CN111102661A - 一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组及其控制方法，主要包括预冷蒸发器、一级除湿转轮、中间冷却蒸发器、二级除湿转轮、后冷却蒸发器、送风风机、第一电动风阀、第二电动风阀；当系统所需除湿量较大时，打开第一电动风阀，除湿空气可连续通过预冷蒸发器、一级除湿转轮、中间冷却蒸发器、二级除湿转轮和后冷却蒸发器。当系统所需除湿量小时，打开第二电动风阀，除湿空气可通过旁通管路直接进入中间冷却蒸发器，随后依次通过二级除湿转轮和后冷却蒸发器。在本发明中，当低除湿量时，转轮除湿机组的运行模式可以为单级转轮运行模式，具有系统风管管路阻力小和除湿空气温升小的优点，从而达到降低系统除湿能耗的目的。

Description

一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组及其控制方法

技术领域

本发明涉及转轮除湿机领域，特别是涉及一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组及其控制方法。

背景技术

除湿转轮的主要材料为高比表面积的吸附材料，可以吸附空气中的水蒸气，从而进行除湿。吸附饱和后的吸附材料需要进行脱附再生后方能再次用于吸附除湿，脱附再生需要使用高温再生空气(根据除湿量不同，一般高温再生空气的温度为50℃～120℃)。为了在实际使用中连续运行，一般除湿转轮分为两个区，即除湿区和再生区。随除湿转轮的旋转，吸附材料可反复通过除湿区和再生区。

热泵再生式转轮除湿空调系统通过回收热泵冷凝器排放的热量，加热除湿转轮的再生空气，可以降低除湿转轮的再生能耗。在该系统中，热泵主要用于降低空气温度(处理湿热负荷)，冷凝器用于排热以加热除湿转轮的再生空气，除湿转轮主要用于降低空气湿度(处理湿负荷)。在低湿度要求的场所中，送风空气露点温度极低，通常需要使用两级转轮除湿空调系统。除湿转轮的高温再生空气有很高的空气温度，所以高温再生空气经过除湿转轮后会加热转轮。当除湿空气经过除湿转轮后其温度会升高，通常需要在除湿空气经过第二级除湿转轮之前降低除湿空气的温度以提高除湿效果。因此，在两级转轮除湿空调系统中，通常在一级转轮和二级转轮之间设置中间冷却设备。很多最新研究也指出：在舒适性空调场所(如：住宅，办公楼和商店等)中使用两级除湿转轮加中间冷却设备的空调系统也可以有效降低除湿转轮的再生能耗。

已有方案中，与热泵联合运行的两级转轮除湿系统利用高温冷媒对待除湿空气进行预冷，同时一级转轮的除湿区对预冷后的空气除湿。利用一级热泵蒸发器对该空气降温后进入二级转轮除湿区。除湿后的空气进入二级热泵蒸发器进行最后冷却。再生空气利用室内排风或室外新风，先后经过一级热泵冷凝器、二级除湿转轮再生区、二级热泵冷凝器、一级除湿转轮再生区和三级热泵冷凝器。

其他已有方案中，热泵包括低温热泵和高温热泵。低温热泵有两个蒸发器先后对一级转轮前和二级转轮前的除湿空气进行预冷却。高温热泵通过冷凝器的排热来加热再生空气，随后先后通过一级电加热器、二级除湿转轮、二级电加热器和一级除湿转轮。

现有技术中，转轮除湿系统的设计均按照最大除湿量设计。当单级除湿转轮系统无法满足最大除湿量需求时，采用两级除湿转轮系统。在实际使用中，除湿量是动态变化的，很多时候，转轮除湿系统并不需要以最大负荷运行，以单级除湿转轮系统运行即可满足除湿需求时，但是仍以两级除湿转轮系统进行运行，系统风管管路阻力大，造成风机能耗和除湿转轮驱动能耗不必要的浪费。另一方面，第二级除湿转轮除湿量很小，但与较高温的再生空气换热后出风温度较高，需要消耗更多的能量降低送风温度。

因此，目前已有的技术方案中，两级除湿转轮系统均存在除湿量大，系统动态调节能力有限，部分负荷运行时系统能效低的缺陷，两级除湿转轮系统在除湿需求很小时通常也是过负荷运行，造成不必要的能量浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组及其控制方法，以达到降低系统除湿能耗的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组，包括热泵式转轮除湿空调系统及控制系统；其中，所述热泵式转轮除湿空调系统包括预冷蒸发器、一级除湿转轮、中间冷却蒸发器、二级除湿转轮、后冷却蒸发器、送风风机、二级转轮热回收冷凝器、二级转轮辅助加热器、二级转轮再生风机、一级转轮再生风机、一级转轮热回收冷凝器和一级转轮辅助加热器；所述控制系统包括控制器以及与所述控制器均电连接的第一电动风阀、第二电动风阀、空气湿度传感器、第一空气温度传感器、第二空气温度传感器、第三空气温度传感器；

