空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明一種空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1，調(diào)節(jié)換熱器的蒸發(fā)溫度或冷凝溫度以實(shí)現(xiàn)對(duì)送風(fēng)溫度的控制；步驟2，調(diào)節(jié)換熱器的吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間以實(shí)現(xiàn)對(duì)送風(fēng)濕度的控制。本發(fā)明相對(duì)于已公開的專利或其它文獻(xiàn)中的空氣調(diào)節(jié)裝置控制策略具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)充分發(fā)揮熱質(zhì)弱耦合換熱器傳熱和傳質(zhì)過程弱關(guān)聯(lián)的特征，從而既提高了溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫濕度獨(dú)立控制的靈活性又充分保證了所述空調(diào)系統(tǒng)的高效性；(2)所述控制策略不同于以往的以溫度控制為主或者以濕度控制為主的控制策略，而是實(shí)現(xiàn)了溫濕度同時(shí)控制，從而極大地提高了訴述空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)舒適性。
【專利說明】
空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種空氣調(diào)節(jié)裝置的控制方法，特別設(shè)及一種利用熱質(zhì)弱禪合傳遞換 熱器構(gòu)建的空調(diào)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)其送風(fēng)溫度(顯熱換熱能力)及送風(fēng)含濕量(潛熱處理能力） 獨(dú)立控制的要求而設(shè)計(jì)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 將具有吸濕功能的材料涂覆在換熱器的表面，可構(gòu)成一種能對(duì)空氣潛熱進(jìn)行高效 處理的換熱器。將傳統(tǒng)蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中的翅片管換熱器替換為運(yùn)種表面涂覆有除濕劑 的換熱器W下簡(jiǎn)稱除濕換熱器，形成一種高效的新風(fēng)除濕機(jī)W下簡(jiǎn)稱吸附除濕機(jī)，已經(jīng)有 下述空氣調(diào)節(jié)裝置例如，中國(guó)專利CN 1864033A、CN 101171459A，即：在一個(gè)含有多個(gè)換熱 器的蒸汽壓縮制冷循環(huán)中，至少有一個(gè)換熱器是除濕換熱器，利用除濕換熱器對(duì)空氣進(jìn)行 濕度調(diào)節(jié)，再利用其它的換熱器或者另外的空調(diào)系統(tǒng)對(duì)空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
[0003] 前述的吸濕劑涂覆換熱器，在已公開的專利或其它文獻(xiàn)中，其顯著的特征在于主 要或只用于處理新風(fēng)的濕負(fù)荷，而新風(fēng)的顯熱負(fù)荷及潛熱負(fù)荷仍然需要額外的換熱設(shè)備或 者空調(diào)系統(tǒng)去處理。因此使得整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)占用的空間大，系統(tǒng)的初投資高，系統(tǒng)控制繁 瑣。因此，現(xiàn)有技術(shù)相繼提出了一種解決運(yùn)類問題的熱質(zhì)弱禪合傳遞的換熱器，W及基于運(yùn) 類換熱器所設(shè)計(jì)的房間空調(diào)器，既滿足了高效處理潛熱負(fù)荷的要求，也滿足了高效處理顯 熱負(fù)荷的要求;既提高了送風(fēng)的舒適性，又保持了整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。但是在實(shí)際運(yùn)行 和使用過程中，往往面臨空調(diào)工況的變化而偏離原來的設(shè)計(jì)工況，如果不能進(jìn)行合理控制， 則整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的性能將會(huì)嚴(yán)重惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)合理控制的空 調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法，其特征在于， 包括如下步驟：
