如图1所示,《一种温湿度独立控制的高效节能空调系统及其调节方法》温湿度独立控制的高效节能空调系统包括:
由冷水机组5、冷冻水泵6、新风机组进水管路9、新风机组1、新风机组出水管路11、回风机组进水管路12、回风机组2、回风机组出水管路13以及冷冻水回水管路10依次首尾顺序连接构成的冷冻水循环系统,用于将冷水机组5产生的冷冻水在新风机组1、回风机组2以及各个管路之间循环输送;所述回风机组进水管路12与回风机组出水管路13之间跨接有旁通管道14,所述回风机组出水管路13和旁通管路14上分别设置有第一调节阀门4和第二调节阀门3;
由安装在空调房内的温度传感器7和湿度传感器8组成的温湿度采集单元,用于在线监测空调房内的温度和湿度;系统控制单元,包括温度控制器101、湿度控制器102、信号选择器103和机组冷水温度控制器104,用于根据所述温度传感器7和湿度传感器8采集的空调房内空气的温度和湿度与系统预先设定的温度和湿度之间的偏差值,适时对所述第一调节阀门4或第二调节阀门3的开度及冷水机组5提供的冷冻水出水温度进行调节。
下面结合图1介绍《一种温湿度独立控制的高效节能空调系统及其调节方法》高效节能空调系统降温除湿的具体工作过程。空调系统工作时,所述冷水机组5供应的冷冻水会先从所述新风机组进水管路9进入所述新风机组1,对所述新风机组1中的新风进行降温除湿,将新风的含湿量降至低于空调房间要求的含湿量,然后送入空调房间;冷冻水通过所述新风机组1之后会经由所述新风机组出水管路11、回风机组进水管路12进入所述回风机组2,对所述回风机组2中的回风进行降温处理,然后送入空调房间。所述回风机组2的冷冻水经由回风机组出水管路13、冷冻水回水管路10最终会流回所述冷水机组5,实现降温除湿的循环反复过程。
《一种温湿度独立控制的高效节能空调系统及其调节方法》在所述回风机组进水管路12与回风机组出水管路13之间跨接有旁通管路14,从而从新风机组出水管路11中流出的冷冻水不仅可以被输送到回风机组进水管路12中,还可以部分直接分流到回风机组出水管路13中。所述回风机组出水管路13和旁通管路14上分别设置有第一调节阀门4和第二调节阀门3,通过该发明的系统控制单元可以对所述第一调节阀门4和第二调节阀门3的开度进行调节,从而实现对进入新风机组1和回风机组2的冷冻水流量及冷水机组5提供的冷冻水出水温度进行动态调节和优化配置,使空调房内的温度和湿度保持在系统设定的区间范围内。
图2是《一种温湿度独立控制的高效节能空调系统及其调节方法》高效节能空调系统的新风机组1的结构示意图。如图2所示,所述新风机组1的表冷器18包含多组独立工作的换热单元,所述多组独立工作的换热单元相互串联,第二组换热单元16至第n组换热单元的出水口通过一个共同管道连接至第一组换热单元15,其中,n≥3,所述第一组换热单元15连接所述新风机组出水管路11。所述多组独立工作的换热单元中,第一组换热单元15用于对新风进行预冷却,第二组换热单元16、第三组换热单元17及之后的各组换热单元主要用来对空气降温及深度除湿。空调系统工作时,冷冻水并联进入所述第二组换热单元16、第三组换热单元17及其后的各组换热单元,完成空气除湿及深度除湿,之后各组换热单元流出的冷冻水集中后再进入所述第一组换热单元15,完成新风预冷却的工作,经过新风机组1处理的新风含湿量低于室内空气设计状态下的含湿量。
以下结合图3和图4对《一种温湿度独立控制的高效节能空调系统及其调节方法》高效节能空调系统的系统控制单元的结构和工作原理进行详细说明。如图3所示,所述系统控制单元包括:温度控制器101、湿度控制器102、信号选择器103和机组冷水温度控制器104。