第一室外新风流入管路通过主通管路依次与所述预冷蒸发器、所述一级除湿转轮的除湿区、所述中间冷却蒸发器、所述二级除湿转轮的除湿区、所述后冷却蒸发器和所述送风风机连通；所述第一室外新风流入管路还通过旁通管路直接与所述中间冷却蒸发器连通；室内排风管路通过支通管路依次与所述二级转轮热回收冷凝器、所述二级转轮辅助加热器、所述二级除湿转轮的再生区和所述二级转轮再生风机连通；第二室外新风流入管路通过支通管路依次与所述一级转轮再生风机、所述一级转轮热回收冷凝器、所述一级转轮辅助加热器和一级除湿转轮的再生区连通；室内回风管路与所述后冷却蒸发器连通；

在所述第一室外新风流入管路与所述预冷蒸发器之间的主通管路上设置有所述第一电动风阀，在所述第一室外新风流入管路与所述中间冷却蒸发器之间的旁通管路上设置有所述第二电动风阀；在所述室内回风管路上设置有所述空气湿度传感器和所述第一空气温度传感器；在所述二级转轮热回收冷凝器与所述二级转轮辅助加热器之间的支通管路上设置所述第二空气温度传感器，在所述二级转轮辅助加热器与所述二级除湿转轮之间的支通管路上设置所述第三空气温度传感器。

可选的，所述热泵式转轮除湿空调系统还包括压缩机和室外冷凝器；

所述室外冷凝器的第一输出端通过冷媒管依次与所述预冷蒸发器、所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器的输入端连通形成第一回路；

所述室外冷凝器的第一输出端通过冷媒管依次与所述中间冷却蒸发器、所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器的输入端连通形成第二回路；

所述室外冷凝器的第一输出端通过冷媒管依次与所述后冷却蒸发器、所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器的输入端连通形成第三回路；

所述压缩机通过冷媒管依次与所述一级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器的输入端连通形成第四回路。

可选的，所述第一回路中所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器之间的通路、所述第二回路中所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器之间的通路以及所述第三回路中所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器之间的通路为同一通路。

可选的，所述室外冷凝器的第二输出端设置有轴流风机。

可选的，所述控制系统还包括分别与所述控制器电连接的第一电磁膨胀阀、第二电磁膨胀阀、第三电磁膨胀阀、第四电磁膨胀阀、第五电磁膨胀阀；

所述第一电磁膨胀阀设置在所述压缩机与所述二级转轮热回收冷凝器之间的冷媒管上；

所述第二电磁膨胀阀设置在所述压缩机与所述一级转轮热回收冷凝器之间的冷媒管上；

所述第三电磁膨胀阀设置在所述室外冷凝器与所述预冷蒸发器之间的冷媒管上；

所述第四电磁膨胀阀设置在所述室外冷凝器与所述中间冷却蒸发器之间的冷媒管上；

所述第五电磁膨胀阀设置在所述室外冷凝器与所述后冷却蒸发器之间的冷媒管上。

可选的，所述热泵式转轮除湿空调系统包括第一过滤器、第二过滤器和第三过滤器；

所述第一过滤器设置在所述第一室外新风流入管路与所述第一电动风阀之间的管路上；

所述第二过滤器设置在所述室内排风管路与所述二级转轮热回收冷凝器之间的管路上；

所述第三过滤器设置在所述第二室外新风流入管路与所述一级转轮再生风机之间的管路上。

可选的，所述控制器还与所述二级转轮辅助加热器的开关控制器电连接。

一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的控制方法，包括：

启动节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组；所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的初始工作模式为两级辅助加热模式，一级转轮辅助加热器的初始运行模式为满负荷运行模式，二级转轮辅助加热器的初始运行模式为零负荷运行模式；所述两辅助加热模式为一级转轮辅助加热器打开、二级转轮辅助加热器打开以及控制系统中第一电动风阀打开、第二电动风阀关闭、第一电磁膨胀阀打开、第二电磁膨胀阀打开、第三电磁膨胀阀打开、第四电磁膨胀阀打开和第五电磁膨胀阀打开的工作模式；

实时获取空气湿度传感器采集的回风湿度值；

实时确定空气温度差值；所述空气温度差值为第二空气温度传感器采集的温度值与第三空气温度传感器采集的温度值的差值；

判断所述回风湿度值是否小于设定湿度阈值，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述回风湿度值大于或者等于设定湿度阈值，则将二级转轮辅助加热器第一控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器增加加热量；

若所述第一判断结果表示所述回风湿度值小于设定湿度阈值，则判断所述空气温度差值是否小于设定温度差值，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示所述空气温度差值小于设定温度差值，则将所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的工作模式设置为单级辅助加热模式，并判断在单级辅助加热模式下所述回风湿度值是否小于设定湿度阈值，得到第三判断结果；所述单级辅助加热模式为一级转轮辅助加热器关闭、二级转轮辅助加热器打开以及控制系统中第一电动风阀关闭、第二电动风阀打开、第一电磁膨胀阀打开、第四电磁膨胀阀打开、第五电磁膨胀阀打开、第二电磁膨胀阀关闭和第三电磁膨胀阀关闭的工作模式；

