专利名称：可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机及控制方法
技术领域：
本发明属于水电站厂房通风空调系统的空气处理与控制领域。具体是可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机及控制方法。
背景技术：
现有的水电站程均采用常规的空调机、除湿机。常规的空调机、除湿机的制冷量控制方式均为恒定露点温度控制，这种控制方式存在固有的缺陷。水电站的自然因素，包括河水(库水)温度、岩体壁面温度、混凝土壁面温度、室外新风空气状态、室内散湿量等参数全年都是变化的，采用恒定露点温度控制的常规空调机、除湿机不能适应这种变化，要么制冷量不足，厂房内出现结露现象；要么制冷量过度，电能消耗巨大，能源浪费严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机及控制方法。可变送风露点温度控制就是根据河水(库水)温度、地下岩体壁面温度、混凝土壁面温度、室外新风空气状态、室内(回风或排风)空气状态的变化以及室内散湿量的影响，通过分析事先设定的条件是否成立，选择运行工况并取得任意时刻(动态)的最佳送风露点温度，并使空调机、除湿机的制冷系统实时按照最佳送风露点温度的需要调节机械制冷量，从而实现最大化节能运行的控制理论和方法。在空调机、除湿机的PLC运行软件中，同时将工况选择、可变露点温度控制、温差控制、焓差控制、时间控制等一起编制为设备运行控制程序。程序运行中需要的变量通过设置必要的传感器实时获得；程序运行中需要的常量与水电站的特性有关，这些常量通过设备在水电站初期试运行获得，由人员在PLC的输入介面输入后固定在程序中。程序运行需要的变量、常量都确认之后，设备的运行完全智能。采用可变送风露点温度控制制冷量的水电站专用空调机和除湿机，同时还采用了温差控制冷却水量、焓差控制新风量，针对水电站的特点，设置一级水换热器对空气进行预处理，并对水换热器还采取了防泥沙措施。所有这些措施使得空调机和除湿机更节能、更智能、更可靠。本发明解决上述技术问题的技术方案如下I.可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机的组成结构包括如下几方面的内容I)空调机组的组成结构空调机组的组成结构主要包括二部分全工况直接蒸发组合式空气处理机组、全工况水冷变容量冷热源主机；二者之间设置有制冷剂管路、水管路、电气控制线路；
A.全工况直接蒸发组合式空气处理机组全工况直接蒸发组合式空气处理机组的组成，主要有五个功能段，按回风至送风的顺序为初中效袋式过滤段、一级水冷却或加热换热盘管段、二级直接蒸发冷却盘管段、三级直接冷凝加热盘管段、送风机段；B.全工况水冷变容量冷热源主机全工况水冷变容量冷热源主机的组成包括变容量压缩机、水冷却冷凝器、油分离器、储液器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电磁阀、四通换向阀、单向阀、压力表、压差继电器、智能PLC控制箱等；冷热源主机通过制冷剂铜管路与设置在组合式空气处理机组的二级直接蒸发冷却盘管、三级热回收直接冷凝换热盘管相连接；2)制冷系统及运行方式制冷系统包括变容量压缩机、水冷却冷凝器、油分离器、储液器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电磁阀、四通换向阀、单向阀、二级直接蒸发冷却盘管、三级热回收直接冷
凝盘管；制冷系统的制冷剂循环过程是由压缩机出口出来的高温、高压气态制冷剂，首先流经油分离器除去润滑油，而后流经制冷剂分流控制阀分为二路，其中一路制冷剂流经水冷却冷凝器，通过河水或库水的冷却降温，气态制冷剂凝结为液态制冷剂，而后进入储液器；第二路制冷剂流经三级热回收换热盘管，通过空气的冷却降温，气态制冷剂凝结为液态制冷剂，而后进入储液器与第一路的制冷剂会合；储液器出来的高压液态制冷剂经电子膨胀阀降压后，进入空气的二级直接蒸发换热盘管，液态制冷剂吸收空气的热量气化为气态制冷剂，空气被冷却降温，二级直接蒸发换热盘管出来的低压气态制冷剂被压缩机吸入后，被压缩为高温高压的气态制冷剂，而后重复前面的制冷循环过程；3)冷却水系统及运行方式冷却水系统包括一级水冷却或加热换热盘管、水冷却冷凝器、电动阀门等；冷却水系统为直流式，直接以河水或库水作为冷却水源；冷却水的流程为河水或库水首先流经一级水冷却或加热换热盘管，将空气(新风和回风)冷却降温，而后进入水冷却冷凝器将制冷剂冷却降温，冷却水最终排走；冷却水的控制通过直通、旁通电动阀门控制河水或库水是否流经一级水冷却或加热换热盘管，通过总管的电动阀门控制是否需要河水或库水来冷却；4)控制系统及运行方式控制系统包括传感器、PLC控制器、自动保护元件、控制线路等；A.