CN112503667A - 恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式 - Google Patents

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Abstract

恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式，属能源利用技术和空气调节领域。由送风机、表冷器、新风阀、露点温度变送器、温湿度传感器、回风阀和变流量热泵系统组成。回风与新风分别经过新风阀和回风阀混合及过滤后，先经过变流量热泵系统的蒸发器的预冷，再经过表冷器的无级调节进行精确控温，使经过表冷器后的空气温度达到所需控制室内工况对应的露点温度，然后经过变流量热泵系统的冷凝器无级精确调节进行升温除湿，达到所需的室内的温湿度。

Description

恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式
技术领域
本发明涉及一种恒温恒湿精密空调，特别是一种恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式。
背景技术
我国工艺类恒温恒湿空调系统大都采用新回风混合模式，先进行冷冻降温再进行升温除湿，而升温加热方式大多采用热水、蒸汽或电加热进行。这样的除湿方式及控制逻辑存在诸多问题：1.存在冷热抵消及蒸发温度过低的情况，制冷所需耗电量过大；2.传统的加热方式，加热效率低，耗电量大；3. 传统的控制逻辑策略，温湿度的控制精度难以精确；4.降温除湿可能存在大马拉小车的情况，不能够按需分配，整机能效比低。
此恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式，其基本功能为：回风与新风混合及过滤后，先经过蒸发器的预冷，再经过表冷器或直接膨胀式蒸发器进行精确控温调湿，使经过表冷器的空气温度达到所需控制的露点温度，然后经过冷凝器无级调节进行升温，达到室内要求的温度及湿度；冷凝器无级升温是通过变频热泵系统实现，不但温升精度高，而且热泵加热能效比可达到cop>4，同时变频热泵系统的蒸发器可以对新回风混合后的空气进行预冷，制冷性能系数EER>3，这样变频热泵系统综合能效比cop>7，比常规恒温恒湿空调的其他传统的除湿加热方式节能70-80%。
本空气处理机组针解决了传统恒温恒湿空间的温湿度控制精度低和耗电量大的难题，本发明既提高了温湿度的控制精度，又优化了传统的除湿方式及控制逻辑策略，大大降低了恒温恒湿设备的运行耗电量。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、针对恒温恒湿空间高精度的要求，既提高了温湿度的控制精度，又优化了传统的除湿方式及控制逻辑策略，且大大降低了恒温恒湿设备的运行耗电量，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式，由送风机(1)、表冷器（2）、变流量热泵系统、等温加湿器（7）、露点温度变送器（8）、新风阀（9）、回风阀（10）、过滤器（11）和温湿度传感器（12）组成；变流量热泵系统包括变频压缩机（5）、电子膨胀阀(6)、蒸发器（3）和冷凝器（4）,其工作原理是变频压缩机（5）的高温高压排气先通过冷凝器（4）的冷凝后成为高压低温的冷凝液体，经过电子膨胀阀(6)的精确节流膨胀后的低温低压液体再通过蒸发器（3）的蒸发成为高温低压气体回到变频压缩机（5）完成卡诺循环;变频压缩机（5）和蒸发器（3）位于机组新回风混合段，冷凝器（4）位于送风机(1)的吸入侧，处理空气在获得冷凝器（4）的热量的同时对混风进行预冷，可大幅提高机组能效比。
