一种具有新风能量补偿节能型恒温恒湿机组及其控制方法

摘要

本发明公开了一种具有新风能量补偿节能型恒温恒湿机组及其控制方法，该机组包括回风温湿度变送器、回风机、排风风阀、混风风阀、风压差变送器、新风风阀、新风温湿度变送器、送风机、送风温湿度变送器和控制器；该方法比较新风和回风余热、余湿，根据最节能、最快速的原则动态切换新风风阀的控制对象，即温度或湿度，同时在某些调节区域还可增加制冷或加热或加湿功能，最终把目标温湿度稳定在要求的范围内。本发明不仅根据焓值进行控制，同时将回风的温度和湿度作为控制对象，控制过程简单方便，满足恒温恒湿的要求，同时节能环保。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种节能型空调机组和控制方法，尤其涉及的是一种具有新风能量 补偿节能型恒温恒湿机组及其控制方法。

背景技术

目前对于带新风的空调机组，很多厂家只根据焓值控制，简单比较回风焓值和新风 焓值的大小，以制冷为例，如果新风焓值高于回风机焓值，新风风阀开到最小或关闭， 采用最小新风量运行或关闭新风风阀，如果新风焓值低于回风焓值，新风风阀全开，采 用全新风方式运行。另外有些厂家在过渡季节不但能够根据新风焓值控制，还能让新风 风阀调节温度或湿度，但整个调节过程中只能调节温度或湿度，不能根据回风温湿度、 新风温湿度的变化情况做出最有效选择。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种具有新风能量补偿节能型恒温 恒湿机组及其控制方法，在不同的情况下比较新风和回风余热、余湿，根据最节能、最 快速的原则动态切换新风风阀的控制对象。

技术方案：本发明的机组包括回风温湿度变送器、回风机、排风风阀、混风风阀、 风压差变送器、新风风阀、新风温湿度变送器、送风机、送风温湿度变送器和控制器； 其中：回风温湿度变送器设置于回风机的进风口上，新风温湿度变送器设置于新风风阀 的进口上，送风温湿度变送器设置于送风机的出风口上，混风风阀的进口设置在回风机 的出风口和排风风阀的出口上，风压差变送器的一端和混风风阀的出口相连，风压差变 送器的另一端和新风风阀的入口相连，风压差变送器、排风风阀、混风风阀、新风风阀、 回风温湿度变送器、新风温湿度变送器和送风温湿度变送器分别和控制器相连。

一种具有新风能量补偿节能型恒温恒湿机组的控制方法，制冷过程的控制包括以下 步骤，

1)检测新风温度t_W和新风湿度回风温度t_N和回风湿度分别计算得到 新风绝对湿度d_W、新风焓值h_W、回风绝对湿度d_N和回风焓值h_N，根据目标温度t_S和目标湿度计算目标绝对湿度d_S和目标焓值h_S；

2)判断是否新风焓值h_W大于或等于回风焓值h_N，如是，则新风风阀和排风风阀 开到最小开度，混风风阀进行调节以维持风压差变送器的压力为定值，如不是，则进入 下一步；

3)判断是否新风温度t_W大于或等于目标温度t_S，且新风绝对湿度d_W大于或等于 目标绝对湿度d_S，如是，则排风风阀和新风风阀开到最大，混风风阀关闭，如不是， 则进入下一步；

4)计算回风余湿W_N、回风余热Q_N、新风余湿W_W和新风余热Q_W，

W_N＝2500×(d_N-d_S)+c_p·q×t_N×(d_N-d_S)，

Q_N＝c_p·g×(t_N-t_S)+c_p·q×d_S×(t_N-t_S)，

W_W＝2500×(d_W-d_S)+c_p·q×t_S×(d_W-d_S)，

Q_W＝c_p·g×(t_W-t_S)+c_p·q×d_W×(t_W-t_S)，

c_p·q为水蒸汽的定压比热，c_p·g为干空气的定压比热，

当Q_N≥W_N，则判断是否|Q_W|≥|W_W|，如是，则新风风阀的开度以回风温度t_N和 目标温度t_S的差值作为控制量，如不是，再判断是否|Q_W|≥W_N，如是，则新风风阀的 开度以回风温度t_N和目标温度t_S的差值作为控制量，如不是则新风风阀的开度以回风 绝对湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量；