传感器为实时监视河水或库水温度以及新风、回风、送风的空气状态，在空调机组的冷却水进水管设置温度传感器，分别在机组的新风入口、回风入口、送风出口设置温度和相对湿度传感器；另外，还设置专门用于自动保护的传感器，如压差传感器、温度过低过高传感器等;传感器实时将温度、相对湿度、压差等物理量转换为模拟量信号或数字量信号，通过信号电缆发送到PLC控制器的I/O接口；B. PLC 控制器PLC控制器的组成包括主板、CPU中央处理器、存储器、输入输出I/O接口、网络接口、触摸显示屏等部件；PLC控制器采用可编程控制，按事先编制好的程序自动运行；PLC控制器机组的控制对象包括送风机电机、压缩机电机、压缩机滑阀、制冷剂分流控制阀、四通换向阀、电动球阀等；PLC控制器还输出信号到机组外部，控制外部的新风机、回风机的启停；5)除湿机组的结构及运行方式除湿机的结构及运行方式与空调机组基本相同，只是简化了制冷系统，省略了对外部的新风机、排风机的控制，同时将设备小型化并整合在一个柜体内；在除湿机的冷却水进水管设置温度传感器，分别在除湿机的进风入口、送风出口设置温度和相对湿度传感器。2.用可变送风露点温度控制水电站专用空调机和除湿机的方法包括如下内容及·步骤I)实现全年运行工况的自动选择全年运行工况的自动选择的最基本步骤是判定是否存在故障，设备的运行分为二个基本模式故障模式、正常模式；A.故障模式故障模式划分为二个情况外部故障、内部故障；a.外部故障设备的使用场所一般是水电站厂房，水电站厂房内发生的故障事故与设备本身的故障无关，为外部故障；外部故障通过来自外部的故障信号输入让设备获知并作出相应的反应;外部的故障信号分为二种事故停机信号、事故通风信号；事故停机信号是指水电站厂房内正在发生火灾时，由水电站的火灾报警系统自动发出或电站运行人员发出的远控联动信号，设备收到事故停机信号后将强制停机；事故通风信号是指水电站厂房内火灾结束时，为及时排除厂房内的火灾烟气，由水电站的火灾报警系统自动发出或电站运行人员发出的远控联动信号，设备收到事故通风信号后将强制送风机投入运行。b.内部故障内部故障通过PLC的自动诊断程序进行分析判断，当有内部的部件发生故障时，PLC显示故障信号并通过网络接口将故障信号远传至远方的上位机；内部故障包含二种类型，为关键部件的故障、次要部件的故障；关键部件是指起到关键作用的部件，包括压缩机、电动机、压缩机的滑阀、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电动球阀、制冷剂管路、PLC控制器；当关键部件发生故障时，设备自动停机。次要部件是指起到次要作用的部件，包括温度传感器、湿度传感器、过滤网的压差传感器；当次要部件发生故障时，PLC自动将运行工况锁定为故障发生前的状态并继续运行；B.正常模式正常模式包含二个工况，分别为机械制冷工况、通风工况；
进入正常模式后，采用如下方法进行工况判断和选择利用传感器获得实时的河水或库水温度Tks、室外新风空气温度Txf，回风型除湿机采用回风露点温度TLhf,通过现场实测取得地下岩体壁面温度Tb，通过PLC控制器程序的运行将三者的温度互相比较，当室外新风空气温度Txf大于河水或库水温度Tks与地下岩体壁面温度Tb之中的较小值时，空调机或除湿机为机械制冷工况；当室外新风空气温度Txf同时小于河水或库水温度Tks与地下岩体壁面温度Tb时，空调机或除湿机为通风工况；
a.机械制冷工况制冷系统仅在机械制冷工况下投入运行，通风工况下不运行；空气的一级水冷却器、新风机或排风机在机械制冷工况下的运行方式与通风工况不同；制冷系统的控制包括二级蒸发换热器的制冷量控制、三级热回收换热器的加热量控制；其中，制冷量控制又包含可变送风露点温度控制、压缩机的容量开度控制、电子膨胀阀的开度控制；加热量控制包含送风干球温度控制、制冷剂分流控制阀的开度控制；在机械制冷工况下，空气的一级水冷却器是否投入，采用室外新风温度Txf与河水库水温度Tks之间的温差进行控制；新风机或排风机的风量切换控制采用室外新风与回风或排风之间的焓差进行控制；b.