热泵驱动式全热回收型溶液调湿新风机组自控系统分析

商云瑞，强天伟，张龙军

（西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安710048）

热泵驱动式全热回收型溶液调湿新风机组自控系统分析

商云瑞，强天伟，张龙军

（西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安710048）

本文介绍了热泵驱动式全热回收型溶液调湿新风机组的工作原理，并重点整理分析了该新风机组的自控方式及内容。

热泵；全热回收；溶液调湿；工作原理；自动控制

0 引言

温湿度独立控制空调系统（THICS）是由中国工程院院士、清华大学教授江亿带领的研究团队提出并研发的一种可以营造既节能又舒适的室内空调环境的新型空调系统，具有很好的应用前景。溶液调湿新风机组是THICS中湿度控制系统的核心部件，它是基于盐溶液的基本物理吸湿性，经浓溶液吸湿变成稀溶液，再由稀溶液再生成浓溶液不断循环来达到调湿目的的。溶液调湿新风机组有热泵驱动的溶液热回收型新风机组和热水驱动的溶液热回收型新风机组两种，其中实际应用中最常见的就是热泵驱动式全热回收型溶液调湿新风机组（HVF）[1]。

随着THICS的应用领域从办公科研、交通枢纽、酒店公寓到文化展览、医疗卫生、工业厂房的逐渐扩大，在在智能楼宇的大的发展趋势下，对控制精度的要求越来越高，对于THICS自动控制系统的研究越来越重要。溶液调湿新风机组作为THICS的核心部件，其自控系统的研究成为重中之重。HVF由热泵循环系统和溶液循环系统两部分构成，在实现自控时，两系统之间匹配是控制难点，故而针对于该系统的自控有必要进行深入分析与研究。

1 热泵驱动式全热回收型溶液调湿新风机组

HVF是THICS实际应用中最常选用的机组，根据热回收级别分为单级热回收型、双级热回收型、多级热回收型[2]。由于单级、双级、多级机组的回收原理相同，主要区别就在于热回收段的增加，因而在下文中，主要针对单级热回收型溶液调湿新风机组进行研究。

1.1 工作原理

HVF主要分为再生单元、全热回收单元、除湿单元三大部分，装置中还设有热泵循环系统。热泵循环的制冷量用于降低温度以提高除湿能力和对新风降温，冷凝器排热量用于浓缩再生溶液。HVF的工作原理图如图1所示。

图中上层为回风处理通道，下层为新风处理通道，图中蒸发器在除湿单元侧，冷凝器在再生单元侧，展示的是夏季工况运行工作原理。机组在冬季工况下工作时，则需要热泵驱动系统的蒸发器和冷凝器互换。

夏季工况下，室外新风在全热回收单元中以溶液为媒介和排风进行全热交换，新风被初步降温除湿，该单元溶液由本单元溶液泵提升后再自顶部喷淋实现循环，并不参与除湿单元和再生单元的溶液循环。然后初步降除湿后的新风进入除湿单元中进一步降温、除湿到达送风状态点，之后送入室内，该状态点要求满足固定含湿量。除湿单元中，调湿溶液利用浓溶液水蒸气分压力与被处理空气水蒸气分压力的压力差吸收空气中的水蒸气，浓溶液吸收新风中的水蒸气后变成稀溶液，之后稀溶液进入再生单元进行再生浓缩。由于在溶液除湿过程中不断释放出潜热量，产生的热量会使得溶液温度升高，从而导致溶液表面水蒸气分压力升高，进而减小溶液与空气间的水蒸气分压力差，而降低溶液的除湿性能，此时可以利用热泵蒸发器中制冷剂蒸发并通过换热器对除湿前的溶液进行冷却带走释放出的潜热，来增强溶液的除湿能力。

