1. 全年多工况分区恒温恒湿节能控制策略

工艺性空调系统为满足室内全年的恒温恒湿控制精度指标,配备了众多的空气热湿处理手段,如图所示。常见的有表冷器(降温除湿)、加热器(升温)、干蒸汽加湿器、高压喷雾(等焓、冷却加湿)、新风/回风/排风阀、风机变频等,这些调节机构为空调自控系统在不同季节提供了温湿度控制手段。    

空调自控系统的控制回路一般由温度和湿度控制回路组成,根据PID调节回路控制逻辑,在某一特定时刻温度和湿度控制回路的PID输出信号应指向唯一的执行机构。因此,自控系统应根据室外季节气候条件和车间热湿负荷变化来优化各种热湿处理手段的组合,找准各种室内外工况条件下的最佳温湿度控制回路的执行机构,以保证车间温湿度控制精度的目标实现,并最大限度的节省空调系统的运行能耗。    


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空调温湿度PID控制回路


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全年多工况分区焓湿图分析


  除湿与加湿分区边界:    

当新回风混合状态点(C)的含湿量大于或等于送风状态点(O)的含湿量,即dC≥dOS时,此季节工况应对空气进行除湿处理,否则应对空气进行加湿处理。    

  加热与冷却分区边界:    

当新回风混合状态点(C)的温度大于或等于送风状态点(O)的温度,即tC≥tOS时,此工况应对空气进行冷却处理,否则应对空气进行加热处理。  

  新回风比节能控制原则:    

除湿季节工况,若室外空气的焓值大于或等于回风空气的焓值,即iW≥iR时,采用最小新风;若iW<iR,采用最大新风。加湿季节工况,视情况采用最小新风或调节新回风比。    


根据上述全年多工况分区原则,如含湿图所示,针对某特定的工艺性空调系统根据空气热湿处理机理在焓湿图(i-d)上将全年分成九个工况区域。举例说明某些工况区域的温湿度控制策略如下    


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2. 串级调节策略

工业企业生产车间内工艺设备产热量大,车间温湿度场在水平和垂直方向上均存在不均匀性,空调系统的回风温湿度不能代表车间内部温湿度参数,因此常在车间内部布置室内温湿度传感器。由于空调送风达到车间温湿度传感器位置需要一定的时间延迟,为防止因滞后时间导致的温湿度超调现象,因此将送风温湿度参数作为中间变量进行串级控制,可以提高空调自控系统的动态调节品质。    

如下图所示,车间(室内)相对湿度控制回路为串级控制的主回路,送风相对湿度控制回路为串级控制的副回路。主回路PID运算的输出值作为副回路的设定值,由副回路的PID运算直接控制相对湿度控制回路的执行机构(如表冷除湿阀、干蒸汽加湿阀等)。


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相对湿度串级调节原理图


3. 空调变风量节能控制策略

空调系统送风量一般是按夏季设计工况的室内冷负荷进行选型的。当室外气象条件偏离夏季设计工况或车间生产负荷变小时,如果空调系统采用定风量运行,一方面浪费风机电耗,另一方面在除湿季节空调系统会出现再热现象,造成冷热抵消,浪费能源。根据风机性能公式,风机功率消耗与转速近似三次方的正比关系,当风量减少到原设计风量80%时,风机功率消耗减少到原设计功率51.2%。    

空调系统送风量(L)可用下述公式表示:    

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对于室内空调负荷QX一定的情况下,送风温差△t=︱tN-tO︱越大,空调系统所需要的风量L越小。因此,自控系统采用“最大送风温差”控制策略显然能将空调系统送风量维持在最小状态,并在策略下制定各季节工况下的最优送风温湿度设定值。    


4. 空调系统与冷冻站联合运行节能控制策略

空调末端系统与制冷站联合运行综合节能控制由5大环节组成,最终为车间提供恒温恒湿空调环境,每个环节均对应各自的节能控制策略。制冷站将冷冻水提供给空调机组表冷器,两者之间进行变流量(量调节)、变水温(质调节)节能调节过程。    


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空调制冷系统联合运行综合节能控制路线图