若所述第三判断结果表示在单级辅助加热模式下所述回风湿度值小于设定湿度阈值，则将二级转轮辅助加热器第二控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器减小加热量，并将所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的工作模式设置为单级无辅助加热模式；所述单级无辅助加热模式为一级转轮辅助加热器关闭、二级转轮辅助加热器关闭以及控制系统中第一电动风阀关闭、第二电动风阀打开、第一电磁膨胀阀打开、第四电磁膨胀阀打开、第五电磁膨胀阀打开、第二电磁膨胀阀关闭和第三电磁膨胀阀关闭的工作模式；

若所述第三判断结果表示在单级辅助加热模式下所述回风湿度值大于或者等于设定湿度阈值，则判断所述空气温度差值是否等于设定最大温度差值，得到第四判断结果；

若所述第四判断结果表示所述空气温度差值等于设定最大温度差值，则将所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的工作模式设置为两级辅助加热模式；

若所述第四判断结果表示所述空气温度差值不等于设定最大温度差值，则将二级转轮辅助加热器第一控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器增加加热量；

若所述第二判断结果表示所述空气温度差值大于或者等于设定温度差值，则将二级转轮辅助加热器第二控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器减少加热量。

可选的，还包括：

实时获取第一空气温度传感器采集的回风温度值；

判断所述回风温度值是否小于设定温度阈值；

若是，则输出第一开度指令，并将所述第一开度指令发送至控制系统中的第五电磁膨胀阀以控制所述第五电磁膨胀阀的开度减小；

若否，则输出第二开度指令，并将所述第二开度指令发送至控制系统中的第五电磁膨胀阀以控制所述第五电磁膨胀阀的开度增大。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组及其控制方法。当系统所需除湿量较大时，除湿空气可连续通过预冷蒸发器、一级除湿转轮、中间冷却蒸发器、二级除湿转轮和后冷却蒸发器。当系统所需除湿量小时，除湿空气可通过旁通管路直接进入中间冷却蒸发器，随后依次通过二级除湿转轮和后冷却蒸发器。同时，一级转轮再生风机和一级转轮辅助加热器停止运行。低除湿量的单级转轮运行模式下，系统风管管路阻力小，除湿空气温升小，从而达到降低系统除湿能耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的部分结构图；

图2为本发明节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的控制方法的流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

除湿转轮除湿空调系统被广泛应用于有除湿需求的场所中，目前在以长江流域为代表的沿海地区民用建筑中也具有一定的应用前景。在有些场所中，单级转轮除湿系统仍无法满足最大除湿需求，需要使用两级转轮除湿系统。在实际使用中，随室内湿源散湿量和不同季节室外空气含湿量的变化，系统除湿量是动态变化的。当除湿量降低时，两级转轮除湿系统由于设备多，机组阻力大，增加了风机的能耗。同时，两级转轮除湿系统运行时系统冷热量抵消严重，部分负荷运行时单位除湿量需要的热泵制冷量大，压缩机能耗高。

综上分析，本发明提出一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组及其控制方法，通过设计选型、参数化调试，可方便快捷地实现动态除湿量下的系统节能运行，降低系统运行能耗。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供的一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组及其控制方法，用于解决实际使用中动态热、湿负荷条件下系统高能耗运行的问题。节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组包括热泵式转轮除湿空调系统及控制系统。控制系统通过采集监测点数据对热泵式转轮除湿空调系统运行方式进行调节。

如图1所示，热泵式转轮除湿空调系统主要包括第一过滤器1、预冷蒸发器2、一级除湿转轮3、中间冷却蒸发器4、二级除湿转轮5、后冷却蒸发器6、送风风机7、第二过滤器8、二级转轮热回收冷凝器9、二级转轮再生风机10、一级转轮再生风机11、一级转轮热回收冷凝器12、第三过滤器13、室外冷凝器14、压缩机16、一级转轮辅助加热器19和二级转轮辅助加热器20。其中，室外冷凝器14配有轴流风机15。

控制系统包括控制器以及与所述控制器均电连接的第一电动风阀18-1、第二电动风阀18-2、空气湿度传感器、第一空气温度传感器、第二空气温度传感器、第三空气温度传感器、第一电磁膨胀阀17-1、第二电磁膨胀阀17-2、第三电磁膨胀阀17-3、第四电磁膨胀阀17-4、第五电磁膨胀阀17-5。

热泵制冷剂管路包括压缩机16、一级转轮热回收冷凝器12、二级转轮热回收冷凝器9、室外冷凝器14、预冷蒸发器2、中间冷却蒸发器4、后冷却蒸发器6、第一电磁膨胀阀17-1、第二电磁膨胀阀17-2、第三电磁膨胀阀17-3、第四电磁膨胀阀17-4和第五电磁膨胀阀17-5。

