CN111947285A - 一种基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，包括通过预设的机器露点等湿线将焓湿图划分为左右两个区域，通过预设的空调箱送风温度的等温线将所述等湿线左侧的区域划分为上下两个区域，进而将焓湿图划分为三个区域；根据外界新风的温度、湿度参数，确定其在焓湿图上的状态点所在的区域位置，进而通过与所述区域位置对应的控制程序使空调箱的表冷器的输出温度对时间的导数为连续函数。本发明的空调箱送风温湿度控制方法不再区分传统的夏季控制模式、冬季控制模式或者过渡季控制模式。

Description

一种基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法

技术领域

本发明涉及暖通控制领域，特别涉及一种基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法。

背景技术

洁净厂房和洁净车间都会对温、湿度有一定的范围要求，都会采用洁净空调箱来对外界的空气进行调节处理。洁净空调箱的功能就是清除大气中的尘埃粒子，并且将输出的温度和湿度控制在规定的范围之内。以满足生产对于环境的要求，或者满足人员对于舒适度的要求。

按照各国cGMP法规的要求，环境的温、湿度是根据工艺和产品的要求来确定的。药品生产工艺和产品对温、湿度没有特殊要求时。一般定义温度应为18～26℃，相对湿度应为45％～65％。洁净空调箱配备有初效过滤器、表冷器、挡水板、送风风机、加热盘管、加湿器和中效过滤器、在必要的情况下还会配备亚高效过滤器。

现有技术中，对空调箱的控制策略大多为设置有冬季模式、夏季模式或过度季模式，当外界新风露点在机器露点的上下波动时，控制模式的切换会导致表冷器的输出出现悬崖或脉冲。导致加热盘管无法有效的配合，最终造成洁净空调箱的输出超出要求的控制范围。本发明不再区分季节模式，采用在焓湿图上状态点的控制策略，确保空调箱表冷器的输出为平滑曲线(温度对时间的导数为连续函数)，从而后续的加热盘管能够有效地配合调节，最终获得洁净空调箱输出参数的稳定可靠。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，区别于通常设置夏季、冬季或过渡季控制模式的方法，具体技术方案如下：

一方面，公开了一种基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，包括通过预设的机器露点等湿线将焓湿图划分为左右两个区域，通过预设的空调箱送风温度的等温线将所述等湿线左侧的区域划分为上下两个区域，进而将焓湿图划分为三个区域；根据外界新风的温度、湿度参数，确定其在焓湿图上的状态点所在的区域位置，进而通过与所述区域位置对应的控制程序使空调箱的表冷器的输出温度对时间的导数为连续函数。

进一步地，若外界新风在焓湿图上的状态点位于等湿线右侧的第一区域，则对应的控制程序包括：

调节表冷器冷媒的阀门，使通过表冷器的气流沿着焓湿图上的所述等湿线降至100％相对湿度，再沿着焓湿图上的100％相对湿度线降温至机器露点，然后通过空调箱的加热盘管使表冷器的出风气流沿所述等湿线升温至空调箱的送风温度。

进一步地，若外界新风在焓湿图上的状态点位于等湿线左侧且等温线上侧的第二区域，则对应的控制程序包括：

调节表冷器冷媒的阀门，使通过表冷器的气流温度降至低于送风温度预设的温差阈值，然后通过空调箱的加热盘管将表冷器的出风气流升温补偿至空调箱的送风温度，再通过空调箱的加湿装置使加热盘管的出风气流沿所述等温线加湿至空调箱的送风露点。

进一步地，若外界新风在焓湿图上的状态点位于等湿线左侧且等温线下侧的第三区域，则对应的控制程序包括：

关闭表冷器冷媒的阀门，然后通过空调箱的加热盘管将新风气流升温补偿至空调箱的送风温度，再通过空调箱的加湿装置使加热盘管的出风气流沿所述等温线加湿至空调箱的送风露点。

进一步地，所述空调箱还包括二次回风装置，在所述加热盘管进行升温补偿之前还包括：

将待进入加热盘管的气流与所述二次回风装置输出的二次回风混合得到混合气流，再由所述加热盘管对所述混合气流进行升温补偿。

进一步地，若外界新风在焓湿图上的状态点位于等湿线左侧，且有向右靠近所述机器露点等湿线的趋势时，则对应的控制程序包括：

随着外界新风的状态点与机器露点等湿线水平距离的接近，逐渐加大表冷器的开度，且当外界新风状态点的含湿量达到≥机器露点的含湿量时，确保表冷器的出风温度达到机器露点的温度，再由加热盘管对表冷器的出风气流补偿升温至空调箱的送风温度。

