恒温恒湿空调系统的节能研究（可编辑） .doc

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1、恒温恒湿空调系统的节能研究 南京理工大学硕士学位论文恒温恒湿空调系统的节能研究姓名:王培申请学位级别:硕士专业:供热、供燃气、通风及空调工程指导教师:李苏泷20080626硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究摘 要随着经济的发展,对恒温恒湿环境的应用和需求的领域在日益增加。同时近年来能源短缺的现实,已经迫使我们把节能问题提到一个十分重要的位置上来。因此,认识清楚目前存在的问题,高效利用空调系统的能源,采取有效的节能措施就成为迫切需要解决的问题。本文对常用的纯蒸汽加湿、一次回风的恒温恒湿空调机组夏季、冬季和过渡季节模式的空气处理过程进行了详细的分析,对温度和湿度参数的控制进行了控制分解,给出了控

2、制实现框图。在原有恒温恒湿空调机组的基础上进行改造,提出了一种节能的新式恒温恒湿空调系统。对新式恒温恒湿空调系统工艺的实现进行了分析,同时进行了能耗的计算。在新式空调系统的基础上,对温度、湿度的自动控制的实现进行了介绍。对新式恒温恒湿空调系统可行性研究结果表明,这种空调系统具有普遍的适用性。提出应用变露点调节法来控制室内相对湿度。本文提出将模糊控制应用到恒温恒湿空调系统控制湿度的控制策略中,将模糊控制策略应用到恒温恒湿空调系统中,得到了夏季和冬季模式交露点调节串级模糊控制闭环系统。对一个工程实例进行室内温湿度控制,应用变露点调节串级模糊控制闭环系统来控制室内湿度,利用控制来控制室内温度。借助相

3、关工具,对工程实例的夏季和冬季工况进行了仿真。仿真结果表明:应用本文提出的新式恒温恒湿空调系统,在控制策略上运用变露点调节串级模糊控制闭环系统控制室内相对湿度,运用控制来控制室内温度,可以达到工程所要求的温湿度精度要求。关键词:恒温恒湿,节能,变露点,模糊控制 硕士论文、,. ., ., . , . ,. ., . ,. .:硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究 ,.:,硕士论文图表目录图表目录?图.柜式恒温恒湿型空调机组的控制原理图图.采用喷水室和固定露点温度控制的空气处理方式?。图.喷水室夏季空气处理过程的含湿图图.采用冷水表冷器和固定露点温度控制的空气处理方式图.相应于图.的各点空气状态

4、?。图.采用冷水表冷器的恒温恒湿空调的空气处理及自动控制图.恒温恒湿空调工程的空气处理新方式及自动控制图.对应于图.系统的夏季空气处理过程及各点状态?。图.改进的恒温恒湿空调方案图.纯蒸汽加湿、一次回风恒温恒湿空调系统结构图图.纯蒸汽加湿、一次回风恒温恒湿空调系统定露点调节装置图?图.夏季空气处理过程图?图.夏季空气处理工艺流程?.图.夏季模式室内湿度控制系统框图.图.夏季模式室内温度控制系统框图.图.夏季模式室内温度控制系统综合分析框图?.图.冬季空气处理过程图?.图.冬季空气处理工艺流程图.图.预热温度控制系统框图?图.冬季模式室温控制系统框图?.图.冬季模式室温控制综合分析框图图.冬季模

5、式室内湿度控制系统框图图.过渡季节空气处理过程图?.图.过渡季节空气处理工艺流程图?图.过渡季节室内温度控制系统框图图.过渡季节室内湿度控制系统框图图.空气处理不当方式一。图?.图.空气处理不当方式一工艺流程图?.图.空气处理不当方式二图?.图.空气处理不当方式二工艺流程图?.图.新式恒温恒湿空调系统装置图?。图.新式恒温恒湿空调系统夏季模式空气处理过程图?硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究图新式恒温恒湿空调系统夏季模式空气处理工艺流程图。图.新式恒温恒湿空调系统夏季模式室内空气湿度控制系统框图.图.新式恒温恒湿空调系统夏季模式室内温度控制系统框图?.图.夏季室内余热和余湿均变化时定露点调节

6、图图.夏季室内余热和余湿均变化时变露点调节图.图.冬季室内热负荷和湿负荷均变化时定露点调节图?.图.冬季室内热负荷和湿负荷均变化时变露点调节图?.图.模糊控制系统组成框图?一图.模糊控制器组成图.模糊控制器的设计流程组成图.夏季模式变露点调节串级模糊控制闭环系统框图?.图.冬季模式变露点调节串级模糊控制闭环系统框图?.图.模糊控制器界面图.图.夏季模式相对湿度范围的确定?.图.夏季模式露点温度范围的确定?.图.相对湿度的偏差变量的隶属度函数图?.:?图.相对湿度的变化率的隶属度函数图?图.输出量露点温度的变化值的隶属度函数图图.带标注的规则编辑器窗口?图.带标注的规则观察器窗口?图.带标注的曲