控制系统的自控监测点主要包括回风管路中的温度监测Tr和湿度监测dr，以及排风管路中的前后空气温差ΔT，其监控设备包括空气湿度传感器、第一空气温度传感器、第二空气温度传感器、第三空气温度传感器；控制系统的执行器包括第一电动风阀18-1、第二电动风阀18-2、第一电磁膨胀阀17-1、第二电磁膨胀阀17-2、第三电磁膨胀阀17-3、第四电磁膨胀阀17-4、第五电磁膨胀阀17-5以及一级转轮辅助加热器19、二级转轮辅助加热器20以及一级转轮再生风机11的开关控制器。其余控制系统传感器与执行器与已有系统类似，非本发明重点或要需保护的内容。

各个器件的具体连接关系如下：

第一室外新风流入管路通过主通管路依次与所述预冷蒸发器2、所述一级除湿转轮3的除湿区、所述中间冷却蒸发器4、所述二级除湿转轮5的除湿区、所述后冷却蒸发器6和所述送风风机7连通；所述第一室外新风流入管路还通过旁通管路直接与所述中间冷却蒸发器4连通；室内排风管路通过支通管路依次与所述二级转轮热回收冷凝器9、所述二级转轮辅助加热器20、所述二级除湿转轮5的再生区和所述二级转轮再生风机10连通；第二室外新风流入管路通过支通管路依次与所述一级转轮再生风机11、所述一级转轮热回收冷凝器12、所述一级转轮辅助加热器19和一级除湿转轮3的再生区连通；室内回风管路与所述后冷却蒸发器6连通；在所述第一室外新风流入管路与所述预冷蒸发器2之间的主通管路上设置有所述第一电动风阀18-1，在所述第一室外新风流入管路与所述中间冷却蒸发器4之间的旁通管路上设置有所述第二电动风阀18-2；在所述室内回风管路上设置有所述空气湿度传感器和所述第一空气温度传感器；在所述二级转轮热回收冷凝器9与所述二级转轮辅助加热器20之间的支通管路上设置所述第二空气温度传感器，在所述二级转轮辅助加热器20与所述二级除湿转轮5之间的支通管路上设置所述第三空气温度传感器。其中，所述第一过滤器1设置在所述第一室外新风流入管路与所述第一电动风阀18-1之间的管路上；所述第二过滤器8设置在所述室内排风管路与所述二级转轮热回收冷凝器9之间的管路上；所述第三过滤器13设置在所述第二室外新风流入管路与所述一级转轮再生风机11之间的管路上。

所述室外冷凝器14的第一输出端通过冷媒管依次与所述预冷蒸发器2、所述压缩机16、所述二级转轮热回收冷凝器9、所述室外冷凝器14的输入端连通形成第一回路；所述室外冷凝器14的第一输出端通过冷媒管依次与所述中间冷却蒸发器4、所述压缩机16、所述二级转轮热回收冷凝器9、所述室外冷凝器14的输入端连通形成第二回路；所述室外冷凝器14的第一输出端通过冷媒管依次与所述后冷却蒸发器6、所述压缩机16、所述二级转轮热回收冷凝器9、所述室外冷凝器14的输入端连通形成第三回路；所述压缩机16通过冷媒管依次与所述一级转轮热回收冷凝器12、所述室外冷凝器14的输入端连通形成第四回路。其中，所述第一回路中所述压缩机16、所述二级转轮热回收冷凝器9、所述室外冷凝器14之间的通路、所述第二回路中所述压缩机16、所述二级转轮热回收冷凝器9、所述室外冷凝器14之间的通路以及所述第三回路中所述压缩机16、所述二级转轮热回收冷凝器9、所述室外冷凝器14之间的通路为同一通路。所述室外冷凝器14的第二输出端设置有轴流风机15。

所述第一电磁膨胀阀17-1设置在所述压缩机16与所述二级转轮热回收冷凝器9之间的冷媒管上；所述第二电磁膨胀阀17-2设置在所述压缩机16与所述一级转轮热回收冷凝器12之间的冷媒管上；所述第三电磁膨胀阀17-3设置在所述室外冷凝器14与所述预冷蒸发器2之间的冷媒管上；所述第四电磁膨胀阀17-4设置在所述室外冷凝器14与所述中间冷却蒸发器4之间的冷媒管上；所述第五电磁膨胀阀17-5设置在所述室外冷凝器14与所述后冷却蒸发器6之间的冷媒管上。

在实际应用中，室外冷凝器14和轴流风机15需置于室外，其余设备均置于空调箱中，风循环环路，即主通管路、旁通管路、支通管路，采用风管连接或直接利用空调箱作为流通通道。各制冷剂环路通过冷媒管连接。控制系统中第一电动风阀18-1、第二电动风阀18-2、第一电磁膨胀阀17-1、第二电磁膨胀阀17-2、第三电磁膨胀阀17-3、第四电磁膨胀阀17-4、第五电磁膨胀阀17-5、一级除湿转轮3的驱动电机、二级除湿转轮5的驱动电机、送风风机7、二级转轮再生风机10、一级转轮再生风机11、压缩机16、一级转轮辅助加热器19和二级转轮辅助加热器20的开关以及开度控制均为自动控制。

