一种利用海水间接换热的新风空调系统及其控制方法与流程

本发明涉及新能源海上风电领域，更具体地，涉及一种利用海水间接换热的新风空调系统及其控制方法。

背景技术：

1、国家对清洁能源的需求逐渐增大，风力发电是可再生能源领域中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，海上升压站和陆上集控中心是海上风电的心脏，电能汇集中心和电站综合自动化监控系统，是整个海上风电场成败的关键。海上风电场无人值守，但其内部电子设备复杂多样，发热量集中且较大，温湿度环境控制显得尤为关键，需要开发必要的除湿冷却系统保障所有电子设备的正常运行。

2、目前海上风电场为了防止海上的潮湿空气渗入从而影响相关设备寿命和稳定性，引入大量新风进行除盐雾及热湿处理，保障各个室内压力保持在大于微正压的环境。现有技术中大多采用分散设备，例如风冷型散热空调机或除湿机，未能充分利用海上风电自然冷源的环境优势，系统能耗大，成本高，同时空调室外机长期处于户外盐雾腐蚀环境，寿命短，设备维护成本高，可靠性大大下降。

3、因此，按照目前海上风电的发展现状，应当以海边环境的高温、高湿、高盐雾、冬季寒冷潮湿的环境为主，开发一种利用海水的自然冷却系统进行温湿度控制，以保障集控中心的设备正常运行安全运行。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种利用海水间接换热的新风空调系统及其控制方法，使用净化后的海水作为自然冷源，有效降低系统能耗。

2、本发明采取的技术方案是：

3、第一方面，提供一种利用海水间接换热的新风空调系统，包括间接换热模块、集成冷站模块、空气处理模块和新风模块；

4、所述间接换热模块利用海水作为自然冷源，与集成冷站模块和新风模块进行热交换；

5、所述空气处理模块与集成冷站模块进行热交换；

6、所述新风模块包括新风处理装置、预冷盘管和第一风机，室外空气顺次经过新风处理装置、预冷盘管、第一风机后送入室内；

7、所述预冷盘管经过第一水阀与间接换热模块进行热交换，用于对送入室内的新风进行降温处理；

8、所述空气处理模块包括回风处理装置、表冷盘管和第二风机，室内的回风顺次经过回风处理装置、表冷盘管、第二风机后再次送入室内；

9、所述表冷盘管经过第二水阀与集成冷站模块进行热交换，用于对送入室内的送风进行降温处理。

10、本发明提供的空调系统主要用于海上风电场的集控中心内，其中间接换热模块合理利用了海水作为自然冷源，由于海水普遍温度较低，十分适合作为自然冷源使用，利用自然冷却起到有效节能的效果。新风模块可以对新风进行独立处理，利用海水自然冷源进行间接热交换，减少机械制冷耗功。空气处理模块可以有效利用室内回风，对回风进行独立处理。新风模块的预冷盘管和空气处理模块的表冷盘管均利用海水自然冷源进行间接换热，减少机械制冷耗功，起到有效节能效果。

11、进一步的，所述新风模块还包括除湿蒸发器、第一压缩机、风冷冷凝器、第一膨胀阀、储液器和第三膨胀阀、第一水冷冷凝器、第二膨胀阀，用于对送入室内的新风进行除湿处理；

12、所述除湿蒸发器、第一压缩机、风冷冷凝器、第一膨胀阀、储液器和第三膨胀阀依次连接形成风冷冷凝回路，所述风冷冷凝器与室内送出的排风进行热交换；

13、所述除湿蒸发器、第一压缩机、第一水冷冷凝器、第二膨胀阀、储液器和第三膨胀阀依次连接形成水冷冷凝回路，所述第一水冷冷凝器与间接换热模块进行热交换。

14、当室外空气湿度较高时，在通过新风系统送入室内前需先对其进行除湿处理，而除湿蒸发器可以通过第一压缩机工作进行除湿。第一压缩机工作时会产生一定的热量，从而需要通过风冷冷凝器和第一水冷冷凝器将其热量带走，其中风冷冷凝器利用室内送出的排风进行热交换，第一水冷冷凝器利用间接换热模块中的海水进行热交换。新风模块同时利用风冷冷凝和水冷冷凝，由于间接换热模块与多个设备进行热交换，为减轻其负担，当排风温度足够低时尽量使用风冷冷凝，合理利用室内排风温度和海水自然冷源，进一步起到节约能耗的效果。

