一种风机风阀联控的全解耦型净化空调系统及其控制方法与流程

本发明涉及净化空调和洁净工程，净化空调系统的设计和运行控制技术。

背景技术：

1、大型的生物制药厂、半导体和芯片制造、精密仪器制造和各类电子厂房，为了维持正常的生产，对相应生产车间的洁净度、压差梯度和温湿度有些严格的要求，特别是洁净度和压差梯度，与药品和产品生产质量和安全性密切相关。生产车间对应的洁净区域的环境控制由净化空调系统承担，净化空调及其通风系统能够提供对应洁净区域所需的达到温湿度要求的洁净空气，从而维持区域内的环境控制参数。

2、对于大型的洁净厂房，由于洁净区域房间众多、需要布置的风系统管网非常复杂，而每个房间都需要达到严格的压差梯度。但是现有净化空调系统存在着诸多设计上的缺陷，导致无法有效的解决多房间相互影响、局部风阀开关、净化空调多模式切换时出现的房间送风量平衡和压差波动的问题。并且现有的净化空调系统运行时，只能常年不间断的以单一模式、恒定工况运行，造成极大的能源浪费。

3、随着净化空调相关技术的发展，对于上述问题也有了一些解决方案。例如，在每个房间的风系统进出支路上设置cav/vav风阀，自动调节独立房间的送风量和压差。这种方法虽然能够实现单一房间的风量和压差控制，但是cav/vav风阀及其控制系统(传感器、控制器)造价昂贵，不适合大规模、多房间的洁净车间；且这种方法无法解决多房间之间相互窜风对于房间之间压差的影响，并且整个净化空调系统的送风机、排风机变频也是根据单一风管支路的压力信息反馈做出的，并不能从整体上实现多房间的统一调节。

4、另外，现有的净化空调系统中，新风和送风、房间回风都是统一经过空调机组处理，新风混在送风中送入洁净区域，也就是说新风系统和送风系统并没有独立，这就给每个房间的新风量分配带来了极大的困难，进而导致由新风量和排风量所决定的房间压差控制困难。虽然现有部分净化空调系统设置了独立的新风处理机组，也同时采用了温湿度独立处理的空气处理方法，但是这些系统的风系统控制方式与常规系统一样，并不能解决多支路多房间的风量平衡和压差控制。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有净化空调及其控制系统的缺陷，提供一种风机风阀联控的全解耦型净化空调系统及其控制方法，通过设置独立的新风机组和空气处理机组，以及独立的风系统，配备一定数量简单的传感器和控制设备，最终有效的解决大区域多房间的洁净送风平衡和压差梯度控制问题，并能有效实现净化空调系统的多模式切换。

2、一种风机风阀联控的全解耦型净化空调系统，包括控制系统、新风机组、空气处理机组、排风机组，以及连接新风机组与洁净区域和房间的新风主管路和支管路，连接空气处理机组与洁净区域和房间的送风主管路和支管路、回风主管路和支管路，连接排风机组与洁净区域和房间的排风主管路和支管路，以及分别设置于上述各主管路和支管路上的数据采集和传输仪表、设置于各主管路和支管路上的风阀，所述数据采集和传输仪表与风阀均与控制系统连接。

3、进一步的，每个洁净房间布置有送风口及高效过滤器，送风支管上设置送风阀，每个洁净房间布置有回风口，在每个回风支管上布置有回风阀，在每个洁净房间布置的新风口及高效过滤器，在每个新风支管上布置的新风阀，在每个洁净房间布置的排风口，在每个排风支管上布置的排风阀。

4、进一步的，所述新风机组中包括初效过滤器、空气热湿处理设备、新风机及其变频器和中效过滤器，用于承担室外新风的热湿处理、净化和新风量控制。新风机组的出口通过新风主管连接至洁净区域，随后新风主管通过各个支管连接至对应的洁净房间中的新风口及高效过滤器，同时在每个新风支管上布置有新风阀。洁净区域的总新风量通过新风机组中的新风机变频控制，而每个房间的新风量由每个新风支管上的新风阀调节。