一级转轮辅助加热器19和二级转轮辅助加热器20的热源可利用多种设备，如：电加热器、锅炉、高温热泵、太阳能或其他工业余热废热等。

针对控制区内除湿和制冷需求不同，该控制系统有三种运行模式，分别为：单级无辅助加热模式、单级辅助加热模式和两级辅助加热模式。在单级模式中，除了旁通一级除湿转轮和预冷蒸发器，也可以旁通二级除湿转轮和中间冷却蒸发器，相应地再生空气侧设备和风机开关相同处理。

在单级无辅助加热模式下，第一电动风阀18-1关闭，第二电动风阀18-2打开，第一电磁膨胀阀17-1、第四电磁膨胀阀17-4和第五电磁膨胀阀17-5打开，第二电磁膨胀阀17-2和第三电磁膨胀阀17-3保持关闭，一级转轮再生风机11、一级转轮辅助加热器19和二级转轮辅助加热器20关闭。室外新风(OA)首先经过第一过滤器1，随后从旁通管路进入中间冷却蒸发器4降温和冷凝除湿。随后降温冷凝除湿后的空气进入二级除湿转轮5的除湿区进一步除湿。除湿后的空气与室内回风(RA)混合后进入后冷却蒸发器6降温后由送风风机7送入控制区内。同时，室内排风(EA)首先经过第二过滤器8后进入二级转轮热回收冷凝器9与压缩机16的高温制冷剂排气进行热交换。加热后的空气进入二级除湿转轮5的再生区对除湿转轮进行再生，随后由二级转轮再生风机10排至室外。制冷剂管路中，中间冷却蒸发器4和后冷却蒸发器6为并联，经压缩机16压缩后先后经过二级转轮热回收冷凝器9和室外冷凝器14，排放多余的冷凝热。

在单级辅助加热模式下，二级转轮辅助加热器20打开，用于对二级除湿转轮5的再生空气进一步加热。其余运行工况与单级无辅助加热模式相同。

在两级辅助加热模式下，第一电动风阀18-1打开、第二电动风阀18-2关闭、第一电磁膨胀阀17-1打开、第二电磁膨胀阀17-2打开、第三电磁膨胀阀17-3打开、第四电磁膨胀阀17-4打开、第五电磁膨胀阀17-5打开、一级转轮再生风机11打开、一级转轮辅助加热器19打开、二级转轮辅助加热器20打开。一级转轮辅助加热器19和二级转轮辅助加热器20分别于用于对一级除湿转轮3和二级除湿转轮5的再生空气进一步加热。室外新风(OA)首先经过第一过滤器1，随后进入预冷蒸发器2进行预冷却和除湿。预冷后的室外空气进入一级除湿转轮3的除湿区进一步除湿。除湿后的高温空气由中间冷却蒸发器4降温后进入二级除湿转轮5的除湿区进行最终除湿。除湿完成后的室外新风与室内回风(RA)混合后由后冷却蒸发器6降温后经送风风机7送风。同时，作为二级除湿转轮5的再生空气的室内排风(EA)首先经过第二过滤器8，随后被二级转轮热回收冷凝器9和二级转轮辅助加热器20加热后进入二级除湿转轮5的再生区对除湿转轮进行再生。作为一级除湿转轮3的再生空气的室外空气(OA)首先经过第三过滤器13和一级转轮再生风机11，随后被一级转轮热回收冷凝器12和一级转轮辅助加热器19加热后进入一级除湿转轮3的再生区对除湿转轮进行再生。制冷剂管路中，预冷蒸发器2、中间冷却蒸发器4和后冷却蒸发器6为并联，经压缩机16压缩后分别经过一级转轮热回收冷凝器12和二级转轮热回收冷凝器9后合流进入室外冷凝器14，排放多余的冷凝热。

控制系统实际使用前需进行预调试，确定控制参数设定值，具体为设定温度阈值Tset、设定湿度阈值dset、设定温度差值ΔTset和设定最大温度差值ΔTmax。

控制系统实际使用过程中，需要通过第一空气温度传感器实时采集的回风温度值Tr，通过空气湿度传感器实时采集的回风湿度值dr，通过第二空气温度传感器实时采集的前温度值，通过第三空气温度传感器实时采集的后温度值，并将前温度值和后温度值的差值确定为二级转轮辅助加热器20的前后空气温度差值ΔT。

在本发明中，需要根据确定的控制参数判断二级转轮辅助加热器20加热量，具体实现方式可通过二级转轮辅助加热器20的前后空气温度差值ΔT进行判断，当前后空气温度差值ΔT低于设定值时即可认为二级转轮辅助加热器20处于零负荷运行状态。另一个需要预调试确定的量为二级转轮辅助加热器20的最大加热量，具体实现方式可通过二级转轮辅助加热器20的前后空气温度差值ΔT进行判断，当前后空气温度差值ΔT达到设定最大值时即可认为二级转轮辅助加热器20处于满负荷运行状态。

下面通过比较运算逻辑来说明本发明的控制过程。开机时，以两级辅助加热模式启动，同时一级转轮辅助加热器19以满负荷运行，二级转轮辅助加热器以零负荷运行。

控制区内的温度是通过后冷却蒸发器6的制冷量控制，具体实现方式为根据回风温度值Tr和控制区内设定温度阈值Tset的大小关系调整第五电磁膨胀阀17-5的开度。当回风温度值Tr<控制区内设定温度阈值Tset时说明后冷却蒸发器6的制冷量大于需求制冷量，此时第五电磁膨胀阀17-5的开度减小，反之亦然。

