CN115127202B - 一种基于露点温度调节室内温湿度的控制方法 - Google Patents

一种基于露点温度调节室内温湿度的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及暖通调节领域，为了避免冷热抵消现象，尤指一种基于露点温度调节室内温湿度的控制方法，本发明的基于露点温度调节室内温湿度的控制器，温湿度传感器检测室内温度和湿度，控制器再根据室内温度和湿度输出控制信号给冷水阀调节其开度，进而控制室内的露点温度，进而控制室内的温湿度，用于实现恒温恒湿控制目的，控制器通过P I D协调控制，整个过程不存在过度除湿及过度降温，运行节能稳定，管理方便。

Description

一种基于露点温度调节室内温湿度的控制方法
技术领域
本发明涉及暖通调节领域，尤指一种基于露点温度调节室内温湿度的控制方法。
背景技术
随着科技应用的发展，工业恒温恒湿空调得到了广泛的应用，并对恒温恒湿空调的高精度控制技术和节能控制技术提出了更高的要求。
一般地，空气调节中常涉及到的物理参数包括：干球温度(T)、相对湿度(RH)、湿空气压力(P)、露点温度(TW)、含湿量(D)、湿空气焓值(H)等。对于带喷淋段的大型组合式空调，为了实现恒温恒湿，在夏季大多采用降温去湿到设定的定露点温度、然后再二次加热的空气调节处理方法；在冬天，为了考虑节约能耗，采用预加热后的新风和回风比例混合焓值控制、喷淋等焓加湿达到露点温度控制，然后再利用二次加热(或者二次回风)的空气调节处理方法；在其它季节无须开启预加热，直接利用新风和回风比例混合的焓值控制、喷淋等焓加湿达到控制露点温度，然后再二次加热(或者二次回风)的空气调节处理方法。
目前，恒温恒湿组合式空调机组的控制方法是在空调机组内部表冷器后面设置一个温度传感器，将测量得到的温度作为近似的露点温度测量值(即机器露点测量值)，并以此测量的露点温度值与要求送风温度和送风相对湿度所对应下的具有相同含湿量并且相对湿度为95％左右的温度值作为露点温度的设定值，利用可编程控制器(简称PLC)、直接数字控制器(简称DDC)采用比例积分(简称PI)或比例积分和微分(简称PID)的调节算法，通过调节控制空调机组表冷器控制阀的开度、或者新回风比例阀的开度，使当前的露点温度测量值趋向于露点温度的设定值，从而达到机器露点温度的控制，这也是一种恒温恒湿系统控制的关键环节。但在实际的工程应用中，实际空气含湿量的测量值已经与含湿量设定值产生了偏差，由此往往造成二次加热或二次回风等后续控制回路的送风温度或送风相对湿度的偏差，从而影响控制精度、降低可靠性、并浪费了能耗。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于露点温度调节室内温湿度的控制方法，旨在解决现有技术中冷热抵消导致能耗上升的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于露点温度调节室内温湿度的控制方法，包括以下步骤：
(1)根据室外传感器反馈的温湿度建立呈现季节标签的模式集群；
(2)测量并读取设置于控制目标点的回风干球温度和相对湿度传感器的测量值，以及出风干球温度和相对湿度传感器的测量值；
(3)控制器获取控制目标点的干球温度和相对湿度测量值所对应的露点温度测量值、干球温度和相对湿度设定值所对应的露点温度设定值，该设定值基于季节的变化而自适应调整。
(4)对露点温度与设定值比较后的差值进行补偿，补偿方式中至少含有一种是通过室温的加持，使当前的露点温度测量值趋向于露点温度设定值。
进一步地，所述露点温度设定值根据以下公式计算而出：
其中：
γ是：
其中：
温度T和露点Td单位为摄氏度，相对湿度RH为百分比，ln为自然对数；常数a和b分别是：
a＝17.27
b＝237.7℃
在上式中，当把饱和水汽压视为温度的函数，此方法在以下范围内有效：
0℃<T<60℃
1％<RH<100％
0℃<Td<50℃。
进一步地，所述补偿还包括冷水阀、再热阀、加湿器中的一种使用或者多种使用。
进一步地，在夏季时，且露点温度在大于设定值时，所述补偿为通过冷水阀降温除湿后，通过再热阀使出风露点温度达到设定值后，进而使回风露点温度达到设定值，并利用室内热量使温湿度趋近设定值。
进一步地，在夏季时，当回风露点小于或者等于设定值，且温湿度与设定值有差异时，所述补偿为通过以下择一方式使回风露点达到设定值：
A.当回风露点相同但低温高湿时，通过PID调节水冷阀控制湿度，再采用再热阀加热，使回风温湿度达到设定值；
B.当回风露点相同但高温低湿时，通过PID调节调节阀降温，以及通过加湿器进行电加湿，使回风温湿度达到设定值；
