CN113944997B - 一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，该方法采用两个过程自动化控制PID分别控制房间内部的电加热热量和蒸汽量，使用自动分级算法控制冷量的投入，并采用算法计算房间内蒸发器应为遇热产生蒸汽冷凝的量。根据预期的干湿球温度和实际的干湿球温度计算出投入的热量、冷量和蒸汽量，对于干球的PID和湿度的PID过程控制可以实现温湿度的解耦控制，并实现自动工况调节。
Description
技术领域
本发明属于暖通技术领域，具体涉及一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法。
背景技术
在暖通实验室中保证实验室内部的温湿度的精度和快速调节是至关重要的一步步骤，在每次的试验测试之前都必须要保证实验室温湿度的稳定和精度。
中国专利申请201911422284.2公开了一种通信机房空调与风机联动节能的方法与装置，同属于暖通领域，具体包括以下步骤：S1、实时检测各类设备在各个时刻的用电量计算出总发热量得出热源Q1；S2、实时动态检测室外对室内各个时刻的热量动态值得出热源Q2；S3、计算并分析温湿度相对时间的变化结合机房体积以及同时刻步热源Q1和热源Q2计算出各个时段机房温度变化梯度得出机房热容量；S4、实时检测并计算出空调和风机的实际冷量焓值；S5、预测通信机房内部各个区域的温度动态变化趋势提前对通信机房内将要达到监控点开启空调和风机联动进行制冷或者制冷量已达到退出监控点需求提前关闭空调和风机联动制冷。
中国专利申请201910095430.9公开了一种多功能热湿特性同步测试实验台。该实验台的冷箱中充满温度和湿度恒定的冷空气，冷箱空气处理室与冷箱连接，用于处理其空间内的空气；防护热箱中充满温度和湿度恒定的热空气，防护热箱空气处理室与防护热箱连接，用于处理其空间内的空气；测量装置设置在所述冷箱和防护热箱之间，并分为计量区和取样区用于测试传热量和传湿量；计量箱设置在防护热箱内部，并且与测量装置连接；调节装置用于调节冷箱空气处理室、防护热箱空气处理室和计量箱中空气的温度和湿度。
但现有技术在工况调节过程中需要操作人员手动进行多个开关的调节，并且在调节过程中蒸汽和冷量相互耦合容易造成干球温度和湿度相互影响，不能快速稳定，造成很大的能耗浪费。
发明内容
为了解决现有技术中存在的各种问题，本发明提供一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，包括以下步骤：
(1)在预测算法控制器中输入设定温度和设定湿度；
(2)分别采集实验室室内实际温度和实际湿度；
(3)利用步骤(1)、(2)数据计算出室内需要投入的冷/热量和蒸汽量；
(4)依据步骤(3)所述冷/热量自动化控制冷机的启动和投入；
(5)冷机投入后检测蒸发器参数；
(6)根据蒸发器参数计算蒸发器除湿量和蒸发器冷量；
(7)根据蒸发器除湿量和蒸发器冷量控制干球控制器(干球PID)的输出和湿球控制器(湿球PID)的输出，进而控制投入的冷/热量和蒸汽量，直至达到室内温度、湿度的稳定平衡。
进一步地，步骤(2)中通过干球和湿球温度获得室内实际温度和实际湿度。
进一步地，步骤(3)中冷/热量的计算方法为：根据步骤(1)所述设定温度和步骤(2)所述实际温度，结合保温房间漏热、室内电机热量、被测样机产生的冷量，计算出需要投入的冷/热量。
进一步地，步骤(3)中蒸汽量的计算方法为：根据步骤(1)所述设定湿度和步骤(2)所述实际湿度的得到目前实验室的单位空气含湿量和目标空气的含湿量，结合蒸发器管路温度、被测机空调制冷能力计算出除湿量，进而得到需要投入的蒸汽量，根据投入的蒸汽量计算需要投入电热加湿量。
进一步地，步骤(4)中所述蒸发器参数包括蒸发器进出风温湿度、蒸发器管路温度和流过蒸发器的风量。
进一步地，步骤(6)中所述蒸发器冷量的计算公式为：
其中，Q为空调器制冷量，I1为蒸发器进风空气焓值，I2为蒸发器出风空气焓值，L为蒸发器处的风量，υ为测点处湿空气比容，X为测点处空气绝对湿度。
再进一步地，所述蒸发器进风空气焓值是根据实验室的进风温湿度传感器采集的温湿度计算得到；所述蒸发器出风空气焓值是根据蒸发器的出风温湿度传感器的温湿度来计算得到；所述测点处湿空气比容是根据温湿度传感器的温湿度计算得到；所述测点处空气绝对湿度是根据温湿度传感器的温湿度计算得到。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
预测算法控制器根据房间的实际温度和湿度与设定的温度和湿度、房间体积以及传热量、设备热负荷和蒸发器的冷量和除湿量，计算出达到设定的温度和湿度的平衡状态需要投入的冷量和蒸汽量。并可以在实时运行过程中温度和湿度监测变化的积分控制热量和蒸汽量的投入比率，可以达到快速稳定温湿度的效果。
附图说明
图1是本发明一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法的流程示意图；
其中，附图标记说明如下：
1、预测算法控制器；2、PID控制器；3、可调电加热；4、电热加湿；5、多级冷机；6、可编程逻辑控制器；7、温度监测；8、湿度监测；9、蒸发器参数监测。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
(1)在预测算法控制器中输入设定温、湿度；
(2)预测算法控制器根据实际温、湿度和预先设定温、湿度计算出室内需要投入的冷热量和蒸汽量；并结合设备热负荷、被测样品冷热量参数和房间漏热量计算实际所需的冷机投入量；
