способ автоматического управления системой кондиционирования воздуха по оптимальным режимам

Формула изобретения

Способ автоматического управления системой кондиционирования воздуха по оптимальным режимам путем измерения тепловлажностных параметров и расходов забираемого наружного, приточного и удаляемого воздуха, а также вычисления в блоке автоматизации и управления тепло- и влаговыделений в помещении, зоны и параметров воздуха в контрольной точке, отличающийся тем, что функционирование блока автоматизации и управления организовано на двух уровнях, причем на первом уровне выполняются необходимые измерения параметров забираемого наружного, приточного и удаляемого воздуха, вычисляются тепло- и влагоизбытки в помещении, параметры воздуха в опорных точках, класс тепловлажностных нагрузок, вычисляются границы зон изменения параметров наружного воздуха и определяется конкретная расчетная зона, в пределах которой находятся текущие параметры наружного воздуха, устанавливается соответствующая этой расчетной зоне контрольная точка и далее в зависимости от комбинации класса тепловлажностных нагрузок и расчетной зоны устанавливается соответствующий технологический режим работы кондиционера, предусматривающий использование воздуха I и II рециркуляции посредством подключения соответствующих регулирующих органов аппаратов тепловлажностной обработки воздуха, а на втором уровне, для установленного технологического режима работы, обеспечивается регулирование для поддержания заданных параметров воздуха в помещении посредством воздействия на регулирующие органы аппаратов для обработки воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к круглогодичному кондиционированию воздуха при работе в автоматическом режиме поддержания температурно-влажностного режима (ТВР) в помещении, обеспечивающем оптимальное потребление различных видов энергии.

Известен способ автоматического управления параметрами воздуха в помещении (а.с. СССР № 576496, МКИ F24F 11/06), заключающийся в том, что автоматическое управление параметрами воздуха в помещении осуществляется путем измерения и регулирования энтальпии, влагосодержания и расходов внутреннего, приточного и наружного воздуха. Регулирование осуществляется по отклонению текущих значений энтальпии и влагосодержания внутреннего воздуха от их экстремальных значений, которые находятся на границе зоны допустимых параметров.

Недостатки данного способа:

- исходными данными для регулирования являются экстремальные значения, находящиеся на границе зоны допустимых параметров;

- низкая точность получения оптимальных параметров;

- регулирование параметров воздуха осуществляется по двум каналам и не используются каналы регулирования расхода наружного и рециркуляционного воздуха;

- не учитываются изменения тепловлажностных нагрузок (ТВН) в помещении.

Известен способ управления параметрами воздуха (патент РФ № 2350850, МПК F24F 11/06, приоритет от 30.11.2007) - ближайший аналог, заключающийся в том, что автоматическое управление параметрами воздуха в помещении осуществляется путем измерения и регулирования энтальпии, влагосодержания и расходов внутреннего, приточного и наружного воздуха на основании их обработки в блоке оптимизации и формирования команд, в котором вычисляются тепло- и влаговыделения в помещении, зоны, параметры воздуха в контрольной точке, определяется технология обработки воздуха в кондиционере и включается режим работы кондиционера, обеспечивающий оптимальный способ обработки воздуха, а регулирование параметров внутреннего воздуха осуществляется по их отклонению от параметров в контрольной точке.

Недостаток данного способа:

- не используется в работе СКВ рециркуляционный воздух;

- не учтены классы тепловлажностных нагрузок (ТВН).

Целью предлагаемого изобретения является создание способа автоматического управления системой кондиционирования воздуха по оптимальным режимам, основанной на двухуровневой системе функционирования блока автоматизации и управления учитывающей класс ТВН и предусматривающий использование воздуха I и II рециркуляции.