C.当回风露点相同但低温低湿时，应减少PID的比例积分的设置值，避免调节过快。
进一步地，在冬季时，且回风露点大于设定值时，PID调节冷水阀控制回风露点，使其出风后趋近设定值，稳定5分钟后再打开再热阀；
进一步地，在冬季时，且回风露点小于设定值时，关闭冷水阀，打开再热阀，加热到20～23℃之间，再进行加湿。
本发明的有益效果在于：
1.对于含加湿器的大型组合式空调恒温恒湿控制：
当需要利用送风参数实现恒温恒湿控制时，所需配置的温/湿度传感器数量少，通过测量空气的干球温度和相对湿度，就可以计算露点的方法解决一切测量参数。即利用送风的温度和相对湿度，计算出送风的露点温度，从而实现定露点控制。
采用计算露点温度测量的明显优点是：
A、计算露点温度的方法是采用送风管道所测得的送风温度、送风相对湿度作为输入，这种虚拟测量得到了真正的空气露点温度，其理由是含湿量不变的情况下空气二次加热过程中其露点温度是恒定不变的。
B、在计算露点方案中，因送风的温度与相对湿度都反馈到露点温度的回路中，因此系统实现了自动消除温度与湿度的耦合误差，并可实现两者的真正解耦控制，改进了传统的利用普通温湿度传感器测量露点温度方案中送风温度、相对湿度有一参数是开环控制的弊端，从而控制更加精确稳定。
2.对于含有干蒸汽加湿段的洁净型组合式空调恒温恒湿控制：
尽管干蒸汽加湿属于等温加湿过程，同样可以利用虚拟露点温度测量技术分程控制表冷段、新回风比例焓值混合段和干蒸汽加湿段多对应的控制阀门，利用二次加热单独控制送风的温度或单独控制送风的相对湿度，该方案比工程常用的除湿优先原则来实现恒温恒湿控制的精度更高、更稳定，并达到最佳节能模式。
本发明的基于露点温度调节室内温湿度的控制器，温湿度传感器检测室内温度和湿度，控制器再根据室内温度和湿度输出控制信号给冷水阀调节其开度，进而控制室内的露点温度，进而控制室内的温湿度，用于实现恒温恒湿控制目的，控制器通过PID协调控制，整个过程不存在过度除湿及过度降温，运行节能稳定，管理方便。
具体实施方式
本发明关于一种基于露点温度调节室内温湿度的控制方法，包括以下步骤：
(1)根据室外传感器反馈的温湿度建立呈现季节标签的模式集群；
(2)测量并读取设置于控制目标点的回风干球温度和相对湿度传感器的测量值，以及出风干球温度和相对湿度传感器的测量值；
(3)控制器获取控制目标点的干球温度和相对湿度测量值所对应的露点温度测量值、干球温度和相对湿度设定值所对应的露点温度设定值，该设定值基于季节的变化而自适应调整。
(4)对露点温度与设定值比较后的差值进行补偿，补偿方式中至少含有一种是通过室温的加持，使当前的露点温度测量值趋向于露点温度设定值。
A.通过PID调节湿度后，再由再热阀升温；
B.通过PID降温后，启动冷水阀与电加湿；
C.关闭冷水阀，启动热水加热段水阀和电加湿。
为了使本发明的解释更加清楚说明，结合本具体使用方式对本发明具体说明：
室外传感器用于检测室外温湿度，用于自动判断季节：
夏季模式：高温高湿、高温低湿、常温高湿；
过渡季节：常温常湿；
冬季模式：低温低湿、低温高湿、常温低湿；
根据上述各个模式，控制器设定对应的设定值，而设定值中涉及的回风温湿度，在目前的系统区域内，分为有通风柜和无通风柜，无通风柜的以总排风管的温湿度做为回风温湿度，有通风柜的以运行中的主实验区的温湿度做为回风温湿度，或者将各房间温湿度求平均值，偏离平均值20％以上的传感器剥离出去，剩下的再求平均值，做为回风温湿度值；
而露点温度的计算公式如下：
其中：
γ是：
其中：
温度T和露点Td单位为摄氏度，相对湿度RH为百分比，ln为自然对数；常数a和b分别是：
a＝17.27
b＝237.7℃
在上式中，当把饱和水汽压视为温度的函数，此方法在以下范围内有效：
0℃<T<60℃
1％<RH<100％
0℃<Td<50℃。
需要说明的是，不同季节下，调节的方式均不一样，如：
夏季的室温有余热降湿，因此延伸了粗调和细调的两种方式：
粗调：
回风露点与设值进行比较，当回风露点大于设定值，开启粗调模式，PID调节冷水阀控制回风露点，使其出风趋近设定露点温度后，并稳定下来5分钟，如此方式，是为了充分利用室内热量，减少了需要再热的输出；需要注意的是，该过程不可启动电加湿；
也就是说，冷水阀中的冷水在同时实现降温和除湿的功能，温度低的时候相对湿度高，通过升温以降低相对温度，升温的时候，含湿量是恒定的，如果提前把温度升到设定值，在进入到室内时，就要面临室内与室外两个热量的加持，以致于超过了需求温度。
细调：
当回风露点达到或小于设定值，但是温湿度有差异，再按以下三个条件进行细调，并且在细调的过程中，加热与加湿不可同时运行：