控制区内的系统除湿量是通过调整二级转轮辅助加热器20的加热量进行调节。当回风湿度值dr>控制区内设定湿度阈值dset时说明系统除湿量小于需求除湿量，此时增加二级转轮辅助加热器20的加热量。当回风湿度值dr<控制区内设定湿度阈值dset时，说明系统除湿量大于需求除湿量，此时需要判断二级转轮辅助加热器20的加热量，判断依据可根据设定温度差值ΔTset以及二级转轮辅助加热器20的前后空气温度差值ΔT。当实测前后空气温度差值ΔT>设定温度差值ΔTset时需要通过减小二级转轮辅助加热器20的加热量以降低系统除湿量，反之，当实测前后空气温度差值ΔT<设定温度差值ΔTset时说明一级转轮辅助加热器19的加热量极小或基本处于不运行状态，此时系统可进入单级辅助加热模式。系统运行于单级辅助加热模式时，通过调整二级转轮辅助加热器20的加热量调整系统除湿量。在单级辅助加热模式下，当回风湿度值dr>控制区内设定湿度阈值dset且实测前后空气温度差值ΔT＝设定最大温度差值ΔTmax时，说明二级辅助加热器20满负荷运行时系统除湿量仍不足，此时控制系统再次进入两级辅助加热模式，当回风湿度值dr>控制区内设定湿度阈值dset且实测前后空气温度差值ΔT不等于设定最大温度差值ΔTmax时，需要增加二级转轮辅助加热器20的加热量。在单级辅助加热模式下，当回风湿度值dr<控制区内设定湿度阈值dset，需要通过减小二级转轮辅助加热器20的加热量以降低系统除湿量。

回风湿度值可用回风含湿量或回风相对湿度或回风露点温度作为控制参数；辅助加热器的加热量可用加热器前后空气温差、加热器功率(主要针对电加热器、热泵、锅炉等)或加热介质流量(主要针对水-空气换热器或蒸汽-空气换热器等)作为控制参数。

下面通过具体说明本发明提供的一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的控制方法，如图2所示，具体包括以下步骤。

步骤1，启动节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组；所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的初始工作模式为两级辅助加热模式，一级转轮辅助加热器的初始运行模式为满负荷运行模式，二级转轮辅助加热器的初始运行模式为零负荷运行模式。

步骤2，实时获取空气湿度传感器采集的回风湿度值dr。

步骤3，实时确定空气温度差值ΔT；所述空气温度差值ΔT为第二空气温度传感器采集的温度值与第三空气温度传感器采集的温度值的差值。

步骤4，判断所述回风湿度值dr是否小于设定湿度阈值dset，得到第一判断结果。若所述第一判断结果表示所述回风湿度值dr大于或者等于设定湿度阈值dset，则步骤5；若所述第一判断结果表示所述回风湿度值dr小于设定湿度阈值dset，则执行步骤6。

步骤5，将二级转轮辅助加热器第一控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器增加加热量。

步骤6，判断所述空气温度差值ΔT是否小于设定温度差值ΔTset，得到第二判断结果。若所述第二判断结果表示所述空气温度差值ΔT小于设定温度差值ΔTset，则执行步骤7；若所述第二判断结果表示所述空气温度差值ΔT大于或者等于设定温度差值ΔTset，则执行步骤12。

步骤7，将所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的工作模式设置为单级辅助加热模式，并判断在单级辅助加热模式下所述回风湿度值dr是否小于设定湿度阈值dset，得到第三判断结果；若所述第三判断结果表示在单级辅助加热模式下所述回风湿度值dr小于设定湿度阈值dset，则执行步骤8；若所述第三判断结果表示表示在单级辅助加热模式下所述回风湿度值dr大于或者等于设定湿度阈值dset，则执行步骤9。

步骤8，将二级转轮辅助加热器第二控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器减小加热量，并将所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的工作模式设置为单级无辅助加热模式。

步骤9，判断所述空气温度差值ΔT是否等于设定最大温度差值ΔTmax，得到第四判断结果。若所述第四判断结果表示所述空气温度差值ΔT等于设定最大温度差值ΔTmax，则执行步骤10；若所述第四判断结果表示所述空气温度差值ΔT不等于设定最大温度差值ΔTmax，则步骤11。

