CN115638486B - 一种低温热量补偿工艺空调再热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温热量补偿工艺空调再热系统及方法，包括：冷源系统，用于降低空调末端送风温度和送风湿度；板式热交换系统，用于独立为空调系统供热或为再热系统进行水温二次加热；冷热量平衡调控系统，用于控制热量输出、进行数据分析调控并对热源端吸收/释放热进行冷热量平衡；管路热介质平衡调控系统，用于调控管路各区段的供水量，使管路各区段供水量处在预设区间中。本发明能够通过全系统的协调控制，利用阀门的切换和调节，将冷源系统和板式热交换系统并行，能够在满足高精度工艺性工业空调系统末端再热段热量需求的基础上降低热水加热过程中的能源消耗，达到节能的目的。

Description

一种低温热量补偿工艺空调再热系统及方法

技术领域

本发明属于高精度工艺性工业空调系统领域，特别是涉及一种低温热量补偿工艺空调再热系统及方法。

背景技术

在当前工业中央空调中，热回收机组已经成为了一种被广泛使用的中央空调冷水机组设备。此类机组可以利用冷冻侧吸收的热量，通过热回收侧送到需要热量输出的区域，而非直接由冷却侧散发到大气中。在工业生产和日常生活中，热回收机组可以平衡冷热量的需求，减少冷却侧直接散热造成的热量浪费，但由于输出的热量及其依赖于与冷冻侧输出冷量的平衡，为保证其安全性，其控制的结果必然导致输出的热量有限，输出的热介质温度难以进行精确控制，也就使得热回收机组完全无法实现当前高效机房的基本要求。

在某些高精度控制的工厂中，温度和湿度都有极其严格的限制，这就对冷水系统和热水系统的综合调控有了极高的要求。在目前的技术限制下，多数高精度工厂会倾向于采用板式换热器来精准控制热水输出温度，但这又会对冷水系统的能耗造成相应的浪费。如何在满足高精度工艺性工业空调系统末端热量需求的同时解决冷水系统能源浪费的问题并保证高效机房安全运行已成为当前工业生产中的一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温热量补偿工艺空调再热系统，将冷水系统与热水系统并行，解决高精度工艺性工业空调系统中温湿度控制的过程中热回收系统输出热量不足和板式热交换系统在末端再热段及加热的过程中浪费的能量过多的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种低温热量补偿工艺空调再热系统，包括：

冷源系统，用于降低空调末端送风温度和送风湿度，所述冷源系统包括热回收系统和热水泵；

板式热交换系统，用于提高空调再热系统循环管路水温；

冷热量平衡调控系统，用于对空调再热系统输出的热量进行数据分析，并控制热源端吸收或释放热量进行冷热量平衡；

管路热介质平衡调控系统，用于调控管路各区段的供水量，使管路各区段供水量处在预设区间中；

所述冷源系统依次通过冷热量平衡调控系统、管路热介质平衡调控系统与所述板式热交换系统连接。

可选的，所述冷热量平衡调控系统包括：

第一调节单元，当空调末端系统只有热量需求时，关闭第三开关阀、第四开关阀，打开第一开关阀、第二开关阀，由板式热交换系统为管路单独提供热量，并将第二调节阀作为板式热交换系统的旁通阀，将第一调节阀等效视为与热交换系统的分水阀；

第二调节单元，当空调末端系统热量供应的输出总管的需求温度小于热回收系统供热端的最小出水温度时，关闭第一开关阀、第二开关阀，打开第三开关阀、第四开关阀，由热回收系统为管路单独提供热量，并将第一调节阀作为热回收系统的旁通阀，将第三调节阀等效视为与板式热交换系统的分水阀；

第三调节单元，当空调末端系统热量供应的输出总管的需求温度大于热回收系统供热端的最大出水温度时，同时打开第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀，由热回收系统和板式热交换系统共同为管路提供热量，此时将板式热交换系统作为热回收系统输出热量的再热设备，对管路水温进行二次加热。