7、面观察器图.房间相对湿度控制模型图.图.夏季模式变露点调节室内相对湿度模糊串级控制仿真框图?。图.夏季模式变露点调节室内相对湿度模糊串级控制仿真结果图.冬季模式变露点调节室内相对湿度模糊串级控制仿真框图图.冬季模式变露点调节室内相对湿度模糊串级控制仿真结果图.房间温度控制模型图?.图.夏季模式调节室内温度控制仿真框图图.夏季模式调节室内温度控制仿真结果?.图.冬季模式调节室内温度控制仿真框图图.冬季模式调节室内温度控制仿真结果学位论文独创性声明本学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,

8、也不包含我为获得任何其它学位而使用过的材料。其他人员对本学位论文所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名: 至堡关于本学位论文使用授权的声明南京理工大学有权保留本学位论文的复印件和电子文档,有权送交给有资质的信息档案机构存档。除在保密期内的保密论文外,本论文允许被查阅和借阅,可以公布论文的全部或部分内容。上述事项授权南京理工大学研究生院办理。王培作者签名硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究引言.课题背景空调技术涉及到各类建筑物和生产场所的室内环境要求,即:室内空气的温度、湿度、速度和洁净度等,直接影响着生产工艺和人体健康。随着我国经济不断发展,各行空调技术涉及到各类建筑物

9、和生产场所的室内环境控制,即对室内空气的温度、湿度、速度和洁净度等提出特定的要求,以满足生活和生产工艺等方面的需要。随着我国经济不断发展,各行各业对生产环境的要求越来越高,比如棉纺、毛纺、化纤、纸张、包装、烟草生产企业对恒温恒湿空调的应用很普遍,按照和有关标准规定,纺织品、纺织原料、纸张、纸品和纸箱等商品的品质物理项目的检验必需在标准大气条件下进行。纸张对大气温湿度变化非常敏感,大气湿度的变化会引起纸张水分的变化,进而会导致其性能的变化。此外,质检、纤检等产品质量检验与控制部门对恒温恒湿空调也有很高的要求。因此随着经济的发展,对恒温恒湿空调的需求和要求也在不断地提高。能源是影响国民经济持续发展

10、的重要因素,近年来能源短缺的现实,已经迫使我们把节能问题提到一个十分重要的位置上来。人类已进入需要持续发展的世纪,我们的生活更加依赖于技术的进步。建筑物作为人类生活息息相关的物质产品,空调是现代建筑中不可缺少的能耗运行系统,它在给人们提供舒适的生活和工作环境时,又消耗了大量的能源。一些发达工业国家,由于广泛使用空调系统,以致空调耗能占到总能耗的/如美、日等国,有的甚至高达总能耗的%如瑞典。据统计,我国建筑物能耗约占能源总消耗量的%。在有空调的建筑物中,空调的能耗约占总能耗的%,而且呈逐年增长的趋势。因此,认识清楚目前存在的问题,高效利用空调系统的能源,采取有效的节能措施就成为迫切需要解决的问题

11、。温湿控制是暖通空调重要内容之一。为了控制室内相对湿度,传统方法是将新风和回风混合后的空气冷却至足够低的露点温度,再通过二次加热、加湿等手段分别处理温度和湿度。这种方法控制简单,但明显存在同时冷却、加热、加湿的现象。这种再热形成的冷热抵消现象所引起的能耗是十分惊人的。随着我国综合国力的提高,不少工厂对生产工艺进行改进,以至恒温恒湿空调机组的需求量不断增加,从而导致能源消耗的加剧。在恒温恒湿类空调工程中改用合理的空气处理方式,杜绝冷热抵消后的节能效果是巨大的。对恒温恒湿空调系统进行节能研究,遂成为一个十分重要的课题。如果空调系统不作相应的控制调节,则在室外空气参数和室内负荷不断变化的情况下,将会

12、使室内参数发生相应的变化或波动,这样就不能满足设计要求,而且也会硕士论文引言浪费空调冷量和热量。因此,空调系统的设计和运行必须考虑在室外气象条件和室内热湿负荷变化时,系统如何进行调节,才能在全年内,既能满足室内温湿度要求,又能达到经济运行的目的。提高空调设备的调节质量,主要靠自动控制设备来实现。实际上,有许多手段可以影响房间的温度和湿度,但影响的程度是不一样的。前述二次加热方法对房间的温度影响很强,而对湿度的影响较小,反之,蒸汽加湿对房间的湿度影响很大,而对房间温度的影响较小。对于这种两个基本上独立的控制回路,只需采用简单的单回路控制方法就可获得理想的控制效果。而另外一些手段,如系统风量、水温