[0006] 步驟1，調(diào)節(jié)換熱器的蒸發(fā)溫度或冷凝溫度W實(shí)現(xiàn)對(duì)送風(fēng)溫度的控制；
[0007] 步驟2,調(diào)節(jié)換熱器的吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間W實(shí)現(xiàn)對(duì)送風(fēng)濕度的控制。
[000引優(yōu)選地，采用e-NTU法確定蒸發(fā)溫度或冷凝溫度Tevap，蒸發(fā)溫度或冷凝溫度Tevap滿 足：
[0009] Tout = Th- ( Tin-Tevap ) ( 1 -e_NTU)
[001 0]其中，Tout為送風(fēng)溫度，Tin為換熱器進(jìn)風(fēng)溫度，Tevap為蒸發(fā)或冷凝溫度，NTU為換熱 器傳熱單元數(shù)。
[0011] 優(yōu)選地，換熱器傳熱單元數(shù)NTU滿足：
[0012]
[0013]其中，Ga為所處理空氣的質(zhì)量流量，Cp,a為所處理空氣的比熱容，h為空氣側(cè)顯熱對(duì) 流換熱系數(shù)，A為空氣側(cè)換熱面積。
[0014] 優(yōu)選地，步驟2包括：
[0015] 步驟2.1，建立時(shí)均吸濕速率訪與吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間T之間的曲線關(guān)系；
[0016] 步驟2.2，確定時(shí)均吸濕速率W;
[0017] 步驟2.3,確定送風(fēng)濕度。
[0018] 優(yōu)選地，步驟2.1中，單位質(zhì)量吸濕劑的時(shí)均吸濕速率商滿足：
[0019]
[0020] 其中，Pa表示進(jìn)風(fēng)密度，也表示進(jìn)風(fēng)量，（di廣dOj)表示第j個(gè)換熱器兩側(cè)的濕度傳 感器讀數(shù)的差，m表示換熱器上所涂覆的吸濕劑的總質(zhì)量，n表示正整數(shù)，t日表示溫、濕度傳 感器的數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔；
[0021 ] 吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間T滿足：
[0022] T = nXto。
[0023] 優(yōu)選地，步驟2.2，確定時(shí)均吸濕速率巧滿足：
[0024] 巧/r
[0025] 其中，A wt表示單位質(zhì)量吸濕劑在吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間T內(nèi)的總吸濕量，T表示 吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間。
[0026] 優(yōu)選地，步驟2.2中，單位質(zhì)量吸濕劑在吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間T內(nèi)的總吸濕量A wt滿足：
[0027]
[0028] 其中，wl表示在蒸發(fā)狀態(tài)下，單位質(zhì)量吸濕劑達(dá)到飽和吸濕時(shí)的含濕量;w2表示在 冷凝狀態(tài)下，單位質(zhì)量吸濕劑達(dá)到飽和吸濕時(shí)的含濕量;k表示吸濕速率常數(shù)。
[0029] 優(yōu)選地，步驟2.3中，根據(jù)時(shí)均吸濕速率確定送風(fēng)濕度da。，送風(fēng)濕度da。滿足：
[0030]
[0031] 其中，Ga表示通過蒸發(fā)器的風(fēng)量;m表示換熱器上所涂覆的吸濕劑的總質(zhì)量;dai表 示蒸發(fā)器進(jìn)口空氣的含濕量。
[0032] 本發(fā)明相對(duì)于已公開的專利或其它文獻(xiàn)中的空氣調(diào)節(jié)裝置控制策略具有W下優(yōu) 點(diǎn)：
[0033] (1)充分發(fā)揮熱質(zhì)弱禪合換熱器傳熱和傳質(zhì)過程弱關(guān)聯(lián)的特征，從而既提高了溫 濕度弱關(guān)聯(lián)控制空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫濕度獨(dú)立控制的靈活性又充分保證了所述空調(diào)系統(tǒng)的高 效性；