5、进一步的，所述空气处理机组包括室外空气与回风的混合段、空气热湿处理设备、主送风机及其变频器和中效过滤器，用于承担室外空气和洁净区域回风的热湿处理、净化和送风量控制。空气处理机组的出口通过送风主管连接至洁净区域，随后送风主管通过各个支管连接至对应的洁净房间中的送风口及高效过滤器，同时在每个送风支管上布置有送风阀。洁净区域的总送风量通过空气处理机组中的主送风机变频控制，而每个房间的送风量由每个送风支管上的送风阀调节。空气处理机组的混合段入口通过回风主管连接至洁净区域，回风主管通过各个回风支管连接至对应的洁净房间中的回风口，同时在每个回风支路上布置有回风阀。洁净区域每个房间的回风量由每个回风支管上的回风阀调节。

6、进一步的，所述排风机组中主要设置有排风机及其变频器，排风机组通过排风主管连接至洁净区域，随后排风主管通过各个支管连接至对应的洁净房间中的排风口，同时在每个排风支管上布置有排风阀。洁净区域的总排风量通过排风机组中的排风机变频控制，而每个房间的排风量由每个排风支管上的排风阀调节。

7、进一步的，所述数据采集和传输仪表为压力传感器，新风主管上布置有新风主管压力传感器，用于测量新风主管内的压力情况，从而实现总新风量的实时计算；对应的，在通往各洁净房间的新风支管上安装有新风支管压力传感器，用于测量新风支管内的压力情况，实现每个洁净房间新风量的实时计算。送风主管上布置有送风主管压力传感器，用于测量送风主管内的压力情况，从而实现总送风量的实时计算；对应的，在通往各洁净房间的送风支管上安装有送风支管压力传感器，用于测量送风支管内的压力情况，实现每个洁净房间送风量的实时计算。回风主管上布置有回风主管压力传感器，用于测量回风主管内的压力情况，从而实现总回风量的实时计算；对应的，在通往各洁净房间的回风支管上安装有回风支管压力传感器，用于测量回风支管内的压力情况，实现每个洁净房间回风量的实时计算。排风主管上布置有排风主管压力传感器，用于测量排风主管内的压力情况，从而实现总排风量的实时计算；对应的，在通往各洁净房间的排风支管上安装有排风支管压力传感器，用于测量排风支管内的压力情况，实现每个洁净房间排风量的实时计算。另外，在洁净区域内的每个洁净房间都安装有房间压力传感器，用于实时测量和显示每个洁净房间的压差。

8、进一步的，通过风管和房间内的传感器进行风量和压差的采集，并将实时数据传送至控制系统内进行分析，控制系统进而输出符合整个净化空调系统运行要求的控制参数，实现整个洁净区域的风量平衡的压差控制。

9、进一步的，控制系统包括中央控制器、风阀控制通讯模块和风机控制通讯模块。

10、进一步的，中央控制器与风管和洁净房间内安装的各个压力传感器相连接，可以接收各个压力传感器传输过来的实时数据，进而计算转化为各个风管主管、支管和房间的实时风量和压差；中央控制器又分别连接至风阀控制通讯模块和风机控制通讯模块，可以从风阀控制通讯模块中获取系统中每个风阀的实时开度信息，从风机控制通讯模块中获取系统中每个风机的实时频率信息。中央控制器获取了净化空调系统和洁净区域内所有主管、支管的风量和阀门信息、所有房间的压差信息、所有风机的频率信息，进而可以对系统要实施的工况和模式所需的参数进行自动计算，随后将计算得到的所有风阀开度执行信号和风机频率执行信号，分别发送至风阀控制通讯模块和风机控制通讯模块。

11、进一步的，所述风阀控制通讯模块连接至系统内的所有风阀，用于接收风阀实时开度信息和向风阀输出开度调节信号；风机控制通讯模块连接至新风机、主送风机和排风机的变频器，用于接收所有风机的实时频率信息和向风机输出运行调节信号。风阀控制通讯模块和风机控制通讯模块的风阀和风机调节参数都是来自中央控制器的。

12、一种风机风阀联控的全解耦型净化空调系统的控制方法，其特征在于：根据总排风量和房间排风量的变化，由中央控制器计算总的新风量和各个房间的新风量，然后通过风阀控制通讯模块和风机控制通讯模块，控制新风机的频率和所有新风阀的开度，匹配总排风量和房间排风量的变化，即可实现对所有洁净房间的压差进行控制。