通风工况在通风工况下，机械制冷系统不运行，空气的一级水冷却器、新风机或排风机的运行方式与机械制冷工况不同；空气的一级水冷却器是否投入，采用室外新风温度Txf与送风干球温度最低限值Tc之间的温差进行控制；新风机或排风机的风量切换控制采用河水库水温度Tks与河水库水温度最低限值Tksmin之间的温差进行控制；2)实现可变送风露点温度调节控制采用可变送风露点温度调节控制的技术方案，将保持厂房室内不结露或室内尽量减少结露作为确定通风空调设备送风露点温度的条件之一，送风露点温度还需兼顾厂房室内干球温度保持在舒适区域、厂房室内相对度保持在规范规定的范围内、满足卫生换气要求、能源的消耗最小的要求，该技术方案通过分析任意时刻的室外空气、室内空气、围护结构、河水或库水等状态参数，在满足预先设定的各方面要求的前提下，实时选择最佳的动态送风露点温度；按照可变送风露点温度调节控制的技术方案所采用的方法编制运行程序，将程序整合到设备PLC控制器的运行软件中，实测输入和利用传感器获得实时的室外空气、室内空气、围护结构、河水或库水等状态参数，通过PLC软件的运行对获得的各状态参数进行比较、分析，从而得到最佳的实时送风露点温度，而后让压缩机按照最佳的实时送风露点温度的需要实时调整制冷量，保证设备实时均在最佳状态点运行；3)实现一级水换热器的自动控制实现空气与河水或库水的一级表面式换热器的自动控制，利用传感器获得实时的室外空气温度Txf，回风型除湿机采用回风温度Thf、河水或库水温度Tks，预先设定空气温度最低限值Tc;在机械制冷工况，当河水或库水温度Tks低于室外新风空气温度Txf时，接通一级水换热器的水路，利用河水或库水将空气预冷却、除湿；反之，则断开一级水换热器的水路；在通风工况，当室外新风空气温度Txf低于事先设定的最低限值Tc时,接通一级水换热器的水路，利用河水或库水将空气加热；反之，则断开一级水换热器的水路；4)实现全年新风量的自动控制全年新风量的自动控制分为二种工况机械制冷工况和通风工况；在机械制冷工况下，新风量的自动控制采用焓差控制，利用传感器获得实时的室外新风空气、室内回风或排风空气的温度、湿度，用公式换算为焓值i，以二者的焓差作为 机械制冷工况控制新风量的依据；当室外新风空气焓值iXF小于或等于室内回风iHF或排风iPF焓值时，按全新风工况运行；反之，按最小新风工况运行；在通风工况下，新风量的自动控制采用温差控制，利用传感器获得实时的河水或库水温度Tks，将河水或库水温度Tks与事先设定的最低限值TKSniin进行比较,在通风工况，当河水或库水温度Tks高于或等于最低限值TKSmin时，按全新风工况运行；反之，按最小新风工况运行；5)实现送风温度及相对湿度的自动控制根据水电站的实际情况，分别预先在PLC设定送风的最高相对湿度RHmax、最低送风干球温度Tc、河水或库水温度最低限值TKSmin,通常情况下,水电站的最高送风相对湿度RHmax为85 90%、最低送风干球温度Tc为5 12°C、河水或库水温度最低限值TKSmin为10 17。。；河水或库水温度最低限值TKSmin是指在通风工况，当一级河水或库水换热器投入以后，送风温度Tsf又重新降低到最低送风干球温度Tc，此时所对应的河水或库水温度；设备送风的空气干球温度Tsf和相对湿度RHsf通过调节与控制，保证同时满足设定值的要求。其自动控制分为二种工况机械制冷工况、通风工况；A.机械制冷工况可变送风露点温度调节可以控制送风的露点温度，送风的干球温度Tsf和相对湿度RHsf的控制是通过调节三级直接热回收段的加热量来实现；当送风露点温度TL’低于设定的最低送风干球温度Tc与最高相对湿度RHmax对应状态点的露点温度TLc时，通过加大三级直接热回收段的加热量，使得送风干球温度Tsf达到设定的最低送风干球温度Tc ；当送风露点温度高于等于设定的最低送风干球温度Tc与最高相对湿度RHmax对应状态点的露点温度TLc时，通过调整三级直接热回收段的加热量，使得送风相对湿度RHsf不高于设定的最高相对湿度RHmax ；B.通风工况在通风工况，机械制冷系统不运行；空调机组由机械制冷工况进入通风工况的初期是采用全新风送风，将室外新风直接送到室内，不做处理，随着室外新风空气温度的下降，当送风干球温度Tsf降低到设定的最低送风干球温度Tc时，打开一级河水或库水换热器的水阀,利用河水或库水加热使得送风温度升高；若一级河水或库水换热器投入以后，送风温度Tsf又重新降低到最低送风干球温度Tc，此时河水或库水温度Tks正好降低到最低限值TKSmin，则切换新风机、排风机，由全新风转换为最小新风量送风、排风；最小新风与回风混合后，经一级河水或库水换热器冷却调温到合适的温度，而后送到室内，这是利用厂房内机电设备的散热并同时采用最小新风量，使得冬季厂房室内空气温度不过低；除湿机分为二种，为全新风型除湿机、全回风型除湿机。全新风除湿机的送风温度、湿度的控制方式与空调机组基本相同，只是没有回风。全回风除湿机无新风，按照回风的空气状态、河水或库水温度Tks、围护结构壁面温度Tb来调整送风的空气状态；