(3)根据实际所需的冷机投入量自动化控制冷机的启动和投入；
(4)投入冷量后检测蒸发器参数(包括蒸发器进出风温湿度、蒸发器管路温度和流过蒸发器的风量)；
(5)根据蒸发器参数计算蒸发器除湿量和蒸发器冷量；
(6)根据蒸发器除湿量和蒸发器冷量控制干球PID的输出和湿球PID的输出，进而控制投入的热量和蒸汽量，直至达到室内温、湿度的稳定平衡。
进一步地，预测算法控制器中冷量的计算如下：根据实际的实验室内部温度、湿度和设定的温湿度差值计算出需要的投入冷量并减去保温房间漏热、室内电机等热量和加上被测样机产生的冷量，计算出需要增加的冷量或者需要减少的冷量，根据增加或者减少冷量来控制实验室的设备投入，当冷热量达到平衡差值大时预测控制器控制冷机或者发热设备100％全投入或者关闭，当达到需要微调温度的值时控制PID输出量，做冷量投入的微调。到达到稳定之后预测控制器把控制输出交付给PID表做控制，除非温度重新不稳定时，拿回控制权。
优选地，蒸发器的实际冷量的计算公式为：
其中：
Q——空调器制冷量，kW；
I1——蒸发器进风空气焓值，kJ/kg(干空气)；根据实验室的进风温湿度传感器采集的温湿度计算来的；
I2——蒸发器出风空气焓值，kJ/kg(干空气)；根据蒸发器的出风温湿度传感器的温湿度来计算的；
L——蒸发器处的风量，m3/s；实验室估算参数；
υ——测点处湿空气比容，m3/kg；根据温湿度传感器的温湿度计算来的；
X——测点处空气绝对湿度，kg/kg(干空气)根据温湿度传感器的温湿度计算来的。
优选地，预测控制器的湿度控制如下：
根据实际的实验室内部温度、湿度和设定的温湿度差值计算出目前实验室的单位空气含湿量和目标空气的含湿量并根据蒸发器管路温度计算出除湿量，根据被测机空调制冷能力计算出除湿量，计算出单位时间的除湿量，就可以计算出需要投入的蒸汽量，根据投入的蒸汽量可以自己算出需要投入电热煮水的热量，就可以计算出控制的热量百分比。当室内环境温度和设计温度相差过大时，关闭蒸汽投入，当温差在2度以内时根据空气的含湿量和除湿量投入蒸汽量。
最后应当说明的是，以上内容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，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在预测算法控制器中输入设定温度和设定湿度；
(2)分别采集实验室室内实际温度和实际湿度；
(3)利用步骤(1)、(2)数据计算出室内需要投入的冷/热量和蒸汽量；
(4)依据步骤(3)所述冷/热量自动化控制冷机的启动和投入；
(5)冷机投入后检测蒸发器参数；
(6)根据蒸发器参数计算蒸发器除湿量和蒸发器冷量；
(7)根据蒸发器除湿量和蒸发器冷量控制干球控制器的输出和湿球控制器的输出，进而控制投入的冷/热量和蒸汽量，直至达到室内温度、湿度的稳定平衡。
2.根据权利要求1所述的一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，其特征在于，步骤(2)中通过干球和湿球温度获得室内实际温度和实际湿度。
3.根据权利要求1所述的一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，其特征在于，步骤(3)中冷/热量的计算方法为：根据步骤(1)所述设定温度和步骤(2)所述实际温度，结合保温房间漏热、室内电机热量、被测样机产生的冷量，计算出需要投入的冷/热量。
4.根据权利要求1所述的一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，其特征在于，步骤(3)中蒸汽量的计算方法为：根据步骤(1)所述设定湿度和步骤(2)所述实际湿度的得到目前实验室的单位空气含湿量和目标空气的含湿量，结合蒸发器管路温度、被测机空调制冷能力计算出除湿量，进而得到需要投入的蒸汽量，根据投入的蒸汽量计算需要投入电热加湿量。
5.根据权利要求1所述的一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，其特征在于，步骤(4)中所述蒸发器参数包括蒸发器进出风温湿度、蒸发器管路温度和流过蒸发器的风量。
6.根据权利要求1所述的一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，其特征在于，步骤(6)中所述蒸发器冷量的计算公式为：
其中，Q为空调器制冷量，I1为蒸发器进风空气焓值，I2为蒸发器出风空气焓值，L为蒸发器处的风量，υ为测点处湿空气比容，X为测点处空气绝对湿度。
7.根据权利要求6所述的一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，其特征在于，所述蒸发器进风空气焓值是根据实验室的进风温湿度传感器采集的温湿度计算得到。
8.根据权利要求6所述的一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，其特征在于，所述蒸发器出风空气焓值是根据蒸发器的出风温湿度传感器的温湿度来计算得到。
9.根据权利要求6所述的一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，其特征在于，所述测点处湿空气比容是根据温湿度传感器的温湿度计算得到。
10.根据权利要求6所述的一种暖通实验室工况解耦自动化调节方法，其特征在于，所述测点处空气绝对湿度是根据温湿度传感器的温湿度计算得到。
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