进一步地，所述空调箱输出的相对湿度通过露点温度进行控制，所述空调箱输出的相对湿度被定义为30-70％。

进一步地，所述空调箱的送风温度范围为18～26℃，空调箱表冷器的机器露点范围为7～12℃。

另一方面，公开了另一种基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，包括以下步骤：

S1、通过预设的机器露点等湿线将焓湿图划分为左右两个区域，通过预设的空调箱送风温度的等温线将所述等湿线左侧的区域划分为上下两个区域；

S2、监测新风的温度和湿度，确定新风在焓湿图上的状态点所在区域，若新风含湿量大于或等于所述机器露点含湿量，则执行S3-S4，否则执行S5；

S3、调节空调箱的表冷器冷媒阀门的开度，控制表冷后的出风温度达到机器露点；

S4、若当前气流在焓湿图上的状态点有向左靠近所述机器露点等湿线的趋势，则执行S5，否则执行S3；

S5、比较所述状态点与等温线温度的大小，若状态点温度小于等温线温度，则执行S6-S8，否则执行S9；

S6、关闭表冷器冷媒的阀门；

S7、若新风在焓湿图上的状态点有向右靠近所述机器露点等湿线的趋势，则执行S8，否则执行S5；

S8、随所述状态点与机器露点等湿线距离越近，则调节表冷器冷媒阀门开度越大，直至达到机器露点，再执行步骤S4；

S9、调节空调箱的表冷器冷媒阀门的开度，控制表冷后的出风温度低于所述等温线，再执行步骤S7。

进一步地，步骤S9中在执行S7之前还包括：利用空调箱的二次回风装置对当前气流输入二次回风，得到混合后的气流。

本发明的技术方案带来的有益效果包括：

(a)不再区分传统的夏季控制模式、冬季控制模式或者过渡季控制模式即可对空调箱送风温湿度进行平稳控制；

(b)创新地对焓湿图进行区域划分，并对划分的各个区域建立对应的PID控制，使得参数平稳可控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的利用机器露点的等湿线、送风温度的等温线对焓湿图的划分示意图；

图3是本发明实施例提供的洁净空调箱的流程配置图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例公开了一种基于焓湿图上轨迹来控制空调箱送风温湿度的方法，该方法不再区分传统的夏季控制模式、冬季控制模式或者过渡季控制模式。用机器露点的等湿线(焓湿图上的垂直线)将焓湿图分割为左右两个部分，再根据洁净空调箱送风温度的等温线(焓湿图上的水平线)，又将上述的左边部分分割为上下两个部分，即将焓湿图实际上划分为三个区域(参见图2)。系统获取外界新风的温度、湿度或者露点温度，判断出其在焓湿图上的状态点，根据该状态点在焓湿图上所在的区域和运行趋势，采用不同的PID输出程序来进行控制。

洁净空调箱控制温、湿度的功能段依次为表冷器、加热盘管和加湿器，如图3所示，本发明实施例中洁净空调箱的流程配置依次为：新风入口101→初效过滤器102→一次回风混合段103→表冷器104→挡水板105→二次回风混合段106→送风风机107→加热盘管108→加湿段109→中效过滤器110→必要时的亚高效过滤器→送风口111。

在外界新风入口前设有温、湿度或露点传感器201；在表冷器后面设有温度传感器202；加热盘管后设有温度传感器204；在出风口的送风管上设有温度传感器207、露点传感器205和风速传感器206。与本方法实施例对应的空调箱温湿度控制系统通过传感器监测外界新风的温度、湿度或者露点温度，通过调用系统中的电子版焓湿图，计算确定其在焓湿图上的位置。

在外界气候一年四季波动的情况下，系统能够确保洁净空调箱表冷器的输出为一条平滑的曲线(输出温度对时间的导数为连续函数)，从而后续的加热盘管和加湿器才能够有效的配合调节，最终空调箱的送风的温、湿度能够稳定地控制在要求的范围之内。

当外界新风状态点的含湿量≥机器露点的含湿量时，PID输出的控制策略为，外界新风通过空调箱的新风入口进入后首先与一次回风(如有)混合，通过调节表冷器冷媒的阀门，使经过表冷器的气流沿着等湿线降至露点(100％相对湿度)，再沿着100％相对湿度线降温至机器露点；然后在二次回风段与二次回风(如有)混合后，由加热盘管沿等湿线升温至出风温度即可。

