CN115183412A - 一种组合式空调机组新风门自动控制方法 - Google Patents

一种组合式空调机组新风门自动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种组合式空调机组新风门自动控制方法，其基于组合式空调机组的电控系统、传感器监测系统，在控制器内实时计算组合式空调机组引入不同比例的新回风混合后的空气参数、送风状态点空气参数及各比例混风处理至送风状态点需要的热湿负荷，以求得能达到设定被控温湿度的最节能的新回风混合比例，并依据此比例下新风量得到新风门开度发送给电控系统执行，使组合式空调机组能精准利用新风，最大限度降低冷热源的使用量，实现精准控制、节能运行。

Description

一种组合式空调机组新风门自动控制方法
技术领域
本发明涉及空调控制技术领域，尤其涉及一种组合式空调机组新风门自动控制方法。
背景技术
组合式空调机组一般由回风段、新风段、排风段、过滤段、高压微雾加湿段、表冷段、加热段、蒸汽加湿段、送风段等空气处理功能段组成，具有新风、排风、回风、混风、送风等风门。其电控系统一般采用可编程逻辑控制器PLC或直接数字控制器DDC作为控制器，配置温湿度传感器、风量计、压力变送器等检测单元用于组合式空调机组工艺参数的检测，配置电动调节阀、风阀执行器、变频器等执行单元用于组合式空调机组冷热源输入调节、风门调节、风机频率调节等。组合式空调机组电控系统经过多年的发展，其控制方法已经比较成熟可靠，并具有风机变风量调节等节能手段。新风作为一种天然的资源，在合适的时候将适量的新风引入组合式空调机组与回风混合后参与热湿处理过程是最为节能的送风方式。但是当前普遍采用的组合式空调机组新风门控制方法较为粗放，通常通过测量新风与被控环境空气温度、湿度，露点温度、干球温度、相对湿度、焓值等空气参数，通过单一维度进行直观的大小比较来决定新风门的开度的增减；这种新风门控制方法往往控制不够精准，新风引入量跨度很大，不能完美契合当下需求，且容易造成新风引入不适当造成被控环境温度、湿度波动超限造成影响以及能耗浪费等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种组合式空调机组的新风门自动控制方法，使新风门的控制精确、适当、稳定，实现组合式空调机组对被控环境温湿度的精准调控和节能运行，具体方案如下：一种组合式空调机组新风门自动控制方法，所述组合式空调机组包括温湿度传感器，风量计，压力变送器，电动调节阀，风阀执行器，变频器，控制器；所述自动控制方法包括以下步骤：
S1：当所述组合式空调机组运行时，检测新风空气温度tw、新风空气湿度Фw、回风空气温度tr、回风空气湿度Фr、送风空气温度to、送风空气湿度Фo、被控环境空气温度tN、被控环境空气湿度ФN、总风量qt；
S2：分别计算出新风空气含湿量dw、回风空气含湿量dr、送风空气含湿量do、被控环境空气含湿量dN、新风空气焓值iw、回风空气焓值ir、送风空气焓值io、被控环境空气焓值iN；
S3：根据设定被控环境温度和设定被控环境湿度计算出设定被控环境焓值is、设定被控环境含湿量ds和送风状态点空气焓值ios、含湿量dos，其中，所述送风状态点焓值ios＝iS-(iN-iO),所述送风状态点空气含湿量dos＝dS-(dN-dO)；进而计算出送风状态点空气的干球温度tos；
S4：以新风风量0％至100％，按照一定步长分别计算各比例下混风状态点空气的干球温度tm、含湿量dm、焓值im，所述混风空气为新风空气与回风空气的混合；
S5：通过计算各新风风量比例下所述混风状态点到所述送风状态点的所需能耗，找出最小需求能耗的新风风量比例，按照该新风风量比例调节新风风门开度；
S6:在所述组合式空调机组运行时循环进行S1-S5步骤，实现组合式空调机新风门的自动控制；