6)实现最优室内空气参数的自动选择在全年任何时期，在满足有关规范及实际需要的前提下，实时选择最佳的室内空气参数，室内空气的温度、湿度在全年动态变化，室内空气状态对能量的需求在任何时刻都是最少的；室内空气的状态主要取决于送风的空气状态，通过对送风空气状态的控制实现最优室内参数的自动选择，使得空调机组和除湿机以最少的电能消耗、最少的库水或冷却水消耗，将厂房内的空气温度和湿度保持在合适范围；7)实现厂房内不结露或少结露空调机组和除湿机通过采用合理的空气处理方式，合理选择室内空气的温度、湿度，以节能的运行方式实现主要场所围护结构的岩体、混凝土壁面全年不结露或少结露；对于河水或库水年最低温度不低于TC的水电站，可保证厂房内所有水管道壁面全年不结露，相对于只保证围护结构的岩体、混凝土壁面不结露，实现厂房内水管道壁面不结露需要增加一些电能消耗，但通过同时采用可变送风露点温度调节、河水直接冷却、合理选择室内空气参数以后，增加的电能消耗很有限，全年的能耗仍然小于常规的空调除湿设备;对于河水或库水年最低温度低于TC的水电站，可显著减少厂房内水管道壁面结露的数量，显著缩短结露期；8)实现自动快速除霜制冷系统设置四通换向阀，当空气的二级蒸发换热盘管外表面结霜到一定程度，通过将压缩机出口的热媒切换至空气的二级换热器进行快速除霜；除霜期间压缩机满负荷(滑阀开度100% )，同时关停送风机及制冷剂分流控制阀；9)采用防淤积易清洗的换热器结构为了充分地利用低温的冷源，直接以河水或库水作为空气的一级冷却和制冷系统的冷却水源，针对大多数河流的河水泥沙较多的情况，采取了特别的措施，水换热器采用光滑的加大口径的换热管、平滑型流道、提高水流速、易拆卸的端板结构，采用高频振荡除藻灭菌型水处理仪对进入换热器的库水进行预处理，提高水的物理溶解度，减缓泥沙在管道中沉积，与库水接触的电动阀门采用耐泥沙淤积和磨损的阀门；这些措施保证设备在库水泥沙较多的情况下仍然长期、稳定、安全的运行；10)合理配置空气处理和制冷设备空气的处理过程配置了初中效过滤器、一级河水表面式换热器、二级直接蒸发表面式换热器、三级热回收表面式换热器；制冷循环系统包括变容量压缩机、水冷却管壳式冷凝器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、二级直接蒸发表面式换热器、三级热回收表面式换热器等设施，制冷系统按照最不利工况下保证水电站的围护结构表面不结露选择制冷量；空调机组和除湿机的各个组成部分的容量均合理配置，满足全年全部运行工况的
需要;11)实时自适应自然环境的剧烈变化
传感器能实时监视水温和空气状态，全年任何时刻的室外、室内空气状态的剧烈变化，空调机组和除湿机的PLC控制器自动调整运行工况去适应，运行工况的转换在任何时刻均可逆，实时将运行参数调整到最佳状态；传感器对温度的反应速度在10秒以内，对湿度的反应速度在60秒以内，PLC控制器按事先设定好的时间周期巡回检测各个传感器反馈的信息，当有偏差发生时，PLC控制器及时调整设备的运行工况和状态参数，库水温度、室外新风和室内回风空气状态在几分钟之内的变化，PLC控制器均能实时感知并及时调整；12)实现全智能网络控制机组的PLC控制器根据用户设定好的运行参数，按事先编制好的程序和传感器获得的实时数据自动完成所有控制，全年的运行不需要人员干预；机组PLC控制器配置的触摸显示控制屏可在现地完成所有的运行参数显示、设置、控制操作，同时，PLC控制器还配置了标准化的网络接口，远方中控室的计算机可通过网络访问机组的控制界面，在中控室远方计算机进行与现地完全一样的监视、操作。3.可变送风露点温度控制为独创的技术方案，其特征在于，所述技术方案实施方法及步骤如下I)通过设备的试运行，实测获取与设备运行控制有关的各种数据试运行实测获取的数据分为二类，一类为通过传感器实时采集，PLC控制器自动记录、设置和显示的数据；另一类为通过人工观测，手动输入和设置的数据；A.自动方式获取的数据自动方式获取的数据分为二种，为实时的变量数据、恒定的常量数据；a.实时的变量数据实时的变量数据包括河水库水温度Tks、新风干球温度Txf、新风相对湿度RHxf、回风干球温度Thf、回风相对湿度RHhf、送风干球温度Tsf、送风相对湿度RHsf ；b.恒定的常量数据恒定的常量数据包括库水温度上升到岩体壁面温度的时刻R2、新风温度下降到岩体壁面温度的时刻R4、混凝土壁面结露在全年开始时刻的河水库水实测温度Tkslil、混凝土壁面结露在全年结束时刻的室外新风实测温度TxfK3、岩体壁面温度的建议调整量A Tb、回风与送风的实测焓差ie ;B.人工方式获取的数据人工方式获取的数据均为恒定的常量，包括为消除室内散湿所需要的送风露点与库水温度的差值Ta、围护结构的壁面温度设定值Tb、最低送风干球温度Tc、排风与送风的洽差的设定值ID、最低送风露点温度限定值TLmin、最高送风相对湿度RHmax、混凝土壁面结露在全年开始的时刻R1、R1时刻的河水库水温度设定值TKSki、混凝土壁面结露在全年结束的时刻R3、R3时刻的室外新风温度设定值TXFk3、不同深度埋管温度曲线包络系数a、送风参数的巡检周期NI、回风参数的巡检周期N2、时钟设定Rx =年月日时分秒；2)计算岩体壁面温度的建议调整量并对岩体壁面温度进行调整A.岩体壁面温度建议调整量ATb的计算计算步骤如下当R3 > R4 时，Λ Tb = T