13、的调节,同时会对温度、湿度产生影响,圳。.国内外研究概况几十年来,在我国工业上的恒温恒湿类空调工程以及凡是对湿度有控制要求的空调工程中,为了控制室内相对湿度,总不得不用再热的处理方法,这几乎已成了机械工业、电子工业、医药工业等有关工程设计数十年的不变规律。可是这种再热形成的冷热抵消现象所引起的能耗是十分惊人的。因为,为了控制相对湿度,历来一贯的做法都是先把大量空气新风和回风的温度一直降低到必要的露点温度以下,以除去其中的水分,然后再行加热升温,才能保持室内一定的相对湿度。鉴于这种情况,近年来关于恒温恒湿空调系统的节能问题逐渐成为大家研究的重点,人们希望可以找到一种合理的空气再热处理方式,从而达

14、到节能的目的。下面将例来惯用的方法叙述如下:中小型恒温恒湿机组的典型处理方式对于各类产业中的中小型恒温恒湿空调工程,历来人们都是习惯采用相应容量的立式恒温恒湿机组。早期的恒温恒湿机组的空气处理和自动控制原理大致如图.所示。室内设置干球温度传感器和湿球温度传感器。冬季运行时由干球温度传感器分挡手动和自动控制电加热器的加热量。由湿球温度传感器控制电极加湿器内电加热器的开或关,以达到加湿的目的。夏季运行时制冷机及其供液管上的电磁阀打开,新风和回风混合后通过直接膨胀式表冷器降温去湿,大致达到所需的机器露点温度后,再根据干球温度传感器所表现出来的室内实时负荷要求控制再加热度。容量稍大的机组可以把直膨式盘

15、管按容量分成/和/两组,分别由大小两只电磁阀控制。这时电极加湿器与压缩机电源电路反锁,只要压缩机开,电极加湿器便不会有电。及至春秋季,其运行工况与夏季类似,只是这时为了节能,可根据实际湿负荷的大小手动选择其中的一只电磁阀作轻载运行。从原理上分析,图.所示的控制方式是属于固定露点温度控制,虽然在这里表冷器后并没有设置专门的露点温度控制装置。恒温恒湿空调系统的节能研究硕士论文图.柜式恒温恒湿型空调机组的控制原理图采用喷水室的空气处理方式及其自动控制图.所示是我国年代在大型恒温恒湿空调工程中采用的比较多的一种空气处理方式。图.为其相应的夏季工况空气处理过程的焓湿图。两图中的空气状态点起一一对应的。该

16、系统是一种典型的固定露点温度控制法。在这里,房间内的相对湿度控制只是在冬季才由相应的湿度传感器以闭式环路控制加湿器的运行图中省略。在夏季则取室内控制目标参数的计算露点温度如和%相对湿度下作为喷水室后机器露点温度设定值来实施定露点温度的控制。运行时为了达到室内所要求的温度和相对湿度,送风空气经喷水室喷淋降温去湿处理到恒定的露点温度点后,还需再行加热至必要的送风状态点。于此,人们不难看到,若仅就室内相对湿度而言,所用的是一个开环式控制,因为它没有直接来自室内的湿度反馈信号控制。正是由于控制的这种开环性质,这种固定露点温度控制方式只能适用于室内没有湿负荷、或者湿负荷很小或很稳定的场合,否则便成了隔靴

17、抓痒了。其对室内相对湿度的控制效果达%,自是不成问题的,而且只要条件具备,士%的湿度控制精度也是不难达到的。从严格的意义上说,由于空调室内或多或少总有些湿负荷产生,其热湿比尽管很大,但总不会是无穷大。图.中的左侧即表示这一情况。然而在很多实际工程中凡是要求室内保持恒定相对湿度或是有一定高限控制要求的,除了少量的工作人员外,基本上都不会有明显散湿的工艺生产设备。所以,只要围护结构有良好的隔汽防潮措施,室内的湿负荷基本上可以略而不计。这样,室内热湿比便可近似地视作等的垂直线。于是,图.中的左侧图可简化为右侧图。图中的表示设计计算工况下的送风温差。硕士论文引言图.采用喷水室和固定露点温度控制的空气处