所述步骤S5基于焓湿图四个象限包括四种情况：
情况F1，tm>tos且dm>dos；
情况F2，tm>tos且dm≤dos；
情况F3，tm≤os且dm≤dos；
情况F4，tm<tos且dm>dos；
F1、F2、F3、F4四种情况分别使用相应的能耗计算公式。
进一步地，情况F1和F4中热湿处理过程为除湿、加热；除湿过程需要冷机产出的冷冻水，加热过程需要锅炉产出的蒸汽，计算混风状态点至送风状态点的热湿处理过程所需的标准能耗计算公式为：
Q＝(fr+fw)*ρ/(ηl*ne1)*Δi除湿+(fr+fw)*ρ/(ηg*ne2)*Δi加热
其中：fr—新风风量；fw—回风风量；ρ—空气密度；ηl—冷机效率；
ne1(kW/kgce)—冷机折算系数；ne2(kW/kgce)—锅炉折算系数；ηg—锅炉效率；Δi—焓差。
进一步地，情况F2中热湿处理过程为降温、加湿；降温过程需要冷机产出的冷冻水，加湿过程需要锅炉产出的蒸汽，计算混风状态点至送风状态点的热湿处理过程所需的标准能耗计算公式为：
Q＝(fr+fw)*ρ/(ηl*ne1)*Δi降温+(fr+fw)*ρ/(ηg*ne2)*Δi加湿
其中：fr—新风风量；fw—回风风量；ρ—空气密度；ηl—冷机效率；
ne1(kW/kgce)—冷机折算系数；ne2(kW/kgce)—锅炉折算系数；ηg—锅炉效率；Δi—焓差。
进一步地，情况F3中热湿处理过程为加热、加湿；需要锅炉产出的蒸汽，计算混风状态点至送风状态点的热湿处理过程所需的标准能耗计算公式为：
Q＝(fr+fw)*ρ/(ηg*ne2)*Δi混送
其中：fr—新风风量；fw—回风风量；ρ—空气密度；ne2(kW/kgce)—锅炉折算系数；ηg—锅炉效率；Δi—焓差。
进一步地，所述情况F1、F4中的热湿处理过程分为两步，第一步为除湿，将混风状态点空气冷却除湿，直至含湿量与送风状态点空气含湿量一致，此时的空气状态点记为L，Δi除湿＝im-iL；第二步为加热，从L状态点将空气加热到与送风状态点干球温度一致，Δi加热＝iOS-iL。
进一步地，所述情况F2中的热湿处理过程分为两步，第一步为降温，将混风状态点空气冷却，直至干球温度与送风状态点干球温度一致，此时的空气状态点记为K；第二步为加湿，从K状态点将空气加湿到与送风状态点空气含湿量一致，故Δi降温＝im-iK，Δi加热＝iOS-iK。
进一步地，所述情况F3中的热湿处理过程无中间状态点，Δi混送＝iOS-im。
本发明工作原理如下：
当所述组合式空调机组运行时，检测出新风空气温度，新风空气湿度，回风空气温度，回风空气湿度，送风空气温度，送风空气湿度，被控环境空气温度，被控环境空气湿度，总风量；然后计算出各部分的焓值，再通过以上参数和设定被控环境的温度湿度计算出送风状态点的含湿量、焓值，进而计算出送风状态点空气的干球温度；然后将不同新风风门开度所引入的新风量不同时的混风状态点的干球温度、含湿量、焓值计算出来，通过焓湿图将混风状态点到送风状态点所需耗能分为四种计算方式，分别计算出引入不同新风量后空气从混风状态点到送风状态点所需耗能，比较出最小耗能的新风风量，调整到对应的新风风门开度；其中，如图3所示，象限二，降温、加湿的热湿处理过程图如下：图中要将空气状态从a点处理到状态点，须经过两步：第一步，从a点降温到b点，与状态点的干球温度相同，a点与b点的焓值差就是Δi降温；第二步，从b点等温加湿到状态点，与状态点的含湿量相同，b点与状态点的焓值差就是Δi加热；象限三，加热、加湿的热湿处理过程如下：从e点处理到状态点，无中间状态点，e点与状态点之间的焓差就是Δi混送；如图4所示，象限一、四，除湿、加热的热湿处理过程如下，其中步骤除湿时会使空气温度下降，图中要将空气状态从c点处理到状态点，须经过两步：第一步，从c点除湿到d点，与状态点的含湿量相同，c点与d点的焓值差就是Δi除湿；第二步，从d点加热状态点，与状态点的干球温度相同，d点与状态点的焓值差就是Δi加热。