5)当Q_N＜W_N，则判断是否|Q_W|＜|W_W|，如是，则新风风阀的开度以回风绝对 湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量，如不是，再判断是否|W_W|≥Q_N，如 是，则新风风阀的开度以回风绝对湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量，如 不是，则新风风阀的开度以回风温度t_N和目标温度t_S的差值作为控制量。

所述步骤4)和步骤5)中，排风风阀和新风风阀保持联动，混风风阀进行调节以 维持风压差变送器的压力为定值。

所述步骤2)中定值的取值范围为5～10Pa。

一种具有新风能量补偿节能型恒温恒湿机组的控制方法，制热过程的控制包括以下 步骤，

1)检测新风温度t_W和新风湿度回风温度t_N和回风湿度分别计算得到 新风绝对湿度d_W、新风焓值h_W、回风绝对湿度d_N和回风焓值h_N，根据目标温度t_S和目标湿度计算目标绝对湿度d_S和目标焓值h_S；

2)判断是否新风焓值h_W小于或等于回风焓值h_N，如是，则新风风阀和排风风阀 开到最小开度，混风风阀进行调节以维持风压差变送器的压力为定值，如不是，则进入 下一步；

3)判断是否新风温度t_W小于或等于目标温度t_S，且新风绝对湿度d_W小于或等于 目标绝对湿度d_S，如是，则排风风阀和新风风阀开到最大，混风风阀关闭，如不是， 则进入下一步；

4)计算回风余湿W_N、回风余热Q_N、新风余湿W_W和新风余热Q_W，

W_N＝2500×(d_N-d_M)+c_p·q×t_N×(d_N-d_M)

Q_N＝c_p·g×(t_N-t_S)+c_p·q×d_S×(t_N-t_S)，

W_W＝2500×(d_W-d_S)+c_p·q×t_S×(d_W-d_S)，

Q_W＝c_p·g×(t_W-t_S)+c_p·q×d_W×(t_W-t_S)，

当|Q_N|≥|W_N|，则判断是否Q_W≥W_W，如是，则新风风阀的开度以回风温度t_N和 目标温度t_S的差值作为控制量，如不是，再判断是否Q_W≥|W_N|，如是，则新风风阀的 开度以回风温度t_N和目标温度t_S的差值作为控制量，如不是，则新风风阀的开度以回 风绝对湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量；

5)当|Q_N|＜|W_N|，则判断是否Q_W＜W_W，如是，则新风风阀的开度以回风绝对 湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量，如不是，再判断是否W_W≥|Q_N|，如 是则新风风阀的开度以回风绝对湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量，如不 是，则新风风阀的开度以回风温度t_N和目标温度t_S的差值作为控制量。

本发明的工作原理是：本发明根据机组制冷或制热工况把新风和回风焓值、目标温 度、绝对湿度把焓湿图各分为三个不同区域，比较新风和回风余热、余湿，根据最节能、 最快速的原则动态切换新风风阀的控制对象，即温度或湿度，同时在某些调节区域还可 增加制冷或加热或加湿功能，最终把目标温湿度稳定在要求的范围内。整个控制过程均 由可编程的控制器预编写好的程序自动完成，无需人工干预。

有益效果：本发明相比现有技术具有以下优点，本发明不仅根据焓值进行控制，同 时将回风的温度和湿度作为控制对象，控制过程简单方便，满足恒温恒湿的要求，同时 节能环保。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明制冷时焓湿图的分区图；

图3是本发明制冷时新风风阀的控制流程图；

图4是本发明制热时焓湿图的分区图；

图5是本发明制热时新风风阀的控制流程图。

具体实施方式

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，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。