18、理方式.室内空气状态.室外空气计算状态.新回风混合后状态.喷水室处理后的机器露点.送风状态图.喷水室夏季空气处理过程的焓湿图采用水冷表冷器和定露点温度控制方式图.所示为采用水冷表冷器和固定露点温度控制方式的空气处理流程。其空气处理过程与上述喷水室相类似,主要的不同在于水冷表冷器因是通过传热面的间接冷却,在相同的供冷温度条件下所能处理达到的机器露点温度显然高于喷水室。所以,在采用这种空气冷却设备时,需注意室内要求保持的基准温度和基准相对湿度所确定的露点温度不得太低。过低了,标准的制冷冷水机组即使供送的冷水,也可能会显得不够。在这种情况下,有时不得不采用低温乙二醇介质,或者昂贵的化学吸收或物理吸附

19、式除湿机组。图.所示为夏季工况下相应的各点空气状态。硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究睡凤图.采用冷水表冷器和固定露点温度控制的空气处理方式.室内空气状态点.夏季室外空气计算状态.新回风混合后状态.控制的固定露点温度.再热后的送风状态图.相应于图.的各点空气状态采用水冷表冷器和无露点温度控制方式图.所示是我国自年代后开始比较流行的一种恒温恒湿空调工程的空气处理方式和自动控制原理。在图.中,表示为了有效地控制室内的干球温度和相对湿度于所要求的控制精度范围内,室内装有干球温度传感器和电容式相对湿度传感器。由于加热器和加湿器的功能单一,只是分别与温度和湿度相关,故可分别单独由温度显示调节器和湿度显

20、示调节器进行控制。但是由于表冷器兼具降温和去湿两种功能,其运行既关系到室内的干球温度,又牵涉到室内的相对湿度,所以,需同时由两者信号控制,通过选择器经过比较,从两者信号中选取其中之大者,作为有效信号来控制表冷器的运行。这无异表明,如此控制的结果,干球温度和相对湿度两者的控制要求都将得到满足。否则,只要其中任一参数得不到满足,其相应的控制信号便会克服另一参数控制器的输出信号,而接手对表冷器施行符合其要求的控制。硕士论文引言图.采用冷水表冷器的恒温恒湿空调的空气处理及自动控制显然,这样的控制图式较之于前述几种进步得多。其控制的精度、可靠性也高得多。在相对湿度控制方面由于采用的是无露点控制,不必不问

21、青红皂白地一律把送风空气处理到露点温度,因而所需的再热量和冷热抵消量在某些情况下可能会较之于前述各种方式小些,但却不可能完全避免。其实,只要稍微深入一些分析,即可看到,在上述控制原理图中,选择器在绝大多数情况下总必然会选择湿度控制信号的,因为送风空气通过表冷器处理进入房间后,室内温度总不会过高,除非室内显热负荷较大。所以,其实际结果,冷热抵消现象在多数情况下不会比定露点温度控制方式好多少。有些文献【】给出了恒温恒湿类空调工程的空气处理新方式,图.所示为推荐采用的恒温恒湿类空调工程的空气处理新方式流程。图.为其相应的空气处理过程中的各点状态。图中左侧为其理论上的空气处理过程,右侧为基于工程实践的

22、简化图。厨风图.恒温恒湿空调工程的空气处理新方式及自动控制硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究.室内空气状态.夏季室外空气计算状态.对应室内空气状态下的露点.新回风混合后状态.送风空气干冷却后的送风状态图.对应于图.系统的夏季空气处理过程及各点状态另外一些学者从空调设备方面提出恒温恒湿制冷空调节能优化方案】:本改进方案中,制冷压缩机采用变频压缩机,由蒸发器出口温度控制压缩机频率,同时再热段的热负荷由制冷机组的部分冷凝负荷承担,加热段的风冷式换热器与室外风冷式冷凝器处于并联状态,由室内温度传感器控制在冷凝器和风冷式换热器两个支路上的流量控制器,两流量控制器处于反向联动状态。当室内冷负荷变小需要增

23、加再热量时,同时调节两流量控制器,增大风冷换热器管路制冷剂流量,减小空冷式冷凝器管路流量。我们把这种恒温恒湿空调装置称为冷热同源装置,具体示意图如图.所示:耋璺峥斌冷凑蕃器图.改进的恒温恒湿空调方案这种方法的主要特点是:首先由于用冷凝器的部分负荷替代了电加热器,减少了冷热抵消所需要的额外能耗,减少了总能耗,显著的提高了;其次随着室外温度的降低,造成再热量增大的原因为两方面:.室内负荷降低,需提高送风温度;.制硕士论文引言冷量增大,露点温度进一步降低。对于原因因采用冷热同源空调后,提高送风温度所需的热量由部分制冷剂冷凝提供,不消耗额外能源,故随着室外温度降低冷热同源空调的能耗并不增加,而传统恒温