权利要求
1.可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机的组成结构包括如下几方面的内容 1)空调机组的组成结构 空调机组的组成结构主要包括二部分全工况直接蒸发组合式空气处理机组、全工况水冷变容量冷热源主机；二者之间设置有制冷剂管路、水管路、电气控制线路； A.全工况直接蒸发组合式空气处理机组 全工况直接蒸发组合式空气处理机组的组成，主要有五个功能段，按回风至送风的顺序为初中效袋式过滤段、一级水冷却或加热换热盘管段、二级直接蒸发冷却盘管段、三级直接冷凝加热盘管段、送风机段； B.全工况水冷变容量冷热源主机 全工况水冷变容量冷热源主机的组成包括变容量压缩机、水冷却冷凝器、油分离器、储液器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电磁阀、四通换向阀、单向阀、压力表、压差继电器、智能PLC控制箱等；冷热源主机通过制冷剂铜管路与设置在组合式空气处理机组的二级直接蒸发冷却盘管、三级热回收直接冷凝换热盘管相连接； 2)制冷系统及运行方式 制冷系统包括变容量压缩机、水冷却冷凝器、油分离器、储液器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电磁阀、四通换向阀、单向阀、二级直接蒸发冷却盘管、三级热回收直接冷凝盘管； 制冷系统的制冷剂循环过程是由压缩机出口出来的高温、高压气态制冷剂，首先流经油分离器除去润滑油，而后流经制冷剂分流控制阀分为二路，其中一路制冷剂流经水冷却冷凝器，通过河水或库水的冷却降温，气态制冷剂凝结为液态制冷剂，而后进入储液器；第二路制冷剂流经三级热回收换热盘管，通过空气的冷却降温，气态制冷剂凝结为液态制冷齐U，而后进入储液器与第一路的制冷剂会合；储液器出来的高压液态制冷剂经电子膨胀阀降压后，进入空气的二级直接蒸发换热盘管，液态制冷剂吸收空气的热量气化为气态制冷齐U，空气被冷却降温，二级直接蒸发换热盘管出来的低压气态制冷剂被压缩机吸入后，被压缩为高温高压的气态制冷剂，而后重复前面的制冷循环过程； 3)冷却水系统及运行方式 冷却水系统包括一级水冷却或加热换热盘管、水冷却冷凝器、电动阀门等；冷却水系统为直流式，直接以河水或库水作为冷却水源； 冷却水的流程为河水或库水首先流经一级水冷却或加热换热盘管，将空气(新风和回风)冷却降温，而后进入水冷却冷凝器将制冷剂冷却降温，冷却水最终排走； 冷却水的控制通过直通、旁通电动阀门控制河水或库水是否流经一级水冷却或加热换热盘管，通过总管的电动阀门控制是否需要河水或库水来冷却； 4)控制系统及运行方式 控制系统包括传感器、PLC控制器、自动保护兀件、控制线路； A.传感器 为实时监视河水或库水温度以及新风、回风、送风的空气状态，在空调机组的冷却水进水管设置温度传感器，分别在机组的新风入口、回风入口、送风出口设置温度和相对湿度传感器；另外，还设置专门用于自动保护的传感器，如压差传感器、温度过低过高传感器等；传感器实时将温度、相对湿度、压差等物理量转换为模拟量信号或数字量信号，通过信号电缆发送到PLC控制器的I/O接口； B. PLC控制器 PLC控制器的组成包括主板、CPU中央处理器、存储器、输入输出I/O接口、网络接口、触摸显示屏等部件； PLC控制器采用可编程控制，按事先编制好的程序自动运行； PLC控制器的控制对象包括送风机电机、压缩机电机、压缩机滑阀、制冷剂分流控制阀、四通换向阀、电动球阀等；PLC控制器还输出信号到机组外部，控制外部的新风机、回风机的启停； 5)除湿机组的结构及运行方式 除湿机的结构及运行方式与空调机组基本相同，只是简化了制冷系统，省略了对外部的新风机、排风机的控制，同时将设备小型化并整合在一个柜体内； 在除湿机的冷却水进水管设置温度传感器，分别在除湿机的进风入口、送风出口设置温度和相对湿度传感器。
2.用可变送风露点温度控制水电站专用空调机和除湿机的方法，其特征在于，包括如下几方面的内容及步骤 I)实现全年运行工况的自动选择 全年运行工况的自动选择的最基本步骤是判定是否存在故障，设备的运行分为二个基本模式故障模式、正常模式； A.故障模式 故障模式划分为二个情况外部故障、内部故障； a.外部故障 设备的使用场所一般是水电站厂房，水电站厂房内发生的故障事故与设备本身的故障无关，为外部故障；外部故障通过来自外部的故障信号输入让设备获知并作出相应的反应； 外部的故障信号分为二种事故停机信号、事故通风信号； 事故停机信号是指水电站厂房内正在发生火灾时，由水电站的火灾报警系统自动发出或电站运行人员发出的远控联动信号，设备收到事故停机信号后将强制停机； 事故通风信号是指水电站厂房内火灾结束时，为及时排除厂房内的火灾烟气，由水电站的火灾报警系统自动发出或电站运行人员发出的远控联动信号，设备收到事故通风信号后将强制送风机投入运行。