如图1所示，本实施例包括回风温湿度变送器1、回风机2、排风风阀3、混风风阀 4、风压差变送器5、新风风阀6、新风温湿度变送器7、送风机8、送风温湿度变送器9、 控制器、冷源10、热源11和加湿器12；其中：回风温湿度变送器1设置于回风机2的 进风口上，新风温湿度变送器7设置于新风风阀6的进口上，送风温湿度变送器9设置 于送风机8的出风口上，混风风阀4的进口设置在回风机2的出风口和排风风阀3的出 口上，风压差变送器5的一端和混风风阀4的出口相连，风压差变送器5的另一端和新 风风阀6的入口相连，新风风阀6的出口、冷源10、热源11和加湿器12依次相连，加 湿器12的出口和送风机8的进口相连，风压差变送器5、排风风阀3、混风风阀4、新 风风阀6、回风温湿度变送器1、新风温湿度变送器7和送风温湿度变送器9分别和控 制器相连，回风温湿度变送器1、新风温湿度变送器7和送风温湿度变送器9将温湿度 数据传输至控制器，风压差变送器5将压力差数据传输至控制器，由控制器计算后输出 控制命令至排风风阀3、混风风阀4和新风风阀6。冷源10是冷冻水，在其他实施方式 中也可以是直接蒸发式，热源11是电加热，在其他实施方式中可以是蒸汽加热或其他 加热方式，加湿器12是电热式，在其他实施方式中也可以是电极式、蒸汽加湿式或其 他加湿方式。

排风风阀3、混风风阀4和新风风阀6均为可控的模拟量，各风阀开度均可在0～ 100％范围内任意调节，风压差变送器5用来测量进入混风风阀4之后的空气和外界空 气的压力差，通过控制器调节混风风阀4的开度，来控制该压力差为一个定值，保证新 风能够进入机组。

如图2和图3所示，制冷工况下把焓湿图分为A、B、C三个区域，N为回风点，W 为新风点，S为目标点。制冷过程的新风风阀6控制过程如下：

(1)首先利用回风温湿度变送器1、新风温湿度变送器7和送风温湿度变送器9 检测新风温度t_W和湿度回风温度t_N和湿度分别计算得到新风绝对湿度d_W、 新风焓值h_W、回风绝对湿度d_N和回风焓值h_N，然后根据目标温度t_S和湿度计 算目标绝对湿度d_S和目标焓值h_S；

计算绝对温度T：T＝t+273，t是摄氏温度，

计算饱和水蒸汽分压力p_q.b：

当-100≤t＜0℃时

ln(p_q.b)＝c₁/T+c₂+c₃×T+c₄×T²+c₅×T³+c₆×T⁴+c₇×ln(T)

当0≤t＜200℃时

ln(p_q.b)＝c₈/T+c₉+c₁₀×T+c₁₁×T²+c₁₂×T³+c₁₃×ln(T)

c1～c13是常数，可以通过查阅《空气调节》(中国建筑工业出版社，1994年11 月)得到具体数据。

计算水蒸汽分压力p_q：是相对湿度，

计算绝对湿度d：其中B为大气压力，

计算焓值h：h＝1.01×t+0.001×d×(2501+1.84×t)；

(2)判断是否新风焓值h_W大于或等于回风焓值h_N，如是，即新风温湿度落在A 区，则新风风阀6和排风风阀3开到最小开度(预设为10％，可以调整)，机组以最小新 风量运行，混风风阀4进行调节以维持进入混风风阀4后的空气和外界空气的压力差不 变，即保持风压差变送器5的压力为8Pa；如不是，则进入下一步；

(3)判断是否新风温度t_W大于或等于目标温度t_S，且新风绝对湿度d_W大于或等 于目标绝对湿度d_S，即新风焓值小于回风焓值，如是，即新风温湿度落在B区，则排 风风阀3和新风风阀6开到最大，混风风阀4关闭，采用全新风方式最节能；如不是， 则进入下一步；

(4)当新风温湿度落在C区，由于新风温度、绝对湿度不但低于回风温度、绝对湿 度，而且也低于目标温度、绝对湿度，这时新风既可以降低回风的温度，也可以降低回 风湿度，但新风在C区的不同位置时具有的余热和余湿不同，如果回风中的余热很多， 而余湿较少，尽可能利用新风中的余热来去除回风中的余热；如果回风中余湿很多，而 余热较少，尽可能利用新风中的余湿来去除回风中的余湿。

下面根据回风中的余热、余湿，再结合新风中的余热和余湿，来判断满足回风温度 或湿度时哪个最节能、最快速。对于以通风方式来降低回风温湿度的情况，从图2中N 点到S点的变化可以等效为从N到M点先等温降湿，然后再从M点到S点再等湿降温， 最终到达S点。

从N点到M点为等温降湿，降低回风中的绝对湿度，N点相对于S点所具有的多余 的湿量称为回风余湿W_N(为正值)，由于该过程温度不变，即t_N＝t_M，且d_M＝d_S，