15、进一步的，所述集成冷站模块包括第二压缩机、第二水冷冷凝器、第四膨胀阀和水冷蒸发器，所述第二压缩机、第二水冷冷凝器、第四膨胀阀和水冷蒸发器依次连接形成制冷回路；

16、所述第二水冷冷凝器与间接换热模块进行热交换，所述水冷蒸发器与表冷盘管进行热交换。

17、集成冷站模块采用冷却水热回收技术，通过水冷蒸发器与表冷盘管进行热交换也就是给表冷盘管提供冷却水，同时通过第二水冷冷凝器给再热盘管和加热盘管提供热水。集成冷站模块冷凝端的热量均由间接换热模块带走，无需配置冷却塔，同时利用主机的冷却水出水温度较高对新风模块和空气处理模块进行回热利用，节约电加热或其他热源的投入，同时也降低间接换热器的负荷，达到较好的节能效果。

18、进一步的，所述新风模块还包括再热盘管，所述再热盘管入口通过第三水阀与第二水冷冷凝器连接，出口与间接换热模块连接，室外的空气经过除湿蒸发器后还经过所述再热盘管，用于对送入室内的新风进行加热处理；

19、所述空气处理模块还包括加热盘管，所述加热盘管入口通过第四水阀与第二水冷冷凝器连接，出口与间接换热模块连接，室内的回风经过表冷盘管后还经过所述加热盘管，用于对送入室内的送风进行加热处理。

20、当室外空气温度较低时，在通过新风系统送入室内前需先对其进行加热处理，而再热盘管与集成冷站模块相连接，由集成冷站模块提供热水。当回风温度较低时，在通过空气处理模块送入室内前需要对其进行加热处理，而加热盘管与集成冷站模块相连接，由集成冷站模块提供热水。集成冷站模块冷凝端的热量均由间接换热模块带走，无需配置冷却塔，同时利用主机的冷却水出水温度较高对新风模块和空气处理模块进行回热利用，节约电加热或其他热源的投入，同时也降低间接换热模块的负荷，达到较好的节能效果。

21、进一步的，所述间接换热模块包括板式换热器、第一水泵、止回阀、海水处理装置和海水管路，

22、所述板式换热器的入口与第一水泵、止回阀、海水处理装置依次连接，出口与海水管路连接。

23、更具体的，所述海水处理装置包括依次连接的除污器、电子水处理仪、y型过滤器，用于对海水进行处理，给板式换热器提供清洁的海水作为自然冷源，以免腐蚀设备和管路。

24、第二方面，提供一种利用海水间接换热的新风空调系统控制方法，采用第一方面所述的空调系统实现，所述控制方法包括：

25、间接换热模块、空气处理模块和新风模块进入工作模式；

26、测量室外温度和室内温度；

27、当室外温度高于室内温度时，系统处于夏季模式，集成冷站模块进入工作模式给空气处理模块提供冷却水；

28、当室外温度低于室内温度时，系统处于冬季模式，集成冷站模块进入工作模式给空气处理模块提供冷却水，给新风模块和/或空气处理模块提供热水。

29、集成冷站模块第二水冷冷凝器的热量均由间接换热模块带走，无需配置冷却塔，同时利用主机的冷却水出水温度较高对新风模块和空气处理模块进行回热利用，因此在夏季模式时，通过水冷蒸发器给空气处理模块提供冷却水，在冬季模式时，通过水冷蒸发器给空气处理模块提供冷却水的同时通过第二水冷冷凝器给新风模块和/或空气处理模块提供热水，节约电加热或其他热源的投入，同时也降低间接换热模块的负荷，达到较好的节能效果。通过测量相应的温度和湿度值，对集成冷站模块的工作模式进行切换，起到高效制冷制热除湿的功能，同时有效节约能耗。

