熱泵驅(qū)動式全熱回收型溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組自控系統(tǒng)分析

商云瑞，強(qiáng)天偉，張龍軍

（西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西西安710048）

熱泵驅(qū)動式全熱回收型溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組自控系統(tǒng)分析

商云瑞，強(qiáng)天偉，張龍軍

（西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西西安710048）

本文介紹了熱泵驅(qū)動式全熱回收型溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組的工作原理，并重點整理分析了該新風(fēng)機(jī)組的自控方式及內(nèi)容。

熱泵；全熱回收；溶液調(diào)濕；工作原理；自動控制

0 引言

溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)（THICS）是由中國工程院院士、清華大學(xué)教授江億帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊提出并研發(fā)的一種可以營造既節(jié)能又舒適的室內(nèi)空調(diào)環(huán)境的新型空調(diào)系統(tǒng)，具有很好的應(yīng)用前景。溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組是THICS中濕度控制系統(tǒng)的核心部件，它是基于鹽溶液的基本物理吸濕性，經(jīng)濃溶液吸濕變成稀溶液，再由稀溶液再生成濃溶液不斷循環(huán)來達(dá)到調(diào)濕目的的。溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組有熱泵驅(qū)動的溶液熱回收型新風(fēng)機(jī)組和熱水驅(qū)動的溶液熱回收型新風(fēng)機(jī)組兩種，其中實際應(yīng)用中最常見的就是熱泵驅(qū)動式全熱回收型溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組（HVF）[1]。

隨著THICS的應(yīng)用領(lǐng)域從辦公科研、交通樞紐、酒店公寓到文化展覽、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)廠房的逐漸擴(kuò)大，在在智能樓宇的大的發(fā)展趨勢下，對控制精度的要求越來越高，對于THICS自動控制系統(tǒng)的研究越來越重要。溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組作為THICS的核心部件，其自控系統(tǒng)的研究成為重中之重。HVF由熱泵循環(huán)系統(tǒng)和溶液循環(huán)系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，在實現(xiàn)自控時，兩系統(tǒng)之間匹配是控制難點，故而針對于該系統(tǒng)的自控有必要進(jìn)行深入分析與研究。

1 熱泵驅(qū)動式全熱回收型溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組

HVF是THICS實際應(yīng)用中最常選用的機(jī)組，根據(jù)熱回收級別分為單級熱回收型、雙級熱回收型、多級熱回收型[2]。由于單級、雙級、多級機(jī)組的回收原理相同，主要區(qū)別就在于熱回收段的增加，因而在下文中，主要針對單級熱回收型溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行研究。

1.1 工作原理

HVF主要分為再生單元、全熱回收單元、除濕單元三大部分，裝置中還設(shè)有熱泵循環(huán)系統(tǒng)。熱泵循環(huán)的制冷量用于降低溫度以提高除濕能力和對新風(fēng)降溫，冷凝器排熱量用于濃縮再生溶液。HVF的工作原理圖如圖1所示。

圖中上層為回風(fēng)處理通道，下層為新風(fēng)處理通道，圖中蒸發(fā)器在除濕單元側(cè)，冷凝器在再生單元側(cè)，展示的是夏季工況運行工作原理。機(jī)組在冬季工況下工作時，則需要熱泵驅(qū)動系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器互換。

夏季工況下，室外新風(fēng)在全熱回收單元中以溶液為媒介和排風(fēng)進(jìn)行全熱交換，新風(fēng)被初步降溫除濕，該單元溶液由本單元溶液泵提升后再自頂部噴淋實現(xiàn)循環(huán)，并不參與除濕單元和再生單元的溶液循環(huán)。然后初步降除濕后的新風(fēng)進(jìn)入除濕單元中進(jìn)一步降溫、除濕到達(dá)送風(fēng)狀態(tài)點，之后送入室內(nèi)，該狀態(tài)點要求滿足固定含濕量。除濕單元中，調(diào)濕溶液利用濃溶液水蒸氣分壓力與被處理空氣水蒸氣分壓力的壓力差吸收空氣中的水蒸氣，濃溶液吸收新風(fēng)中的水蒸氣后變成稀溶液，之后稀溶液進(jìn)入再生單元進(jìn)行再生濃縮。由于在溶液除濕過程中不斷釋放出潛熱量，產(chǎn)生的熱量會使得溶液溫度升高，從而導(dǎo)致溶液表面水蒸氣分壓力升高，進(jìn)而減小溶液與空氣間的水蒸氣分壓力差，而降低溶液的除濕性能，此時可以利用熱泵蒸發(fā)器中制冷劑蒸發(fā)并通過換熱器對除濕前的溶液進(jìn)行冷卻帶走釋放出的潛熱，來增強(qiáng)溶液的除濕能力。

室內(nèi)回風(fēng)則是先經(jīng)過全熱回收單元，在溶液的作用下對回風(fēng)進(jìn)行除濕和增溫，再進(jìn)入再生單元帶走溶液濃縮時釋放的水分，最后經(jīng)輔助冷凝器排向室外。再生單元是利用冷凝器中制冷劑的放熱量來對稀溶液進(jìn)行加熱濃縮，以實現(xiàn)溶液的再生。除濕單元和再生單元通過溶液管連接實現(xiàn)溶液循環(huán)，以維持兩端的濃度差。溶液循環(huán)過程中設(shè)有換熱器實現(xiàn)濃溶液的預(yù)冷以及稀溶液的預(yù)熱。