夏季制冷除湿状态运行，回风与新风分别经过新风阀（9）和回风阀（10）混合后再经过滤器（11）的过滤后，混合洁净空气再顺序经过蒸发器（3）、表冷器（2）、冷凝器（4）及等温加湿器（7），最后由送风机(1)送入室内；温湿度传感器（12）在回风阀（10）入口，其作用是感应回风的温度与相对湿度；蒸发器（3）的作用是对混风进行预冷，表冷器（2）的作用是对预冷后的空气进行精确调温控温，使经过表冷器（2）空气的露点温度达到所需控制的露点温度，即达到所需控制的含湿量，然后经过冷凝器（4）无级调节进行升温，最终达到室内要求温度及相对湿度的目的；本发明控制逻辑是表冷器（2）后的露点温度变送器（8）与温湿度传感器（12）所感应回风的温湿度对应的露点温度比较，控制处理空气的绝对湿度来调节室内含湿量；当室内空气的含湿量恒定在设定值时，温湿度传感器（12）的温度信号再控制冷凝器（4）的加热量来调节室内干球温度，使室内干球温度达到设定值;这样，当室内的绝对湿度也就是含湿量及干球温度均达到设定值，其相对湿度必然一定；表冷器（2）的精确控温调湿是通过表冷器（2）后的露点温度变送器（8）反馈模拟量信号，无级调节比例积分阀开度控制冷冻水流量或变频压缩机运行频率控制冷媒流量及冷量大小实现；由于冷冻降温及升温都是通过模拟量信号无级调节，在调节绝对湿度优先的前提下，均可各自独立调节互不干扰，这就使得机组的温度和湿度精度大大提高;具体关键控制逻辑举例如下: 露点温度变送器（8）初始设定露点温度低于室内设定工况对应露点温度3-5℃（视热湿比及生产工艺而定），当室内实际工况对应露点温度达到要求后，露点温度变送器（8）设定露点温度不断升高且趋向于室内设定工况对应露点温度，直到室内设定工况对应露点温度稳定，此时再开启冷凝器（4），比例增加其加热量直到室内干球温度达到设定值；且由于热泵加热能效比可达到cop>4，同时变频热泵系统的蒸发器对刚刚混合后的空气进行预冷，制冷性能系数EER>3，这样变频热泵系统综合能效比>7，比常规恒温恒湿空调的其他除湿加热方式节能80%，且不存在冷热抵消的情况。
冬季加热加湿状态运行，这时变流量热泵系统不运行，回风与新风分别经过新风阀（9）和回风阀（10）混合再经过滤器（11）的过滤后，洁净空气再顺序经过表冷器（2）及等温加湿器（7），由送风机(1)送入室内；表冷器（2）通入热水或作为直接蒸发式的冷凝器，对空气进行升温处理；表冷器（2）加热的精确控温是通过室内回风处的温湿度传感器（12）的温度信号反馈模拟量信号，无级调节比例积分阀开度控制热水流量或变频压缩机运行频率控制冷媒流量及热量大小实现；湿度调节是通过室内回风处的温湿度传感器（12）的湿度信号反馈模拟量信号，无级调节等温加湿器（7）的加湿量，由于等温加湿器（7）在加湿过程中是等温加湿，不存在降温情况，可以有效控制湿度与温度精度，等温加湿器（7）形式包括蒸汽加湿、电热加湿、电极加湿等。
本发明针对温湿度有要求且对温湿度的精度及机组节能要求高的场合，既提高了温湿度的控制精度，又优化了传统的方式及控制逻辑策略，大大降低了恒温恒湿设备的运行耗电量。
附图说明
图1为本发明一实施例工作示意图。
图中（1）送风机，（2）表冷器，（3）蒸发器，（4）冷凝器，（5）变频压缩机，（6）电子膨胀阀，（7）等温加湿器，(8) 露点温度变送器，(9) 回风阀，（10）新风阀，（11）过滤器，（12）温湿度传感器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式，由送风机(1)、表冷器（2）、变流量热泵系统、等温加湿器（7）、露点温度变送器（8）、新风阀（9）、回风阀（10）、过滤器（11）和温湿度传感器（12）组成；变流量热泵系统包括变频压缩机（5）、电子膨胀阀(6)、蒸发器（3）和冷凝器（4）,其工作原理是变频压缩机（5）的高温高压排气先通过冷凝器（4）的冷凝后成为高压低温的冷凝液体，经过电子膨胀阀(6)的精确节流膨胀后的低温低压