13、实现系统风量平衡的控制方法为风机、以及风阀之间的联合控制。系统总的送风量由中央控制器向风机控制通讯模块发出控制参数，控制总送风机变频器的频率实现调节；各个洁净房间的送风量由中央控制器向风阀控制通讯模块发出控制参数，控制各个送风阀的开度实现调节。系统的回风量则直接由中央控制器向风阀控制通讯模块发出控制参数，控制各个回风阀的开度实现调节。系统总的新风量由中央控制器向风机控制通讯模块发出控制参数，控制新风机变频器的频率实现调节；各个洁净房间的新风量由中央控制器向风阀控制通讯模块发出控制参数，控制各个新风阀的开度实现调节。系统总的排风量由中央控制器向风机控制通讯模块发出控制参数，控制排风机变频器的频率实现调节；各个洁净房间的排风量由中央控制器向风阀控制通讯模块发出控制参数，控制各个排风阀的开度实现调节。

14、实现系统压差梯度的精确控制方法为：由于系统设置了相互独立的送风管道、新风管道、回风管道和排风管道，送风量、新风量和排风量都能通过各自系统对应的风机单独控制。所以，当洁净区域总的送风量和回风量固定，各个洁净房间的送风量和回风量也固定后，每个洁净房间的压差只与房间新风量与房间排风量的差值有关。洁净房间的总排风量和房间排风量与生产车间的设备运行情况密切相关，所以一般是实时变化的，排风量的变化会导致洁净房间的压差发生变化。因此，在本系统中，只需要根据总排风量和房间排风量的变化，相应的由中央控制器计算总的新风量和各个房间的新风量，然后通过风阀控制通讯模块和风机控制通讯模块，控制新风机的频率和所有新风阀的开度，去匹配总排风量和房间排风量的变化，即可对所有洁净房间的压差进行控制。同样的方法，洁净房间之间由于连通门的设置和门缝的存在，导致房间之间相互窜风而引起的房间压差波动，也可以通过单独控制房间新风量变化来调节房间压差梯度。

15、进一步的，上述系统实现系统模式切换的方法为，当净化空调系统在工作模式、值班模式和消毒模式之间切换时，中央控制器通过控制新风机、送风机和排风机的频率变化，得到适应每个模式的总送风量、新风量和排风量；同时，中央控制器通过控制所有送风阀、回风阀、新风阀和排风阀的开度与各个风机实时频率值匹配变化，实现所有房间的风量平衡和压差梯度的快速调节。

16、本发明所采用的技术方案与现有技术相比，具有以下优点：

17、1)系统中新风管路、送风管路、回风管路和排风管路分别独立设置，实现了新风量、送风量和排风量的解耦控制，相对于现有净化空调系统更容易实现洁净区域和房间的风量平衡和压差梯度控制。

18、2)针对洁净区域多房间之间由于风管网和连通门所导致的送风量和压差变化的相互影响，通过新风机、送风机和排风机的联合控制稳定整个洁净区域的风量平衡，再进一步通过所有风阀的联合计算和控制，精确实现各个支路的风量和各个房间的压差控制。

19、3)系统中所用到的数据传感器仅仅是常规的压差传感器，控制系统也不复杂，整个数据传输和控制系统投入相对于一般智能化系统要低很多。

20、4)本发明的净化空调系统能够快速实现工作模式、值班模式和消毒模式的切换，并且在模式切换完成后，能够快速恢复风系统内的风量平衡、并且快速实现区域压差梯度和房间压差控制，使得净化空调系统能够根据生产区域的实际生产情况，灵活的进行模式切换，而不需要担心模式切换后工况难以维持的问题，可以有效的降低系统能耗。

21、5)本发明相对于传统的洁净空调系统，增设了独立的新风机组，并且设置了独立的新风管道和新风口；独立新风机组的设置会在一定程度上增加初投入，独立的新风管道和新风口要占用额外的设备安装空间。但是，本发明所带来的系统调节便利性和节能效果的回报，要远大于初入的增加。另外，本发明的风阀均为简单的电动调节阀，相对于利用价格高昂的vav和cav风阀，实现复杂管网和洁净区域风量平衡和压差控制的方案，在设备投入成本上实际上又是大大降低的。