由公式：

i＝c_p·g×t+(2500+c_p·q×t)×d

其中：c_p·q为水蒸汽的定压比热，c_p·g为干空气的定压比热，i为空气焓值；

可以演变为下式：

W_N＝c_p·g×t_N+(2500+c_p·q×t_N)×d_N-c_p·g×t_M-(2500+c_p·q×t_M)×d_M

＝2500×(d_N-d_S)+c_p·q×t_N×(d_N-d_S)

从M点到S点为等湿降温过程，降低回风中温度时，N点相对于S点所具有的多余 的热量称为回风余热Q_N(为正值)，由于该过程湿度不变，即d_M＝d_S，且t_M＝t_N，

Q_N＝c_p·g×t_M+(2500+c_p·q×t_M)×d_M-c_p·g×t_S-(2500+c_p·q×t_S)×d_S

＝c_p·g×(t_N-t_S)+c_p·q×d_S×(t_N-t_S)

同理，从W点到S点的变化可以等效为先从W点等湿升温到P点，然后再从P点等 温加湿到S点，W点相对于S点所缺少的热量称为新风余热Q_W(为负值)，W点相对于 S点所缺少的湿量称为新风余湿W_W(为负值)，计算公式分别如下：

Q_W＝c_p·g×(t_W-t_S)+c_p·q×d_W×(t_W-t_S)

W_W＝2500×(d_W-d_S)+c_p·q×t_S×(d_W-d_S)

当Q_N≥W_N，说明回风中的余热大于余湿，则判断是否|Q_W|≥|W_W|，如是，说明 新风中的余热也大于余湿，可以利用新风中的余热来去除回风中的余热，则新风风阀6 的开度以回风温度t_N和目标温度t_S的差值作为控制量，逐渐满足回风温度要求；如不 是，说明新风中的余热小于余湿，再判断是否|Q_W|≥W_N，如是，则新风风阀6的开度 以回风温度t_N和目标温度t_S的差值作为控制量，逐渐满足回风温度要求；如不是则新 风风阀6的开度以回风绝对湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量，同时兼顾 相对湿度，逐渐满足回风湿度要求；在上述调节过程中，没有被调节的回风温度或回风 湿度只能慢慢降低或通过启动制冷来快速达到温度或湿度要求，最终满足恒温恒湿的要 求，此过程中排风风阀3和新风风阀6保持联动，混风风阀4进行调节以维持风压差变 送器5的压力为定值8Pa。

5)当Q_N＜W_N，说明回风中的余湿大于余热，则判断是否|Q_W|＜|W_W|，如是， 说明新风中的余湿也大于余热，可以利用新风中的余湿来除去回风中的余湿，则新风风 阀6的开度以回风绝对湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量，同时兼顾相对 湿度，逐渐满足回风湿度要求，回风温度慢慢降低或通过启动制冷来达到温度要求；如 不是，则新风中余热大于余湿时，再判断是否|W_W|≥Q_N，如是，则新风风阀6的开度 以回风绝对湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量，同时兼顾相对湿度，逐渐 满足回风湿度要求；如不是，则新风风阀6的开度以回风温度t_N和目标温度t_S的差值 作为控制量，逐渐满足回风温度要求；在上述调节过程中，没有被调节的回风温度或回 风湿度慢慢降低或通过启动制冷来快速达到温度或湿度要求，最终满足恒温恒湿的要 求。新风风阀6能够根据新风和回风余热、余湿计算结果不断调整其开度，使回风温度 或湿度不断接近目标值，此过程中排风风阀3和新风风阀6保持联动，混风风阀4进行 调节以维持风压差变送器5的压力为定值8Pa。

如图4和图5所示，制热工况下把焓湿图分为A、B、C三个区域，N为回风点，W 为新风点，S为目标点。制热过程的新风风阀6控制过程如下：

(1)首先利用回风温湿度变送器1、新风温湿度变送器7和送风温湿度变送器9 检测：新风温度t_W和湿度回风温度t_N和湿度目标温度t_S和湿度分别 计算得到新风绝对湿度d_W、新风焓值h_W、回风绝对湿度d_N、回风焓值h_N、目标绝 对湿度d_S和目标焓值h_S；

(2)判断是否新风焓值h_W小于或等于回风焓值h_N，如是，新风温湿度落在A区， 则新风风阀6和排风风阀3开到最小开度，机组以最小新风量运行，混风风阀4进行调 节以维持进入混风风阀4后的空气和外界空气的压力差不变，即风压差变送器5的压力 为10Pa；如不是，则进入下一步；