b.内部故障 内部故障通过PLC的自动诊断程序进行分析判断，当有内部的部件发生故障时，PLC显示故障信号并通过网络接口将故障信号远传至远方的上位机； 内部故障包含二种类型，为关键部件的故障、次要部件的故障； 关键部件是指起到关键作用的部件，包括压缩机、电动机、压缩机的滑阀、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、电动球阀、制冷剂管路、PLC控制器；当关键部件发生故障时，设备自动停机； 次要部件是指起到次要作用的部件，包括温度传感器、湿度传感器、过滤网的压差传感器；当次要部件发生故障时，PLC自动将运行工况锁定为故障发生前的状态并继续运行； B.正常模式 正常模式包含二个工况，分别为机械制冷工况、通风工况； 进入正常模式后，采用如下方法进行工况判断和选择 利用传感器获得实时的河水或库水温度Tks、室外新风空气温度Txf，回风型除湿机采用回风露点温度TLhf,通过现场实测取得地下岩体壁面温度Tb，通过PLC控制器程序的运行将三者的温度互相比较，当室外新风空气温度Txf大于河水或库水温度Tks与地下岩体壁面温度Tb之中的较小值时，空调机或除湿机为机械制冷工况；当室外新风空气温度Txf同时小于河水或库水温度Tks与地下岩体壁面温度Tb时，空调机或除湿机为通风工况； a.机械制冷工况 制冷系统仅在机械制冷工况下投入运行，通风工况下不运行；空气的一级水冷却器、新风机或排风机在机械制冷工况下的运行方式与通风工况不同； 制冷系统的控制包括二级蒸发换热器的制冷量控制、三级热回收换热器的加热量控制；其中，制冷量控制又包含可变送风露点温度控制、压缩机的容量开度控制、电子膨胀阀的开度控制；加热量控制包含送风干球温度控制、制冷剂分流控制阀的开度控制； 在机械制冷工况下，空气的一级水冷却器是否投入，采用室外新风温度Txf与河水库水温度Tks之间的温差进行控制；新风机或排风机的风量切换控制采用室外新风与回风或排风之间的焓差进行控制； b.通风工况 在通风工况下，机械制冷系统不运行，空气的一级水冷却器、新风机或排风机的运行方式与机械制冷工况不同； 空气的一级水冷却器是否投入，采用室外新风温度Txf与送风干球温度最低限值Tc之间的温差进行控制；新风机或排风机的风量切换控制采用河水库水温度Tks与河水库水温度最低限值Tksmin之间的温差进行控制； 2)实现可变送风露点温度调节控制 采用可变送风露点温度调节控制的技术方案，将保持厂房室内不结露或室内尽量减少结露作为确定通风空调设备送风露点温度的条件之一，送风露点温度还需兼顾厂房室内干球温度保持在舒适区域、厂房室内相对度保持在规范规定的范围内、满足卫生换气要求、能源的消耗最小的要求，该技术方案通过分析任意时刻的室外空气、室内空气、围护结构、河水或库水等状态参数，在满足预先设定的各方面要求的前提下，实时选择最佳的动态送风露点温度； 按照可变送风露点温度调节控制的技术方案所采用的方法编制运行程序，将程序整合到设备PLC控制器的运行软件中，实测输入和利用传感器获得实时的室外空气、室内空气、围护结构、河水或库水等状态参数，通过PLC软件的运行对获得的各状态参数进行比较、分析，从而得到最佳的实时送风露点温度，而后让压缩机按照最佳的实时送风露点温度的需要实时调整制冷量，保证设备实时均在最佳状态点运行； 3)实现一级水换热器的自动控制实现空气与河水或库水的一级表面式换热器的自动控制，利用传感器获得实时的室外空气温度Txf，回风型除湿机采用回风温度Thf、河水或库水温度Tks，预先设定空气温度最低限值Tc ； 在机械制冷工况，当河水或库水温度Tks低于室外新风空气温度Txf时，接通一级水换热器的水路，利用河水或库水将空气预冷却、除湿；反之，则断开一级水换热器的水路； 在通风工况，当室外新风空气温度Txf低于事先设定的最低限值Tc时，接通一级水换热器的水路，利用河水或库水将空气加热；反之，则断开一级水换热器的水路； .4)实现全年新风量的自动控制 全年新风量的自动控制分为二种工况机械制冷工况和通风工况； 在机械制冷工况下，新风量的自动控制采用焓差控制，利用传感器获得实时的室外新风空气、室内回风或排风空气的温度、湿度，用公式换算为焓值i，以二者的焓差作为机械制冷工况控制新风量的依据；当室外新风空气焓值iXF小于或等于室内回风iHF或排风4焓值时，按全新风工况运行；反之，按最小新风工况运行； 