液体再通过蒸发器（3）的蒸发成为高温低压气体回到变频压缩机（5）完成卡诺循环;变频压缩机（5）和蒸发器（3）位于机组新回风混合段，冷凝器（4）位于送风机(1)的吸入侧，处理空气在获得冷凝器（4）的热量的同时对混风进行预冷，可大幅提高机组能效比；夏季制冷除湿状态运行，回风与新风分别经过新风阀（9）和回风阀（10）混合后再经过滤器（11）的过滤后，混合洁净空气再顺序经过蒸发器（3）、表冷器（2）、冷凝器（4）及等温加湿器（7），最后由送风机(1)送入室内；温湿度传感器（12）在回风阀（10）入口，其作用是感应回风的温度与相对湿度；蒸发器（3）的作用是对混风进行预冷，表冷器（2）的作用是对预冷后的空气进行精确调温控温，使经过表冷器（2）空气的露点温度达到所需控制的露点温度，即达到所需控制的含湿量，然后经过冷凝器（4）无级调节进行升温，最终达到室内要求温度及相对湿度的目的；本发明控制逻辑是表冷器（2）后的露点温度变送器（8）与温湿度传感器（12）所感应回风的温湿度对应的露点温度比较，控制处理空气的绝对湿度来调节室内含湿量；当室内空气的含湿量恒定在设定值时，温湿度传感器（12）的温度信号再控制冷凝器（4）的加热量来调节室内干球温度，使室内干球温度达到设定值;这样，当室内的绝对湿度也就是含湿量及干球温度均达到设定值，其相对湿度必然一定；表冷器（2）的精确控温调湿是通过表冷器（2）后的露点温度变送器（8）反馈模拟量信号，无级调节比例积分阀开度控制冷冻水流量或变频压缩机运行频率控制冷媒流量及冷量大小实现；冬季加热加湿状态运行，这时变流量热泵系统不运行，回风与新风分别经过新风阀（9）和回风阀（10）混合再经过滤器（11）的过滤后，洁净空气再顺序经过表冷器（2）及等温加湿器（7），由送风机(1)送入室内；表冷器（2）通入热水或作为直接蒸发式的冷凝器，对空气进行升温处理；表冷器（2）加热的精确控温是通过室内回风处的温湿度传感器（12）的温度信号反馈模拟量信号，无级调节比例积分阀开度控制热水流量或变频压缩机运行频率控制冷媒流量及热量大小实现；湿度调节是通过室内回风处的温湿度传感器（12）的湿度信号反馈模拟量信号，无级调节等温加湿器（7）的加湿量。
其工作原理是：
一、夏季制冷除湿状态运行
参见图1，回风与新风分别经过新风阀（9）和回风阀（10）混合后再经过滤器（11）的过滤后，混合洁净空气再顺序经过蒸发器（3）、表冷器（2）、冷凝器（4）及等温加湿器（7），最后由送风机(1)送入室内；温湿度传感器（12）在回风阀（10）入口，其作用是感应回风的温度与相对湿度；蒸发器（3）的作用是对混风进行预冷，表冷器（2）的作用是对预冷后的空气进行精确调温控温，使经过表冷器（2）空气的露点温度达到所需控制的露点温度，即达到所需控制的含湿量，然后经过冷凝器（4）无级调节进行升温，最终达到室内要求温度及相对湿度的目的；本发明控制逻辑是表冷器（2）后的露点温度变送器（8）与温湿度传感器（12）所感应回风的温湿度对应的露点温度比较，控制处理空气的绝对湿度来调节室内含湿量；当室内空气的含湿量恒定在设定值时，温湿度传感器（12）的温度信号再控制冷凝器（4）的加热量来调节室内干球温度，使室内干球温度达到设定值;这样，当室内的绝对湿度也就是含湿量及干球温度均达到设定值，其相对湿度必然一定；表冷器（2）的精确控温调湿是通过表冷器（2）后的露点温度变送器（8）反馈模拟量信号，无级调节比例积分阀开度控制冷冻水流量或变频压缩机运行频率控制冷媒流量及冷量大小实现；由于冷冻降温及升温都是通过模拟量信号无级调节，在调节绝对湿度优先的前提下，均可各自独立调节互不干扰，这就使得机组的温度和湿度精度大大提高；具体关键控制逻辑举例如下: 露点温度变送器（8）初始设定露点温度低于室内设定工况对应露点温度3-5℃（视热湿比及生产工艺而定），当室内实际工况对应露点温度达到要求后，露点温度变送器（8）设定露点温度不断升高且趋向于室内设定工况对应露点温度，直到室内设定工况对应露点温度稳定，此时再开启冷凝器（4），比例增加其加热量直到室内干球温度达到设定值；由于热泵加热能效比可达到cop>4，同时变频热泵系统的蒸发器对刚刚混合后的空气进行预冷，制冷性能系数EER>3，这样变频热泵系统综合能效比>7，比常规恒温恒湿空调的其他除湿加热方式节能80%，且不存在冷热抵消的情况。