可选的，所述热回收系统包括若干个热回收机组，将所述若干个热回收机组的供热端出水温度进行比较，获得热回收系统供热端的最大或最小出水温度。

可选的，所述空调再热系统还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括：

第一控制单元，用于实时采集空调再热系统的运行数据，控制所述热回收系统和板式热交换系统的运行状态；

第二控制单元，用于对所述运行数据进行分析，并向冷热量平衡调控系统发布模式切换的指令。

可选的，所述系统数据包括：在板式热交换系统的总回水进水端采集的板式热交换系统一次侧蒸汽温度、板式热交换系统一次侧蒸汽压力、板式热交换系统一次侧蒸汽流量；在板式热交换系统的供水端采集的板式热交换系统供水温度；在第一调节阀到热回收系统之间采集的热回收系统进水温度、热回收系统进水压力、热回收系统水流量；在热回收机组出水端采集的热回收系统出水温度；开关阀组开关状态和调节阀组开关状态；

其中，开关阀组包括调控板式热交换机进水的第一开关阀、第二开关阀；调控热交换机组供热端进水的第三开关阀和第四开关阀；调节阀组包括第一调节阀、第二调节阀和第三调节阀。

本发明还提供一种低温热量补偿工艺空调再热方法，包括以下步骤：

热回收机组的供冷端为空调末端系统提供冷量，同时热回收机组的供热端和板式热交换器为空调末端提供热量，并利用温度传感器实时采集管路温度发送至智能控制系统；

所述智能控制系统将实时采集的温度数据与预设的温度阈值进行比较，并向冷热量平衡调控系统发布模式切换的指令，控制所述热回收机组和板式热交换器的运行状态，使空调再热系统的热量供应达到预设的温度阈值。

可选的，所述模式切换的指令包括：

第一切换指令，当空调末端系统只有热量需求时，空调再热系统关闭第三开关阀、第四开关阀，打开第一开关阀、第二开关阀，由板式热交换系统为管路单独提供热量，并将第二调节阀作为板式热交换系统的旁通阀，将第一调节阀等效视为与热交换系统的分水阀；

第二切换指令，当总管需求温度小于热回收系统供热端的最小出水温度时，关闭第一开关阀、第二开关阀，打开第三开关阀、第四开关阀，由热回收系统为管路单独提供热量，并将第一调节阀作为热回收系统的旁通阀，将第三调节阀等效视为与板式热交换系统的分水阀；

第三切换指令，当总管需求温度大于等于热回收系统供热端的最大出水温度时，同时打开第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀，由热回收系统和热板式交换系统共同为管路提供热量。

可选的，所述热回收系统包括若干个热回收机组，将所述若干个热回收机组的出水温度进行比较，获得热回收系统供热端的最小或最大出水温度。

本发明的技术效果为：

本发明能够通过全系统的协调控制，利用阀门的切换和调节，将冷源系统和板式热交换系统并行，能够在满足高精度工艺性工业空调系统末端再热段热量需求的基础上降低热水加热的过程中能量过多的能源，达到节能的目的。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中的低温热补偿工艺空调再热系统结构示意图；

其中：T1-第一温度传感器、T2-第二温度传感器、T3-第三温度传感器、T4-第四温度传感器、T5-第五温度传感器、T6-第六温度传感器、T7-第七温度传感器、V1-第一开关阀、V2-第二开关阀、V3-第三开关阀、V4-第四开关阀、V5-第一调节阀、V6-第二调节阀、V7-第三调节阀、F1-板式热交换系统流量计、F2-热回收系统流量计、P1-板式热交换系统压力传感器、P2-热回收系统压力传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一

工厂内部有数种不同的流水线工艺区段，工艺区和操作区亦有不同的空调精度要求。工艺区温湿度精度要求较高，且不同的工艺区有着跨度较大的温湿度要求。此时便需要安装一个高精度的工艺性工业空调系统。冷源机房部分为保证再热段热量供应充足，需要安装板式换热器持续提供热水；同时为保证某些工艺区段和操作区保持在较低的温度上，还需要冷源系统能够持续地为这些区域的末端空调箱降温段提供低温冷水。在冷水和热水的共同供应下，造成了很多冷量和热量上的浪费。使用热回收系统进行冷热量供应的平衡可以大幅度减少冷热量的浪费。在管路的设计上合理分配循环的热水，将含热回收机组的冷源系统和板式换热器系统合理并管，可以大幅度降低能源的消耗，达到节能的目的。

如图1所示，本实施例中提供一种低温热量补偿工艺空调再热系统，包括：

冷源系统，用于降低空调末端送风温度和送风湿度，冷源系统包括热回收系统和热水泵；板式热交换系统，用于提高空调再热系统循环管路水温；冷热量平衡调控系统，用于对空调再热系统输出的热量进行数据分析，并控制热源端吸收或释放热量进行冷热量平衡；管路热介质平衡调控系统，用于调控管路各区段的供水量，使管路各区段供水量处在预设区间中；冷源系统依次通过冷热量平衡调控系统、管路热介质平衡调控系统与板式热交换系统连接。