1.2 空氣處理過程h-d圖

夏季工況下的空氣處理過程h-d圖如圖2a）所示，W-P′-P為新風(fēng)狀態(tài)變化過程。其中W-P′為新風(fēng)全熱回收過程，P′-P為除濕單元處理新風(fēng)過程。N-N1-N2-N3為室內(nèi)回風(fēng)狀態(tài)變化過程。其中N-N1為室內(nèi)回風(fēng)經(jīng)過全熱回收單元的過程，N1-N2為室內(nèi)回風(fēng)經(jīng)過再生單元的過程，N2-N3為回風(fēng)經(jīng)過輔助冷凝器的過程。

冬季工況下的空氣處理過程h-d圖如圖2b）所示，新風(fēng)被加熱加濕，其空氣狀態(tài)變化過程與夏季工況剛好相反。

2HVF自控系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 機(jī)組自控

HVF機(jī)組內(nèi)置控制器使，采用自適應(yīng)串級PID控制算法，以實現(xiàn)對送風(fēng)溫、濕度的調(diào)節(jié)。在新、送、回、排風(fēng)口附近設(shè)置空氣傳感器，實時采集并反饋溫濕度等參數(shù)的，采樣精度取溫度0.5℃，相對濕度3%?？刂破骺梢允箼C(jī)組能夠識別最佳運行模式，自動切換，無需操作人員設(shè)定，實現(xiàn)節(jié)能運行[3]。HVF機(jī)組DDC控制原理圖如圖3所示。

新風(fēng)機(jī)組由自帶的溫濕度傳感器測量送風(fēng)含濕量并反饋到新風(fēng)機(jī)控制模塊，通過該控制模塊調(diào)節(jié)送風(fēng)含濕量到設(shè)定值[4]。比如，當(dāng)送風(fēng)濕度大于設(shè)定值時，控制模塊發(fā)出命令減小與輔助冷凝器連接的旁通調(diào)節(jié)閥開度，以增大冷凝器散熱量，從而增加再生單元的再生能力；當(dāng)送風(fēng)濕度小于設(shè)定值時，則通過給除濕單元補(bǔ)水或增大冷劑旁通閥開度，降低溶液濃度，從而減小除濕能力。HVF模擬儀表控制原理圖如圖4所示。

2.2 輔助控制

濕度控制系統(tǒng)自動控制的實現(xiàn)還涉及到房間去余濕末端的控制。由于溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組處理的送風(fēng)含濕量為固定值，為滿足房間的濕度需求，各房間設(shè)有末端風(fēng)機(jī)，通過各空調(diào)房間放置溫度和濕度傳感器將房間當(dāng)前溫濕度狀態(tài)反饋到溫濕度控制器，進(jìn)而按照該房間去除余濕的新風(fēng)量需求調(diào)節(jié)末端風(fēng)機(jī)頻率，滿足濕度控制需求。該部分模擬儀表控制原理圖如圖5所示。

為保證部分房間風(fēng)量變化時，其他房間風(fēng)量維持不變，需要在新風(fēng)機(jī)送風(fēng)口出放置壓力傳感器，以控制送風(fēng)機(jī)頻率保持新風(fēng)機(jī)送風(fēng)口的壓力穩(wěn)定。具體DDC控制原理圖如圖6所示。

3 結(jié)語

HVF作為THICS中常選用的新風(fēng)機(jī)組，其自控系統(tǒng)的分析研究是溫濕度獨立控制空調(diào)自控系統(tǒng)實際應(yīng)用中的核心部分，在智能樓宇的大環(huán)境下，THICS的自動控制要求也是不斷提高，需要不斷的完善[5]。由此，對于HVF已有自控方式的總結(jié)和提出改進(jìn)措施的研究工作尤為必要。如目前HVF還可從以下三方面進(jìn)行優(yōu)化。首先，HVF自控采用模糊控制，控制時間較長，有待改進(jìn)。另外，機(jī)組接入BAS系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，結(jié)合BAS平臺反饋的其它相關(guān)參數(shù)如人員變化、照明、門窗開啟狀況等對于機(jī)組控制進(jìn)行優(yōu)化。再者，還可以在溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)時，減去濕度控制系統(tǒng)帶入房間的新風(fēng)冷負(fù)荷，從而提高系統(tǒng)能效比。

[1]陳曉陽，江億，等.濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的工程實踐[J].暖通空調(diào)，2004，（34）：11-12.

[2]劉曉華，江億，等.溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)[M].1版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[3]張子慧，黃翔，等.制冷空調(diào)自動控制[M].1版.北京：科學(xué)出版社，1999.

[4]李玉剛.建筑設(shè)備自動化[M].1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[5]強(qiáng)天偉，黃翔，劉慶華.西安某大廈空調(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計[J].流體機(jī)械, 2009，（7）：69-71.

Study on Automatic Control of a Heat Pump Driven Full Heat Recovery Liquid Desiccant Outdoor Air Handler

SHANG Yun-rui，QIANG Tian-wei，ZHANG Long-jun（Xi’an Polytechnic University，Xi′an 710048，China）

This paper introduces the working principle of heat pump driven full heat recovery liquid desiccant outdoor air handler,and primarily analyzes the control mode and content of the outdoor air handler.

heat pump；total heat recovery；independent control of temperature and humidity；working principle；automatic control

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.018

TU831

B

2095-3429（2016）04-0074-04

2016-06-20

修回日期：2016-08-01

商云瑞（1989-），女，山西晉中人，在讀研究生，研究方向：溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)自動控制。