本发明相对现有技术存在如下有益效果：
(一)相比于现有技术粗放的调整方式，本发明很具体的通过焓湿图四象限分为四种情况，预测性地分段计算各比例新风引入后混风状态点至送风状态点的热湿处理过程生产冷、热源所需的标准能耗，寻优找到最合适的新风门开度，使新风门开度控制非常精准。
(二)每次计算开度的步长比例可以根据需要预设定预结算，调控时步长跨度小且精准，能在实时调控的同时最大程度地维持被控环境稳定在设定标准，避免出现被控环境温湿度波动过大超限影响生产的问题，极大程度地保障了车间生产质量，降低了残次品出产率。
(三)相比于粗放计算后对空气深加工使被控环境达到设定温湿度，该发明能最大限度地降低冷热源的使用量，最大化的利用新风资源，实现组合式空调机组的节能化运行，为企业节约生产成本。
附图说明
图1位本发明控制方法流程图；
图2为本发明实施例焓湿图象限划分示意图；
图3为本发明实施例所述象限二、三热湿处理过程示意图，
图4为本发明实施例所述象限一、四热湿处理过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创造特征、达成目的易于明白了解，下面结合本发明给出的一种组合式空调机组新风门自动控制方法的其中一种实施例以及具体实施方式对发明的技术方案作更进一步地说明。
如图1-2所示，一种组合式空调机组新风门自动控制方法，所述组合式空调机组包括温湿度传感器，风量计，压力变送器，电动调节阀，风阀执行器，变频器，控制器；所述自动控制方法包括以下步骤：
当所述组合式空调机组运行时，检测新风空气温度tw＝22.0℃、新风空气湿度Фw＝72.6％、回风空气温度tr＝23.7℃、回风空气湿度Фr＝62.3％、送风空气温度to＝22.2℃、送风空气湿度Фo＝66.4％、被控环境空气温度tN＝24.0℃、被控环境空气湿度ФN＝60.6％、总风量qt＝33.3m3/s；
分别计算出新风空气含湿量dw＝14.3g/kg干、回风空气含湿量dr＝13.6g/kg干、送风空气含湿量do＝13.2g/kg干、被控环境空气含湿量dN＝13.5g/kg干；
分别计算出新风空气焓值iw＝58.6KJ/kg干、回风空气焓值ir＝58.5KJ/kg干、送风空气焓值io＝56.0KJ/kg干、被控环境空气焓值iN＝58.6KJ/kg干；
根据设定被控环境温度25℃和设定被控环境湿度60％计算出设定被控环境焓值is＝61.4KJ/k和设定被控环境含湿量ds＝14.2g/kg干，计算出送风状态点空气焓值ios＝58.8KJ/kg干、含湿量dos＝13.9g/kg干；
计算出送风状态点空气的干球温度tos＝23.2℃；
以新风风量0％至100％，本例中以步长5％分段计算各比例混风状态点(共21点)的干球温度tm、含湿量dm、焓值im；计算出的各比例混风状态点分别与送风状态点根据下列条件对比判断后续热湿处理过程，并执行不同的能耗计算；
表1：各新风比例混风状态点计算结果
Figure BDA0003789061220000081
基于焓湿图四个象限包括四种情况：
情况F1，tm>tos且dm>dos；
情况F2，tm>tos且dm≤dos；
情况F3，tm≤os且dm≤dos；
情况F4，tm<tos且dm>dos；
新风风量0％～25％混合后按情况F2计算标准能耗，新风风量30％～40％混合后按情况F3计算标准能耗，新风风量45％～100％混合后按情况F4计算标准能耗；
情况F1和F4中热湿处理过程为除湿、加热；除湿过程需要冷机产出的冷冻水，加热过程需要锅炉产出的蒸汽，计算混风状态点至送风状态点的热湿处理过程所需的标准能耗计算公式为：
Q＝(fr+fw)*ρ/(ηl*ne1)*Δi除湿+(fr+fw)*ρ/(ηg*ne2)*Δi加热
其中：fr—新风风量；fw—回风风量；ρ—空气密度；ηl—冷机效率；