[0034] (2)所述控制策略不同于W往的W溫度控制為主或者W濕度控制為主的控制策 略，而是實(shí)現(xiàn)了溫濕度同時(shí)控制，從而極大地提高了訴述空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)舒適性。
【附圖說明】
[0035] 通過閱讀參照W下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。
[0036] 圖1為本發(fā)明空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法吸濕劑的時(shí)均吸濕速率曲線圖；
[0037] 圖2為本發(fā)明空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法吸濕劑的時(shí)均吸濕速率曲線實(shí)驗(yàn)測(cè) 試示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在W本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)，運(yùn)些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
[0039] 本發(fā)明首先調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度或冷凝溫度滿足送風(fēng)溫度(顯熱負(fù)荷）的要求;然后根據(jù) 特定溫度下吸濕劑的時(shí)均吸濕速率曲線確定吸濕/放濕過程持續(xù)的時(shí)間來滿足送風(fēng)濕度 (潛熱負(fù)荷)的要求。
[0040] 具體而言，本發(fā)明是通過W下方法實(shí)現(xiàn)的：
[0041] 第一，根據(jù)e-NTU法或者其它實(shí)驗(yàn)方法來確定滿足送風(fēng)溫度所需要的蒸發(fā)溫度Te, 其中空氣側(cè)的顯熱對(duì)流換熱系數(shù)h可依據(jù)所采用的換熱器結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式或其它模擬 軟件進(jìn)行計(jì)算。
[0042] 所述的e-NTU法可W表示為：
[00創(chuàng) Tout = Tin- ( Tin-Tevap ) ( 1 -e-WTU)，其中Tout為出風(fēng)溫度，Tin為換熱器進(jìn)風(fēng)溫度，Tev啡為 蒸發(fā)或冷凝溫度，NTU為換熱器傳熱單元數(shù)，NTU可通過下式定義，
[0044]
為所處理空氣的質(zhì)量流量，Cp,a為所處理空氣的比熱容，h為空氣側(cè) 顯熱對(duì)流換熱系數(shù)，A為空氣側(cè)換熱面積。
[0045] 第二，依據(jù)所要求的出風(fēng)濕度，通過下式計(jì)算相應(yīng)的時(shí)均吸濕速率心；
[0046]
[0047] 其中Ga為通過蒸發(fā)器的風(fēng)量，kg/s;ms為換熱器上所涂覆的吸濕劑的總質(zhì)量，kg; dai指蒸發(fā)器進(jìn)口空氣的含濕量，dao為要求的送風(fēng)含濕量，kg/kg干空氣。然后查找第一步 中所得到的蒸發(fā)溫度Te對(duì)應(yīng)的平均吸濕速率曲線(如圖1)上味所對(duì)應(yīng)的吸濕過程持續(xù)時(shí)間 To
[004引本發(fā)明所述的平均吸濕速率#是指單位質(zhì)量吸濕劑在時(shí)間T內(nèi)的總吸濕量與所用 時(shí)間T的比值，可通過下式定義，
[0049]
，其中Aw康示單位質(zhì)量吸濕劑在時(shí)間T內(nèi)的總吸濕量。特別地，訴述吸濕 劑的A wt隨時(shí)間t的變化可W通過下式進(jìn)行估算，
[(K)加]Awt= Awc?X(l-e-kxt)，其中Awc?表示單位質(zhì)量吸濕劑在一個(gè)循環(huán)中的最大可能 吸濕量，k表示吸濕速率常數(shù)。所述的循環(huán)指吸濕劑在兩個(gè)工作狀態(tài)下周期性地重復(fù)吸濕和 放濕過程，其中一個(gè)工作狀態(tài)指所述換熱器作為蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度為Te，進(jìn)風(fēng)溫度為化1，進(jìn) 風(fēng)含濕量為dal，此時(shí)單位質(zhì)量吸濕劑達(dá)到飽和吸濕時(shí)的含濕量為wl;另一個(gè)工作狀態(tài)指所 述換熱器作為冷凝器，冷凝溫度為Tc，進(jìn)風(fēng)溫度為化2,進(jìn)風(fēng)含濕量為da2,此時(shí)吸濕劑達(dá)到 飽和吸濕時(shí)的含濕量為w2。因此，
