空调系统温湿度弱关联控制方法

摘要

本发明一种空调系统温湿度弱关联控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，调节换热器的蒸发温度或冷凝温度以实现对送风温度的控制；步骤2，调节换热器的吸湿或放湿的持续时间以实现对送风湿度的控制。本发明相对于已公开的专利或其它文献中的空气调节装置控制策略具有以下优点：(1)充分发挥热质弱耦合换热器传热和传质过程弱关联的特征，从而既提高了温湿度弱关联控制空调系统实现温湿度独立控制的灵活性又充分保证了所述空调系统的高效性；(2)所述控制策略不同于以往的以温度控制为主或者以湿度控制为主的控制策略，而是实现了温湿度同时控制，从而极大地提高了诉述空调系统的送风舒适性。

权利要求

1.一种空调系统温湿度弱关联控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，调节换热器的蒸发温度或冷凝温度以实现对送风温度的控制；

步骤2，调节换热器的吸湿或放湿的持续时间以实现对送风湿度的控制；

步骤2包括：

步骤2.1，建立时均吸湿速率 与吸湿或放湿的持续时间τ之间的曲线关系；

步骤2.2，确定时均吸湿速率

步骤2.3，确定送风湿度。

2.根据权利要求1所述的空调系统温湿度弱关联控制方法，其特征在于，采用ε-NTU法确定蒸发温度或冷凝温度Tevap，蒸发温度或冷凝温度Tevap满足：Tout＝Tin-(Tin-Tevap)(1-e-NTU)其中，Tout为送风温度，Tin为换热器进风温度，Tevap为蒸发或冷凝温度，NTU为换热器传热单元数。

3.根据权利要求2所述的空调系统温湿度弱关联控制方法，其特征在于，换热器传热单元数NTU满足：其中，Ga为所处理空气的质量流量，Cp,a为所处理空气的比热容，h为空气侧显热对流换热系数，A为空气侧换热面积。

4.根据权利要求1所述的空调系统温湿度弱关联控制方法，其特征在于，步骤2.1中，单位质量吸湿剂的时均吸湿速率 满足：其中，ρa表示进风密度，Qa表示进风量，(dij-doj)表示第j个换热器两侧的湿度传感器读数的差，m表示换热器上所涂覆的吸湿剂的总质量，n表示正整数，t0表示温、湿度传感器的数据采集时间间隔；

吸湿或放湿的持续时间τ满足：

τ＝n×t0。

5.根据权利要求1所述的空调系统温湿度弱关联控制方法，其特征在于，步骤2.2，确定时均吸湿速率 满足：其中，Δwt表示单位质量吸湿剂在吸湿或放湿的持续时间τ内的总吸湿量，τ表示吸湿或放湿的持续时间。

6.根据权利要求5所述的空调系统温湿度弱关联控制方法，其特征在于，步骤2.2中，单位质量吸湿剂在吸湿或放湿的持续时间τ内的总吸湿量Δwt满足：其中，w1表示在蒸发状态下，单位质量吸湿剂达到饱和吸湿时的含湿量；w2表示在冷凝状态下，单位质量吸湿剂达到饱和吸湿时的含湿量；k表示吸湿速率常数。

7.根据权利要求1所述的空调系统温湿度弱关联控制方法，其特征在于，步骤2.3中，根据时均吸湿速率确定送风湿度dao，送风湿度dao满足：其中，Ga表示通过蒸发器的风量；m表示换热器上所涂覆的吸湿剂的总质量；dai表示蒸发器进口空气的含湿量。

说明书

空调系统温湿度弱关联控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种空气调节装置的控制方法，特别涉及一种利用热质弱耦合传递换热器构建的空调系统，为了实现其送风温度(显热换热能力)及送风含湿量(潜热处理能力)独立控制的要求而设计的控制方法。

背景技术

[0002] 将具有吸湿功能的材料涂覆在换热器的表面，可构成一种能对空气潜热进行高效处理的换热器。将传统蒸汽压缩制冷系统中的翅片管换热器替换为这种表面涂覆有除湿剂的换热器以下简称除湿换热器，形成一种高效的新风除湿机以下简称吸附除湿机，已经有下述空气调节装置例如，中国专利CN 1864033A、CN 101171459A,即：在一个含有多个换热器的蒸汽压缩制冷循环中，至少有一个换热器是除湿换热器，利用除湿换热器对空气进行湿度调节，再利用其它的换热器或者另外的空调系统对空气进行温度调节。