进一步的，冷源系统是全系统的冷量来源，该系统需包含热水循环设备，即一般提供给生活热水使用的热回收机组和热水泵。冷源系统在末端控制的功能为降低送风温度和降低送风湿度。

进一步的，板式热交换系统包括第一板式热交换器和第二板式热交换器，是系统热量的主要来源之一。本实施例的系统在常规板式热交换系统的基础上满足热量输出精确可调，热输出与热介质循环各自独立控制，能够在与冷源系统的并行和独立运行的模式之间进行安全准确的切换。系统的热量输出能够满足末端控制中再热段对提高送风温度的需求。本实施例的板式热交换器的结构具有真空充液封头和芯体，真空充液封头设在真空充液通道两侧，其中一侧真空充液封头设有接管，芯体由真空充液通道和若干个板翅通道间隔叠置而构成。本实施例的板式热交换器由高分子合成纤维采用特殊工艺制成，具有透湿性能高、气密性好、抗撕裂、耐老化等特点。

进一步的，本实施的冷热量平衡调控系统将输出的热量，分为必要热输出和可平衡热量两部分。通过与管路的温度阈值进行比较，将可平衡热量部分由热回收机组进行冷热量平衡。

冷热量平衡调控系统包括：第一调节单元，当空调再热系统只有热量需求时，关闭第三开关阀V3、第四开关阀V4，打开第一开关阀V1、第二开关阀V2，由热板式交换系统为管路单独提供热量，并将第二调节阀V6作为板式热交换系统的旁通阀，将第一调节阀V5作为与热交换系统的分水阀；第二调节单元，当总管需求温度小于热回收系统的最小出水温度时，关闭第一开关阀V1、第二开关阀V2，打开第三开关阀V3、第四开关阀V4，由热回收系统为管路单独提供热量，并将第一调节阀V5作为热回收系统的旁通阀，将第三调节阀V7作为与板式热交换系统的分水阀；第三调节单元，当总管需求温度大于等于热回收系统的最小出水温度时，同时打开第一开关阀V1、第二开关阀V2、第三开关阀V3、第四开关阀V4，由热回收系统和热板式交换系统共同为管路提供热量，此时将板式热交换系统作为热回收系统输出热量的再热设备，对管路水温进行二次加热。

进一步的，本实施例的热回收系统包括若干个热回收机组，将若干个热回收机组的出水温度进行比较，获得热回收系统的最小出水温度。

具体的，当系统没有冷量需求，只有热量需求时，通过管路的开闭使板式热交换系统被单独使用，同时关闭冷源系统。当热回收系统中的热量输出超出末端需求时，总管热供水温度需求温度小于热回收机组实际出水温度的最小值时，需要的热量可以完全与末端需求的冷量平衡，系统中额外产生的热量可经由冷却系统散发到大气中。在这种平衡条件下可完全由热回收系统提供热量而不需使用热板换系统。反之，当热回收系统中的热量输出不能满足末端需求时，总管热供水温度需求温度大于等于热回收机组实际出水温度的最大值时，板式热交换系统启动，由板式热交换系统补足末端的热量需求。

进一步的，管路热介质平衡调控系统：为保证高效机房的COP，需保证在相同的冷热量输出的情况下，消耗尽可能少的电力。即在等能耗下输出尽可能多的冷热量。冷热量的输出依赖供回水温差和水流量二者的共同影响。该系统的目的即保证各区段的水量分配处在一个合理的区间内，在满足系统安全，符合末端需求的基础上保证系统高效运行。