Поставленная цель достигается путем организации двухуровневой системы функционирования блока автоматизации и управления таким образом, что на первом уровне выполняются необходимые измерения параметров забираемого наружного, приточного и удаляемого воздуха, вычисляются тепло- и влагоизбытки в помещении, параметры воздуха в опорных точках, класс тепловлажностных нагрузок, вычисляются границы зон изменения параметров наружного воздуха и определяется конкретная расчетная зона, в пределах которой находятся текущие параметры наружного воздуха, устанавливается соответствующая этой расчетной зоне контрольная точка и далее в зависимости от комбинации класса тепловлажностных нагрузок и расчетной зоны устанавливается соответствующий технологический режим работы кондиционера, предусматривающий использование воздуха I и II рециркуляции посредством подключения соответствующих регулирующих органов аппаратов тепловлажностной обработки воздуха, а на втором уровне, для установленного технологического режима работы, обеспечивается регулирование для поддержания заданных параметров воздуха в помещении, посредством воздействия на регулирующие органы аппаратов для обработки воздуха.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления системой кондиционирования воздуха позволяет оптимизировать расходы различных видов энергии и технологических сред (электроэнергии, воздуха и тепло- и хладоносителей) за счет организации двухуровневой системы функционирования блока автоматизации и управления, позволяющей использование воздуха I и II рециркуляции в зависимости от класса ТВН.

Анализ аналогов показал, что предлагаемое техническое решение является новым. Новизна предлагаемого способа автоматического управления системой кондиционирования воздуха заключается в двухуровневой организации функционирования блока автоматизации и управления, в результате которой последовательно выполняется комплекс мероприятий, зависящих от комбинации расчетной зоны и класса тепловлажностных нагрузок, учитывающего необходимость использования рециркуляционного воздуха. Комбинация расчетной зоны и класса тепловлажностных нагрузок является основанием для формирования технологического процесса обработки воздуха.

Таким образом, заявляемое изобретение характеризуется новизной существенного признака, дающего положительный эффект, и характеризуется признаками соответствия критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлена блок-схема алгоритма технологического процесса обработки воздуха в кондиционере. Комплекс мероприятий, выполняемых в блоках с 1 по 7, составляют первый уровень управления.

В блоке 1 выполняется:

- установка требуемой температуры внутреннего воздуха в обслуживаемом помещении t_треб;

- установка требуемой относительной влажности внутреннего воздуха в обслуживаемом помещении _треб;

- установка минимального расхода G_min наружного воздуха;

- установка максимального расхода G_мах наружного воздуха.

В блоке 2 система управления посредством опроса измерительных датчиков производит замер параметров наружного, приточного и удаляемого воздуха. Выполняется сбор данных о:

- температуре наружного воздуха t_нар;

- относительной влажности наружного воздуха _нар;

- температуре внутреннего воздуха в обслуживаемом помещении t_пом;

- относительной влажности воздуха в обслуживаемом помещении _пом;

- расходе наружного воздуха G_нар;

- температуре приточного воздуха t_пр;

- относительной влажности приточного воздуха _нар;

- расходе приточного воздуха G_пр;

- температуре удаляемого воздуха t_уд;

- относительной влажности удаляемого воздуха _уд;

- расходе удаляемого воздуха G_уд;

- расходе воздуха первой рециркуляции G_рец1;

- расходе воздуха второй рециркуляции G_рец2;

- барометрическом давлении P _б;

- температуре воды в воздухоохладителе Т_в.

В блоке 3 выполняется расчет текущих значений тепло- и влагоизбытков в помещении:

q=G_пр×(I_кт-I_пр); w=G_пр×(d_кт-d_пр)

В блоке 4 вычисляются параметры в опорных точках. Вычислив значения q и w, и зная минимальный и максимальный расход наружного воздуха, параметры в опорных точках H_1min, H_2min , Н_3min, H_4min, H_1max, H _2max, H_3mах, Н_4mах рассчитываются по следующим формулам:

где опорные точки H1min, H2min, H3min, H4min характеризуют параметры воздуха при минимальном расходе воздуха; опорные точки H1max, H2max, Н3mах, Н4mах характеризуют параметры воздуха при максимальном расходе воздуха; Gmin и Gmax - соответственно минимально неизбежный и максимально целесообразный расход наружного воздуха. На термодинамических схемах возможно различное расположение опорных точек H1min, H2min, H3min, H4min, H1max, H2max, Н3mах, Н4mах относительно линии =100%, влияющих на определение класса ТВН.