当回风露点相同但低温高湿时，需要进行再热调节，控制器启动加热除湿模式，通过PID调节水冷阀控制湿度，略微增加冷水阀除湿与再热阀(或者电加热)输出，使回风温湿度达到设定值；
当回风露点相同但高温低湿时，那么启动降温模式，通过PID调节调节阀降温，以及通过加湿器进行电加湿，使回风温湿度达到设定值；
当回风露点相同但低温低湿时，说明露点粗调PID调节过快，减少PID的比例积分设置值，避免调节过快，并启动再热阀和加湿器；
室内湿度高于40％(该40％的设置值可根据需要重新设定)时不可以启动电加湿。
如，设定值为为出风温度22℃、湿度50％、露点温度11.1℃；
实际：回风温度28℃90％(露点26.2℃)；
粗调：高温高湿，当回风露点大于11.1℃，开启粗调模式；冷水温度7℃，假如使出风温度14℃70％(露点8.6℃)，小于设定11.1℃，将出风露点加热至11.1℃输出即可，直到回风露点稳定为止；
细调：当回风露点达到或小于11.1℃，开启微调模式(电加热与电加湿不可同时运行)；
假如1：低温高湿，20℃57％(露点11.1℃)，那么那么启动加热除湿模式，再增加冷水阀除湿与再热阀(或者电加热)输出，使其达到22℃50％(计算露点11.1℃)；
假如2：高温低湿，24℃45％(露点11.1℃)，那么再增加冷水阀降温与电加湿输出，使其达到22℃50％。
冬季的室温有于冷增湿，低温高湿工况下，当回风露点大于设定值时(极端情况下)，PID调节冷水阀控制回风露点，使其出风趋近设定露点温度(该过程不可启动电加湿)，稳定5分钟后再打开热水阀就可以把温湿度调到设定值；
在低温高湿或低温低湿工况下，当回风露点小于设定值时，关闭冷水阀，打开热水加热段水阀，加热至设定温度(20～23℃)，再加湿至设定值(加热与加湿可同时运行)；
例如：
1)设定：22℃50％(计算露点11.1℃)；
2)调节：
假如1：低温高湿，18℃90％(露点16.33℃)，此时回风露点大于设定值，PID调节冷水阀控制回风露点至11.1℃(假如温湿度为15℃78％)，稳定5分钟后再打开热水阀把温湿度调到22℃，此时对应的湿度为50％；
假如2：低温高湿，18℃57％(露点9.3℃)；冷水阀不开，热水阀打开，加热至22℃(对应湿度45％)，再加湿至50％；
假如3：低温低湿，18℃40％(露点4.2℃)，冷水阀不开，热水阀打开，加热至22℃，再加湿至50％。
过渡季节温湿度控制：制冷与加热阀均不开启。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于露点温度调节室内温湿度的控制方法，包括以下步骤：
(1)根据室外传感器反馈的温湿度建立呈现季节标签的模式集群；
(2)测量并读取设置于控制目标点的回风干球温度和相对湿度传感器的测量值，以及出风干球温度和相对湿度传感器的测量值；
(3)控制器获取控制目标点的干球温度和相对湿度测量值所对应的露点温度测量值、干球温度和相对湿度设定值所对应的露点温度设定值，该设定值基于季节的变化而自适应调整，露点温度设定值根据以下公式计算而出：其中：γ是：其中：温度T和露点Td单位为摄氏度，相对湿度RH为百分比，ln为自然对数；常数a和b分别是：a＝17.27，b＝237.7℃，在上式中，当把饱和水汽压视为温度的函数，此方法在以下范围内有效：0℃<T<60℃，1％<RH<100％，0℃<Td<50℃；
(4)对露点温度与设定值比较后的差值进行补偿，补偿方式中至少含有一种是通过室温的加持，使当前的露点温度测量值趋向于露点温度设定值，补偿还包括冷水阀、再热阀、加湿器中的一种使用或者多种使用，在夏季时，且露点温度在大于设定值时，所述补偿为通过冷水阀降温除湿后，通过再热阀使出风露点温度达到设定值后，进而使回风露点温度达到设定值，并利用室内热量使温湿度趋近设定值，避免冷热抵消，在夏季时，当回风露点小于或者等于设定值则认为露点调节到位，露点调节到位且温湿度与设定值有差异时，再通过以下择一方式使回风温湿度达到设定值：A.当回风露点相同但低温高湿时，通过PID调节水冷阀控制湿度，再采用再热阀加热，使回风温湿度达到设定值；B.当回风露点相同但高温低湿时，通过PID调节调节阀降温，以及通过加湿器进行电加湿，使回风温湿度达到设定值；C.当回风露点相同但低温低湿时，应减少PID的比例、积分的设置值，避免调节过快，在冬季低温高湿极端工况时，且回风露点大于设定值时，PID调节冷水阀控制回风露点，使其出风后趋近设定值，稳定5分钟后再打开再热阀，在冬季低温高湿或低温低湿正常工况时，且回风露点小于设定值时，关闭冷水阀，打开热水阀，加热到20～23℃之间，再进行加湿。
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