可实施的，本实施例的空调再热系统还包括智能控制系统，智能控制系统包括：第一控制单元，用于实时采集空调再热系统的运行数据，控制热回收系统和板式热交换系统的运行状态；第二控制单元，用于对运行数据进行分析，并向冷热量平衡调控系统发布模式切换的指令。进一步的，系统数据包括：由第一温度传感器T1采集的板式热交换系统一次侧蒸汽温度、由第三温度传感器T3采集的第一板式热交换期供水温度、由第四温度传感器T4采集的第二板式热交换期供水温度、由板式热交换系统压力传感器P1采集的板式热交换系统一次侧蒸汽压力、由板式热交换系统流量计F1采集的板式热交换系统一次侧蒸汽流量、由第二温度传感器T2采集的热回收系统进水温度、由第五温度传感器T5采集的第一热回收机组出水温度、由第六温度传感器T6采集的第一热回收机组出水温度、由第七温度传感器采集的总管热供水温度、由热回收系统压力传感器P2采集的热回收系统进水压力、由热回收系统流量计F2采集的热回收系统水流量、开关阀组开关状态和调节阀组开关状态；其中，开关阀组包括第一开关阀V1、第二开关阀V2、第三开关阀V3和第四开关阀V4；调节阀组包括第一调节阀V5、第二调节阀V6和第三调节阀V7。

本实施例的系统结构设计方案，用开关阀门V3和V4控制热回收系统的启用，用开关阀门V1和V2控制板式热交换系统的启用。热回收系统启用时，调节阀V5视为热回收系统的旁通阀，调节阀V7视为与板式热交换系统的分水阀；板式热交换系统启用时，调节阀V6视为板式热交换系统的旁通阀，调节阀V5视为与热交换系统的分水阀。两种执行不同功能的系统共管并行可以在满足再热段热量需求的基础上达到高效节能的目的。

本实施例还提供一种低温热量补偿工艺空调再热方法，包括以下步骤：

热回收机组和板式热交换器同时为空调再热系统提供冷量和热量，并利用温度传感器实时采集管路温度发送至智能控制系统；智能控制系统将实时采集的温度数据与预设的温度阈值进行比较，并向冷热量平衡调控系统发布模式切换的指令，控制热回收机组和板式热交换器的运行状态，使空调再热系统的热量供应达到预设的温度阈值。

可实施的，模式切换的指令包括：第一切换指令，当空调再热系统只有热量需求时，关闭第三开关阀V3、第四开关阀V4，打开第一开关阀V1、第二开关阀V2，由热板式交换系统为管路单独提供热量，并将第二调节阀V6作为板式热交换系统的旁通阀，将第一调节阀V5作为与热交换系统的分水阀；第二切换指令，当总管需求温度小于热回收系统的最小出水温度时，关闭第一开关阀V1、第二开关阀V2，打开第三开关阀V3、第四开关阀V4，由热回收系统为管路单独提供热量，并将第一调节阀V5作为热回收系统的旁通阀，将第三调节阀V7作为与板式热交换系统的分水阀；第三切换指令，当总管需求温度大于等于热回收系统的最小出水温度时，同时打开第一开关阀V1、第二开关阀V2、第三开关阀V3、第四开关阀V4，由热回收系统和热板式交换系统共同为管路提供热量，此时将板式热交换系统作为热回收系统输出热量的再热设备，对管路水温进行二次加热。

可实施的，热回收系统包括第一热回收机组、第二热回收机组，将第一热回收机组、第二热回收机组的出水温度进行比较，获得热回收系统的最小出水温度。

本实施例能够通过全系统的协调控制，利用阀门的切换和调节，将冷源系统和板式热交换系统并行，能够在满足高精度工艺性工业空调系统末端再热段热量需求的基础上降低热水加热的过程中能量过多的能源，达到节能的目的。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种低温热量补偿工艺空调再热系统，其特征在于，包括：

冷源系统，用于降低空调末端送风温度和送风湿度，所述冷源系统包括热回收系统和热水泵；

板式热交换系统，用于提高空调再热系统循环管路水温；

冷热量平衡调控系统，用于对空调再热系统输出的热量进行数据分析，并控制所述热回收系统和板式热交换系统吸收或释放热量进行冷热量平衡；

管路热介质平衡调控系统，用于调控管路各区段的供水量，使管路各区段供水量处在预设区间中；

所述冷源系统依次通过冷热量平衡调控系统、管路热介质平衡调控系统与所述板式热交换系统连接；

所述冷热量平衡调控系统包括：

第一调节单元，当空调末端系统只有热量需求时，关闭第三开关阀、第四开关阀，打开第一开关阀、第二开关阀，由板式热交换系统为管路单独提供热量，并将第二调节阀作为板式热交换系统的旁通阀，将第一调节阀等效视为与热交换系统的分水阀；

第二调节单元，当空调末端系统热量供应的输出总管的需求温度小于热回收系统供热端的最小出水温度时，关闭第一开关阀、第二开关阀，打开第三开关阀、第四开关阀，由热回收系统为管路单独提供热量，并将第一调节阀作为热回收系统的旁通阀，将第三调节阀等效视为与板式热交换系统的分水阀；