30、进一步的，新风模块进入工作模式的控制方法包括：

31、测量室内温度、室外湿度；

32、预设室内温度设定值、室内湿度设定值；

33、当系统处于夏季模式时：

34、关闭第三水阀，开启第一水阀，使预冷盘管与间接换热模块进行热交换，使室外空气经过新风处理装置净化处理形成新风，再经过预冷盘管降温处理、除湿蒸发器除湿处理后，通过第一风机直接送入室内；

35、当室内温度大于室内温度设定值，增大第一水阀的开度，增加预冷盘管与间接换热模块进行的热交换，增加预冷盘管对新风的降温处理；

36、当室内温度小于室内温度设定值时，减小第一水阀的开度，减小预冷盘管与间接换热模块进行的热交换，减小预冷盘管对新风的降温处理；

37、当系统处于冬季模式时：

38、增加测量集成冷站模块提供的热水温度；

39、增加预设第一热水温度设定值；

40、关闭第一水阀，开启第三水阀，使集成冷站模块给再热盘管提供热水，使室外空气经过新风处理装置净化处理形成新风，再经过除湿蒸发器除湿处理、再热盘管加热处理后，通过第一风机直接送入室内；

41、如果集成冷站模块提供的热水小于第一热水温度设定值，则关闭第三水阀，开启位于再热盘管和第一风机之间的第一电加热器，使室外空气经过新风处理装置净化处理形成新风，再经过除湿蒸发器除湿处理、第一电加热器加热处理后，通过第一风机直接送入室内；

42、如果室外湿度低于室内湿度设定值，关闭第一压缩机，使除湿蒸发器停止工作，开启位于再热盘管和第一风机之间的第一加湿器，使室外空气经过新风处理装置净化处理形成新风，再经过再热盘管加热处理、第一加湿器加湿处理后，通过第一风机直接送入室内。

43、新风模块用于处理室外空气作为新风送入室内，当室外温度较高时，新风模块通过预冷盘管对内送入室内的新风进行降温处理，预冷盘管主要通过间接换热模块利用海水自然冷却，有效节约能耗。当室外温度较低时，新风模块通过再热盘管对送入室内的新风进行加热处理，再热盘管通过集成冷站模块提供热水，如果热水温度不足导致无法有效加热时，开启第一电加热器进行加热处理。当室外湿度较低时，开启第一加湿器对送入室内的新风进行加湿处理。通过测量相应的温度和湿度值，对新风模块的工作模式进行切换，起到高效制冷制热除湿的功能，同时有效节约能耗。

44、进一步的，新风模块进入工作模式的控制方法还包括：

45、测量室内露点温度；

46、预设露点温度设定值和最低露点温度阈值；

47、当室内露点温度大于露点温度设定值时，第一压缩机加载运行，增加除湿蒸发器对新风的除湿处理；

48、当室内露点温度小于露点温度设定值时，第一压缩机减载运行，减少除湿蒸发器对新风的除湿处理；

49、当室内露点温度小于最低露点温度阈值时，第一压缩机停止运行，停止除湿蒸发器对新风的除湿处理。

50、当室外湿度较高时，新风模块通过除湿蒸发器对送入室内的新风进行除湿处理，除湿蒸发器利用第一压缩机工作，对海边环境高湿气体进行有效除湿，从而对设备进行保护。

51、进一步的，新风模块进入工作状态的控制方法还包括：

52、测量室内排风温度；

53、预设排风温度阈值；

54、当室内排风温度高于排风温度阈值时，减小第一膨胀阀的开度，增大第二膨胀阀的开度，加大水冷冷凝回路与室内排风的热交换；

55、当排风温度低于预设的排风温度阈值时，增大第一膨胀阀的开度，减小第二膨胀阀的开度，加大风冷冷凝回路与间接换热模块的热交换。

56、第一压缩机工作时会产生一定的热量，从而需要通过风冷冷凝器和第一水冷冷凝器将其热量带走，其中风冷冷凝器利用室内送出的排风进行热交换，第一水冷冷凝器利用间接换热模块中的海水进行热交换。新风模块同时利用风冷冷凝和水冷冷凝，由于间接换热模块与多个设备进行热交换，为减轻其负担，当排风温度足够低时尽量使用风冷冷凝，合理利用室内排风温度和海水自然冷源，进一步起到节约能耗的效果。