在通风工况下，新风量的自动控制采用温差控制，利用传感器获得实时的河水或库水温度Tks，将河水或库水温度Tks与事先设定的最低限值TKSmin进行比较，在通风工况，当河水或库水温度Tks高于或等于最低限值TKSmin时，按全新风工况运行；反之，按最小新风工况运行； .5)实现送风温度及相对湿度的自动控制 根据水电站的实际情况，分别预先在PLC设定送风的最高相对湿度RHmax、最低送风干球温度Tc、河水或库水温度最低限值TKSmin,通常情况下,水电站的最高送风相对湿度RHmax为85 90%、最低送风干球温度Tc为5 12 °C、河水或库水温度最低限值TKSmin为.10 17。。； 河水或库水温度最低限值TKSmin是指在通风工况，当一级河水或库水换热器投入以后，送风温度Tsf又重新降低到最低送风干球温度Tc，此时所对应的河水或库水温度； 设备送风的空气干球温度Tsf和相对湿度RHsf通过调节与控制，保证同时满足设定值的要求。其自动控制分为二种工况机械制冷工况、通风工况； A.机械制冷工况 可变送风露点温度调节可以控制送风的露点温度，送风的干球温度Tsf和相对湿度RHsf的控制是通过调节三级直接热回收段的加热量来实现； 当送风露点温度TL’低于设定的最低送风干球温度Tc与最高相对湿度RHmax对应状态点的露点温度TLc时，通过加大三级直接热回收段的加热量，使得送风干球温度Tsf达到设定的最低送风干球温度Tc ； 当送风露点温度高于等于设定的最低送风干球温度Tc与最高相对湿度RHmax对应状态点的露点温度TLc时，通过调整三级直接热回收段的加热量，使得送风相对湿度RHsf不高于设定的最高相对湿度RHmax ； B.通风工况 在通风工况，机械制冷系统不运行； 空调机组由机械制冷工况进入通风工况的初期是采用全新风送风，将室外新风直接送到室内，不做处理，随着室外新风空气温度的下降，当送风干球温度Tsf降低到设定的最低送风干球温度Tc时，打开一级河水或库水换热器的水阀,利用河水或库水加热使得送风温度升高；若一级河水或库水换热器投入以后，送风温度Tsf又重新降低到最低送风干球温度Tc，此时河水或库水温度Tks正好降低到最低限值TKSmin，则切换新风机、排风机，由全新风转换为最小新风量送风、排风；最小新风与回风混合后，经一级河水或库水换热器冷却调温到合适的温度，而后送到室内，这是利用厂房内机电设备的散热并同时采用最小新风量，使得冬季厂房室内空气温度不过低； 除湿机分为二种，为全新风型除湿机、全回风型除湿机。全新风除湿机的送风温度、湿度的控制方式与空调机组基本相同，只是没有回风。全回风除湿机无新风，按照回风的空气状态、河水或库水温度Tks、围护结构壁面温度Tb来调整送风的空气状态； 6)实现最优室内空气参数的自动选择 在全年任何时期，在满足有关规范及实际需要的前提下，实时选择最佳的室内空气参数，室内空气的温度、湿度在全年动态变化，室内空气状态对能量的需求在任何时刻都是最少的； 室内空气的状态主要取决于送风的空气状态，通过对送风空气状态的控制实现最优室内参数的自动选择，使得空调机组和除湿机以最少的电能消耗、最少的库水或冷却水消耗，将厂房内的空气温度和湿度保持在合适范围； 7)实现厂房内不结露或少结露 空调机组和除湿机通过采用合理的空气处理方式，合理选择室内空气的温度、湿度，以节能的运行方式实现主要场所围护结构的岩体、混凝土壁面全年不结露或少结露； 对于河水或库水年最低温度不低于TC的水电站，可保证厂房内所有水管道壁面全年不结露，相对于只保证围护结构的岩体、混凝土壁面不结露，实现厂房内水管道壁面不结露需要增加一些电能消耗，但通过同时采用可变送风露点温度调节、河水直接冷却、合理选择室内空气参数以后，增加的电能消耗很有限，全年的能耗仍然小于常规的空调除湿设备； 对于河水或库水年最低温度低于TC的水电站，可显著减少厂房内水管道壁面结露的数量，显著缩短结露期； 8)实现自动快速除霜 制冷系统设置四通换向阀，当空气的二级蒸发换热盘管外表面结霜到一定程度，通过将压缩机出口的热媒切换至空气的二级换热器进行快速除霜；除霜期间压缩机满负荷(滑阀开度100% )，同时关停送风机及制冷剂分流控制阀； 9)采用防淤积易清洗的换热器结构 为了充分地利用低温的冷源，直接以河水或库水作为空气的一级冷却和制冷系统的冷却水源，针对大多数河流的河水泥沙较多的情况，采取了特别的措施，水换热器采用光滑的加大口径的换热管、平滑型流道、提高水流速、易拆卸的端板结构，采用高频振荡除藻灭菌型水处理仪对进入换热器的库水进行预处理，提高水的物理溶解度，减缓泥沙在管道中沉积，与库水接触的电动阀门采用耐泥沙淤积和磨损的阀门； 