熱泵驅動式全熱回收型溶液調濕新風機組自控系統分析

商云瑞，強天偉，張龍軍

（西安工程大學環境與化學工程學院，陜西西安710048）

熱泵驅動式全熱回收型溶液調濕新風機組自控系統分析

商云瑞，強天偉，張龍軍

（西安工程大學環境與化學工程學院，陜西西安710048）

本文介紹了熱泵驅動式全熱回收型溶液調濕新風機組的工作原理，并重點整理分析了該新風機組的自控方式及內容。

熱泵；全熱回收；溶液調濕；工作原理；自動控制

0 引言

溫濕度獨立控制空調系統（THICS）是由中國工程院院士、清華大學教授江億帶領的研究團隊提出并研發的一種可以營造既節能又舒適的室內空調環境的新型空調系統，具有很好的應用前景。溶液調濕新風機組是THICS中濕度控制系統的核心部件，它是基于鹽溶液的基本物理吸濕性，經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來達到調濕目的的。溶液調濕新風機組有熱泵驅動的溶液熱回收型新風機組和熱水驅動的溶液熱回收型新風機組兩種，其中實際應用中最常見的就是熱泵驅動式全熱回收型溶液調濕新風機組（HVF）[1]。

隨著THICS的應用領域從辦公科研、交通樞紐、酒店公寓到文化展覽、醫療衛生、工業廠房的逐漸擴大，在在智能樓宇的大的發展趨勢下，對控制精度的要求越來越高，對于THICS自動控制系統的研究越來越重要。溶液調濕新風機組作為THICS的核心部件，其自控系統的研究成為重中之重。HVF由熱泵循環系統和溶液循環系統兩部分構成，在實現自控時，兩系統之間匹配是控制難點，故而針對于該系統的自控有必要進行深入分析與研究。

1 熱泵驅動式全熱回收型溶液調濕新風機組

HVF是THICS實際應用中最常選用的機組，根據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、多級機組的回收原理相同，主要區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濕新風機組進行研究。

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，裝置中還設有熱泵循環系統。熱泵循環的制冷量用于降低溫度以提高除濕能力和對新風降溫，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。

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

夏季工況下，室外新風在全熱回收單元中以溶液為媒介和排風進行全熱交換，新風被初步降溫除濕，該單元溶液由本單元溶液泵提升后再自頂部噴淋實現循環，并不參與除濕單元和再生單元的溶液循環。然后初步降除濕后的新風進入除濕單元中進一步降溫、除濕到達送風狀態點，之后送入室內，該狀態點要求滿足固定含濕量。除濕單元中，調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，濃溶液吸收新風中的水蒸氣后變成稀溶液，之后稀溶液進入再生單元進行再生濃縮。由于在溶液除濕過程中不斷釋放出潛熱量，產生的熱量會使得溶液溫度升高，從而導致溶液表面水蒸氣分壓力升高，進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器中制冷劑蒸發并通過換熱器對除濕前的溶液進行冷卻帶走釋放出的潛熱，來增強溶液的除濕能力。

室內回風則是先經過全熱回收單元，在溶液的作用下對回風進行除濕和增溫，再進入再生單元帶走溶液濃縮時釋放的水分，最后經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行加熱濃縮，以實現溶液的再生。除濕單元和再生單元通過溶液管連接實現溶液循環，以維持兩端的濃度差。溶液循環過程中設有換熱器實現濃溶液的預冷以及稀溶液的預熱。

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為新風狀態變化過程。其中W-P′為新風全熱回收過程，P′-P為除濕單元處理新風過程。N-N1-N2-N3為室內回風狀態變化過程。其中N-N1為室內回風經過全熱回收單元的過程，N1-N2為室內回風經過再生單元的過程，N2-N3為回風經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，新風被加熱加濕，其空氣狀態變化過程與夏季工況剛好相反。

2HVF自控系統實現

2.1 機組自控

HVF機組內置控制器使，采用自適應串級PID控制算法，以實現對送風溫、濕度的調節。在新、送、回、排風口附近設置空氣傳感器，實時采集并反饋溫濕度等參數的，采樣精度取溫度0.5℃，相對濕度3%。控制器可以使機組能夠識別最佳運行模式，自動切換，無需操作人員設定，實現節能運行[3]。HVF機組DDC控制原理圖如圖3所示。

新風機組由自帶的溫濕度傳感器測量送風含濕量并反饋到新風機控制模塊，通過該控制模塊調節送風含濕量到設定值[4]。比如，當送風濕度大于設定值時，控制模塊發出命令減小與輔助冷凝器連接的旁通調節閥開度，以增大冷凝器散熱量，從而增加再生單元的再生能力；當送風濕度小于設定值時，則通過給除濕單元補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

濕度控制系統自動控制的實現還涉及到房間去余濕末端的控制。由于溶液調濕新風機組處理的送風含濕量為固定值，為滿足房間的濕度需求，各房間設有末端風機，通過各空調房間放置溫度和濕度傳感器將房間當前溫濕度狀態反饋到溫濕度控制器，進而按照該房間去除余濕的新風量需求調節末端風機頻率，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。

為保證部分房間風量變化時，其他房間風量維持不變，需要在新風機送風口出放置壓力傳感器，以控制送風機頻率保持新風機送風口的壓力穩定。具體DDC控制原理圖如圖6所示。

3 結語

HVF作為THICS中常選用的新風機組，其自控系統的分析研究是溫濕度獨立控制空調自控系統實際應用中的核心部分，在智能樓宇的大環境下，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和提出改進措施的研究工作尤為必要。如目前HVF還可從以下三方面進行優化。首先，HVF自控采用模糊控制，控制時間較長，有待改進。另外，機組接入BAS系統進行統一管理，結合BAS平臺反饋的其它相關參數如人員變化、照明、門窗開啟狀況等對于機組控制進行優化。再者，還可以在溫度控制系統調節時，減去濕度控制系統帶入房間的新風冷負荷，從而提高系統能效比。

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

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

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

[4]李玉剛.建筑設備自動化[M].1版.北京：機械工業出版社，2010.

[5]強天偉，黃翔，劉慶華.西安某大廈空調自控系統設計[J].流體機械, 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系統自動控制。