阀打开,一级节流阀完全关闭,不起节流作用,二级节流阀进行节流降温降压,压缩机开启运行,来自冷凝器的高温高压液态冷媒流进一级蒸发器,再流进二级蒸发器,室内回风经过二级蒸发器时被降温除湿,再被一级蒸发器加热,进行热补偿;
C、加湿模式:
当系统运行加湿模式时,室内风机按额定转速运行,加湿器开启,进行加湿。
6.一种控制出风湿度的空调系统,其特征在于,所述空调系统应用如权利要求1-5任一项所述的一种控制出风湿度的空调系统的控制方法;所述空调系统包括压缩机制冷兼除湿系统、加湿系统、控制器、室外风机、室外环境温度传感器、空调回风温度传感器、空调回风湿度传感器、室内风机和空调出风温度传感器,所述压缩机制冷兼除湿系统包括依次连接的压缩机、冷凝器、一级节流阀、一级蒸发器、二级节流阀和二级蒸发器,所述压缩机制冷兼除湿系统还包括旁通阀,旁通阀和一级节流阀并联,所述加湿系统包括加湿器,所述压缩机、室外风机、室外环境温度传感器、空调回风温度传感器、空调回风湿度传感器、室内风机、空调出风温度传感器、加湿器、一级节流阀、二级节流阀、旁通阀分别与控制器电连接,并受其控制。
7.如权利要求6所述的一种控制出风湿度的空调系统,其特征在于:空调回风温度传感器、空调回风湿度传感器安装在二级蒸发器的进风侧。
8.如权利要求6所述的一种控制出风湿度的空调系统,其特征在于:空调出风温度传感器安装在一级蒸发器的出风侧。
9.如权利要求6所述的一种控制出风湿度的空调系统,其特征在于:一级蒸发器安装在二级蒸发器的出风侧。
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