步骤10，将所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的工作模式设置为两级辅助加热模式。

步骤11，将二级转轮辅助加热器第一控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器增加加热量。

步骤12，将二级转轮辅助加热器第二控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器减少加热量。

该控制方法还包括：

步骤13，实时获取第一空气温度传感器采集的回风温度值Tr。

步骤14，判断所述回风温度值Tr是否小于设定温度阈值Tset。若是，则输出第一开度指令，并将所述第一开度指令发送至控制系统中的第五电磁膨胀阀以控制所述第五电磁膨胀阀的开度减小；若否，则输出第二开度指令，并将所述第二开度指令发送至控制系统中的第五电磁膨胀阀以控制所述第五电磁膨胀阀的开度增大。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一，通过设置旁通管路，可以让除湿空气通过旁通管路直接进入中间冷却蒸发器，使系统得运行模式可以从两级辅助加热模式变为单级辅助加热/单级无辅助加热模式，实现了当系统所需除湿量较大时，除湿空气可连续通过预冷蒸发器、一级除湿转轮、中间冷却蒸发器、二级除湿转轮和后冷却蒸发器。当系统所需除湿量小时，除湿空气可通过旁通管路直接进入中间冷却蒸发器，随后依次通过二级除湿转轮和后冷却蒸发器，达到了低除湿量的单级转轮运行模式下，系统风管管路阻力小，除湿空气温升小，降低系统除湿能耗的目的。

第二，系统根据回风含湿量和辅助加热器加热量对运行模式进行控制：当回风含湿量低于室内设计含湿量时，系统首先对二级转轮辅助加热装置加热量调节。当二级转轮辅助加热装置关闭时回风含湿量仍低于室内设计含湿量时，系统切换至单级辅助加热模式，同时对二级转轮辅助加热装的加热量进行调节，即系统的控制仅以回风含湿量和转轮辅助加热器加热量作为系统各运行模式和两个辅助加热装置调节的控制参数，控制逻辑简单。

第三，当所需除湿量降低时，系统首先降低二级转轮辅助加热装置的加热量进行调节。当所需除湿量进一步降低至单级除湿系统除湿量范围内时系统通过除湿空气旁通和关闭一级转轮再生风机降低系统运行能耗。当所需除湿量再降低时，系统通过降低二级转轮辅助加热装置的加热量进行调节。在各个除湿量范围内，系统均能够以最低能耗运行。

第四，本发明通过充分利用低湿的室内排风作为除湿转轮的再生空气，可提高除湿转轮除湿效率，降低除湿转轮的再生能耗。

第五，本发明制冷系统的蒸发温度高，压缩机运行效率高，可充分降低制冷系统运行能耗。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组，其特征在于，包括热泵式转轮除湿空调系统及控制系统；其中，所述热泵式转轮除湿空调系统包括预冷蒸发器、一级除湿转轮、中间冷却蒸发器、二级除湿转轮、后冷却蒸发器、送风风机、二级转轮热回收冷凝器、二级转轮辅助加热器、二级转轮再生风机、一级转轮再生风机、一级转轮热回收冷凝器和一级转轮辅助加热器；所述控制系统包括控制器以及与所述控制器均电连接的第一电动风阀、第二电动风阀、空气湿度传感器、第一空气温度传感器、第二空气温度传感器、第三空气温度传感器；

第一室外新风流入管路通过主通管路依次与所述预冷蒸发器、所述一级除湿转轮的除湿区、所述中间冷却蒸发器、所述二级除湿转轮的除湿区、所述后冷却蒸发器和所述送风风机连通；所述第一室外新风流入管路还通过旁通管路直接与所述中间冷却蒸发器连通；室内排风管路通过支通管路依次与所述二级转轮热回收冷凝器、所述二级转轮辅助加热器、所述二级除湿转轮的再生区和所述二级转轮再生风机连通；第二室外新风流入管路通过支通管路依次与所述一级转轮再生风机、所述一级转轮热回收冷凝器、所述一级转轮辅助加热器和一级除湿转轮的再生区连通；室内回风管路与所述后冷却蒸发器连通；

在所述第一室外新风流入管路与所述预冷蒸发器之间的主通管路上设置有所述第一电动风阀，在所述第一室外新风流入管路与所述中间冷却蒸发器之间的旁通管路上设置有所述第二电动风阀；在所述室内回风管路上设置有所述空气湿度传感器和所述第一空气温度传感器；在所述二级转轮热回收冷凝器与所述二级转轮辅助加热器之间的支通管路上设置所述第二空气温度传感器，在所述二级转轮辅助加热器与所述二级除湿转轮之间的支通管路上设置所述第三空气温度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组，其特征在于，所述热泵式转轮除湿空调系统还包括压缩机和室外冷凝器；

所述室外冷凝器的第一输出端通过冷媒管依次与所述预冷蒸发器、所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器的输入端连通形成第一回路；

所述室外冷凝器的第一输出端通过冷媒管依次与所述中间冷却蒸发器、所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器的输入端连通形成第二回路；

所述室外冷凝器的第一输出端通过冷媒管依次与所述后冷却蒸发器、所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器的输入端连通形成第三回路；

所述压缩机通过冷媒管依次与所述一级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器的输入端连通形成第四回路。

3.根据权利要求2所述的一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组，其特征在于，所述第一回路中所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器之间的通路、所述第二回路中所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器之间的通路以及所述第三回路中所述压缩机、所述二级转轮热回收冷凝器、所述室外冷凝器之间的通路为同一通路。

4.根据权利要求2所述的一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组，其特征在于，所述室外冷凝器的第二输出端设置有轴流风机。