当外界新风状态点的含湿量<机器露点的含湿量，温度≥洁净空调箱送风温度时，PID输出的控制策略为，外界新风通过空调箱的新风入口进入后首先与一次回风(如有)混合，通过调节表冷器冷媒的阀门，使经过表冷器的气流温度降至略低于送风温度Δt℃(Δt的大小视二次回风的情况来预设置)，与二次回风混合(如有)后再由加热盘管升温补偿至送风温度；然后用干蒸汽沿等温线加湿至送风露点。

当外界新风状态点的含湿量<机器露点的含湿量，温度<洁净空调箱输出温度时，PID输出的控制策略为关闭表冷器冷媒的阀门，外界新风通过空调箱的新风入口进入后首先与一次回风(如有)混合，然后在二次回风段与二次回风混合后，由加热盘管升温至出风温度，再由干蒸汽沿等温加湿至送风露点。

当外界新风状态点的含湿量<机器露点的含湿量、并在接近机器露点等湿线、且有趋势向右穿过机器露点等湿线时，PID输出的控制策略为，外界新风通过空调箱的新风入口进入后首先与一次回风(如有)混合，随着外界新风的状态点与机器露点等湿线水平距离的接近，逐渐加大表冷器冷媒阀门开度；当外界新风状态点的含湿量≥机器露点的含湿量时，确保经过表冷器气流的出风温度达到机器露点的温度。随后由加热盘管升温至空调箱的送风温度即可。

首先对本发明实施例用到的专业名词作出如下释义：

机器露点，表示空调箱满足送风的温、湿度的要求，表冷器出风需要控制的最高露点温度；

机器露点等湿线，表示在焓湿图上通过机器露点的等湿垂直线；

送风温度，表示要求空调箱出口送风恒定的温度；

送风温度等温线，表示在焓湿图上由送风温度形成的水平线；

平滑曲线，表示参数对时间的导数为一个连续的函数。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，参见图1，所述方法包括以下流程：

S1、通过预设的机器露点等湿线将焓湿图划分为左右两个区域，通过预设的空调箱送风温度的等温线将所述等湿线左侧的区域划分为上下两个区域。

机器露点和空调箱的送风温度是根据送风的技术参数来决定的。当送风的技术参数发生变化的时候，机器露点和空调箱的出风温度也是可以进行调整的。在本发明的一个实施例中，所述空调箱的送风温度设定范围为18～26℃，空调箱表冷器的机器露点设定范围为7～12℃，所述空调箱输出的相对湿度通过露点温度进行控制，所述空调箱输出的相对湿度被定义为30-70％。与本方法实施例对应的空调箱温湿度控制系统中贮存有电子版焓湿图的运算程序，在干球温度、湿球温度、相对湿度、绝对湿度、露点温度、水蒸气分压和焓中，只需要确定其中的两个参数，其它五个参数可以由电子版的焓湿图运算获得，这样系统根据外界新风的温湿度或者露点，就能够确定该状态点在焓湿图上的位置。可选地，所述空调箱温湿度控制系统可以采用PLC系统、DDC系统或者计算机系统。

按照以上方式将焓湿图划分为三个区域，如图2所示，所述三个区域包括等湿线右侧的第一区域、等湿线左侧且等温线上侧的第二区域、等湿线左侧且等温线下侧的第三区域，每个区域有其特定的PID控制程序。

本发明的其中一个发明点在于根据外界新风的温度、湿度参数，确定其在焓湿图上的状态点所在的区域位置，进而通过与所述区域位置对应的控制程序使空调箱的表冷器的输出温度为一个平滑曲线(输出温度对时间的导数为连续函数)，以便后续的加热盘管、加湿器能够平稳地配合调节，具体控制程序包括如下各种情况：

S2、监测新风的温度和湿度，确定新风在焓湿图上的状态点所在区域，若新风含湿量大于或等于所述机器露点含湿量，则执行S3-S4，否则执行S5。

具体地，步骤S3-S4是在状态点落在等湿线右侧的第一区域的情况下执行的。

S3、调节空调箱的表冷器冷媒阀门的开度，控制表冷后的出风温度达到机器露点。

具体地，当状态点落在等湿线右侧的第一区域时，说明湿度过高，需要空调箱的表冷器来降温以降低湿度，此处以及以下调节空调箱的表冷器冷媒阀门开度的操作均优选为使空调箱的表冷器的输出温度对时间的导数为连续函数，具体控制如下：