24、恒湿空调则为了提高送风温度加入更多的能量,因此冷热同源空调节能效果愈加明显;基于原因采用变频式压缩机,由蒸发器出口空气温度传感器发出信号来控制变频压缩机转速,从而调节制冷系统的冷量输出,减少压缩机耗功,进一步降低恒温恒湿制冷空调整体系统能耗。由以上原因可知随着室外温度的降低,冷热同源空调比传统的恒温恒湿空调能耗更小,实际性能系数更高。还有文献【】指出在排风管道旁设置热回收装置,用排风的能量来预处理新风,可以减少引进新风所需的能耗。在夏季,室外空气温度一般都高于空调房间设定温度,新风量的引入是以增加空调系统冷负荷为代价的,此时应取最小新风量。其他季节,在保证最小新风量的前提下,应根据室内热湿负荷

25、、设定温湿度及室外空气状况选择合适的新风量及风系统形式一次回风、二次回风、全新风。由于恒温恒湿空调控制系统具有多变量、非线性、大时滞等特点,在许多工程案例中,每个回路单独运行都较正常,但是所有回路同时工作,整个系统就会不稳定。这是由于空调系统的各控制回路之间相互耦合、相互影响、相互干扰。普通的恒温恒湿机组因为要既兼顾温度精度又要兼顾相对湿度精度,往往在控制上会出现顾此失彼的现象。在控制方面,比例一积分一微分控制器作为最早实用化的控制器已有多年历史,现在仍然是应用最广泛的工业控制器。由于控制器有结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便,对模型的适用性好等特点,因而成为最为广泛的控制器?】。但是控制

26、要求对系统建立精确的数学模型,由于空调系统是一个多输入多输出、干扰大、高度非线性、不确定性的系统,而且各个回路之间的耦合强烈,运用控制在静、动特性上往往满足不了性能的要求。鉴于传统的控制的不足,国内外的学者开始尝试运用智能控制,如神经网络以及各种混合控制方法,来代替控制。但由于都是在单回路上的应用,在单回路上达到最优性能,在全局上却达不到最优性能,同时由于各个回路之间的调节温湿度有抵消作用,造成能耗的增加。有些学者运用一些优化方法进行全局上的优化控制或者用大系统理论进行全局协调控制,来确定各个单回路的给定值,但它们也是基于系统的模型比较确定的基础上,在系统很难建模的情况下,运用这些控制方法有很

27、大的难度,而且达不到全局性能的最优【】。在控制方面,模糊控制正在被应用到空调系统控制中来。模糊控制是一种不依赖于被控过程数学模型的仿人思维的控制技术。它可以利用领域专家的操作经验或知识建立被控系统的模糊规则,有较好的知识表达能力。 模糊控制是一种从属于智能控制的范畴的非线性控制。它直接采用语言型控制规则,出发点是现场操作人员的控制硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究经验或相关专家的知识,在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型。模糊控制按照被控对象可以分为三种结构形式,即一般结构形式、双模式结构形式和自组织结构形式。如模糊控制与控制结合的模糊控制为双模式结构,自适应模糊控制为自组织结构等。将模

28、糊控制和控制结合起来应用到恒温恒湿空调系统的控制中,使空调控制系统具有易于熟悉,可靠性高,适用性强,能获得专家知识和熟练操作经验的良好自动化效果等特点【】。国内在模糊控制方面的研究虽然起步较晚,但是发展很快,取得了一些令人鼓舞的成就。尽管如此,其应用成果的数量和质量均有待进一步提高。上世纪年代初,国内一些空调生产厂家率先从国外尤其是日本引进了模糊控制技术,目前已有一些产品问世。但是这些产品和国外先进技术相比还存在一定差距。表现在智能化程度不高、控制效果不太理想等, 要解决这些问题,不但需要控制领域的相关知识,更重要的是需要制冷学科的知识,因此作者认为应用研究的不深入是造成国产模糊控制器在空调系

29、统中应用效果不理想的主要原因,结合空调系统本身来研究模糊控制是提高家用空调性能的重要措施之一【】。嘲总之,空调控制自动化是暖通工艺与控制自动化技术相结合的统一体,二者是相互促进的。空调专业领域的迅速发展和不断更新,为控制自动化提供了广阔的应用前景,同时控制自动化技术的发展也为空调领域的开发提供了强有力的手段【。:本文研究内容鉴于以上所述,针对常用的纯蒸汽加湿、具有一次回风的恒温恒湿空调系统,本文主要作了以下几个方面的研究:对空调系统工艺机理进行了详细的分析,按照自动控制理论的思想,对温度、湿度参数的空调工艺实现过程进行了控制分解,给出了每一部分的自动控制实现框图。对恒温恒湿空调系统进行了能耗分