所述温度控制器101用于接收所述温度传感器7采集的空调房内空气的温度,并根据空调房内空气的温度和系统预先设定的温度之间的偏差值,输出对所述第一调节阀门4的控制信号或向所述信号选择器103输出温度调节信号。如图4,所述温度控制器101的控制过程为:1)当空调房内空气的温度低于系统预先设定的温度并且两者差值的绝对值大于一个给定值a(即空调房内温度偏低)时,所述温度控制器101检测所述第一调节阀门4的开度,若检测后发现所述第一调节阀门4的开度大于预设的最低门限开度则所述温度控制器101向所述第一调节阀门4发出阀门开度关小的阀门控制信号,若检测后发现所述第一调节阀门4的开度小于或等于预设的最低门限开度则所述温度控制器101向所述信号选择器103发出水温上调的温度调节信号TTU;2)当空调房内空气的温度高于系统预先设定的温度并且两者差值的绝对值大于一个给定值a(即空调房内温度偏高)时,所述温度控制器101检测所述第一调节阀门4的开度,若检测后发现所述第一调节阀门4的开度小于预设的最高门限开度则所述温度控制器101向所述第一调节阀门4发出阀门开度调大的阀门控制信号,若检测后发现所述第一调节阀门4的开度大于或等于预设的最高门限开度则所述温度控制器101向所述信号选择器103发出水温下调的温度调节信号TTD。而所述第一调节阀门4收到阀门开度关小的阀门控制信号后,会将所述第一调节阀门4的开度逐渐关小至预设的最低门限开度,从而可以使进入回风机组2的冷冻水流量变小,空调房间内的温度便可逐渐升高。同理,若所述第一调节阀门4收到阀门开度调大的阀门控制信号后,会将所述第一调节阀门4的开度逐渐调大至预设的最高门限开度,从而可以使进入回风机组2的冷冻水流量变大,空调房间内的温度便可逐渐降低。
所述湿度控制器102用于接收所述湿度传感器8采集的空调房内空气的湿度,并根据空调房内空气的湿度和系统预先设定的湿度之间的偏差值,输出对所述第二调节阀门3的控制信号或向所述信号选择器103输出温度调节信号。如图4,所述湿度控制器102的控制过程为:首先判断所述空调房内空气的温度信号T是否大于系统预先设定的温度信号T0,若是则不启动对所述第二调节阀3的调节,否则进入以下步骤:1)当空调房内空气的(相对)湿度低于系统预先设定的湿度并且两者差值的绝对值大于一个给定值b(即空调房内湿度偏低)时,所述湿度控制器102检测所述第三调节阀门3的开度,若检测后发现所述第二调节阀门3的开度大于预设的最低门限开度则所述湿度控制器102向所述第二调节阀门3发出阀门开度关小的阀门控制信号,若检测后发现所述第二调节阀门3的开度小于或等于预设的最低门限开度则所述湿度控制器102向所述信号选择器103发出水温上调的温度调节信号THU;2)当空调房内空气的(相对)湿度高于系统预先设定的湿度并且两者差值的绝对值大于一个给定值b(即空调房内湿度偏高)时,所述湿度控制器102检测所述第二调节阀门3的开度,若检测后发现所述第二调节阀门3的开度小于预设的最高门限开度则所述湿度控制器102向所述第二调节阀门3发出阀门开度调大的阀门控制信号,若检测后发现所述第二调节阀门3的开度大于或等于预设的最高门限开度则所述湿度控制器102向所述信号选择器103发出水温下调的温度调节信号THD。而所述第二调节阀门3收到阀门开度关小的阀门控制信号后,会将所述第二调节阀门3的开度逐渐关小至预设的最低门限开度,从而可以使进入新风机组1的冷冻水流量变小,空调房间内的(相对)湿度便可逐渐升高。同理,若所述第二调节阀门3收到阀门开度调大的阀门控制信号后,会将所述第二调节阀门3的开度逐渐调大至预设的最高门限开度,从而可以使进入新风机组1的冷冻水流量变大,空调房间内的(相对)湿度便可逐渐降低。
以上描述的控制过程中,给定值a可以是一个正数,如0.5℃,1℃等,表示空调房内空气的温度可以在系统设定的温度周围一个正负较小的区间内波动,超过了这个区间则需要调节第一调节阀门4或冷冻水出水温度。给定值b也是一个正数,如3%,5%等,表示空调房间内空气的湿度可以在系统设定的湿度周围一个正负较小的区间内波动,超过了这个区间则需要调节第二调节阀门3或冷冻水出水温度。