ne1(kW/kgce)—冷机折算系数；ne2(kW/kgce)—锅炉折算系数；ηg—锅炉效率；Δi—焓差。
情况F2中热湿处理过程为降温、加湿；降温过程需要冷机产出的冷冻水，加湿过程需要锅炉产出的蒸汽，计算混风状态点至送风状态点的热湿处理过程所需的标准能耗计算公式为：
Q＝(fr+fw)*ρ/(ηl*ne1)*Δi降温+(fr+fw)*ρ/(ηg*ne2)*Δi加湿
其中：fr—新风风量；fw—回风风量；ρ—空气密度；ηl—冷机效率；
ne1(kW/kgce)—冷机折算系数；ne2(kW/kgce)—锅炉折算系数；ηg—锅炉效率；Δi—焓差。
情况F3中热湿处理过程为加热、加湿；需要锅炉产出的蒸汽，计算混风状态点至送风状态点的热湿处理过程所需的标准能耗计算公式为：
Q＝(fr+fw)*ρ/(ηg*ne2)*Δi混送
其中：fr—新风风量；fw—回风风量；ρ—空气密度；ne2(kW/kgce)—锅炉折算系数；ηg—锅炉效率；Δi—焓差。
经情况F1至F4的21次循环计算得出全部21个混风状态点至送风状态点热湿处理过程的标准能耗Q0-Q100，标准能耗计算结果如下表：
表2：各新风比例能耗计算结果
Figure BDA0003789061220000101
比较全部21个混风状态点至送风状态点热湿处理过程的标准能耗Q0-Q100，最小能耗为Q40时的新风量，调节新风门开度至该新风量。
所述情况F1、F4中的热湿处理过程分为两步。第一步为除湿，将混风状态点空气冷却除湿，直至含湿量与送风状态点含湿量一致，此时的空气状态点记为L；第二步为加热，从L点将空气加热到与送风状态点干球温度一致，故Δi除湿＝im-iL，Δi加热＝iOS-iL。所述情况F2中的热湿处理过程分为两步。第一步为降温，将混风状态点空气冷却，直至干球温度与送风状态点干球温度一致，此时的空气状态点记为K；第二步为加湿，从K点将空气加湿到与送风状态点含湿量一致，故Δi降温＝im-iK，Δi加热＝iOS-iK。所述情况F3中的热湿处理过程无中间状态点，Δi混送＝iOS-im。
本发明实施例中大气压为85kPa，空气密度为1.185kg/m3，所使用水冷离心式冷水机组，设定工作效率为4.7，折算系数0.402；使用燃气过热蒸汽锅炉，设定工作效率为0.94，折算系数1。本发明实施例中新风风量为0％至100％，如有最小新风量需求，则从设定的最小新风量开始计算过程。
以表2计算结果为例，新风全关时的标准能耗量Q0为Q40时的4.5倍，新风全开时的标准能耗量Q100为Q40时的33.9倍，新风量45％时的标准能耗量Q45为Q40时的42.9倍，可见新风门的精准控制能够带来极大的节能效果；而且在整个控制过程中，由于引入新风量经过分情况后的预计算，调控时比较精准，被控环境温湿度受外界环境温湿度影响不会过大超限，保证了被控环境稳定性，极大程度使得生产车间生产质量得到保障，减少了不符合生产标准的残次品的出产率，也为企业节省了开支。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界，或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种组合式空调机组新风门自动控制方法，其特征在于：所述组合式空调机组包括温湿度传感器、风量计、压力变送器、电动调节阀、风阀执行器、变频器、控制器，所述自动控制方法包括以下步骤：
S1：当所述组合式空调机组运行时，检测新风空气温度tw、新风空气湿度Фw、回风空气温度tr、回风空气湿度Фr、送风空气温度to、送风空气湿度Фo、被控环境空气温度tN、被控环境空气湿度ФN、总风量qt；
S2：分别计算出新风空气含湿量dw、回风空气含湿量dr、送风空气含湿量do、被控环境空气含湿量dN、新风空气焓值iw、回风空气焓值ir、送风空气焓值io、被控环境空气焓值iN；