(3)判断是否新风温度t_W小于或等于目标温度t_S，且新风绝对湿度d_W小于或等 于目标绝对湿度d_S，新风焓值大于回风焓值，如是，新风温湿度落在B区，采用全新 风方式最节能，则排风风阀3和新风风阀6开到最大，混风风阀4关闭；如不是，则进 入下一步；

(4)当新风温湿度落在C区，由于新风温度、绝对湿度不但高于回风温、绝对湿 度，而且也高于目标温度、绝对湿度，这时新风既可以提高回风温度，也可以提高回风 湿度，但在C区域的不同位置时所具有的余热和余湿不同，如果回风中的余热很少，而 余湿较多，尽可能利用新风中的余热来提高回风中的余热；如果回风中余湿很多，而余 热较少，尽可能利用新风中的余湿来提高回风中的余湿。下面根据回风中的余热、余湿， 再结合新风中的余热和余湿，来判断满足回风温度或湿度时哪个最节能、最快速。

对于以通风方式来提高回风温度或湿度的情况，从图4中N点到S点的变化可以等 效为从N到M点先等湿升温，然后再从M点到S点再等温加湿，最终到达S点。

从N点到M点为等湿升温，提高回风中的温度，N点相对于S点所缺少 的热量称为回风余热Q_N(为负值)，由于该过程湿度不变，即d_M＝d_S，

Q_N＝c_p·g×(t_N-t_S)+c_p·q×d_S×(t_N-t_S)

从M点到S点为等温加湿过程，提高回风中湿度，N点相对于S点缺少有的湿量称 为回风余热W_N(为负值)，由于该过程温度不变，即t_N＝t_M，

W_N＝2500×(d_N-d_M)+c_p·q×t_N×(d_N-d_M)

同理，从W点到S点的变化也可以等效为先从W点等湿降温到P点，然后再从P点 等温加湿到S点，W点相对于S点所多余的热量称为新风余热Q_W(为正值)，W点相对 于S点所多余的湿量称为新风余湿W_W(为正值)，计算公式分别如下：

Q_W＝c_p·g×(t_W-t_S)+c_p·q×d_W×(t_W-t_S)

W_W＝2500×(d_W-d_S)+c_p·q×t_S×(d_W-d_S)

当|Q_N|≥|W_N|，说明回风中的余热比余湿更少，则判断是否Q_W≥W_W，如是，说 明新风中的余热大于余湿时，可以利用新风中的余热来提高回风中的余热，则新风风阀 6的开度以回风温度t_N和目标温度t_S的差值作为控制量，逐渐满足回风温度要求；如不 是，说明新风中的余湿比余热多，再判断是否Q_W≥|W_N|，如是，则新风风阀6的开度 以回风温度t_N和目标温度t_S的差值作为控制量，逐渐满足回风温度要求，如不是，则 新风风阀6的开度以回风绝对湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量，逐渐满 足回风湿度要求；在上述调节过程中，没有被调节的回风温度或回风湿度慢慢提高或通 过启动加热或加湿来快速达到温度或湿度要求，最终满足恒温恒湿的要求，此过程中排 风风阀3和新风风阀6保持联动，混风风阀4进行调节以维持风压差变送器5的压力为 定值10Pa；

5)当|Q_N|＜|W_N|，说明回风中余湿比余热更少，则判断是否Q_W＜W_W，如是， 说明新风中的余湿大于余热，可以利用新风中的余湿来提高回风中的余湿，则新风风阀 6的开度以回风绝对湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量，逐渐满足回风湿度 要求，如不是，说明新风中余热大于余湿，再判断是否W_W≥|Q_N|，如是则新风风阀6 的开度以回风绝对湿度d_N和目标绝对湿度d_S的差值作为控制量，逐渐满足回风湿度 要求，如不是，则新风风阀6的开度以回风温度t_N和目标温度t_S的差值作为控制量， 逐渐满足回风温度要求。在上述调节过程中，没有被调节的回风温度或回风湿度慢慢提 高或通过启动加热或加湿来快速达到温度或湿度要求，最终满足恒温恒湿的要求，此过 程中排风风阀3和新风风阀6保持联动，混风风阀4进行调节以维持风压差变送器5的 压力为定值10Pa。