Определение класса ТВН выполняется в блоке 5.

Для I класса ТВН должны выполняться следующие условия: _H1min<1, _H2min<1, _H3min<1, _H4min<1, _H1max<1, _H2max<1, _H3max<1, _H4max<1.

Для II класса ТВН должны выполняться следующие условия:

( _H1min>1, _H2min>1, _H3min>1, _H4min>1, _H1max>1, _H2max>1, _H3max>1, _H4max>1.

Для III класса ТВН должны выполняться следующие условия:

( _H1min>1, _H2min>1, _H3min>1, _H4min>1, _H1max>1, _H2max>1, _H3max>1, _H4max>1.

В блоке 6 определяется принадлежность параметров наружного воздуха к расчетной зоне ТДМ. Условия попадания параметров наружного воздуха в ту или иную зону представлены в табл.1 и табл.2.

В блоке 7 определяются параметры воздуха в контрольной точке, в области требуемых параметров воздуха в помещении. Данные параметры приведены в табл.1 и табл.2.

В блоке 8 - определяющем второй уровень управления, выполняется регулирование для поддержания заданных параметров воздуха в помещении посредством воздействия на регулирующие органы аппаратов для обработки воздуха. На основании программы, заложенной в блоке автоматизации и управления, подаются команды на автоматическое регулирование и управление исполнительными механизмами, соответствующие установленному технологическому режиму работы.

На фиг. № 2 приведена принципиальная схема системы кондиционирования воздуха при полной комплектации, с указанием наименования оборудования. Под полной комплексацией понимается наличие в схеме всех требуемых аппаратов для тепловлажностной обработки воздуха, необходимых для комплексной обработки воздуха. Приведенная принципиальная схема, с указанием мест установки датчиков для контроля параметров и функционирования, необходима для пояснения работы предлагаемого способа.

Пример построения зон на I-d-диаграмме для первого и второго класса тепловлажностных нагрузок СКВ с пароувлажнителем приведен соответственно на фиг.3 и фиг.4. Заглавными буквами русского алфавита, в кружках на данных рисунках, одновременно обозначаются зоны и соответствующие им режимы работы СКВ, указанные в табл.1 и табл.2. Границы зон определяются заданной областью (У1, У2, У3 и У4) нормируемых параметров воздуха в помещениях, максимальным и минимальным расходами наружного воздуха, рециркуляционного воздуха, а также значениями тепловлажностных нагрузок в любой момент времени. Каждой зоне соответствует единственный оптимальный режим обработки воздуха.

Анализируя и сравнивая работу СКВ при различных классах ТВН, очевидно, что алгоритмы работы СКВ, а соответственно и процессы обработки воздуха, различны. Так, например, для зоны А, при первом классе ТВН, минимальное количество наружного воздуха необходимо нагреть в калорифере первого подогрева до изотермы t_H1min, затем увлажнить до точки H1_min и подать в помещение. В то время как для зоны А, при втором классе ТВН, минимальное количество наружного воздуха необходимо нагреть в калорифере первого подогрева до изотермы tH1_min, затем смешать с рециркуляционным (1-я рециркуляция), полученную воздушную смесь увлажнить и подать в помещение. В обоих случаях параметры воздуха в помещении необходимо поддерживать в точке У1.

Заявляемый способ автоматического управления параметрами воздуха является промышленно применимым, так как включает в себя способы управления, применяемые ранее, а также существующие технические средства позволяют его реализовать в полном объеме.