30、析,找出了室内温度和室外温度对冷负荷和热负荷的影响,分析了恒温恒湿空调几种不当空气处理方式,并对其所消耗的附加能耗进行了计算。针对现在常用的恒温恒湿空调系统,给出了一种新式节能的恒温恒湿空调结构,并对其进行了能耗分析,给出了自动控制系统实现方框图。针对提出的恒温恒湿空调节能设计方案,分析了在控制室内湿度时应用定露点调节的自动控制的不足和变露点调节的可能性。引入模糊控制技术,建立起室内湿度与空气处理后的露点温度二者之间变化的模糊逻辑关系,引进了变露点串级模糊控制法,以提高空调控制精度和加快调节过渡过程。引言 硕士论文通过工程算例,采用新式恒温恒湿空调结构,用变露点串级模糊控制法进行控制,利用数学

31、建模的方法对这一算例的室内温湿度进行模拟仿真,以考察室内温湿度是否达到要求。硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究恒温恒湿空调系统与定露点自动控制与舒适性空调相比,恒温恒湿空调主要用于将室内的温度、湿度、洁净度及气流速度控制在一定的波动范围内,以满足工业生产、科学研究等特殊场合对室内环境的要求。恒温恒湿空调系统的设计和运行必须考虑在室外气象条件和室内热湿负荷变化时,系统如何控制,才能在全年内,既能满足室内温湿度要求,又能达到经济运行的目的,为了达到这一目的,需要依靠空调自控系统来实现。空调自控系统是建立在暖通工艺与自控理论相结合的基础上的,实现空调自控系统的前提是遵从暖通工艺。只有遵从这个前提,

32、才能将自控理论的具体控制策略应用到实际当中。本章主要内容是分析恒温恒湿空调系统在各种工况下的暖通工艺与控制原理。.恒温恒湿空调系统结构具有新风预热器,用蒸汽加湿的一次回风空调系统,其结构如下图:铲鳓风翔潜誓萋冀警群譬譬磷嚣渗澍麓麓稿簿蠢蓁薹蠢蓍建薹摩图纯蒸汽加湿、一次回风恒温恒湿空调系统结构图此系统为四管制恒温恒湿空调系统,其中加热器用于在冬季空气处理过程中新风空气的预加热;表冷器用于在夏季工况下对混合风的降温除湿处理以除去混合风中的湿量;加热器用于在冬季模式下对混合风进行加热处理和夏季工况下对混合风进行再热处理;加湿器用于在冬季空气处理过程中对混合风进行加湿处理和夏季工况下的加湿处理。.恒温

33、恒湿空调系统的自动控制按照上图所示的恒温恒湿空调系统结构图所对应的空气处理方式,给出了系统控制原理图及其所需的自控器件,见下图:恒温恒湿空调系统与定露点自动控制 硕士论文击苓 耕 戮 附惜尊暗津 善 墨省溶霜 旨 苗 漆滔灌蠹辫攀 籀 辫 颜 滩炅融冲 西西酶飙筒汹鞠龆 招瘟 盈 警 筋兹藤器 嫌翟旨绺罄湃 垛谢 墨 唾 淹迎碾离益翟静溉搬。 孵 碡婊誊眚事敲建链瑟 始 髅瓣蹴 雠鼬祜觥靴觥黼涉 譬嗡碰 搬囊努辩孰。鞠瓣瞄辫图.纯蒸汽加湿、一次回风恒温恒湿空调系统定露点调节装置图是直接数字控制系统,为可编辑逻辑系统;是模拟输入量,是数字输入量,是模拟输出量,是数字输出量。输入量由测量仪器获得;

34、输出量要显示出来,让我们可以随时跟踪观测空调系统的运行状态,有些输出要传递给执行机构去调节被控对象。空调系统的主要工艺环节有加热、降温、加湿、除湿、过滤、循环风机及风门等,如图.所示。其中,降温除湿器的冷媒、加热器和加湿器的蒸汽都可通过调节阀连续控制。风门对于没有室内压力要求的系统,通常在调试过程中手动控制并固定开度。在空气经过空调机组的唯一冷却工艺装置时,降温与除湿过程同时进行。所以传统的空调控制中,分别使用一个温度分程调节回路和一个湿度分程调节回路。温度回路的分程输出控制加热蒸汽调节阀开度指令;湿度回路的分程输出分别控制加湿调节阀开度和除湿用冷冻水调节阀指令。空调系统的空气处理过程,按季节