这些措施保证设备在库水泥沙较多的情况下仍然长期、稳定、安全的运行； 10)合理配置空气处理和制冷设备 空气的处理过程配置了初中效过滤器、一级河水表面式换热器、二级直接蒸发表面式换热器、三级热回收表面式换热器； 制冷循环系统包括变容量压缩机、水冷却管壳式冷凝器、制冷剂分流控制阀、电子膨胀阀、四通换向阀、二级直接蒸发表面式换热器、三级热回收表面式换热器等设施，制冷系统按照最不利工况下保证水电站的围护结构表面不结露选择制冷量； 空调机组和除湿机的各个组成部分的容量均合理配置，满足全年全部运行工况的需要； 11)实时自适应自然环境的剧烈变化 传感器能实时监视水温和空气状态，全年任何时刻的室外、室内空气状态的剧烈变化，空调机组和除湿机的PLC控制器自动调整运行工况去适应，运行工况的转换在任何时刻均可逆，实时将运行参数调整到最佳状态； 传感器对温度的反应速度在10秒以内，对湿度的反应速度在60秒以内，PLC控制器按事先设定好的时间周期巡回检测各个传感器反馈的信息，当有偏差发生时，PLC控制器及时调整设备的运行工况和状态参数，库水温度、室外新风和室内回风空气状态在几分钟之内的变化，PLC控制器均能实时感知并及时调整； 12)实现全智能网络控制 机组的PLC控制器根据用户设定好的运行参数，按事先编制好的程序和传感器获得的实时数据自动完成所有控制，全年的运行不需要人员干预； 机组PLC控制器配置的触摸显示控制屏可在现地完成所有的运行参数显示、设置、控制操作，同时，PLC控制器还配置了标准化的网络接口，远方中控室的计算机可通过网络访问机组的控制界面，在中控室远方计算机进行与现地完全一样的监视、操作。
3.可变送风露点温度控制为独创的技术方案，其特征在于，所述独创的技术方案实施方法及步骤如下 I)通过设备的试运行，实测获取与设备运行控制有关的各种数据 试运行实测获取的数据分为二类，一类为通过传感器实时采集，PLC控制器自动记录、设置和显示的数据；另一类为通过人工观测，手动输入和设置的数据； A.自动方式获取的数据 自动方式获取的数据分为二种，为实时的变量数据、恒定的常量数据； a.实时的变量数据 实时的变量数据包括河水库水温度Tks、新风干球温度Txf、新风相对湿度RHxf、回风干球温度Thf、回风相对湿度RHhf、送风干球温度Tsf、送风相对湿度RHsf ； b.恒定的常量数据 恒定的常量数据包括库水温度上升到岩体壁面温度的时刻R2、新风温度下降到岩体壁面温度的时刻R4、混凝土壁面结露在全年开始时刻的河水库水实测温度Tkslil、混凝土壁面结露在全年结束时刻的室外新风实测温度TxfK3、岩体壁面温度的建议调整量A Tb、回风与送风的实测焓差ie ； B.人工方式获取的数据 人工方式获取的数据均为恒定的常量，包括为消除室内散湿所需要的送风露点与库水温度的差值Ta、围护结构的壁面温度设定值Tb、最低送风干球温度Tc、排风与送风的焓差的设定值ID、最低送风露点温度限定值TLmin、最高送风相对湿度RHmax、混凝土壁面结露在全年开始的时刻R1、R1时刻的河水库水温度设定值TKSki、混凝土壁面结露在全年结束的时刻R3、R3时刻的室外新风温度设定值TXFk3、不同深度埋管温度曲线包络系数a、送风参数的巡检周期NI、回风参数的巡检周期N2、时钟设定Rx年月日时分秒； 2)计算岩体壁面温度的建议调整量并对岩体壁面温度进行调整 A.岩体壁面温度建议调整量ATb的计算 计算步骤如下当 R3 > R4 时，Λ Tb = Ta+Tb+O. 2-TxfE3 ； 当 R3 ≤ R4 时，ATb = O ; B.按建议调整量△Tb对岩体壁面温度Tb进行调整 调整的步骤如下 a.将时钟Rx与时刻R4进行比较 当Rx < R4时，将巡检次数回零，取N3 = O,并且岩体壁面温度Tb不做调整； 当Rx > R4时，进入下个步骤b ； b.判断巡检次数N3= O是否成立 若N3 = O不成立，则岩体壁面温度Tb不做调整； 若N3 = O成立，岩体壁面温度Tb调整为Tb = Tb-Λ Tb，同时设定巡检次数Ν3 = I ; 3)计算混凝土传热所需的最大送风露点温度差TEmax 按公式
全文摘要
本发明公开了可变送风露点温度控制的水电站专用空调机和除湿机及控制方法。依据可变送风露点温度控制技术方案，并依照该技术方案及方法研发出水电站专用的空调机组和除湿机。本发明可应用于所有的水电站工程，实现通风空调系统全年节能运行和智能控制，使得空调机和除湿机更节能、更智能、更可靠。
文档编号F24F11/00GK102721117SQ201210235778
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者陈立新 申请人:广西电力工业勘察设计研究院