[0051] A w〇〇=wl-w2
[0化2] 根據(jù)W上推理分析，本發(fā)明所述的平均吸濕速率可W通過下式進(jìn)行估算，
當(dāng)時(shí)間T較短時(shí)(例如T<l〇分鐘），S可W進(jìn)一步簡(jiǎn)化為，
[005；3]巧=又---"'2)(1-0'5x又-xr)
[0化4]另外，所述的平均吸濕速率#也可W通過實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，假設(shè)待測(cè)量的所述熱 質(zhì)弱禪合傳遞換熱器上所涂覆的吸濕劑的質(zhì)量為m，平均吸濕速率曲線建立的方法如下，如 圖2所示：
[0055] 1，依據(jù)所需要的蒸發(fā)溫度Te和冷凝溫度Tc，分別將第一熱源1和第二熱源2的出水 溫度設(shè)為Te和Tc，設(shè)定測(cè)量所用的進(jìn)風(fēng)量化，進(jìn)水量Qw，并設(shè)定溫濕度傳感器6的數(shù)據(jù)采集 時(shí)間間隔為to;
[0056] 2,打開第二閥口4,將溫度為Tc的熱水通入待測(cè)換熱器中，持續(xù)10分鐘左右；
[0057] 3,關(guān)閉第二閥口 4,打開第一閥口 3,將溫度為Te的冷水通入待測(cè)換熱器中，此時(shí)待 測(cè)換熱器用作蒸發(fā)器，記錄換熱器兩側(cè)的溫度傳感器5和濕度傳感器6的讀數(shù)Ti，n和di，n、 To, n和do, n，并記錄下該過程持續(xù)時(shí)間Ti;
[005引4,關(guān)閉第一閥口 3,打開第二閥口 4,將溫度為Tc的熱水通入待測(cè)換熱器中，此時(shí)待 測(cè)換熱器用作冷凝器，記錄換熱器兩側(cè)的溫度傳感器5和濕度傳感器6的讀數(shù)Ti，n和di，n、 To, n和do, n，并記錄下過程持續(xù)時(shí)間t2 ;
[0059] 5，依次重復(fù)過程3和過程4，測(cè)量至少3個(gè)循環(huán)；
[0060] 6,根據(jù)下式計(jì)算待測(cè)換熱器用作蒸發(fā)器時(shí)單位質(zhì)量吸濕劑的時(shí)均吸濕速率，
[0061]
[0062] 其中Pa表示進(jìn)風(fēng)密度，也表示進(jìn)風(fēng)量，（di廣doj)表示第j個(gè)換熱器兩側(cè)的濕度傳感 器讀數(shù)的差，m表示換熱器上所涂覆的吸濕劑的總質(zhì)量，n表示正整數(shù)，t日表示溫、濕度傳感 器的數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔。式中Pa的單位時(shí)kg/m3, Qa的單位時(shí)m3/s , do和di的單位是kg/kg干 空氣，to單位為秒（s)，m的單位為kg。分別計(jì)算第n次測(cè)量時(shí)的咕，從而得到T = nX to時(shí)間內(nèi) 的單位質(zhì)量吸濕劑的時(shí)均吸濕速率將所得到的每一組柄兩)表示在坐標(biāo)圖中，即可形成 如圖1所示的平均吸濕速率曲線。
[0063] 本發(fā)明所述的溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制策略的一個(gè)特征在于：當(dāng)空調(diào)負(fù)荷的顯熱負(fù)荷增 加而潛熱負(fù)荷不變時(shí)，蒸發(fā)溫度不變只需要減小吸濕過程的持續(xù)時(shí)間（例如圖1中的C^B過 程）；當(dāng)顯熱負(fù)荷不變，潛熱負(fù)荷增加時(shí)，需要先降低蒸發(fā)溫度滿足送風(fēng)溫度的要求，然后根 據(jù)送風(fēng)濕度要求，在新的蒸發(fā)溫度下選擇相應(yīng)的吸濕過程持續(xù)時(shí)間（例如圖1中的A^C過 程）；當(dāng)顯熱負(fù)荷減小，潛熱負(fù)荷也減小時(shí)，需要先提高蒸發(fā)溫度滿足送風(fēng)溫度的要求，然后 根據(jù)送風(fēng)濕度要求，在新的蒸發(fā)溫度下選擇相應(yīng)的吸濕過程持續(xù)時(shí)間（例如圖1中的B^A過 程)。