S3：根据设定被控环境温度和设定被控环境湿度计算出设定被控环境焓值is、设定被控环境含湿量ds和送风状态点空气焓值ios、含湿量dos，其中，所述送风状态点焓值ios＝iS-(iN-iO),所述送风状态点空气含湿量dos＝dS-(dN-dO)；进而计算出送风状态点空气的干球温度tos；
S4：以新风风量0％至100％，按照一定步长分别计算各比例下混风状态点空气的干球温度tm、含湿量dm、焓值im，所述混风空气为新风空气与回风空气的混合；
S5：通过计算各新风风量比例下所述混风状态点到所述送风状态点的所需能耗，找出最小需求能耗的新风风量比例，按照该新风风量比例调节新风风门开度；
S6:在所述组合式空调机组运行时循环进行S1-S5步骤，实现组合式空调机新风门的自动控制；
所述步骤S5基于焓湿图四个象限包括四种情况：
情况F1，tm>tos且dm>dos；
情况F2，tm>tos且dm≤dos；
情况F3，tm≤os且dm≤dos；
情况F4，tm<tos且dm>dos；
F1、F2、F3、F4四种情况分别使用相应的能耗计算公式。
2.根据权利要求1所述的一种组合式空调机组新风门自动控制方法，其特征在于：情况F1和F4中热湿处理过程为除湿、加热；除湿过程需要冷机产出的冷冻水，加热过程需要锅炉产出的蒸汽，计算混风状态点至送风状态点的热湿处理过程所需的标准能耗计算公式为：
Q＝(fr+fw)*ρ/(ηl*ne1)*Δi除湿+(fr+fw)*ρ/(ηg*ne2)*Δi加热
其中：fr—新风风量；fw—回风风量；ρ—空气密度；ηl—冷机效率；ne1(kW/kgce)—冷机折算系数；ne2(kW/kgce)—锅炉折算系数；ηg—锅炉效率；Δi—焓差。
3.根据权利要求1所述的一种组合式空调机组新风门自动控制方法，其特征在于：情况F2中热湿处理过程为降温、加湿；降温过程需要冷机产出的冷冻水，加湿过程需要锅炉产出的蒸汽，计算混风状态点至送风状态点的热湿处理过程所需的标准能耗计算公式为：
Q＝(fr+fw)*ρ/(ηl*ne1)*Δi降温+(fr+fw)*ρ/(ηg*ne2)*Δi加湿
其中：fr—新风风量；fw—回风风量；ρ—空气密度；ηl—冷机效率；ne1(kW/kgce)—冷机折算系数；ne2(kW/kgce)—锅炉折算系数；ηg—锅炉效率；Δi—焓差。
4.根据权利要求1所述的一种组合式空调机组新风门自动控制方法，其特征在于：情况F3中热湿处理过程为加热、加湿；需要锅炉产出的蒸汽，计算混风状态点至送风状态点的热湿处理过程所需的标准能耗计算公式为：
Q＝(fr+fw)*ρ/(ηg*ne2)*Δi混送
其中：fr—新风风量；fw—回风风量；ρ—空气密度；ne2(kW/kgce)—锅炉折算系数；ηg—锅炉效率；Δi—焓差。
5.根据权利要求2所述的一种组合式空调机组新风门自动控制方法，其特征在于：所述情况F1、F4中的热湿处理过程分为两步，第一步为除湿，将混风状态点空气冷却除湿，直至含湿量与送风状态点空气含湿量一致，此时的空气状态点记为L，Δi除湿＝im-iL；第二步为加热，从L状态点将空气加热到与送风状态点干球温度一致，Δi加热＝iOS-iL。
6.根据权利要求3所述的一种组合式空调机组新风门自动控制方法，其特征在于：所述情况F2中的热湿处理过程分为两步，第一步为降温，将混风状态点空气冷却，直至干球温度与送风状态点干球温度一致，此时的空气状态点记为K；第二步为加湿，从K状态点将空气加湿到与送风状态点空气含湿量一致，故Δi降温＝im-iK，Δi加热＝iOS-iK。
7.根据权利要求4所述的一种组合式空调机组新风门自动控制方法，其特征在于：所述情况F3中的热湿处理过程无中间状态点，Δi混送＝iOS-im。
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