35、可分为夏季模式、冬季模式和春秋过渡季节模式:对于不同季节模式的空气处理过程,应用不同模式的自动控制来实现,下面分别叙述。.恒温恒湿空调系统的夏季工况.夏季模式空气处理过程夏季模式空气处理过程在图上的表示如下:硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究一室外空气状态点二室内空气状态点 一混合点状态点一送风状态点 一混合风对应的露点状态点一露点温度图.夏季空气处理过程阳图对夏季空气处理模式进行以下说明:表冷器对降低室内温度与除去室内湿度的具有双重作用。图上可以看出,暖通空调工艺必须以除湿优先来设计空调系统,在设计空调系统时,负荷计算、送风温差、送风量的确定以及表冷器的容量选择均以满足除湿条件为前提,然后

36、再考虑温度条件。当表冷器处理空气温湿度出现矛盾时,只能有一种情况,温度满足而除湿不够。为解决这个矛盾,只有再次降温除湿,直至除湿满足条件。然后利用二次加热对温度进行补偿。如果出现除湿满足条件,而降温不够时,这种情况是暖通工艺所不允许的。原因很简单,再次降温后,虽然能满足降温需要,但是空气的机器露点温度会下降,将导致除湿过大,而湿度无法补偿,需要加湿器再进行加湿,这种空气处理方式是及其不当的,能耗很大。从图.可以看出,图上为该时刻所需处理到的露点温度,当风量一定时,露点温度只与有关。定风量时,对于室内余湿不大的干环境空调房间,/,较小,因此,对于相对湿度要求不是很严格的空调系统,可以忽略的变化,

37、进行定露点调节控制。这样,定露点调节控制本身就隐含着不精确的问题。定风量时,对于室内余湿量较大的湿环境空调房间,/,较大,因而,对于相对湿度要求很严格的空调系统,不能忽略,必须进行变露点调节控制。整个处理过程可写成:恒温恒湿空调系统与定露点自动控制 硕士论文送入房间混合 冷却减湿 . 干加热.?叶图.夏季空气处理工艺流程.夏季模式自动控制的实现.室内湿度的自动控制用表冷器降温除湿来实现混合风定露点温度的控制,从而维持室内的相对湿度在要求的范围内。其空气处理过程对应于图.中的从到的冷却减湿过程。反馈控制系统框图如下【】:图.夏季模式室内湿度控制系统框图说明:由露点温度传感器传入的露点温度。与温度

38、给定值所得的差值作为调节器的输入,输出值为混合风表冷器的阀门开度,以控制混合风处理后的露点温度为一恒定值,然后经过干加热过程后送入房间,控制室内空气相对湿度。其中,沿框图方向第一部分干扰来自从室外引进的新风湿负荷,该负荷随室外气候变化而变化,产生扰量。第二部分干扰来自于室内湿源和维护结构传湿而引起的湿负荷的扰动产生的扰量。从框图上可知,前半部分为露点温度控制过程,属于单回路闭环控制系统,具有自动修正被控量偏离给定值的能力,控制精度高。而整个框图为室内相对湿度控制过程,属于单回路开环控制系统。从自动控制角度来说,开环控制系统控制精度低,抗干扰能力差,说明了定露点调节法的不足。.室内温度的自动控制

39、用再热器补偿表冷器因控制露点温度而产生的过冷量,实现对室温的控制,使室恒温恒湿空调系统的节能研究硕士论文内温度维持在要求的范围内。由于表冷器除湿,使送风温度低于室内温度控制所需要的送风温度,如果不进行温度补偿,会导致室内温度过低。此时用二次加热器对送风进行加热,补偿其冷量。其空气处理过程对应于图.中到的干加热部分。反馈控制系统框图见下图:图.夏季模式室内温度控制系统框图说明:由干球温度传感器?测得的室内温度与温度给定值所得的差值作为调节器的输入,输出值为混合风加热器的阀门开度,使混合风处理后达到送风状态点,以控制室内空气温度。.室内温度控制综合分析通过对整个恒温恒湿空调系统的分析,可以得到温度

40、控制的综合分析框图:嗣翱暖撇图.夏季模式室内温度控制系统综合分析框图在控制混合风露点温度过程中,也就是维持室内相对湿度过程中,附带产生了温度扰量,这是不可避免的。通过对恒温恒湿空调系统的综合分析,整个温度控制系统框图,主要有种扰量:新风进出空调系统,与室内焓值之差产生新风冷负荷该负荷随外界天气状况变化而变化的产生扰量和在控制露点温度过程中,由于表冷器处理空气过冷附带产生的温度扰量合称为干扰。室外热量通过围护结构传给室内产生冷负荷该冷负荷受室外天气的变化而变化产生的波动扰量和室内热源直接将热量由于室内人员的变动,照明、机电设恒温恒湿空调系统与定露点自动控制 硕士论文备的开停所产生的余热变化,也直