[0064] W上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，運(yùn)并不影 響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可W任意相 互組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，調(diào)節(jié)換熱器的蒸發(fā)溫度或冷凝溫度以實(shí)現(xiàn)對(duì)送風(fēng)溫度的控制； 步驟2，調(diào)節(jié)換熱器的吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間以實(shí)現(xiàn)對(duì)送風(fēng)濕度的控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法，其特征在于，采用e-NTU法 確定蒸發(fā)溫度或冷凝溫度T_P，蒸發(fā)溫度或冷凝溫度T evap滿足： Tout = Tin- (Tin-Tevap) a _e-NTU) 其中，Tout為送風(fēng)溫度，Tin為換熱器進(jìn)風(fēng)溫度，T_P為蒸發(fā)或冷凝溫度，NTU為換熱器傳 熱單元數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法，其特征在于，換熱器傳熱單 元數(shù)NTU滿足：其中，Ga為所處理空氣的質(zhì)量流量，CP,a為所處理空氣的比熱容，h為空氣側(cè)顯熱對(duì)流換 熱系數(shù)，A為空氣側(cè)換熱面積。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法，其特征在于，步驟2包括： 步驟2.1，建立時(shí)均吸濕速率W與吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間t之間的曲線關(guān)系； 步驟2.2，確定時(shí)均吸濕速率#； 步驟2.3，確定送風(fēng)濕度。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法，其特征在于，步驟2.1中，單 位質(zhì)量吸濕劑的時(shí)均吸濕速率％滿足：其中，pa表示進(jìn)風(fēng)密度，Qa表示進(jìn)風(fēng)量，（dird〇j)表示第j個(gè)換熱器兩側(cè)的濕度傳感器讀 數(shù)的差，m表示換熱器上所涂覆的吸濕劑的總質(zhì)量，n表示正整數(shù)，to表示溫、濕度傳感器的 數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔； 吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間t滿足： x = nXto〇6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法，其特征在于，步驟2.2，確定 時(shí)均吸濕速率#滿足： = Am , / r 其中，A Wt表示單位質(zhì)量吸濕劑在吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間T內(nèi)的總吸濕量，T表示吸濕或 放濕的持續(xù)時(shí)間。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法，其特征在于，步驟2.2中，單 位質(zhì)量吸濕劑在吸濕或放濕的持續(xù)時(shí)間T內(nèi)的總吸濕量A Wt滿足：其中，wl表示在蒸發(fā)狀態(tài)下，單位質(zhì)量吸濕劑達(dá)到飽和吸濕時(shí)的含濕量;w2表示在冷凝 狀態(tài)下，單位質(zhì)量吸濕劑達(dá)到飽和吸濕時(shí)的含濕量;k表示吸濕速率常數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空調(diào)系統(tǒng)溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制方法，其特征在于，步驟2.3中，根 據(jù)時(shí)均吸濕速率確定送風(fēng)濕度丄。，送風(fēng)濕度da。滿足：其中，Ga表示通過蒸發(fā)器的風(fēng)量;m表示換熱器上所涂覆的吸濕劑的總質(zhì)量;dal表示蒸 發(fā)器進(jìn)口空氣的含濕量。
【文檔編號(hào)】F24F11/00GK106052006SQ201610316675
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】涂耀東, 王如竹, 葛天舒
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)