如图3,所述信号选择器103的信号输入端连接所述温度控制器101和湿度控制器102的信号输出端,所述信号选择器103的信号输出端连接所述机组冷水温度控制器104。前已述及,如果湿度控制器102检测发现第一阀门4或第二阀门3的开度已经达到最高或最低门限开度时,即已经无法通过调节阀门开度的方式来调节空调房内温度或湿度的情况下,会发出温度调节信号。这时温度调节信号被输入所述信号选择器103,所述信号选择器103会选择一个上调水温或下调水温信号发送给所述机组冷水温度控制器104,所述机组冷水温度控制器104于是发出调节冷水机组5出水温度的控制信号,从而可实现动态调节冷水机组5的冷冻水温度,极大减少能耗,提高机组效率的目的。
应当理解,《一种温湿度独立控制的高效节能空调系统及其调节方法》在回风机组进水管路12与回风机组出水管路13之间安装一个旁通管路14,并在该旁通管路14上设置一个第二调节阀门3,具有很大的作用。因为回风机组2和新风机组1所需的冷冻水流量可能会出现不匹配的情况,例如当空调房内的温度偏低、湿度偏高时,所述回风机组2所需的冷冻水流量需要调小,而所述新风机组1所需的冷冻水流量却需要调大,假如没有安装旁通管路14和第三调节阀门3,那么在关小第一调节阀门4、满足回风机组2所需冷冻水流量的情况下,冷冻水便无法大量返回冷冻水回水管路10,从而无法为新风机组1提高大流量的冷冻水。安装了旁通管路14和第二调节阀门3后,即使在关小第一调节阀门4、满足回风机组2所需冷冻水流量的情况下,仍可以通过开大第二调节阀门3的开度,使冷冻水大量返回冷冻水回水管路10,从而为新风机组1提高大流量的冷冻水,降低空调房内的湿度,由此实现了温度和湿度的独立控制。
如图5所示,《一种温湿度独立控制的高效节能空调系统及其调节方法》温湿度独立控制的高效节能空调系统的调节方法包括以下步骤:
步骤S1:通过温度传感器7和湿度传感器8对空调房内的空气参数进行在线监测。
所述温度传感器7和湿度传感器8设置于空调房间内,用于采集空调房间内空气的温度信号T和湿度信号RH,并将所述温度信号T和湿度信号RH作为输入信号分别传递系统控制单元的温度控制器101和湿度控制器102。
步骤S2:系统控制单元根据所述温度传感器7和湿度传感器8采集的空调房内空气的温度和湿度动态调整冷水机组5提供的冷冻水温度。
如图6所示,所述步骤S2具体包括以下步骤:
步骤S201:所述温度控制器101接收所述温度传感器7采集的空调房内的温度信号T,并将该温度信号T与系统预先设定的温度信号T0进行对比,根据空调房内的温度信号T与系统预先设定的温度信号T0的偏差值发出相应的阀门控制信号和冷冻水温度调节信号。
在步骤S201中,所述温度控制器101根据对比结果发出相应的阀门控制信号和冷冻水温度调节信号,具体包括以下操作步骤:
若所述空调房内空气的温度信号T小于系统预先设定的温度信号T0并且两者差值的绝对值大于一个给定值a时,检测所述第一调节阀门4的开度;当所述第一调节阀门4的开度大于预设的最低门限开度时所述温度控制器101向所述第一调节阀门4发出阀门开度关小的阀门控制信号,否则所述温度控制器101向所述信号选择器103发出水温上调的温度调节信号TTU;
若所述空调房内空气的温度信号T大于系统预先设定的温度信号T0并且两者差值的绝对值大于一个给定值a时,检测所述第一调节阀门4的开度;当所述第一调节阀门4的开度小于预设的最高门限开度时所述温度控制器101向所述第一调节阀门4发出阀门开度调大的阀门控制信号,否则所述温度控制器101向所述信号选择器103发出水温下调的温度调节信号TTD。
以上描述中,给定值a可以是一个较小的正数,如0.5℃,1℃等,表示空调房内空气的温度可以在系统设定的温度周围一个正负较小的区间内波动,超过了这个区间则需要调节第一调节阀门4或冷冻水出水温度。
步骤S202:所述湿度控制器102接收所述湿度传感器8采集的空调房内的湿度信号RH,并将该湿度信号RH与系统预先设定的湿度信号RH0进行对比,根据空调房内的湿度信号RH与系统预先设定的湿度信号RH0的偏差值发出相应的阀门控制信号和冷冻水温度调节信号。
