空调系统温湿度弱关联控制方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
空调系统溫湿度弱关联控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种空气调节装置的控制方法，特别设及一种利用热质弱禪合传递换 热器构建的空调系统，为了实现其送风溫度(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运种表面涂覆有除湿剂 的换热器W下简称除湿换热器，形成一种高效的新风除湿机W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溫度调节。
[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运类问题的热质弱禪合传递的换热器，W及基于运 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 调系统溫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溫湿度弱关联控制方法，其特征在于， 包括如下步骤：
[0006] 步骤1，调节换热器的蒸发溫度或冷凝溫度W实现对送风溫度的控制；
[0007] 步骤2,调节换热器的吸湿或放湿的持续时间W实现对送风湿度的控制。
[000引优选地，采用e-NTU法确定蒸发溫度或冷凝溫度Tevap，蒸发溫度或冷凝溫度Tevap满 足：
[0009] Tout = Th- ( Tin-Tevap ) ( 1 -e_NTU)
[001 0]其中，Tout为送风溫度，Tin为换热器进风溫度，Tevap为蒸发或冷凝溫度，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，建立时均吸湿速率访与吸湿或放湿的持续时间T之间的曲线关系；
[0016] 步骤2.2，确定时均吸湿速率W;
[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商满足：
[0019]
[0020] 其中，Pa表示进风密度，也表示进风量，（di广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，t日表示溫、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T满足：
[0022] T = nXto。
[0023] 优选地，步骤2.2，确定时均吸湿速率巧满足：
[0024] 巧/r
[0025] 其中，A wt表示单位质量吸湿剂在吸湿或放湿的持续时间T内的总吸湿量，T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T内的总吸湿量A wt满足：
[0027]
[0028] 其中，wl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da。，送风湿度da。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W下优 点：
[0033] (1)充分发挥热质弱禪合换热器传热和传质过程弱关联的特征，从而既提高了溫 湿度弱关联控制空调系统实现溫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W往的W溫度控制为主或者W湿度控制为主的控制策 略，而是实现了溫湿度同时控制，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W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为本发明空调系统溫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为本发明空调系统溫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W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W做出若干变形和改进，运些都属于本发明的保 护范围。
[0039] 本发明首先调节蒸发溫度或冷凝溫度满足送风溫度(显热负荷）的要求;然后根据 特定溫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W下方法实现的：
[0041] 第一，根据e-NTU法或者其它实验方法来确定满足送风溫度所需要的蒸发溫度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e-NTU法可W表示为：
[00创 Tout = Tin- ( Tin-Tevap ) ( 1 -e-WTU)，其中Tout为出风溫度，Tin为换热器进风溫度，Tev啡为 蒸发或冷凝溫度，NTU为换热器传热单元数，NTU可通过下式定义，
[0044]
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心；
[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 中所得到的蒸发溫度Te对应的平均吸湿速率曲线(如图1)上味所对应的吸湿过程持续时间 To
[004引本发明所述的平均吸湿速率#是指单位质量吸湿剂在时间T内的总吸湿量与所用 时间T的比值，可通过下式定义，
[0049]
，其中Aw康示单位质量吸湿剂在时间T内的总吸湿量。特别地，诉述吸湿 剂的A wt随时间t的变化可W通过下式进行估算，
[(K)加]Awt= Awc?X(l-e-kxt)，其中Awc?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，蒸发溫度为Te，进风溫度为化1，进 风含湿量为dal，此时单位质量吸湿剂达到饱和吸湿时的含湿量为wl;另一个工作状态指所 述换热器作为冷凝器，冷凝溫度为Tc，进风溫度为化2,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] A w〇〇=wl-w2
[0化2] 根据W上推理分析，本发明所述的平均吸湿速率可W通过下式进行估算，
当时间T较短时(例如T<l〇分钟），S可W进一步简化为，
[005；3]巧=又---"'2)(1-0'5x又-xr)
[0化4]另外，所述的平均吸湿速率#也可W通过实验方法进行测定，假设待测量的所述热 质弱禪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，依据所需要的蒸发溫度Te和冷凝溫度Tc，分别将第一热源1和第二热源2的出水 溫度设为Te和Tc，设定测量所用的进风量化，进水量Qw，并设定溫湿度传感器6的数据采集 时间间隔为to;
[0056] 2,打开第二阀口4,将溫度为Tc的热水通入待测换热器中，持续10分钟左右；
[0057] 3,关闭第二阀口 4,打开第一阀口 3,将溫度为Te的冷水通入待测换热器中，此时待 测换热器用作蒸发器，记录换热器两侧的溫度传感器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Ti;
[005引4,关闭第一阀口 3,打开第二阀口 4,将溫度为Tc的热水通入待测换热器中，此时待 测换热器用作冷凝器，记录换热器两侧的溫度传感器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t2 ;
[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Pa表示进风密度，也表示进风量，（di广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，t日表示溫、湿度传感 器的数据采集时间间隔。式中Pa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，to单位为秒（s)，m的单位为kg。分别计算第n次测量时的咕，从而得到T = nX to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柄兩)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] 本发明所述的溫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，蒸发溫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，需要先降低蒸发溫度满足送风溫度的要求，然后根 据送风湿度要求，在新的蒸发溫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，需要先提高蒸发溫度满足送风溫度的要求，然后 根据送风湿度要求，在新的蒸发溫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] W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W在权利要求的范围内做出各种变化或修改，运并不影 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W任意相 互组合。
【主权项】
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。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e-NTU法 确定蒸发温度或冷凝温度T_P，蒸发温度或冷凝温度T evap满足： Tout = Tin- (Tin-Tevap) a _e-NTU) 其中，Tout为送风温度，Tin为换热器进风温度，T_P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包括： 步骤2.1，建立时均吸湿速率W与吸湿或放湿的持续时间t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。5. 根据权利要求4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，pa表示进风密度，Qa表示进风量，（dird〇j)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，to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t满足： x = nXto〇6. 根据权利要求4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： = Am , / r 其中，A Wt表示单位质量吸湿剂在吸湿或放湿的持续时间T内的总吸湿量，T表示吸湿或 放湿的持续时间。7. 根据权利要求6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T内的总吸湿量A Wt满足：其中，wl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。8. 根据权利要求4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丄。，送风湿度da。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;dal表示蒸 发器进口空气的含湿量。
【文档编号】F24F11/00GK106052006SQ201610316675
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】涂耀东, 王如竹, 葛天舒
【申请人】上海交通大学