41、接影响室温散出形成的冷负荷扰量合称为干扰。但是从整个框图上看,温度控制仍然是一个单回路的闭环系统。无论造成偏差的原因是外来扰量,还是内部扰量,控制作用均能反映,且总是使系统偏差趋于零。因此,具有自动修正被控量偏离给定值的能力,控制精度高。.恒温恒湿空调系统的冬季工况.冬季模式空气处理过程冬季模式空气处理过程在图上的表示如下:。一室外空气状态点一室内空气状态点一混合点状态点一送风状态点一新风预热后状态点 ?对应的露点状态点一混合风干加热后状态点一露点温度图.冬季空气处理过程图预热器的作用当室外温度低于时,预热器电动调节阀动作,将新风加热到;当室外温度高于时,则预热器电动调节阀关闭。预热器可以起到

42、防霜冻作用,在非寒冷地区,可以不用。露点温度的分析空气二次加热后,进行喷蒸汽加湿,使空气的露点温度达到。整个处理过程可写成:幽立.塑虬王茎直鱼旦岫.一一.恒温恒湿空调系统的节能研究硕士论文.冬季模式自动控制的实现.室内温度的自动控制预热控制当室外干球温度低于时,开启预热器阀门给新风预热,使预热后的新风温度保持在,当室外干球温度高于时,关闭预热器阀门。其空气处理过程对应于图.中到的干加热过程。反馈控制系统框图如下:千殍温度传感器图.预热温度控制系统框图空气预热温度控制系统,为单回路闭环控制系统,当室外温度低于时,启动该控制系统,使预热后空气温度保持在。其中的干扰来自于室外新风负荷,该负荷受室外气

43、侯的影响产生扰动。二次加热的室温控制由干球温度传感器,测得的室内温度。与温度给定值所得的差值作为调节器的输入,输出值为混合风加热器的阀门开度,使混合风处理后达到送风状态点所对应的温度值,以控制室内空气温度。其空气处理过程对应于图.中到的干加热过程。反馈控制系统框图如下:千球温度传感矗图.冬季模式室温控制系统框图室内温度控制综合分析控制框图见下图:恒温恒湿空调系统与定露点自动控制 硕士论文千球越鲥湫图.冬季模式室温控制综合分析框图室内温度控制系统为单回路闭环控制系统。框图中,主要有种扰量:新风进出空调系统,与室内焓值之差产生新风热负荷,该负荷随外界天气状况变化而变化,产生扰量。当室外温度低于时,

44、空气预热温度控制系统补偿了一部分热量,降低了新风扰量。该扰量称为干扰。室内热量通过围护结构传给室外产生热负荷该热负荷受室外天气的变化而变化而产生波动扰量和室内热源直接将热量散出减少了室内热负荷形成扰量室内人员的变动,照明、机电设备的开停所产生的余热变化,会对室温产生扰动合称为干扰。但是从整个框图上看,温度控制仍然是一个单回路的闭环系统。无论造成偏差的原因是外来扰量,还是内部扰量,控制作用均能反映,且总是使系统偏差趋于下降。因此,具有自动修正被控量偏离给定值的能力,控制精度高。.室内湿度的自动控制由露点温度传感器测得的露点温度。与露点温度给定值所得的差值作为调节器的输入,输出值为混合风蒸汽加湿器

45、的阀门开度,以控制混合风处理后的露点温度为一恒定值,达到送风状态点,将混合风送入房间,控制室内空气相对湿度。其空气处理过程对应于图.中到的干蒸汽加湿过程。反馈控制系统框图如下:棚翻悯图.冬季模式室内湿度控制系统框图从框图上可知,前半部分为露点温度控制过程,属于单回路闭环控制系统,具有硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究自动修正被控量偏离给定值的能力,控制精度高。而整个框图为室内相对湿度控制过程,属于单回路开环控制系统。从自动控制角度来说,开环控制系统控制精度低,抗干扰能力差,说明了定露点调节法的不足。.恒温恒湿空调系统的过渡季工况.春秋季模式空气处理过程春秋季节工况复杂,雨雪天气会使室外温湿度变化较大,空气处理过程也要随之变化,一段时间内可能会出现需要按照冬季模式方式进行空气处理的工况,也可能会出现需要按照夏季模式方式进行空气处理的工况。过渡季节,除了不定时地出现冬季、夏季两种模式工况外,也可能遇到下面的模式工况,即混合点在送风状态点的左上方,本文称这种模式为第三种工况模式。空气处理过程在图上的表示如下【:一室外空气状态点二室内空气状态点一混合点状态点。一送风状态点点对应的露点状态点一混合风干冷却后状态点图.过渡季节空气处理过程图整个处理过程可写成:盟避受墅也坠.