57、进一步的，空气处理模块进入工作状态的控制方法包括：

58、测量室内回风温度；

59、预设回风温度设定值、最低回风温度阈值；

60、当系统处于夏季模式时：

61、关闭第四水阀，开启第二水阀，使集成冷站模块给表冷盘管提供冷却水，使室内回风经过回风处理装置的净化处理生成送风，再经过表冷盘管的降温处理，通过第二风机直接送入室内；

62、当室内回风温度大于回风温度设定值时，增大第二水阀的开度，增加表冷盘管与集成冷站模块进行的热交换；

63、当室内回风温度小于回风温度设定值时，减小第二水阀的开度，减少表冷盘管与集成冷站模块进行的热交换；

64、当室内回风温度小于最低回风温度阈值时，关闭第二水阀，表冷盘管与集成冷站模块停止热交换；

65、当系统处于冬季模式时：

66、增加测量集成冷站模块提供的热水温度；

67、增加预设第二热水温度设定值；

68、开启第四水阀，开启第二水阀，使集成冷站模块给表冷盘管提供冷却水，给加热盘管提供热水，使室内回风经过回风处理装置的净化处理生成送风，再经过表冷盘管的降温处理、加热盘管的加热处理后，通过第二风机直接送入室内；

69、当室内回风温度大于回风温度设定值时，增大第二水阀的开度，增加表冷盘管与集成冷站模块进行的热交换；

70、当室内回风温度小于回风温度设定值时，减小第二水阀的开度，减少表冷盘管与集成冷站模块进行的热交换；

71、当室内回风温度小于最低回风温度阈值时，关闭第二水阀，表冷盘管与集成冷站模块停止热交换；

72、当第二水阀关闭后，室内回风温度依然小于预设的最低回风温度时，增大第四水阀的开度，增加集成冷站模块给加热盘管提供的热水流量；

73、如果集成冷站模块提供的热水温度小于第二热水温度设定值，则关闭第四水阀，开启位于加热盘管和第二风机之间的第二电加热器，使室内回风经过回风处理装置的净化处理生成送风，再经过表冷盘管的降温处理、第二电加热器的加热处理后，通过第二风机直接送入室内。

74、空气处理模块用于对室内回风进行处理后作为送风再送入室内，因此当回风温度较高时，通过表冷盘管对送风进行降温处理，表冷盘管通过集成冷站模块提供冷却水。当回风温度较低时，通过加热盘管对送风进行加热处理，加热盘管通过集成冷站模块提供热水。如果热水温度不足导致无法有效加热时，开启第二电加热器进行加热处理。通过测量相应的温度值，对空气处理模块的工作模式进行切换，起到高效制冷制热的功能，同时节约能耗。

75、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

76、(1)本发明使用海水作为自然冷源，间接换热模块同时与新风模块和集成冷站模块进行热交换，利用自然冷却减少机械制冷功耗，起到有效节能的效果；

77、(2)本发明新风模块采用新风集中盐雾处理，减轻海边盐雾环境对设备的腐蚀影响，同时利用风冷冷凝和水冷冷凝，通过回风温度切换两种冷凝模式，合理利用室内排风温度和海水自然冷源，进一步起到节约能耗的效果；

78、(3)本发明集成冷站模块冷凝端的热量均由间接换热模块带走，无需配置冷却塔，同时利用主机的冷却水出水温度较高对新风模块和空气处理模块进行回热利用，根据室内外温度对比切换夏季模式和冬季节，节约电加热或其他热源的投入，同时也降低间接换热器的负荷，达到较好的节能效果；

79、(4)本发明通过测量相应的温度和湿度值，对新风模块、空气处理模块和集成冷站模块的工作模式进行切换，起到高效制冷制热除湿的功能，同时有效节约能耗。