第三调节单元，当空调末端系统热量供应的输出总管的需求温度大于等于热回收系统供热端的最大出水温度时，同时打开第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀，由热回收系统和板式热交换系统共同为管路提供热量，此时将板式热交换系统作为热回收系统输出热量的再热设备，对管路水温进行二次加热；

板式热交换系统包括并联设置的第一板式热交换器和第二板式热交换器，热回收系统包括并联设置的第一热回收机组和第二热回收机组，第一调节阀为热回收系统的旁通阀，与所述热回收系统并联设置，热水泵分别通过第三开关阀和第四开关阀与所述第一热回收机组和第二热回收机组相连，所述第一热回收机组和第二热回收机组的出口支路交汇后与第一调节阀所在的旁通支路汇合并分成两个支路，一个支路设置有第二调节阀，另一个支路设置有第三调节阀，所述第三调节阀所在的另一个支路分别通过第一开关阀、第二开关阀与所述第一板式热交换器、第二板式热交换器相连，所述第一板式热交换器和第二板式热交换器的出口汇合后通过支路与第二调节阀所在支路汇合。

2.根据权利要求1所述的低温热量补偿工艺空调再热系统，其特征在于，

所述热回收系统包括若干个热回收机组，将所述若干个热回收机组的供热端出水温度进行比较，获得热回收系统的最小或最大供热端出水温度。

3.根据权利要求1所述的低温热量补偿工艺空调再热系统，其特征在于，

所述空调再热系统还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括：

第一控制单元，用于实时采集空调再热系统的运行数据，控制所述热回收系统和板式热交换系统的运行状态；

第二控制单元，用于对所述运行数据进行分析，并向冷热量平衡调控系统发布模式切换的指令。

4.根据权利要求3所述的低温热量补偿工艺空调再热系统，其特征在于，

所述运行数据包括：在板式热交换系统的总回水进水端采集的板式热交换系统一次侧蒸汽温度、板式热交换系统一次侧蒸汽压力、板式热交换系统一次侧蒸汽流量；在板式热交换系统的供水端采集的板式热交换系统供水温度；在第一调节阀到热回收系统之间采集的热回收系统进水温度、热回收系统进水压力、热回收系统水流量；在热回收机组出水端采集的热回收系统出水温度；开关阀组开关状态和调节阀组开关状态；

其中，开关阀组包括调控板式热交换机进水的第一开关阀、第二开关阀；调控热交换机组供热端进水的第三开关阀和第四开关阀；调节阀组包括第一调节阀、第二调节阀和第三调节阀。

5.一种基于权利要求1-4任意一项所述的低温热量补偿工艺空调再热系统的空调再热方法，其特征在于，包括以下步骤：

热回收机组的供冷端为空调末端系统提供冷量，同时热回收机组的供热端和板式热交换器为空调末端提供热量，并利用温度传感器实时采集管路温度发送至智能控制系统；

所述智能控制系统将实时采集的温度数据与预设的温度阈值进行比较，并向冷热量平衡调控系统发布模式切换的指令，控制所述热回收机组和板式热交换器的运行状态，使空调再热系统的热量供应达到预设的温度阈值。

6.根据权利要求5所述的空调再热方法，其特征在于，

所述模式切换的指令包括：

第一切换指令，当空调末端系统只有热量需求时，空调再热系统关闭第三开关阀、第四开关阀，打开第一开关阀、第二开关阀，由板式热交换系统为管路单独提供热量，并将第二调节阀作为板式热交换系统的旁通阀，将第一调节阀等效视为与热交换系统的分水阀；

第二切换指令，当总管需求温度小于热回收系统供热端的最小出水温度时，关闭第一开关阀、第二开关阀，打开第三开关阀、第四开关阀，由热回收系统为管路单独提供热量，并将第一调节阀作为热回收系统的旁通阀，将第三调节阀等效视为与板式热交换系统的分水阀；

第三切换指令，当总管需求温度大于等于热回收系统供热端的最大出水温度时，同时打开第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀，由热回收系统和热板式交换系统共同为管路提供热量。

7.根据权利要求6所述的空调再热方法，其特征在于，

所述热回收系统包括若干个热回收机组，将所述若干个热回收机组的出水温度进行比较，获得热回收系统供热端的最小或最大出水温度。