室内回风则是先经过全热回收单元，在溶液的作用下对回风进行除湿和增温，再进入再生单元带走溶液浓缩时释放的水分，最后经辅助冷凝器排向室外。再生单元是利用冷凝器中制冷剂的放热量来对稀溶液进行加热浓缩，以实现溶液的再生。除湿单元和再生单元通过溶液管连接实现溶液循环，以维持两端的浓度差。溶液循环过程中设有换热器实现浓溶液的预冷以及稀溶液的预热。

1.2 空气处理过程h-d图

夏季工况下的空气处理过程h-d图如图2a）所示，W-P′-P为新风状态变化过程。其中W-P′为新风全热回收过程，P′-P为除湿单元处理新风过程。N-N1-N2-N3为室内回风状态变化过程。其中N-N1为室内回风经过全热回收单元的过程，N1-N2为室内回风经过再生单元的过程，N2-N3为回风经过辅助冷凝器的过程。

冬季工况下的空气处理过程h-d图如图2b）所示，新风被加热加湿，其空气状态变化过程与夏季工况刚好相反。

2HVF自控系统实现

2.1 机组自控

HVF机组内置控制器使，采用自适应串级PID控制算法，以实现对送风温、湿度的调节。在新、送、回、排风口附近设置空气传感器，实时采集并反馈温湿度等参数的，采样精度取温度0.5℃，相对湿度3%。控制器可以使机组能够识别最佳运行模式，自动切换，无需操作人员设定，实现节能运行[3]。HVF机组DDC控制原理图如图3所示。

新风机组由自带的温湿度传感器测量送风含湿量并反馈到新风机控制模块，通过该控制模块调节送风含湿量到设定值[4]。比如，当送风湿度大于设定值时，控制模块发出命令减小与辅助冷凝器连接的旁通调节阀开度，以增大冷凝器散热量，从而增加再生单元的再生能力；当送风湿度小于设定值时，则通过给除湿单元补水或增大冷剂旁通阀开度，降低溶液浓度，从而减小除湿能力。HVF模拟仪表控制原理图如图4所示。

2.2 辅助控制

湿度控制系统自动控制的实现还涉及到房间去余湿末端的控制。由于溶液调湿新风机组处理的送风含湿量为固定值，为满足房间的湿度需求，各房间设有末端风机，通过各空调房间放置温度和湿度传感器将房间当前温湿度状态反馈到温湿度控制器，进而按照该房间去除余湿的新风量需求调节末端风机频率，满足湿度控制需求。该部分模拟仪表控制原理图如图5所示。

为保证部分房间风量变化时，其他房间风量维持不变，需要在新风机送风口出放置压力传感器，以控制送风机频率保持新风机送风口的压力稳定。具体DDC控制原理图如图6所示。

3 结语

HVF作为THICS中常选用的新风机组，其自控系统的分析研究是温湿度独立控制空调自控系统实际应用中的核心部分，在智能楼宇的大环境下，THICS的自动控制要求也是不断提高，需要不断的完善[5]。由此，对于HVF已有自控方式的总结和提出改进措施的研究工作尤为必要。如目前HVF还可从以下三方面进行优化。首先，HVF自控采用模糊控制，控制时间较长，有待改进。另外，机组接入BAS系统进行统一管理，结合BAS平台反馈的其它相关参数如人员变化、照明、门窗开启状况等对于机组控制进行优化。再者，还可以在温度控制系统调节时，减去湿度控制系统带入房间的新风冷负荷，从而提高系统能效比。

[1]陈晓阳，江亿，等.湿度独立控制空调系统的工程实践[J].暖通空调，2004，（34）：11-12.

[2]刘晓华，江亿，等.温湿度独立控制空调系统[M].1版.北京:中国建筑工业出版社，2006.

[3]张子慧，黄翔，等.制冷空调自动控制[M].1版.北京：科学出版社，1999.

[4]李玉刚.建筑设备自动化[M].1版.北京：机械工业出版社，2010.

[5]强天伟，黄翔，刘庆华.西安某大厦空调自控系统设计[J].流体机械, 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，山西晋中人，在读研究生，研究方向：温湿度独立控制空调系统自动控制。