F24F 11/06

 

     СПОСОБ  АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ  КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПО ОПТИМАЛЬНЫМ РЕЖИМАМ 

      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 техническое решение  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 φ_треб.;

       -установка минимального расхода Gmin 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 φ_нар;

       - температуре внутреннего воздуха в обслуживаемом помещении t_пом.;

       - относительной влажности воздуха в обслуживаемом помещении φ_пом.;

       - расходе наружного воздуха G_нар;

       - температуре приточного воздуха  t_пр.;

       - относительной влажности приточного  воздуха φ_нар;

       - расходе приточного воздуха G_пр.;

       - температуре удаляемого воздуха  t_уд.;

       - относительной влажности удаляемого  воздуха φ_уд.;

       - расходе удаляемого воздуха G_уд;

       - расходе воздуха первой рециркуляции G_рец1;

       - расходе воздуха второй рециркуляции G_рец2;

       - барометрическом давлении Р_б;

       - температуре воды в воздухоохладителе Тв.

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

       

;       

       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 Н_1min, Н_2min, Н_3min, Н_4min, Н_1max, Н_2max, Н_3max, Н_4max рассчитываются по следующим формулам:

       I_Н1min = I_У1 -

;   d_Н1min = d _У1 - ,

       I_Н2min = I_У2 -

;   d_Н2min = d _У2 - ,

       I_Н3min = I_У3 -

;   d_Н3min = d _У3 - ,

       I_Н4min = I_У4 -

;   d_Н4min = d _У4 - ,

       I_Н1max = I _У1 -

;   d_Н1max = d _У1 - ,

       I_Н2max = I _У2 -

;   d_Н2max = d _У2 - ,

       I_Н3max = I _У3 -

;   d_Н3max = d _У3 - ,

       I_Н4max = I _У4 -

;   d_Н4max = d _У4 - ,

где опорные точки Н1min, Н2min, Н3min, Н4min  характеризуют параметры воздуха при минимальном расходе воздуха; опорные точки Н1max, Н2max, Н3max, Н4max 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 Н1min, Н2min, Н3min, Н4min, Н1max, Н2max, Н3max, Н4max относительно линии φ=100% влияющих на определение класса ТВН.

       Определение класса ТВН выполняется в блоке 5.

       Для I класса ТВН должны выполняться следующие условия:  φ_Н1min<1, φ_Н2min<1, φ_Н3min<1, φ_Н4min<1, φ_Н1max<1, φ_Н2max<1, φ_Н3max<1, φ_Н4max <1.

       Для II класса ТВН должны выполняться следующие условия:  φ_Н1min>1, φ_Н2min>1, φ_Н3min>1, φ_Н4min>1, φ_Н1max<1, φ_Н2max<1, φ_Н3max <1,φ_Н4max<1.

       Для III класса ТВН должны выполняться следующие условия:  φ_Н1min>1, φ_Н2min>1, φ_Н3min>1, φ_Н4min>1, φ_Н1max>1, φ_Н2max>1, φ_Н3max >1,φ_Н4max>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 – определяющим 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 так же 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 Н1_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 t_H1min, 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.