调节表冷器冷媒的阀门，使通过表冷器的气流沿着焓湿图上的所述等湿线降至100％相对湿度，再沿着焓湿图上的100％相对湿度线降温至机器露点，然后通过空调箱的加热盘管使表冷器的出风气流沿所述等湿线升温至空调箱的送风温度。

S4、若当前气流在焓湿图上的状态点有向左靠近所述机器露点等湿线的趋势，则执行S5，否则执行S3。

在所述表冷器的表冷作用下，有可能出现两种情况，第一种情况为状态点有向左靠近所述机器露点等湿线、甚至向左穿越等湿线的趋势，第二种情况为表冷器的冷媒阀门开度调节不合适，使得状态点没有出现以上向左移动的趋势，针对这种情况，则需要返回执行S3，返回执行步骤S3优选增大表冷器的冷媒阀门开度。这里说的趋势，是一个时态，具体若下一个时间点的状态点较上一时间点的状态点更靠左，则可以理解为状态点具有左移的趋势。

S5、比较所述状态点与等温线温度的大小，若状态点温度小于等温线温度，则执行S6-S8，否则执行S9。

具体地，步骤S6-S8是在状态点落在等湿线左侧且等温线下侧的第三区域的情况下执行的，步骤S9是在状态点落在等湿线左侧且等温线上侧的第二区域的情况下执行的。

S6、关闭表冷器冷媒的阀门。

相对来说，第三区域为低温低湿区域，因此，当状态点落在第三区域时，无需打开表冷器制冷，然后通过空调箱的加热盘管将新风气流升温补偿至空调箱的送风温度，再通过空调箱的加湿装置(比如干蒸汽装置)使加热盘管的出风气流沿所述等温线加湿至空调箱的送风露点。

S7、若新风在焓湿图上的状态点有向右靠近所述机器露点等湿线的趋势，则执行S8，否则执行S5。

在关闭表冷器的前提下，有可能出现状态点向右移动甚至穿越等湿线的趋势，对应返回执行S8，也可能没有右移的趋势，则对应返回执行S5。

S8、随所述状态点与机器露点等湿线距离越近，则调节表冷器冷媒阀门开度越大，直至达到机器露点，再执行步骤S4。

若状态点出现向右移动甚至向右穿越等湿线的趋势，则需要打开表冷器，控制策略优选为状态点与机器露点等湿线距离越近，则调节表冷器冷媒阀门开度越大，直至表冷器的出风温度达到机器露点，然后再执行步骤S4。当外界新风状态点的含湿量达到≥机器露点的含湿量时，确保表冷器的出风温度达到机器露点的温度，随后由加热盘管升温至空调箱的送风温度即可，避免了控制参数出现大幅波动。

S9、调节空调箱的表冷器冷媒阀门的开度，控制表冷后的出风温度低于所述等温线，再执行步骤S7。

具体地，步骤S9是在状态点落在等湿线左侧且等温线上侧的第二区域的情况下执行的。在此情况下，打开表冷器冷媒阀门，使表冷器的输出温度对时间的导数为连续函数，直至表冷后的出风温度略低于所述等温线，然后通过空调箱的加热盘管将表冷器的出风气流升温补偿至空调箱的送风温度，再通过空调箱的加湿装置(比如干蒸汽装置)使加热盘管的出风气流沿所述等温线加湿至空调箱的送风露点。

需要说明的是，低于等温线的目的在于给二次回风预留温度空间，如有空调箱还包括二次回风装置的话，两者的温度差可以根据二次回风的情况来预设置，利用空调箱的二次回风装置对当前气流输入二次回风，得到混合后的气流，即将待进入加热盘管的气流与所述二次回风装置输出的二次回风混合得到混合气流，再由所述加热盘管对所述混合气流进行升温补偿，然后再执行步骤S7。空调箱既可以采用送风控也可以采用回风控。但两种控制设定的参数有所不同，控制策略也有所不同。

在本发明的一个优选实施例中，若外界新风在焓湿图上的状态点位于等湿线左侧，且有向右靠近所述机器露点等湿线的趋势时，则对应的控制程序包括：随着外界新风的状态点与机器露点等湿线水平距离的接近，逐渐加大表冷器的开度，且当外界新风状态点的含湿量达到≥机器露点的含湿量时，确保表冷器的出风温度达到机器露点的温度，再由加热盘管对表冷器的出风气流补偿升温至空调箱的送风温度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，其特征在于，通过预设的机器露点等湿线将焓湿图划分为左右两个区域，通过预设的空调箱送风温度的等温线将所述等湿线左侧的区域划分为上下两个区域，进而将焓湿图划分为三个区域；根据外界新风的温度、湿度参数，确定其在焓湿图上的状态点所在的区域位置，进而通过与所述区域位置对应的控制程序使空调箱的表冷器的输出温度对时间的导数为连续函数。