[0003] 前述的吸湿剂涂覆换热器，在已公开的专利或其它文献中，其显著的特征在于主要或只用于处理新风的湿负荷，而新风的显热负荷及潜热负荷仍然需要额外的换热设备或者空调系统去处理。因此使得整个空调系统占用的空间大，系统的初投资高，系统控制繁琐。因此，现有技术相继提出了一种解决这类问题的热质弱耦合传递的换热器，以及基于这类换热器所设计的房间空调器，既满足了高效处理潜热负荷的要求，也满足了高效处理显热负荷的要求；既提高了送风的舒适性，又保持了整个空调系统结构紧凑。但是在实际运行和使用过程中，往往面临空调工况的变化而偏离原来的设计工况，如果不能进行合理控制，则整个空调系统的性能将会严重恶化。

发明内容

[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种对空调系统实现合理控制的空调系统温湿度弱关联控制方法。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明一种空调系统温湿度弱关联控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0006] 步骤1，调节换热器的蒸发温度或冷凝温度以实现对送风温度的控制；

[0007] 步骤2，调节换热器的吸湿或放湿的持续时间以实现对送风湿度的控制。

[0008] 优选地，采用ε-NTU法确定蒸发温度或冷凝温度Tevap，蒸发温度或冷凝温度Tevap满足：

[0009] Tout＝Tin-(Tin-Tevap)(1-e-NTU)

[0010] 其中，Tout为送风温度，Tin为换热器进风温度，Tevap为蒸发或冷凝温度，NTU为换热器传热单元数。

[0011] 优选地，换热器传热单元数NTU满足：

[0012]

[0013] 其中，Ga为所处理空气的质量流量，Cp,a为所处理空气的比热容，h为空气侧显热对流换热系数，A为空气侧换热面积。

[0014] 优选地，步骤2包括：

[0015] 步骤2.1，建立时均吸湿速率 与吸湿或放湿的持续时间τ之间的曲线关系；

[0016] 步骤2.2，确定时均吸湿速率

[0017] 步骤2.3，确定送风湿度。

[0018] 优选地，步骤2.1中，单位质量吸湿剂的时均吸湿速率 满足：

[0019]

[0020] 其中，ρa表示进风密度，Qa表示进风量，(dij-doj)表示第j个换热器两侧的湿度传感器读数的差，m表示换热器上所涂覆的吸湿剂的总质量，n表示正整数，t0表示温、湿度传感器的数据采集时间间隔；

[0021] 吸湿或放湿的持续时间τ满足：

[0022] τ＝n×t0。

[0023] 优选地，步骤2.2，确定时均吸湿速率 满足：

[0024]

[0025] 其中，Δwt表示单位质量吸湿剂在吸湿或放湿的持续时间τ内的总吸湿量，τ表示吸湿或放湿的持续时间。

[0026] 优选地，步骤2.2中，单位质量吸湿剂在吸湿或放湿的持续时间τ内的总吸湿量Δwt满足：

[0027]

[0028] 其中，w1表示在蒸发状态下，单位质量吸湿剂达到饱和吸湿时的含湿量；w2表示在冷凝状态下，单位质量吸湿剂达到饱和吸湿时的含湿量；k表示吸湿速率常数。

[0029] 优选地，步骤2.3中，根据时均吸湿速率确定送风湿度dao，送风湿度dao满足：

[0030]

[0031] 其中，Ga表示通过蒸发器的风量；m表示换热器上所涂覆的吸湿剂的总质量；dai表示蒸发器进口空气的含湿量。

[0032] 本发明相对于已公开的专利或其它文献中的空气调节装置控制策略具有以下优点：

[0033] (1)充分发挥热质弱耦合换热器传热和传质过程弱关联的特征，从而既提高了温湿度弱关联控制空调系统实现温湿度独立控制的灵活性又充分保证了所述空调系统的高效性；

[0034] (2)所述控制策略不同于以往的以温度控制为主或者以湿度控制为主的控制策略，而是实现了温湿度同时控制，从而极大地提高了诉述空调系统的送风舒适性。

附图说明

[0035] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

[0036] 图1为本发明空调系统温湿度弱关联控制方法吸湿剂的时均吸湿速率曲线图；

[0037] 图2为本发明空调系统温湿度弱关联控制方法吸湿剂的时均吸湿速率曲线实验测试示意图。

具体实施方式

[0038] 下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

[0039] 本发明首先调节蒸发温度或冷凝温度满足送风温度(显热负荷)的要求；然后根据特定温度下吸湿剂的时均吸湿速率曲线确定吸湿/放湿过程持续的时间来满足送风湿度(潜热负荷)的要求。

[0040] 具体而言，本发明是通过以下方法实现的：

[0041] 第一，根据ε-NTU法或者其它实验方法来确定满足送风温度所需要的蒸发温度Te,其中空气侧的显热对流换热系数h可依据所采用的换热器结构对应的经验公式或其它模拟软件进行计算。

[0042] 所述的ε-NTU法可以表示为：

[0043] Tout＝Tin-(Tin-Tevap)(1-e-NTU)，其中Tout为出风温度，Tin为换热器进风温度，Tevap为蒸发或冷凝温度，NTU为换热器传热单元数，NTU可通过下式定义，