二、冬季加热加湿状态运行
参见图1，这时变流量热泵系统不运行，回风与新风分别经过新风阀（9）和回风阀（10）混合再经过滤器（11）的过滤后，洁净空气再顺序经过表冷器（2）及等温加湿器（7），由送风机(1)送入室内；表冷器（2）通入热水或作为直接蒸发式的冷凝器，对空气进行升温处理；表冷器（2）加热的精确控温是通过室内回风处的温湿度传感器（12）的温度信号反馈模拟量信号，无级调节比例积分阀开度控制热水流量或变频压缩机运行频率控制冷媒流量及热量大小实现；湿度调节是通过室内回风处的温湿度传感器（12）的湿度信号反馈模拟量信号，无级调节等温加湿器（7）的加湿量，由于等温加湿器（7）在加湿过程中是等温加湿，不存在降温情况，可以有效控制湿度与温度精度，等温加湿器（7）形式包括蒸汽加湿、电热加湿、电极加湿等。

Claims (5)

1.恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式，其特征是包括送风机(1)、表冷器（2）、变流量热泵系统、等温加湿器（7）、露点温度变送器（8）、新风阀（9）、回风阀（10）、过滤器（11）和温湿度传感器（12）。
2.根据权利要求1所述的恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式，其特征是所述变流量热泵系统包括变频压缩机（5）、电子膨胀阀(6)、蒸发器（3）和冷凝器（4）;变频压缩机（5）和蒸发器（3）位于新回风混合段，冷凝器（4）位于送风机(1)的吸入侧；变频压缩机（5）的高温高压排气先通过冷凝器（4）的冷凝后成为高压低温的冷凝液体，经过电子膨胀阀(6)的精确节流膨胀后的低温低压液体再通过蒸发器（3）的蒸发成为高温低压气体回到变频压缩机（5）完成卡诺循环。
3.根据权利要求1所述的恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式，其特征是所述回风与新风分别经过新风阀（9）和回风阀（10）混合后再经过过滤器（11）的过滤，洁净混合空气顺序经过蒸发器（3）、表冷器（2）、冷凝器（4）及等温加湿器（7），最后由送风机(1)送入室内；温湿度传感器（12）在回风阀（10）入口，其作用是感应回风的温度与湿度；蒸发器（3）的作用是对混风进行预冷；表冷器（2）的作用是对预冷后的空气进行精确控温调湿，使经过表冷器（2）的空气温度达到所需控制的露点温度，然后经过冷凝器（4）无级调节进行升温，达到室内要求的温度及湿度，表冷器（2）既可以是冷冻水型也可以是冷媒直接蒸发式换热器。
4.根据权利要求3所述的恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式，其特征是所述其控制逻辑是露点温度变送器（8）与温湿度传感器（12）所感应室内回风的温湿度对应的露点温度比较，通过控制表冷器（2）后处理空气的绝对湿度来调节室内含湿量；通过温湿度传感器（12）的温度信号控制冷凝器（4）的加热量来调节室内温度。
5.根据权利要求3所述的恒定露点温度变流量热泵除湿型精密空调及其控制方式，其特征是所述表冷器（2）的精确控温调湿是通过表冷器（2）后的露点温度变送器（8）反馈信号，来调节比例积分阀开度控制冷冻水流量及冷量或调节变频压缩机运行频率而控制冷媒流量及冷量大小。
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