2.根据权利要求1所述的基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，其特征在于，若外界新风在焓湿图上的状态点位于等湿线右侧的第一区域，则对应的控制程序包括：

调节表冷器冷媒的阀门，使通过表冷器的气流沿着焓湿图上的所述等湿线降至100％相对湿度，再沿着焓湿图上的100％相对湿度线降温至机器露点，然后通过空调箱的加热盘管使表冷器的出风气流沿所述等湿线升温至空调箱的送风温度。

3.根据权利要求1所述的基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，其特征在于，若外界新风在焓湿图上的状态点位于等湿线左侧且等温线上侧的第二区域，则对应的控制程序包括：

调节表冷器冷媒的阀门，使通过表冷器的气流温度降至低于送风温度预设的温差阈值，然后通过空调箱的加热盘管将表冷器的出风气流升温补偿至空调箱的送风温度，再通过空调箱的加湿装置使加热盘管的出风气流沿所述等温线加湿至空调箱的送风露点。

4.根据权利要求1所述的基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，其特征在于，若外界新风在焓湿图上的状态点位于等湿线左侧且等温线下侧的第三区域，则对应的控制程序包括：

关闭表冷器冷媒的阀门，然后通过空调箱的加热盘管将新风气流升温补偿至空调箱的送风温度，再通过空调箱的加湿装置使加热盘管的出风气流沿所述等温线加湿至空调箱的送风露点。

5.根据权利要求3或4所述的基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，其特征在于，所述空调箱还包括二次回风装置，在所述加热盘管进行升温补偿之前还包括：

将待进入加热盘管的气流与所述二次回风装置输出的二次回风混合得到混合气流，再由所述加热盘管对所述混合气流进行升温补偿。

6.根据权利要求1所述的基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，其特征在于，若外界新风在焓湿图上的状态点位于等湿线左侧，且有向右靠近所述机器露点等湿线的趋势时，则对应的控制程序包括：

随着外界新风的状态点与机器露点等湿线水平距离的接近，逐渐加大表冷器的开度，且当外界新风状态点的含湿量达到≥机器露点的含湿量时，确保表冷器的出风温度达到机器露点的温度，再由加热盘管对表冷器的出风气流补偿升温至空调箱的送风温度。

7.根据权利要求1所述的基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，其特征在于，所述空调箱输出的相对湿度通过露点温度进行控制，所述空调箱输出的相对湿度被定义为30-70％。

8.根据权利要求1所述的基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，其特征在于，所述空调箱的送风温度范围为18～26℃，空调箱表冷器的机器露点范围为7～12℃。

9.一种基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过预设的机器露点等湿线将焓湿图划分为左右两个区域，通过预设的空调箱送风温度的等温线将所述等湿线左侧的区域划分为上下两个区域；

S2、监测新风的温度和湿度，确定新风在焓湿图上的状态点所在区域，若新风含湿量大于或等于所述机器露点含湿量，则执行S3-S4，否则执行S5；

S3、调节空调箱的表冷器冷媒阀门的开度，控制表冷后的出风温度达到机器露点；

S4、若当前气流在焓湿图上的状态点有向左靠近所述机器露点等湿线的趋势，则执行S5，否则执行S3；

S5、比较所述状态点与等温线温度的大小，若状态点温度小于等温线温度，则执行S6-S8，否则执行S9；

S6、关闭表冷器冷媒的阀门；

S7、若新风在焓湿图上的状态点有向右靠近所述机器露点等湿线的趋势，则执行S8，否则执行S5；

S8、随所述状态点与机器露点等湿线距离越近，则调节表冷器冷媒阀门开度越大，直至达到机器露点，再执行步骤S4；

S9、调节空调箱的表冷器冷媒阀门的开度，控制表冷后的出风温度低于所述等温线，再执行步骤S7。

10.根据权利要求9所述的基于焓湿图上轨迹控制空调箱中温湿度的方法，其特征在于，步骤S9中在执行S7之前还包括：利用空调箱的二次回风装置对当前气流输入二次回风，得到混合后的气流。

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