5.根据权利要求2所述的一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组，其特征在于，所述控制系统还包括分别与所述控制器电连接的第一电磁膨胀阀、第二电磁膨胀阀、第三电磁膨胀阀、第四电磁膨胀阀、第五电磁膨胀阀；

所述第一电磁膨胀阀设置在所述压缩机与所述二级转轮热回收冷凝器之间的冷媒管上；

所述第二电磁膨胀阀设置在所述压缩机与所述一级转轮热回收冷凝器之间的冷媒管上；

所述第三电磁膨胀阀设置在所述室外冷凝器与所述预冷蒸发器之间的冷媒管上；

所述第四电磁膨胀阀设置在所述室外冷凝器与所述中间冷却蒸发器之间的冷媒管上；

所述第五电磁膨胀阀设置在所述室外冷凝器与所述后冷却蒸发器之间的冷媒管上。

6.根据权利要求1所述的一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组，其特征在于，所述热泵式转轮除湿空调系统包括第一过滤器、第二过滤器和第三过滤器；

所述第一过滤器设置在所述第一室外新风流入管路与所述第一电动风阀之间的管路上；

所述第二过滤器设置在所述室内排风管路与所述二级转轮热回收冷凝器之间的管路上；

所述第三过滤器设置在所述第二室外新风流入管路与所述一级转轮再生风机之间的管路上。

7.根据权利要求1所述的一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组，其特征在于，所述控制器还与所述二级转轮辅助加热器的开关控制器电连接。

8.一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的控制方法，其特征在于，包括：

启动节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组；所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的初始工作模式为两级辅助加热模式，一级转轮辅助加热器的初始运行模式为满负荷运行模式，二级转轮辅助加热器的初始运行模式为零负荷运行模式；所述两辅助加热模式为一级转轮辅助加热器打开、二级转轮辅助加热器打开以及控制系统中第一电动风阀打开、第二电动风阀关闭、第一电磁膨胀阀打开、第二电磁膨胀阀打开、第三电磁膨胀阀打开、第四电磁膨胀阀打开和第五电磁膨胀阀打开的工作模式；

实时获取空气湿度传感器采集的回风湿度值；

实时确定空气温度差值；所述空气温度差值为第二空气温度传感器采集的温度值与第三空气温度传感器采集的温度值的差值；

判断所述回风湿度值是否小于设定湿度阈值，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述回风湿度值大于或者等于设定湿度阈值，则将二级转轮辅助加热器第一控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器增加加热量；

若所述第一判断结果表示所述回风湿度值小于设定湿度阈值，则判断所述空气温度差值是否小于设定温度差值，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示所述空气温度差值小于设定温度差值，则将所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的工作模式设置为单级辅助加热模式，并判断在单级辅助加热模式下所述回风湿度值是否小于设定湿度阈值，得到第三判断结果；所述单级辅助加热模式为一级转轮辅助加热器关闭、二级转轮辅助加热器打开以及控制系统中第一电动风阀关闭、第二电动风阀打开、第一电磁膨胀阀打开、第四电磁膨胀阀打开、第五电磁膨胀阀打开、第二电磁膨胀阀关闭和第三电磁膨胀阀关闭的工作模式；

若所述第三判断结果表示在单级辅助加热模式下所述回风湿度值小于设定湿度阈值，则将二级转轮辅助加热器第二控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器减小加热量，并将所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的工作模式设置为单级无辅助加热模式；所述单级无辅助加热模式为一级转轮辅助加热器关闭、二级转轮辅助加热器关闭以及控制系统中第一电动风阀关闭、第二电动风阀打开、第一电磁膨胀阀打开、第四电磁膨胀阀打开、第五电磁膨胀阀打开、第二电磁膨胀阀关闭和第三电磁膨胀阀关闭的工作模式；

若所述第三判断结果表示在单级辅助加热模式下所述回风湿度值大于或者等于设定湿度阈值，则判断所述空气温度差值是否等于设定最大温度差值，得到第四判断结果；

若所述第四判断结果表示所述空气温度差值等于设定最大温度差值，则将所述节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的工作模式设置为两级辅助加热模式；

若所述第四判断结果表示所述空气温度差值不等于设定最大温度差值，则将二级转轮辅助加热器第一控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器增加加热量；

若所述第二判断结果表示所述空气温度差值大于或者等于设定温度差值，则将二级转轮辅助加热器第二控制指令发送至所述二级转轮辅助加热器以控制所述二级转轮辅助加热器减少加热量。

9.根据权利要求8所述的一种节能型变除湿量热泵式转轮除湿机组的控制方法，其特征在于，还包括：

实时获取第一空气温度传感器采集的回风温度值；

判断所述回风温度值是否小于设定温度阈值；

若是，则输出第一开度指令，并将所述第一开度指令发送至控制系统中的第五电磁膨胀阀以控制所述第五电磁膨胀阀的开度减小；

若否，则输出第二开度指令，并将所述第二开度指令发送至控制系统中的第五电磁膨胀阀以控制所述第五电磁膨胀阀的开度增大。

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