[0044] Ga为所处理空气的质量流量，Cp,a为所处理空气的比热容，h为空气侧显热对流换热系数，A为空气侧换热面积。

[0045] 第二，依据所要求的出风湿度，通过下式计算相应的时均吸湿速率

[0046]

[0047] 其中Ga为通过蒸发器的风量，kg/s；ms为换热器上所涂覆的吸湿剂的总质量，kg；dai指蒸发器进口空气的含湿量，dao为要求的送风含湿量，kg/kg干空气。然后查找第一步中所得到的蒸发温度Te对应的平均吸湿速率曲线(如图1)上 所对应的吸湿过程持续时间τ。

[0048] 本发明所述的平均吸湿速率 是指单位质量吸湿剂在时间τ内的总吸湿量与所用时间τ的比值，可通过下式定义，

[0049] 其中Δwt表示单位质量吸湿剂在时间τ内的总吸湿量。特别地，诉述吸湿剂的Δwt随时间t的变化可以通过下式进行估算，

[0050] Δwt＝Δw∞×(1-e-k×t)，其中Δw∞表示单位质量吸湿剂在一个循环中的最大可能吸湿量，k表示吸湿速率常数。所述的循环指吸湿剂在两个工作状态下周期性地重复吸湿和放湿过程，其中一个工作状态指所述换热器作为蒸发器，蒸发温度为Te，进风温度为Ta1，进风含湿量为da1，此时单位质量吸湿剂达到饱和吸湿时的含湿量为w1；另一个工作状态指所述换热器作为冷凝器，冷凝温度为Tc，进风温度为Ta2，进风含湿量为da2，此时吸湿剂达到饱和吸湿时的含湿量为w2。因此，

[0051] Δw∞＝w1-w2

[0052] 根据以上推理分析，本发明所述的平均吸湿速率 可以通过下式进行估算，当时间τ较短时(例如τ＜10分钟)，可以进一步简化为，

[0053]

[0054] 另外，所述的平均吸湿速率 也可以通过实验方法进行测定，假设待测量的所述热质弱耦合传递换热器上所涂覆的吸湿剂的质量为m，平均吸湿速率曲线建立的方法如下，如图2所示：

[0055] 1，依据所需要的蒸发温度Te和冷凝温度Tc，分别将第一热源1和第二热源2的出水温度设为Te和Tc，设定测量所用的进风量Qa，进水量Qw，并设定温湿度传感器6的数据采集时间间隔为t0；

[0056] 2，打开第二阀门4，将温度为Tc的热水通入待测换热器中，持续10分钟左右；

[0057] 3，关闭第二阀门4，打开第一阀门3，将温度为Te的冷水通入待测换热器中，此时待测换热器用作蒸发器，记录换热器两侧的温度传感器5和湿度传感器6的读数Ti,n和di,n、To,n和do,n，并记录下该过程持续时间τ1；

[0058] 4，关闭第一阀门3，打开第二阀门4，将温度为Tc的热水通入待测换热器中，此时待测换热器用作冷凝器，记录换热器两侧的温度传感器5和湿度传感器6的读数Ti,n和di,n、To,n和do,n，并记录下过程持续时间τ2；

[0059] 5，依次重复过程3和过程4，测量至少3个循环；

[0060] 6，根据下式计算待测换热器用作蒸发器时单位质量吸湿剂的时均吸湿速率，[0061]

[0062] 其中ρa表示进风密度，Qa表示进风量，(dij-doj)表示第j个换热器两侧的湿度传感器读数的差，m表示换热器上所涂覆的吸湿剂的总质量，n表示正整数，t0表示温、湿度传感器的数据采集时间间隔。式中ρa的单位时kg/m3,Qa的单位时m3/s,do和di的单位是kg/kg干空气，t0单位为秒(s)，m的单位为kg。分别计算第n次测量时的 从而得到τ＝n×t0时间内的单位质量吸湿剂的时均吸湿速率 将所得到的每一组 表示在坐标图中，即可形成如图1所示的平均吸湿速率曲线。

[0063] 本发明所述的温湿度弱关联控制策略的一个特征在于：当空调负荷的显热负荷增加而潜热负荷不变时，蒸发温度不变只需要减小吸湿过程的持续时间(例如图1中的C→B过程)；当显热负荷不变，潜热负荷增加时，需要先降低蒸发温度满足送风温度的要求，然后根据送风湿度要求，在新的蒸发温度下选择相应的吸湿过程持续时间(例如图1中的A→C过程)；当显热负荷减小，潜热负荷也减小时，需要先提高蒸发温度满足送风温度的要求，然后根据送风湿度要求，在新的蒸发温度下选择相应的吸湿过程持续时间(例如图1中的B→A过程)。

[0064] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。