在步骤S202中,首先判断所述空调房内空气的温度信号T是否大于系统预先设定的温度信号T0,若是则跳过将空调房内空气的湿度信号RH与系统预先设定的湿度信号RH0进行对比的步骤,不启动对所述第二调节阀门3的调节,否则进入以下步骤:
若所述空调房内空气的湿度信号RH小于系统预先设定的湿度信号RH0并且两者差值的绝对值大于一个给定数值b时,检测所述第二调节阀门3的开度;当所述第二调节阀门3的开度大于预设的最低门限开度时所述湿度控制器102向所述第二调节阀门3发出阀门开度关小的阀门控制信号,否则所述湿度控制器102向所述信号选择器103发出水温上调的温度调节信号THU;
若所述空调房内空气的湿度信号RH大于系统预先设定的湿度信号RH0并且两者差值的绝对值大于一个给定数值b时,检测所述第二调节阀门3的开度;当所述第二调节阀门3的开度小于预设的最高门限开度时所述湿度控制器102向所述第二调节阀门3发出阀门开度调大的阀门控制信号,否则所述湿度控制器102向所述信号选择器103发出水温下调的温度调节信号THD。
以上描述中,给定值b也是一个较小的正数,如3%,5%等,表示空调房间内空气的湿度可以在系统设定的湿度周围一个正负较小的区间内波动,超过了这个区间则需要调节第二调节阀门3、或冷冻水出水温度。
步骤S203:所述第一调节阀门4根据所述温度控制器101输出的阀门调节信号调节阀门开度,实现对所述回风机组2中冷冻水流量的控制;具体包括:
若所述第一调节阀门4收到阀门开度关小的阀门控制信号,则将所述第一调节阀门4的开度逐渐关小至预设的最低门限开度;若所述第一调节阀门4收到阀门开度调大的阀门控制信号,则将所述第一调节阀门4的开度逐渐调大至预设的最高门限开度。
步骤S204:所述第二调节阀门3根据所述湿度控制器102输出的阀门调节信号调节阀门开度,实现对所述新风机组1冷冻水流量的控制;具体包括:
若所述第二调节阀门3收到阀门开度关小的阀门控制信号,则将所述第二调节阀门3的开度逐渐关小至预设的最低门限开度;若所述第二调节阀门3收到阀门开度调大的阀门控制信号,则将所述第二调节阀门3的开度逐渐调大至预设的最高门限开度。
步骤S205:所述系统控制单元的信号选择器103从所述温度控制器101及所述湿度控制器102发出的冷冻水温度调节信号中选择一个冷冻水温度调节信号发送给机组冷水温度控制器104。
在步骤S205中,所述信号选择器103判断是否存在一个水温下调或上调的温度调节信号:
当所述温度控制器101及所述湿度控制器102同时发出冷冻水水温上调信号时,所述信号选择器103向所述机组冷水温度控制器104发出冷冻水水温上调信号;当所述温度控制器101及所述湿度控制器102中的任一个发出冷冻水水温下调信号时,所述信号选择器103向所述机组冷水温度控制器104发出冷冻水水温下调信号。
步骤S206:所述机组冷水温度控制器104将收到的温度调节信号发送给所述冷水机组5,所述冷水机组5对应做出上调冷冻水出水温度或下调冷冻水出水温度的动作。
在步骤S206中,所述冷水机组5收到温度调节信号后,相应做出上调冷冻水出水温度或下调冷冻水出水温度的水温调节动作,从而实现冷冻水温度的动态调节,减少能耗,提高机组的工作效率。
综上所述,《一种温湿度独立控制的高效节能空调系统及其调节方法》温湿度独立控制的高效节能空调系统及其调节方法,不仅可以为空调房间提供舒适的温度和湿度,还可以利用温度传感器和湿度传感器对空调房内的空气温、湿度参数进行在线监测,应用运行优化控制程序,动态调节冷水机组提供的供水温度,实现冷水机组的变水温运行,提高机组的工作效率,减少能源消耗,降低使用成本。所述新风机组1的表冷器18被划分成多组独立工作的换热单元,具有在中温冷冻水通过状态下深度除湿的能力,其中第一组换热单元15用于对新风进行预冷却,第二组换热单元16、第三组换热单元17及之后的各组换热单元用于对空气进行降温及深度除湿。